Thermal reactions of the major hydrocarbon components of biomass gasification gas

Gasification of biomass is an efficient method process to produce liquid fuels, heat and electricity. It is interesting especially for the Nordic countries, where raw material for the processes is readily available. The thermal reactions of light hydrocarbons are a major challenge for industrial applications. At elevated temperatures, light hydrocarbons react spontaneously to form higher molecular weight compounds. In this thesis, this phenomenon was studied by literature survey, experimental work and modeling effort. The literature survey revealed that the change in tar composition is likely caused by the kinetic entropy. The role of the surface material is deemed to be an important factor in the reactivity of the system. The experimental results were in accordance with previous publications on the subject. The novelty of the experimental work lies in the used time interval for measurements combined with an industrially relevant temperature interval. The aspects which are covered in the modeling include screening of possible numerical approaches, testing of optimization methods and kinetic modelling. No significant numerical issues were observed, so the used calculation routines are adequate for the task. Evolutionary algorithms gave a better performance combined with better fit than the conventional iterative methods such as Simplex and Levenberg-Marquardt methods. Three models were fitted on experimental data. The LLNL model was used as a reference model to which two other models were compared. A compact model which included all the observed species was developed. The parameter estimation performed on that model gave slightly impaired fit to experimental data than LLNL model, but the difference was barely significant. The third tested model concentrated on the decomposition of hydrocarbons and included a theoretical description of the formation of carbon layer on the reactor walls. The fit to experimental data was extremely good. Based on the simulation results and literature findings, it is likely that the surface coverage of carbonaceous deposits is a major factor in thermal reactions.

Value based pricing and marketing of marine engines

Objective of the thesis is to create a value based pricing model for marine engines and study the feasibility of implementing such model in the sales organization of a specific segment in the case company’s marine division. Different pricing strategies, concept of “value”, and how perceptions of value can be influenced through value based marketing are presented as theoretical background for the value based pricing model. Forbis and Mehta’s Economic Value to Customer (EVC) was selected as framework to create the value based pricing model for marine engines. The EVC model is based on calculating and comparing life-cycle costs of the reference product and competing products, thus showing the quantifiable value of the company’s own product compared to competition. In the applied part of the thesis, the components of the EVC model are identified for a marine diesel engine, the components are explained, and an example calculation created in Excel is presented. When examining the possibilities to implement in practice a value based pricing strategy based on the EVC model, it was found that the lack of precise information on competing products is the single biggest obstacle to use EVC exactly as presented in the literature. It was also found that sometimes necessary communication channels are missing and that there is simply a lack of interest from some clients and product end-users part to spend time on studying the life-cycle costs of the product. Information on the company’s own products is however sufficient and the sales force is capable to communicate to sufficiently high executive levels in the client organizations. Therefore it is suggested to focus on quantifying and communicating the company’s own value proposition. The dynamic nature of the business environment (variance in applications in which engines are installed, different clients, competition, end-clients etc.) means also that each project should be created its own EVC calculation. This is demanding in terms of resources needed, thus it is suggested to concentrate on selected projects and buyers, and to clients where the necessary communication channels to right levels in the customer organization are available. Finally, it should be highlighted that as literature suggests, implementing a value based pricing strategy is not possible unless the whole business approach is value based.

