Feasibility of ASH DEC‐ process in treating sewage sludge and manure ash in Finland

In Finland the thermal treatment of sewage sludge has been moderate in 21th century. The reason has been the high moisture content of sludge. During 2005-2008, 97-99% of sewage sludge was utilized in landscaping and agriculture. However agricultural use has been during 2005-2007 less than 3 %. The aim of national waste management plan is that by 2016 100% of sludge is used either as soil amendment or energy. The most popular utilization method for manure is spreading it on arable land. The dry manures such as poultry manure and horse manure could also be used in incineration. The ashes could be used as fertilizers and while it is not suitable as a starter fertilizer, it is suitable in maintaining P levels in the soil. One of the main drivers for more efficient nutrient management is the eutrophication in lakes and the Baltic See. ASH DEC process can be used in concentrating phosphorus rich ashes while separating the heavy metals that could be included. ASH DEC process uses thermochemical treatment to produce renewable phosphate for fertilizer production. The process includes mixing of ashes and chlorine donors and subsequent treatment in rotary kiln for 20 min in temperature of 900 – 1 050 oC. The heavy metals evaporate and P-rich product is obtained. The toxic substances are retained in air pollution control system in form of mixed metal hydroxides. The aim of conducting this study is to estimate the potential of ASH DEC process in treating phosphorus rich ashes in Finland. The masses considered in are sewage sludge, dry manure from horses, and poultry and liquid pig manure. To date the usual treatment method for sewage sludge in Finland is composting or anaerobic digestion. Part of the amount of produced sewage sludge (800 kt/a fresh mass and 160 kt/a TS) could also be incinerated and the residual ashes used in ASH DEC process. Incinerating only manure can be economically difficult to manage because the incineration of manure is in Finland considered as waste incineration. Getting a permit for waste incineration is difficult and also small scale waste incineration is too expensive. The manure could act as an additional feedstock in counties with high density of animal husbandry where the land area might not be enough for spreading of manure. Now when the manure acts as a supplementary feedstock beside sludge, the ash can’t be used directly as fertilizer. Then it could be used in ASH DEC process. The perquisite is that the manure producers could pay for the incineration, which might prove problematic.

On Energy Efficient Computing Platforms

In accordance with the Moore's law, the increasing number of on-chip integrated transistors has enabled modern computing platforms with not only higher processing power but also more affordable prices. As a result, these platforms, including portable devices, work stations and data centres, are becoming an inevitable part of the human society. However, with the demand for portability and raising cost of power, energy efficiency has emerged to be a major concern for modern computing platforms. As the complexity of on-chip systems increases, Network-on-Chip (NoC) has been proved as an efficient communication architecture which can further improve system performances and scalability while reducing the design cost. Therefore, in this thesis, we study and propose energy optimization approaches based on NoC architecture, with special focuses on the following aspects. As the architectural trend of future computing platforms, 3D systems have many bene ts including higher integration density, smaller footprint, heterogeneous integration, etc. Moreover, 3D technology can signi cantly improve the network communication and effectively avoid long wirings, and therefore, provide higher system performance and energy efficiency. With the dynamic nature of on-chip communication in large scale NoC based systems, run-time system optimization is of crucial importance in order to achieve higher system reliability and essentially energy efficiency. In this thesis, we propose an agent based system design approach where agents are on-chip components which monitor and control system parameters such as supply voltage, operating frequency, etc. With this approach, we have analysed the implementation alternatives for dynamic voltage and frequency scaling and power gating techniques at different granularity, which reduce both dynamic and leakage energy consumption. Topologies, being one of the key factors for NoCs, are also explored for energy saving purpose. A Honeycomb NoC architecture is proposed in this thesis with turn-model based deadlock-free routing algorithms. Our analysis and simulation based evaluation show that Honeycomb NoCs outperform their Mesh based counterparts in terms of network cost, system performance as well as energy efficiency.

Venäjän sotilasreformi : asevoimien uusi ilme

Tässä työpaperissa Venäjän sotilasreformin tarkastelu painottuu maavoimiin. Muista puolustushaaroista käsitellään lyhyesti meri- ja ilmavoimia. Lisäksi käsitellään koulutus, reservi ja mobilisaatio, johtaminen, toiminnan ulkoistaminen ja sosiaaliset kysymykset sekä asevoimien varustaminen. Julkaisun lähdemateriaali on lähes kokonaan venäjänkielistä. Sen avulla esitetään venäläisten omat niin myönteiset kuin kriittiset näkemykset koskien Venäjän asevoimien sotilasreformia, uutta ilmettä. Venäjänkielisistä termeistä käytetään mahdollisimman vastaavaa tai kuvaavaa suomenkielistä ilmaisua.

