Esikäsittelyn vaikutus sahajauhon jauhautumiseen sekä energiankulutukseen vasaramyllyllä

Tämän kandidaatintyön tarkoituksena oli perehtyä bioetanolin eri valmistusvaiheisiin ja sen valmistuksessa käytettäviin raaka-aineisiin sekä myöskin tutkia eri esikäsittelymenetelmien vaikutusta sahajauhojen jauhautumiseen sekä energiankulutukseen, kun niitä jauhetaan vasaramyllyllä. Kirjallisuusosassa keskityttiin paljon aineksen hienonnukseen, sillä varsinkin biomassat tulee hienontaa, jotta halutut kemialliset reaktiot saataisiin tapahtumaan riittävän tehokkaasti. Kokeellisessa osassa tutkittiin eripituisien vesiliotuksien sekä emäs-käsittelyn vaikutusta sahajauhon jauhautumiseen sekä jauhautumisen energiankulutukseen, kun niitä jauhettiin vasaramyllyllä. Tutkimuskysymyksinä tässä työssä oli: Miten vesiliotus sekä liotus emäksisessä liuoksessa vaikuttaa eri sahajauhojen jauhautumiseen vasaramyllyllä?, Millaisia vaikutuksia esikäsittelyillä on myllyn energiankulutukseen?, Miten esikäsittelyt vaikuttavat jauhautumistuotteiden partikkelikokoihin?. Tuloksista käy ilmi, että 1. ja 3. tunnin vesiliotukset eivät olleet riittäviä sillä mylly ei jaksanut jauhaa minkään puulaadun sahajauhoja näillä ajoilla. Yleisesti tuloksista huomattiin, että haapajauhon jauhamiseen kului kaikkein eniten energiaa, riippumatta esikäsittelytekniikasta, mutta haapa myös jauhautui parhaiten pH-esikäsittelyn tuloksena.  

Conical aluminum can

The current beverage (cylindrical shape) cans are stacked on each other after production, thus consuming a lot of space. Indirectly, this could result to high carbon emission during transportation. The problem is how to minimize the carbon emission based on different contradicting viewpoints. It was suggested that a conical shape of "the beverage can" could be a solution for the space optimization of empty beverage can transportation, thus creating the title for this research “Conical aluminum can”. They would be stacked inside each other before filling. This was based on design for sustainability and the consumer perspective and willingness toward sustainability. However, it was noticed that the industry is unwilling to incorporate this change.

New methods for controlling twin configurations and characterizing twin boundaries in 5M Ni-Mn-Ga for the development of applications

Traditional methods for studying the magnetic shape memory (MSM) alloys Ni-Mn-Ga include subjecting the entire sample to a uniform magnetic field or completely actuating the sample mechanically. These methods have produced significant results in characterizing the MSM effect, the properties of Ni-Mn-Ga and have pioneered the development of applications from this material. Twin boundaries and their configuration within a Ni-Mn-Ga sample are a key component in the magnetic shape memory effect. Applications that are developed require an understanding of twin boundary characteristics and, more importantly, the ability to predictably control them. Twins have such a critical role that the twinning stress of a Ni-Mn-Ga crystal is the defining characteristic that indicates its quality and significant research has been conducted to minimize this property. This dissertation reports a decrease in the twinning stress, predictably controlling the twin configuration and characterizing the dynamics of twin boundaries. A reduction of the twinning stress is demonstrated by the discovery of Type II twins within Ni-Mn-Ga which have as little as 10% of the twinning stress of traditional Type I twins. Furthermore, new methods of actuating a Ni-Mn-Ga element using localized unidirectional or bidirectional magnetic fields were developed that can predictably control the twin configuration in a localized area of a Ni-Mn-Ga element. This method of controlling the local twin configuration was used in the characterization of twin boundary dynamics. Using a localized magnetic pulse, the velocity and acceleration of a single twin boundary were measured to be 82.5 m/s and 2.9 × 107 m/s2, and the time needed for the twin boundary to nucleate and begin moving was less than 2.8 μs. Using a bidirectional magnetic field from a diametrically magnetized cylindrical magnet, a highly reproducible and controllable local twin configuration was created in a Ni-Mn-Ga element which is the fundamental pumping mechanism in the MSM micropump that has been co-invented and extensively characterized by the author.

