Effect of Shielding Gases in Laser Welding of Aluminium Alloys

High reflectivity to laser light, alloying element evaporation during high power laser welding makes aluminium alloys highly susceptibility to weld defects such as porosity, cracking and undercutting. The dynamic behaviour of the keyhole, due to fluctuating plasma above the keyhole and the vaporization ofthe alloying elements with in the keyhole, is the key problem to be solved for the improvement of the weld quality and stabilization of the keyhole dynamics isperhaps the single most important development that can broaden the application of laser welding of aluminium alloys. In laser welding, the shielding gas is commonly used to stabilize the welding process, to improve the welded joint features and to protect the welded seam from oxidation. The chemicalcomposition of the shielding gas is a key factor in achieving the final qualityof the welded joints. Wide range of shielding gases varying from the pure gasesto complex mixtures based on helium, argon, nitrogen and carbon dioxide are commercially available. These gas mixtures should be considered in terms of their suitability during laser welding of aluminium alloys to produce quality welds. The main objective of the present work is to study the effect of the shielding gascomposition during laser welding of aluminium alloys. Aluminium alloy A15754 was welded using 3kW Nd-YAG laser (continuous wave mode). The alloy samples were butt welded with different shielding gases (pure and mixture of gases) so that high quality welds with high joint efficiencies could be produced. It was observed that the chemical composition of the gases influenced the final weld quality and properties. In general, the mixture gases, in correct proportions, enabled better utilisation of the properties of the mixing gases, stabilized the welding process and produced better weld quality compared to the pure shielding gases.

Raaka-aine- ja energiatehokkuuden parantaminen Oras Oy:n valimossa

Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia toimintatapoja ja edellytyksiä parantaa Oras Oy:n valimon raaka-aine- ja energiatehokkuutta. Tarkastelu suoritettiin ekotehokkuusajattelun näkökulmasta. Valimon ekotehokkuutta mitattiin metallin saannon sekä valu-uunien energiatehokkuuden avulla. Tutkimustyö suoritettiin valitsemalla tarkastelun kohteeksi 20 valutuotetta. Metallin saantoa selvitettäessä punnittiin tuotteita eri työvaiheissa,jolloin saatiin selville valukanavien sekä koneistus- ja hiontavarojen osuudet valutuotteisiin panostetusta messingistä. Saantoa laskettaessa tuli myös huomioida vuosittain hylättävien tuotteiden määrät sekä messingin raaka-ainekierto kokonaisuudessaan. Valu-uunien osalta selvitettiin toiminta-ajan ja energiankulutuksen jakautuminen messingin sulattamisen ja sulan kuumanapidon kesken. Työssä tarkasteltiin, kuinka paljon metallin saantoa voitaisiin parantaa pienentämällä valukanavien ja työvarojen osuutta valoksissa sekä vähentämällähylkyjen määrää. Lisäksi tarkasteltiin muutosten vaikutuksia raaka-ainekustannuksiin sekä jätteiden määrään. Valu-uunien energiatehokkuuden parantamisen osaltatarkasteltiin käyttöasteen nostamisen eli viikoittaisen käyntiajan lisäämisen vaikutuksia energiankulutukseen ja -kustannuksiin sekä edellytyksiä pitää osa uuneista kylmänä.

Studies on integrating kinematic design method with mechanical systems simulation techniques