Hydraulisen puomin avoimen piirin koordinaattiohjaus paine-ero-tilavuusvirta-approksimaation avulla

Diplomityön tavoitteena oli kehittää mahdollisimman hyvä koordinaattiohjaus. Sen tuli olla jälkiasennettavissa perinteisen ohjauksen rinnalle työkoneisiin, joissa on käytetty sähköohjattuja proportionaaliventtiileitä. Työssä keskityttiin tutkimaan suuntaventtiilin yli vallitsevasta paine-erosta saatavan tilavuusvirtatiedon hyödyntämistä ohjauksessa. Työn ensimmäisessä vaiheessa koordinaattiohjaus toteutettiin käyttäen 0-peittoisilla karoilla ja karan asematakaisinkytkennällä varustettuja suuntaventtiileitä. Hydrauliseen kuristukseen perustuen saatiin paine-erosta käyttökelpoista tilavuusvirtasignaalia ja koordinaattiohjauksen liikeradan seurannassa oli parhaimmillaan vain 3 cm:n virhe koenosturin työliikkeen pituudella. Toisessa vaiheessa käytettiin työkoneissa yleisesti esiintyvää positiivisin karapeitoin varustettua mobiiliventtiilistöä, jossa oli karakohtaiset painekompensaattorit. Painekompensaattoreiden takia ei paine-eron mittaaminen puhtaasti suuntaventtiilin karan yli ollut mahdollista, jonka takia tyydyttiin koordinaattiohjaus toteuttamaan ilman paineen mittausta luottaen painekompensaattoreiden toimintaan. Käytetyn venttiilistön kavitoinninestotoiminnon huomiointi ohjauksessa jäi ratkaisematta ja se ohitettiin vastusvastaventtiileiden avulla. Koordinaattiohjauksen tarkkuus mobiiliventtiileillä oli vaatimaton ja tulosten toistettavuus heikko. Tulosten perusteella todettiin avoimellakin koordinaattiohjauksella olevan mahdollista saavuttaa lupaava tarkkuus ammattikuljettajiin verrattuna. Mobiiliventtiilistöön liittyvät, työn aikana esiinnousseet epäkohdat olisi ratkaistava ennen käytettyjen menetelmien soveltamista käytännön kohteisiin.

Kaasupoljinohjeen toteuttaminen hybridilinja-auton säätöjärjestelmälle

Sähkö- ja hybridiajoneuvot yleistyvät tiukentuvien päästömääräysten seurauksena, koska sähkömoottoritekniikan avulla ajoneuvon kokonaishyötysuhdetta on mahdollista parantaa merkittävästi. Akkujen kapasiteettiin, kokoon, painoon ja latausaikoihin liittyvien ongelmien vuoksi sekä nestemäistä polttoainetta että sähköä hyödyntävä hybriditekniikka on toistaiseksi pelkkään sähkökäyttöön verrattuna usein toimivampi toteutus. Vanhojen hyötyajoneuvojen hybridikonversiot saattavatkin yleistyä, jos voidaan osoittaa, että konversio on toteutettavissa järkevin resurssein ja voidaan laatia konversion teknisiä haasteita helpottavia ohjeita. Syksyllä 2012 käynnistyi Lappeenrannan Teknillisen Yliopiston vetämä CAMBUS-projekti, jossa on tarkoitus kehittää kaupallisesti tarjolla olevia järjestelmiä pätevämpi hybriditekniikka linja-autokäyttöön. Tämä kandidaatintyö pyrkii kirjallisuuskatsauksen keinoin selvittämään, minkälainen kaasupolkimen toteutus olisi tätä hybridikonversiota ajatellen paras kuljettajan kontrolloiman säätöohjeen käytännön toteutukseen. Lähdemateriaalina on käytetty mm. Boschin ja Automobiltechnische Zeitschriftin ajoneuvoalan käsikirjoja ja oppikirjoja, Volkswagenin koulutuskäsikirjoja ja täydentävästi tieteellisiä artikkeleita ja patentteja. Niiden pohjalta on koottu yleisimmät tämänhetkiset tekniset toteutustavat, pohdittu tiedonsiirron ja sähkömagneettisen yhteensopivuuden haasteita, sekä kokonaissäätöjärjestelmän näkökulmasta säätöohjeen suuretta. Selvityksen perusteella polkimen asentotunnistuksen kannalta oleellista on turvallisuus, eli lähinnä mekaaninen kestävyys ja riittävä häiriösuojaus. Ajoneuvossa ilmeneviä voimakkaita magneettikenttiä hyvin sietävä digitaalinen väyläjärjestelmä voi hyvin toteutettuna myös yksinkertaistaa ajoneuvon sähköjärjestelmän muuta toteutusta. Aineistojen perusteella vääntömomentti on luonnollisin valinta ohjaussuureeksi. Vääntömomenttiohjeen avulla voidaan helposti luoda selkeä ja johdonmukainen tuntuma kuljettajalle voimanlähteiden turvalliseen hallintaan ja se helpottaa myös kommunikointia pidonhallintajärjestelmän ja muiden ajoneuvon hallintaan liittyvien järjestelmien kanssa.