Korkeapainevesisumusuuttimen virtaustekninen laadunhallinta

Tämä työ vastaa tarpeeseen hallita korkeapainevesisumusuuttimen laatua virtausmekaniikan työkalujen avulla. Työssä tutkitaan suutinten testidatan lisäksi virtauksen käyttäytymistä suuttimen sisällä CFD-laskennan avulla. Virtausmallinnus tehdään Navier-Stokes –pohjaisella laskentamenetelmällä. Työn teoriaosassa käsitellään virtaustekniikkaa ja sen kehitystä yleisesti. Lisäksi esitetään suuttimen laskennassa käytettävää perusteoriaa sekä teknisiä ratkaisuja. Teoriaosassa käydään myös läpi laskennalliseen virtausmekaniikkaan (CFD-laskenta) liittyvää perusteoriaa. Tutkimusosiossa esitetään käsitellyt suutintestitulokset sekä mallinnetaan suutinvirtausta ajasta riippumattomaan virtauslaskentaan perustuvalla laskentamenetelmällä. Virtauslaskennassa käytetään OpenFOAM-laskentaohjelmiston SIMPLE-virtausratkaisijaa sekä k-omega SST –turbulenssimallia. Tehtiin virtausmallinnus kaikilla paineilla, joita suuttimen testauksessa myös todellisuudessa käytetään. Lisäksi selvitettiin mahdolliset kavitaatiokohdat suuttimessa ja suunniteltiin kavitaatiota ehkäisevä suutingeometria. Todettiin myös lämpötilan ja epäpuhtauksien vaikuttavan kavitaatioon sekä mallinnettiin lämpötilan vaikutusta. Luotiin malli, jolla suuttimen suunnitteluun liittyviin haasteisiin voidaan vastata numeerisella laskennalla.

Inductance Calculation of Tooth-Coil Permanent-Magnet Synchronous Machines

Analytical calculation methods for all the major components of the synchronous inductance of tooth-coil permanentmagnet synchronous machines are reevaluated in this paper. The inductance estimation is different in the tooth-coil machine compared with the one in the traditional rotating field winding machine. The accuracy of the analytical torque calculation highly depends on the estimated synchronous inductance. Despite powerful finite element method (FEM) tools, an accurate and fast analytical method is required at an early design stage to find an initialmachine design structure with the desired performance. The results of the analytical inductance calculation are verified and assessed in terms of accuracy with the FEM simulation results and with the prototype measurement results.

Pyörivän keskiökärjen rakenteen kehittäminen työstövärähtelyjen välttämiseksi sorvauksessa

Tässä diplomityössä käsitellään sorvauksen työstövärähtelyjen ja sorvin keskiökärjen rakenteen yhteyttä. Työ on osa Lappeenrannan teknillisen yliopiston VMAX-projektia, ja sen taustalla on pyrkimys uudenlaisen, sorvin kärkipylkän puristusvoiman ajonaikaiseen säätämiseen perustuvan työstövärähtelyjen välttämismenetelmän kehittämiseen. Tämän menetelmän toiminnan todentaminen oli työn ensimmäinen tavoite. Menetelmän toteuttaminen asettaa kuitenkin käytetyn keskiökärjen rakenteelle tiettyjä vaatimuksia. Työn toisena tavoitteena oli nämä vaatimukset täyttävän keskiökärjen prototyypin kehittäminen. Tutkimus eteni seuraavasti. Ensimmäiseksi ongelma määriteltiin tutustumalla työn teoreettiseen taustaan ja aiheeseen liittyvään tutkimukseen Lappeenrannan teknillisestä yliopistosta ja muualta. Myös keskiökärkiä valmistavien yritysten tuotekatalogeja tarkasteltiin. Seuraavaksi siirryttiin alustavaan suunnitteluvaiheeseen, jossa verifioitiin menetelmän toiminta ja luotiin konsepteja keskiökärjen rakenteen kehittämistä varten. Tämän alustavan vaiheen jälkeen suoritettiin suunnitteluprosessi keskiökärjen prototyypille. Lopuksi, suunnitellun prototyypin rakenteen käyttäytymistä arvioitiin tietokonemallinnuksen avulla. Lisätuloksena tutkimuksen aikana johdettiin yksinkertaistettu elementtimenetelmään perustuva laskentamalli järjestelmän ominaistaajuuksien selvittämiseksi. Laskentamallin tarkkuutta arvoitiin. Suunnitteluprosessin tuloksena saatiin kaikki menetelmän toiminnan sekä normaalin käytön asettamat vaatimukset täyttävä rakenne keskiökärjen prototyypille. Myös johdetun laskentamallin tulokset ovat varsin lähellä 3D-elementtimallinnuksen antamia tuloksia. Tutkimuksen tavoitteiden voidaan siis sanoa toteutuneen. Koska prototyyppiä ja laskentamallia ei kuitenkaan ole vielä kokeellisesti verifioitu, tämä ei ole täysin varmaa.