Coolability of porous core debris beds : Effects of bed geometry and multi-dimensional flooding

This thesis addresses the coolability of porous debris beds in the context of severe accident management of nuclear power reactors. In a hypothetical severe accident at a Nordic-type boiling water reactor, the lower drywell of the containment is flooded, for the purpose of cooling the core melt discharged from the reactor pressure vessel in a water pool. The melt is fragmented and solidified in the pool, ultimately forming a porous debris bed that generates decay heat. The properties of the bed determine the limiting value for the heat flux that can be removed from the debris to the surrounding water without the risk of re-melting. The coolability of porous debris beds has been investigated experimentally by measuring the dryout power in electrically heated test beds that have different geometries. The geometries represent the debris bed shapes that may form in an accident scenario. The focus is especially on heap-like, realistic geometries which facilitate the multi-dimensional infiltration (flooding) of coolant into the bed. Spherical and irregular particles have been used to simulate the debris. The experiments have been modeled using 2D and 3D simulation codes applicable to fluid flow and heat transfer in porous media. Based on the experimental and simulation results, an interpretation of the dryout behavior in complex debris bed geometries is presented, and the validity of the codes and models for dryout predictions is evaluated. According to the experimental and simulation results, the coolability of the debris bed depends on both the flooding mode and the height of the bed. In the experiments, it was found that multi-dimensional flooding increases the dryout heat flux and coolability in a heap-shaped debris bed by 47–58% compared to the dryout heat flux of a classical, top-flooded bed of the same height. However, heap-like beds are higher than flat, top-flooded beds, which results in the formation of larger steam flux at the top of the bed. This counteracts the effect of the multi-dimensional flooding. Based on the measured dryout heat fluxes, the maximum height of a heap-like bed can only be about 1.5 times the height of a top-flooded, cylindrical bed in order to preserve the direct benefit from the multi-dimensional flooding. In addition, studies were conducted to evaluate the hydrodynamically representative effective particle diameter, which is applied in simulation models to describe debris beds that consist of irregular particles with considerable size variation. The results suggest that the effective diameter is small, closest to the mean diameter based on the number or length of particles.

Simulation and material calibration of ultra high strength steel (UHSS) S960 welded joint under static tensile test utilizing finite element method (FEM)

The aim of this work was to calibrate the material properties including strength and strain values for different material zones of ultra-high strength steel (UHSS) welded joints under monotonic static loading. The UHSS is heat sensitive and softens by heat due to welding, the affected zone is heat affected zone (HAZ). In this regard, cylindrical specimens were cut out from welded joints of Strenx® 960 MC and Strenx® Tube 960 MH, were examined by tensile test. The hardness values of specimens’ cross section were measured. Using correlations between hardness and strength, initial material properties were obtained. The same size specimen with different zones of material same as real specimen were created and defined in finite element method (FEM) software with commercial brand Abaqus 6.14-1. The loading and boundary conditions were defined considering tensile test values. Using initial material properties made of hardness-strength correlations (true stress-strain values) as Abaqus main input, FEM is utilized to simulate the tensile test process. By comparing FEM Abaqus results with measured results of tensile test, initial material properties will be revised and reused as software input to be fully calibrated in such a way that FEM results and tensile test results deviate minimum. Two type of different S960 were used including 960 MC plates, and structural hollow section 960 MH X-joint. The joint is welded by BöhlerTM X96 filler material. In welded joints, typically the following zones appear: Weld (WEL), Heat affected zone (HAZ) coarse grained (HCG) and fine grained (HFG), annealed zone, and base material (BaM). Results showed that: The HAZ zone is softened due to heat input while welding. For all the specimens, the softened zone’s strength is decreased and makes it a weakest zone where fracture happens while loading. Stress concentration of a notched specimen can represent the properties of notched zone. The load-displacement diagram from FEM modeling matches with the experiments by the calibrated material properties by compromising two correlations of hardness and strength.