Intelligent mapping of stresses in a hydraulic crane

Continuous loading and unloading can cause breakdown of cranes. In seeking solution to this problem, the use of an intelligent control system for improving the fatigue life of cranes in the control of mechatronics has been under study since 1994. This research focuses on the use of neural networks as possibilities of developing algorithm to map stresses on a crane. The intelligent algorithm was designed to be a part of the system of a crane, the design process started with solid works, ANSYS and co-simulation using MSc Adams software which was incorporated in MATLAB-Simulink and finally MATLAB neural network (NN) for the optimization process. The flexibility of the boom accounted for the accuracy of the maximum stress results in the ADAMS model. The flexibility created in ANSYS produced more accurate results compared to the flexibility model in ADAMS/View using discrete link. The compatibility between.ADAMS and ANSYS softwares was paramount in the efficiency and the accuracy of the results. Von Mises stresses analysis was more suitable for this thesis work because the hydraulic boom was made from construction steel FE-510 of steel grade S355 with yield strength of 355MPa. Von Mises theory was good for further analysis due to ductility of the material and the repeated tensile and shear loading. Neural network predictions for the maximum stresses were then compared with the co-simulation results for accuracy, and the comparison showed that the results obtained from neural network model were sufficiently accurate in predicting the maximum stresses on the boom than co-simulation.

Reaaliaikainen personoitu tuotannonseurantajärjestelmä

Kandidaatintyön loppuraportti on tehty asiakasyritykselle, jolla on räätälöity ”itse tehty” tuotannonohjausjärjestelmä. Tämä nykyinen tuotannonohjausjärjestelmä soveltuu hyvin massatuotantona tapahtuville eri tuotteiden työvaiheiden siirtymisille. Se ei kuitenkaan mahdollista helppokäyttöistä tuotantovaiheiden ja työvaiheiden reaaliaikaista seurantaa. Kandidaatintyön tarkoituksena on lisätä seurantaa fyysisille tuotantolaitteille, jotka eivät ole yhteydessä tuotannonohjausjärjestelmän kanssa. Projektin kehityskohteena on tehdä oma, irrallinen, helppokäyttöinen, personoitava, www -pohjainen käyttöliittymä, jonka seurantapisteitä voidaan hallinnoida varsin itsenäisesti, ilman ulkoisia kumppaneita.

Metsäteollisuuden puunhankinnan ohjaus: Hankintalähteen kannattavuus ja siihen vaikuttavat tekijät