First-principles study on electronic and structural properties of Cu(In/Ga)Se alloys for solar cells

Thin-film photovoltaic solar cells based on the Cu(In1−xGax)Se2 (CIGS) alloys have attracted more and more attention due to their large optical absorption coefficient, long term stability, low cost, and high efficiency. Modern theoretical studies of this material with first-principles calculations can provide accurate description of the electronic structure and yield results in close agreement with experimental values, but takes a large amount of calculation time. In this work, we use first-principles calculations based on the computationally affordable meta- generalized gradient approximation of the density-functional theory to investigate electronic and structural properties of the CIGS alloys. We report on the simulation of the lattice parameters and band gaps, as a function of chemical composition. The obtained results were found to be in a good agreement with the available experimental data.

Suljetun sähkönjakeluverkon regulaatio teollisuusympäristössä

Tässä työssä tutkitaan suljetun jakeluverkon regulaatiota yhden suomalaisen teollisuussähköverkon näkökulmasta ja sitä verrataan olemassa olevaan energiaviraston jakeluverkkoja koskevaan säätelymalliin. Työssä tutkitaan verkkoyhtiön kehittämän säätelymallin toimivuutta ja sitä kuinka se täyttää hyvän valvontamallin ominaispiirteet. Tässä työssä ei ole tarkoituksena esittää uutta valvontamallia, vaan tutkia ja arvioida olemassa olevia malleja. Työssä käydään läpi olemassa oleva kolmannen valvontajakson regulaatiomalli sekä muutokset, joita on esitetty tuleville valvontakausille. Työssä taustoitetaan valvontatoimintaa myös yleisen talousteorian ja valvontateorioiden avulla. Tämän taustoituksen avulla tarkastellaan teollisuussähköverkkojen erityisiä ominaisuuksia ja edelleen tutkitun teollisuussähköverkon korkeita käyttövaatimuksia ja syitä tällaisille vaatimuksille. Verkkoyhtiön käyttämä tariffimalli kuvataan myös sen liittyessä sääntelyyn saumattomasti. Työssä todistettiin mallin toimivuus tämän kaltaisessa toimintaympäristössä, jossa käyntivarmuusvaatimus on erittäin korkea. Havainnoissa myös korostuu mallin pitkäjänteisyys ja ennustettavuus. Laskentaesimerkkien avulla arvioidaan liittymähinnoittelun kohtuullisuutta asiakkaalle ja mallin toimivuutta yleensä. Näissä tarkasteluissa havaittiin, että yleisellä tasolla liittymähinnoittelu on kohtuullista asiakkaalle ja se mahdollistaa asiakkaan pääomien tehokkaamman käytön kuin ilman verkkoyhtiötä. Kehittämiskohteina tuodaan esille keskeytyksistä aiheutuvien haittojen käsittely ja se, ettei tällaiseen verkkoympäristöön ole tällä hetkellä toimivaa mittaria, jolla voitaisiin arvioida kuinka hyvin verkkoyhtiö toimii.

Total cost model to compare own and partner manufacturing

Target of this study was to develop a total cost calculation model to compare all costs from manufacturing and logistics from own factories or from partner factories to global distribution centers in a case company. Especially the total cost calculation model was needed to simulate an own factory utilization effect in the total cost calculation context. This study consist of the theoretical literature review and the empirical case study. This study was completed using the constructive research approach. The result of this study was a new total cost calculation model. The new total cost calculation model includes not only all the costs caused by manufacturing and logistics, but also the relevant capital costs. Using the new total cost calculation model, case company is able to complete the total cost calculations taking into account the own factory utilization effect in different volume situations and volume shares between an own factory and a partner factory.