Telahiomon tuotannon läpimenoajan ja laadun optimointi

Tämän diplomityön tarkoituksena on tunnistaa UPM Kymin telahiomon tuotannon läpimenoaikaan sekä laatuun vaikuttavia tekijöitä ja löytää keinot niiden optimoimiseksi, jotta hiontatuotannon kustannustehokkuus parantuisi. Tutkimusmenetelminä työssä käytetään Kymin telahiomon tuotannon läpimenoaikojen telakohtaista mittaamista ja hionnasta tehtyjen mittausraporttien, pinnoituksista ja hionnoista tehtyjen ostotilauksien sekä SAP R/3-toiminnanohjausjärjestelmästä saatavan kunnossapitodatan tutkintaa. Tiedon lähteenä on käytetty myös kirjallisuutta ja UPM henkilöstön sekä toimittajien haastatteluita. Muiden telahiomojen aikaansaamaan laatuun ja tuotannon läpimenoaikaan verrattuna Kymin telahiomon keskimääräiset hiontatuotannon läpimenoajat ovat telasta riippuen kaksinkertaisia tai jopa lähes nelinkertaisia, vaikka pinnankarheus jää osassa teloista alle asetetun tavoitteen. Telahiomojen muototoleransseissa ei ole niin merkittäviä eroja, mitkä selittäisivät Kymin pidemmät hiontatuotannon läpimenoajat. Tämän takia muototoleransseja ei ole päädytty muuttamaan työn aikana, mutta käyttökokemusten mukaan pinnankarheusvaatimusta voidaan laskea. Telahiontaprosessin muotohiontavaihe on suurin hiontatuotannon läpimenoaikaan ja kustannuksiin vaikuttava tekijä. Hiontamenetelmien ja hionta-arvojen optimoimisella, hiontatyökalujen lastuamiskyvyn ylläpitämisellä, telahiontatuotannon yliprosessoinnin ehkäisyllä ja laatutoleransseihin tyytymisellä voidaan lyhentää kymmeniä tunteja telahiomon tuotannon läpimenoaikaa. Mittausraporttien mukaan merkittävin muutos telahiontaprosessin kustannuksiin ja hiontatuotannon läpimenoaikaan saadaan noudattamalla laatutoleransseja. Telojen kunnossapitoon liittyviä kustannuksia syntyy turhaan lisää, kun vaihdetaan ja hiotaan käyttökelpoisia teloja sekä uudelleen pinnoitetaan teloja, joiden pinnoitepaksuus on vielä riittävä. Pinnoitepaksuuden seurannalla voidaan minimoida telojen ennenaikaiset uudelleenpinnoitukset. Mittalaitteiden avulla pystyy optimoimaan telojen hiontavälit. Hiontavälien optimointi lyhentää myös hiontajonoa. Tällöin voidaan hyödyntää suunnitellun hiontajärjestyksen tuomia etuja tehokkaammin ja saavuttaa nopeampia tuotannon läpimenoaikoja.