Tutkielmassa rakennettiin laskentamalli metsäteollisuuden puunhankinnan hankintalähteen kannattavuuden määrittämiseksi ja selittämiseksi. Tutkimuksessa noudatettiin konstruktiivisen tapaustutkimuksen tutkimusotetta. Tutkimuksen kohdeorganisaationa oli kansainvälisesti toimivan metsäteollisuusyrityksen Suomen puunhankintaorganisaatio. Kannattavuusmalli määrittelee hankintalähteen kannattavuuden sekä käsitteellisellä että laskentamenettelyn tasolla. Kannattavuusmallin katesuure on porttikate, joka rakennettiin taloudellisen lisäarvon teoriaan nojaten kohdeorganisaation tarpeiden ja sen laskenta-asiantuntijoiden näkemysten perusteella. Kannattavuusmallin rakenne ja osat kuvattiin seikkaperäisesti. Kannattavuusmallin käyttämän liiketoimintadatan poiminta ja laskentasuureiden raportointi testattiin. Mallin tarvitsemat laskentatiedot on saatavissa kohdeorganisaation kehitteillä olevasta toiminnanohjausjärjestelmästä. Laskentamallin hyödyntämismahdollisuudet arvioitiin. Hankintalähteen kannattavuutta mittaavalla porttikatteella voidaan ohjata puunhankintaorganisaatiota sen tavoitteiden saavuttamisessa. Malli ilmaisee porttikatteeseen vaikuttavien tekijöiden vaikutuksen kannattavuuteen, minkä avulla voidaan tehdä parempia päätöksiä hankintalähteiden hyödyntämisessä. Aiemmista tutkimuksista poiketen malli huomioi hankintalähteen suoritteen arvon tärkeimmille asiakastehtaille perustuen todellisiin liiketapahtumiin. Kannattavuusmallia voidaan hyödyntää laajalti metsäteollisuusyritysten tavaralajimenetelmään perustuvassa puunhankinnassa. Kannattavuusmallin rakentaminen rohkaisee puunhankinnan johtoa ja laskentahenkilöitä hedelmällisen yhteistyöhön.

Comparison of Different Concentrated Solar Power Collector Designs and Development of a Linear Fresnel Solar Collector Model

Concentrated solar power (CSP) is a renewable energy technology, which could contribute to overcoming global problems related to pollution emissions and increasing energy demand. CSP utilizes solar irradiation, which is a variable source of energy. In order to utilize CSP technology in energy production and reliably operate a solar field including thermal energy storage system, dynamic simulation tools are needed in order to study the dynamics of the solar field, to optimize production and develop control systems. The object of this Master’s Thesis is to compare different concentrated solar power technologies and configure a dynamic solar field model of one selected CSP field design in the dynamic simulation program Apros, owned by VTT and Fortum. The configured model is based on German Novatec Solar’s linear Fresnel reflector design. Solar collector components including dimensions and performance calculation were developed, as well as a simple solar field control system. The preliminary simulation results of two simulation cases under clear sky conditions were good; the desired and stable superheated steam conditions were maintained in both cases, while, as expected, the amount of steam produced was reduced in the case having lower irradiation conditions. As a result of the model development process, it can be concluded, that the configured model is working successfully and that Apros is a very capable and flexible tool for configuring new solar field models and control systems and simulating solar field dynamic behaviour.

Yrityksen tuoterakenteen määrittäminen olioparadigmalla

Tässä työssä tutkitaan yrityksen tuoterakenteen toteuttamista olioparadigmalla osana vanhenevan tuotannonohjausjärjestelmän uudistamista. Työssä on tunnistettu olioparadigman keskeiset rakenteet sekä tarkasteltu suunnittelumalleja, joita hyödyntämällä voidaan määrittää ja toteuttaa monimutkaisia sekä laajennettavia tuoterakenteita. Työn tavoitteena oli muodostaa tuoterakenteen runko, jota muokkaamalla on mahdollista toteuttaa erityyppisiä tuoterakenteita. Työ on rajattu siten, että todellista tuoterakennetta ei toteuteta. Tutkimuksen tuloksena havaittiin, että oliokeskeisyydellä voidaan toteuttaa tuoterakenteita, joita on mahdollista tulevaisuudessa muokata yrityksen tarpeisiin mukauttaen siten, että tuoterakenteen runkoon ei tarvitse tehdä suuria muutoksia. Olioperusteisella lähestymisellä voidaan mallintaa hyvin erityyppisiä ja ymmärrettäviä käsitteitä. Oliokeskeisellä lähestymistavalla voidaan toteuttaa myös muut vanhenevan tuotannonohjausjärjestelmän osa-alueet.