A modified nominal stress method for fatigue assessment of steel plates with thermally cut edges

Thermal cutting methods, are commonly used in the manufacture of metal parts. Thermal cutting processes separate materials by using heat. The process can be done with or without a stream of cutting oxygen. Common processes are Oxygen, plasma and laser cutting. It depends on the application and material which cutting method is used. Numerically-controlled thermal cutting is a cost-effective way of prefabricating components. One design aim is to minimize the number of work steps in order to increase competitiveness. This has resulted in the holes and openings in plate parts manufactured today being made using thermal cutting methods. This is a problem from the fatigue life perspective because there is local detail in the as-welded state that causes a rise in stress in a local area of the plate. In a case where the static utilization of a net section is full used, the calculated linear local stresses and stress ranges are often over 2 times the material yield strength. The shakedown criteria are exceeded. Fatigue life assessment of flame-cut details is commonly based on the nominal stress method. For welded details, design standards and instructions provide more accurate and flexible methods, e.g. a hot-spot method, but these methods are not universally applied to flame cut edges. Some of the fatigue tests of flame cut edges in the laboratory indicated that fatigue life estimations based on the standard nominal stress method can give quite a conservative fatigue life estimate in cases where a high notch factor was present. This is an undesirable phenomenon and it limits the potential for minimizing structure size and total costs. A new calculation method is introduced to improve the accuracy of the theoretical fatigue life prediction method of a flame cut edge with a high stress concentration factor. Simple equations were derived by using laboratory fatigue test results, which are published in this work. The proposed method is called the modified FAT method (FATmod). The method takes into account the residual stress state, surface quality, material strength class and true stress ratio in the critical place.

Toimintokohtainen kustannuslaskenta muovialan teollisuusyrityksessä

Jatkuva teknologioiden kehittyminen ja globaalin talousjärjestelmän lainalaisuudet pakottavat yrityksiä kiinnittämään enenevässä määrin huomiota kilpailukykyyn ja kannattavuuteen. Kustannuslaskennan tarkkuus on yksi tärkeimmistä taloushallinnon elementeistä kilpailukyvyn ylläpitämisessä. Virheisiin ei ole varaa, sillä väärin perustein tehdyt kustannuslaskennat ajavat yrityksen nopeasti taloudellisiin vaikeuksiin. Tässä tutkimuksessa oli tavoitteena etsiä teollisen muovialan yrityksen tarpeisiin parhaiten sopiva kustannuslaskentajärjestelmä. Tutkimuksen teoriaosassa tutustuttiin eri kustannuslaskentamenetelmiin, ja tarkemmin toimintolaskennan yksinkertaisempaan muotoon, aikaperusteiseen toimintolaskentaan, sen toimivuuden ja käytettävyyden kannalta. Tutkimus toteutettiin konstruktiivisena case -tutkimuksena, jossa pyrittiin kuvaamaan ja havainnollistamaan uusi laskentamalli eli konstruktio. Tutkimuksen empiirisessä osuudessa suoritettiin esimerkkilaskelmia case yrityksen valmistamalle tuoteryhmälle ja vertailtiin laskelman tuloksia nykyiseen laskentamalliin. Saatujen tietojen pohjalta yritys pystyy muokkaamaan hinnoittelua vastaamaan kannattavuustavoitteita ja parantamaan kilpailukykyään, sillä malli tuottaa tarkempaa tietoa kustannuksista ja asiakaskohtaisista kannattavuuksista.