Improve the production capacity: A case study of Eurofins Viljavuuspalvelu Oy

In any manufacturing system, there are many factors that are affecting and limiting the capacity of the entire system. This thesis addressed a study on how to improve the production capacity in a Finnish company (Viljavuuspalvelu Oy) through different methods like bottleneck analysis, Overall Equipment Effectiveness (OEE), and Just in Time production. Four analyzing methods have been studied in order to detect the bottleneck machine in Viljavuuspalvelu Oy. The results shows that the bottleneck machine in the industrial area that constraint the production is the grinding machine while the bottleneck machine in the laboratory section is the photometry machine. In addition, the Overall Equipment Effectiveness (OEE) of the entire system of the studied case was calculated and it has been found that the OEE of the Viljavuuspalvelu Oy is 35.75%. Moreover, two methods on how to increase the OEE were studied and it was shown that either the total output of the company should be 1254 samples/shift in order to have an OEE around 85% which is considered as a world class or the Ideal run rate should be 1.45 pieces/minute. In addition, some realistic methods are applied based on the finding in this thesis to increase the OEE factor in the company and in one realistic method the % OEE has increase to 62.59%. Finally, an explanation on how to implement the Just in Time production in Viljavuuspalvelu Oy has been studied.

Jauhatusparametrien vaikutus jauhatustuotteen partikkelikokoon ja suodattuvuuteen

Tämän diplomityön tarkoituksena on tutkia ensin jauhatusparametrien vaikutus rikastushiekan hienousasteeseen eli miten partikkelikokojakaumaa kuvaavat partikkelikoot muuttuvat. Tämän jälkeen tutkitaan miten rikastushiekan hienousasteen muuttuminen vaikuttaa jauhettujen rikastushiekkalietenäytteiden suodattuvuuteen. Partikkelikokojakauman variaatioista yritetään löytää yhteys suodinkakun ominaisvastuksen ja huokoisuuden välillä. Jauhatus suoritettiin laboratoriomittakaavan helmimyllyllä märkäjauhatuksena. Jauhatusta varten tehtiin kolmitasoinen faktorikoesuunnitelma, jossa muuttujina ovat lasihelmien halkaisija, jauhatusaika ja sekoitinelimen pyörimisnopeus. Suodatus toteutettiin vakiopainesuodatuksena kolmella eri suodatuspaineella Nutsche-suodattimella. Työn tuloksista saatiin selville, että partikkelikokojakauman leveys korreloi suodinkakun ominaisvastuksen kanssa. Kun partikkelikokojakauma leveys muuttui kapeammaksi, saatiin kakun ominaisvastus pienemmäksi ja suodatukseen kulunut aika lyheni. Kapein partikkelikokojakauman leveys saatiin suurimmalla helmen halkaisijalla, pisimmällä jauhatusajalla sekä suurimmalla sekoitusnopeudella.

Lappeenrannan teknillisen yliopiston jauhatuslaboratorion työturvallisuusanalyysi

Suomen työturvallisuuslaki vaatii työnantajia selvittämään työpaikan turvallisuuden ja poistamaan tai pienentämään siellä olevia vaaran riskejä. Tämä laki rinnastaa opiskelijan työntekijäksi ja yliopiston työnantajaksi. Turvallisuuden kartoitukseen on olemassa erilaisia riskianalyysimenetelmiä. Kaikissa menetelmissä analysoitavan kohteen vaaratekijät käydään läpi ja niiden aiheuttamien seurausten vakavuutta ja vaaran todennäköisyyttä arvioidaan. Näiden perusteella voidaan valita tarvittavat toimenpiteet. Yritys voi valita tarkoitukseensa sopivimman analyysimenetelmän tai yhdistellä eri menetelmiä. Tässä kandidaatin työssä Lappeenrannan teknillisen yliopiston jauhatuslaboratoriolle tehtiin riskikartoitus BS 8800-standardin mukaisesti. Riskikartoituksessa tuli ilmi vakaviakin puutteita jauhatuslaboratorion turvallisuudessa. Turvallisuuden parantamiseksi ilmi tulleille puutteille annettiin toimenpide-ehdotuksia. Toteutettujen toimenpiteiden jälkeen on laboratorion turvallisuutta seurattava ja aika ajoin riskianalyysi on tehtävä uudelleen, jotta laboratorion puutteet löydetään ja niihin voidaan puuttua. Näin laboratorio pysyy turvallisena esimerkiksi laitemuutosten jälkeen.