Arduino-pohjainen OBD2-lukija SAE J1850 VPW protokollatuella

Kandidaatintyössä toteutetaan OBD2 (On-Board Diagnostics 2) -lukija ajoneuvon päästöjenhallintajärjestelmän diagnostiikkatiedoille yleiskäyttöisellä mikro-ohjaimella. Lukija tukee tiedonsiirtoprotokollana SAE J1850 VPW protokollaa. Mikro-ohjaimena on Atmel Corporationin AVR ATMega328. Työn tavoitteena on havainnoida vastaantulevia käytännön ongelmia ja haasteita mikro-ohjaimen käytöllä tiedonsiirtoprotokollan toteutukseen, ja verrata toteutettua järjestelmää kaupallisiin OBD2-lukijoihin. Työn johtopäätöksenä havaitaan mikro-ohjaimen suorituskyvyn rajoitteet ja sen tuomat toiminnan epävarmuustekijät. Työssä myös todetaan, että mikro-ohjain soveltuu tiedonsiirtoprotokollan toteutukseen kun rajoitteet otetaan huomioon. Kaupallisiin lukijoihin verrattuna yleiskäyttöiseen mikro-ohjaimeen perustuva toteutettu järjestelmä on kalliimpi ja toiminnoiltaan suppeampi. Mikro-ohjaimeen perustuva järjestelmä on kuitenkin muokattavissa ja laajennettavissa tarvittaessa, jolloin toteutukseen voidaan saada kaupallisista järjestelmistä mahdollisesti puuttuvia ominaisuuksia, kuten valmistajakohtaisia protokollia ja toimintoja, joita ei ole määritelty OBD2:ssa. Yhtenä esimerkkinä tällaisesta toiminnosta voi mainita ajoneuvoissa yleistyvän sähköisen käsijarrun säätöä ohjaavat komennot jarruhuoltoa varten.

Sulautetun ohjausjärjestelmän kehittäminen 3D-tulostimelle

Kandidaatintyössä tutkittiin Adam Klodowskin tutkimuksessa käytetyn menetelmän soveltuvuutta 3D-tulostimen mekanismiin. Tutkimustyö liittyy RepRap-projektiin, jonka tavoitteena on valmistaa 3D-tulostin 3D-tulostetuista osista. Mekaniikasta oli luotu matemaattinen malli, jota tutkittiin simuloinnin avulla. Työssä toteutettiin täysin yksilöity sulautettu ohjausjärjestelmä kyseiselle mekanismille ja tutkittiin järjestelmän soveltuvuutta käytäntöön. Tavoitteena oli vähentää komponenttien lukumäärää ja pienentää laitteiston vaatimaa tilaa.

Kranaatinheitinkouluttajien AHJO-ammunnanhallintajärjestelmän osaamisen rakentuminen

Tämä tutkimus osallistuu organisaation oppimiseen liittyvästä osaamisen jalkauttamisesta käytävään akateemiseen ja käytännön johtamisen keskusteluun. Tutkimuksen tavoitteena on kuvata ja ymmärtää, miten kranaatinheitinkouluttajien AHJO-ammunnanhallintajärjestelmän käytön osaaminen rakentuu Puolustus-voimissa. Tutkimuskysymystä lähestytään analysoimalla viittä asiantuntijahaastat-telua ja 58 kirjallista tutkimuskyselyvastausta. Tutkimuksen mukaan AHJO-osaaminen rakentuu yksilötasolla formaalien, non-formaalien ja informaalien oppimismenetelmien vuorovaikutuksessa. Peruskoulutuksen aikainen formaali opetus vaikuttaa korostuvan perusosaamisen rakentamisessa, kun taas syvemmän osaamisen kehittämisen edellytyksenä vaikuttaa olevan informaali harjaantuminen. Non-formaalin täydennyskoulutuksen merkitys korostuu vähemmän harjaantuneen henkilöstön osaamisen rakentamisessa sekä järjestelmän käyttöönottokynnyksen madaltamisessa.

Fusion of Data from Quadcopter’s Inertial Measurement Unit Using Complementary Filter

A quadcopter is a helicopter with four rotors, which is mechanically simple device, but requires complex electrical control for each motor. Control system needs accurate information about quadcopter’s attitude in order to achieve stable flight. The goal of this bachelor’s thesis was to research how this information could be obtained. Literature review revealed that most of the quadcopters, whose source-code is available, use a complementary filter or some derivative of it to fuse data from a gyroscope, an accelerometer and often also a magnetometer. These sensors combined are called an Inertial Measurement Unit. This thesis focuses on calculating angles from each sensor’s data and fusing these with a complementary filter. On the basis of literature review and measurements using a quadcopter, the proposed filter provides sufficiently accurate attitude data for flight control system. However, a simple complementary filter has one significant drawback – it works reliably only when the quadcopter is hovering or moving at a constant speed. The reason is that an accelerometer can’t be used to measure angles accurately if linear acceleration is present. This problem can be fixed using some derivative of a complementary filter like an adaptive complementary filter or a Kalman filter, which are not covered in this thesis.