Voimalaitoksen energiaraportoinnin kehittäminen

Diplomityössä tarkasteltiin Metsä Board Simpeleen voimalaitoksen energiaraportointi kokonaisuutta. Tarkastelun kohteena olivat lämpö-, sähkö- ja polttoaine-energiat. Tarkastelun pääpaino oli energian määritykseen tarvittavissa mittapisteissä sekä niistä muodostuvissa raporteissa. Työn tavoitteena oli saada luotettavat energiaraportit, jotka ovat jaoteltu selkeästi ja johdonmukaisesti. Tavoitteena oli myös vähentää kuukausiraportoinnin muodostamiseen tarvittavaa henkilötyöaikaa. Teoriaosuudessa käsitellään yleisesti voimalaitosprosessin toimintaa sekä siinä käytettäviä polttoaineita. Energiataseen muodostamisen perusteita tarkasteltiin voimalaitosprosessin kannalta. Energian määrityksiin käytettävät prosessimittaukset käytiin läpi. Raportointivelvollisuudet selvitettiin, niin tilastokeskuksien, kuin viranomaistenkin suuntaan. Työosuudessa perehdyttiin käytössä oleviin raportointikäytäntöihin sekä raporttipohjiin. Energialaskentayhtälöt ja parametrit tarkastettiin tarvittavilta osin. Työnaikana havaittiin nopeasti, että raportointi muodostetaan pitkälti Microsoft Excel-taulukkolaskentaohjelmiston avulla. Olemassa olevia automatisoituja raportteja ei hyödynnetty ollenkaan, koska niitä pidettiin epäluotettavina. Työn tuloksena automatisoidut kuukausiraportit tarkastettiin, virheet korjattiin ja ne otettiin käyttöön. Automaattisiin raportteihin tehtiin päivitysehdotukset uusista raporttipohjista. Viralliseen kuukausiraportointiin rakennettiin myös kokonaan uudet raportointipohjat, jotka hyödyntävät automaattisesti muodostuvia raportteja. Uudet raporttipohjat nopeuttivat raportointityötä merkittävästi. Polttoaine-energian hallintajärjestelmä todettiin vanhanaikaiseksi ja sen uusimista suositellaan. Uusinnalla raportointityö helpottuisi ja sen avulla siitä saataisiin kattavampi.

Offshoring and outsourcing under demand uncertainty -a supply chain management analysis

Outsourcing and offshoring or any combinations of these have not just become a popular phenomenon, but are viewed as one of the most important management strategies due to the new possibilities from globalization. They have been seen as a possibility to save costs and improve customer service. Executing offshoring and offshore outsourcing successfully can be more complex than initially expected. Potential cost savings resulting from of offshoring and offshore outsourcing are often based on lower manufacturing costs. However, these benefits might be conflicted by a more complex supply chain with service level challenges that can respectively increase costs. Therefore analyzing the total cost effects of offshoring and outsourcing is necessary. The aim of this Master´s Thesis was to to construct a total cost model using academic literature to calculate the total costs and analyze the reasonability of offshoring and offshore outsourcing production of a case company compared to insourcing production. The research data was mainly quantitative and collected mainly from the case company past sales and production records. In addition management level interviews from the case company were conducted. The information from these interviews was used for the qualification of the necessary quantitative data and adding supportive information that could not be gathered from the quantitative data. Both data collection and analysis were guided by a theoretical frame of reference that was based on academic literature concerning offshoring and outsourcing, statistical calculation of demand and total costs. The results confirm the theories that offshoring and offshore outsourcing would reduce total costs as both offshoring and offshore outsourcing options result in lower total annual costs than insourcing mainly due to lower manufacturing costs. However, increased demand uncertainty would make the alternative of offshore outsourcing more risky and difficult to manage. Therefore when assessing the overall impact of the alternatives, offshoring is the most preferable option. As the main cost savings in offshore outsourcing came from lower manufacturing costs, more specifically labour costs, the logistics costs in this case company did not have an essential effect in total costs. The management should therefore pay attention initially to manufacturing costs and then logistics costs when choosing the best production sourcing option for the company.