Theultimate goal of any research in the mechanism/kinematic/design area may be called predictive design, ie the optimisation of mechanism proportions in the design stage without requiring extensive life and wear testing. This is an ambitious goal and can be realised through development and refinement of numerical (computational) technology in order to facilitate the design analysis and optimisation of complex mechanisms, mechanical components and systems. As a part of the systematic design methodology this thesis concentrates on kinematic synthesis (kinematic design and analysis) methods in the mechanism synthesis process. The main task of kinematic design is to find all possible solutions in the form of structural parameters to accomplish the desired requirements of motion. Main formulations of kinematic design can be broadly divided to exact synthesis and approximate synthesis formulations. The exact synthesis formulation is based in solving n linear or nonlinear equations in n variables and the solutions for the problem areget by adopting closed form classical or modern algebraic solution methods or using numerical solution methods based on the polynomial continuation or homotopy. The approximate synthesis formulations is based on minimising the approximation error by direct optimisation The main drawbacks of exact synthesis formulationare: (ia) limitations of number of design specifications and (iia) failure in handling design constraints- especially inequality constraints. The main drawbacks of approximate synthesis formulations are: (ib) it is difficult to choose a proper initial linkage and (iib) it is hard to find more than one solution. Recentformulations in solving the approximate synthesis problem adopts polynomial continuation providing several solutions, but it can not handle inequality const-raints. Based on the practical design needs the mixed exact-approximate position synthesis with two exact and an unlimited number of approximate positions has also been developed. The solutions space is presented as a ground pivot map but thepole between the exact positions cannot be selected as a ground pivot. In this thesis the exact synthesis problem of planar mechanism is solved by generating all possible solutions for the optimisation process ¿ including solutions in positive dimensional solution sets - within inequality constraints of structural parameters. Through the literature research it is first shown that the algebraic and numerical solution methods ¿ used in the research area of computational kinematics ¿ are capable of solving non-parametric algebraic systems of n equations inn variables and cannot handle the singularities associated with positive-dimensional solution sets. In this thesis the problem of positive-dimensional solutionsets is solved adopting the main principles from mathematical research area of algebraic geometry in solving parametric ( in the mathematical sense that all parameter values are considered ¿ including the degenerate cases ¿ for which the system is solvable ) algebraic systems of n equations and at least n+1 variables.Adopting the developed solution method in solving the dyadic equations in direct polynomial form in two- to three-precision-points it has been algebraically proved and numerically demonstrated that the map of the ground pivots is ambiguousand that the singularities associated with positive-dimensional solution sets can be solved. The positive-dimensional solution sets associated with the poles might contain physically meaningful solutions in the form of optimal defectfree mechanisms. Traditionally the mechanism optimisation of hydraulically driven boommechanisms is done at early state of the design process. This will result in optimal component design rather than optimal system level design. Modern mechanismoptimisation at system level demands integration of kinematic design methods with mechanical system simulation techniques. In this thesis a new kinematic design method for hydraulically driven boom mechanism is developed and integrated in mechanical system simulation techniques. The developed kinematic design method is based on the combinations of two-precision-point formulation and on optimisation ( with mathematical programming techniques or adopting optimisation methods based on probability and statistics ) of substructures using calculated criteria from the system level response of multidegree-of-freedom mechanisms. Eg. by adopting the mixed exact-approximate position synthesis in direct optimisation (using mathematical programming techniques) with two exact positions and an unlimitednumber of approximate positions the drawbacks of (ia)-(iib) has been cancelled.The design principles of the developed method are based on the design-tree -approach of the mechanical systems and the design method ¿ in principle ¿ is capable of capturing the interrelationship between kinematic and dynamic synthesis simultaneously when the developed kinematic design method is integrated with the mechanical system simulation techniques.

Effect of Noncondensable Gases on Circulation of Primary Coolant in Nuclear Power Plants in Abnormal Situations

The present study focuses on two effects of the presence of a noncondensable gas on the thermal-hydraulic behavior of thecoolant of the primary circuit of a nuclear reactor in the VVER-440 geometry inabnormal situations. First, steam condensation with the presence of air was studied in the horizontal tubes of the steam generator (SG) of the PACTEL test facility. The French thermal-hydraulic CATHARE code was used to study the heat transfer between the primary and secondary side in conditions derived from preliminary experiments performed by VTT using PACTEL. In natural circulation and single-phase vapor conditions, the injection of a volume of air, equivalent to the totalvolume of the primary side of the SG at the entrance of the hot collector, did not stop the heat transfer from the primary to the secondary side. The calculated results indicate that air is located in the second half-length (from the mid-length of the tubes to the cold collector) in all the tubes of the steam generator The hot collector remained full of steam during the transient. Secondly, the potential release of the nitrogen gas dissolved in the water of the accumulators of the emergency core coolant system of the Loviisa nuclear power plant (NPP) was investigated. The author implemented a model of the dissolution and release ofnitrogen gas in the CATHARE code; the model created by the CATHARE developers. In collaboration with VTT, an analytical experiment was performed with some components of PACTEL to determine, in particular, the value of the release time constant of the nitrogen gas in the depressurization conditions representative of the small and intermediate break transients postulated for the Loviisa NPP. Such transients, with simplified operating procedures, were calculated using the modified CATHARE code for various values of the release time constant used in the dissolution and release model. For the small breaks, nitrogen gas is trapped in thecollectors of the SGs in rather large proportions. There, the levels oscillate until the actuation of the low-pressure injection pumps (LPIS) that refill the primary circuit. In the case of the intermediate breaks, most of the nitrogen gas is expelled at the break and almost no nitrogen gas is trapped in the SGs. In comparison with the cases calculated without taking into account the release of nitrogen gas, the start of the LPIS is delayed by between 1 and 1.75 h. Applicability of the obtained results to the real safety conditions must take into accountthe real operating procedures used in the nuclear power plant.

Biologisen jätevedenpuhdistuksen ilmastuksen tehostaminen

Työssä tutkittiin, mikä on kustannustehokkain tapa lisätä ilmastuskapasiteettia ja selvitettiin, saostaako vesilaitokselta flotaatioaltaasta poistettava ferrisulfaattisakka jäteveden fosforia esiselkeyttimessä. Työssä määritettiin teoreettinen hapentarve ilmastusaltaassa maksimikuormituksen aikana ja hapensiirtonopeus jäteveteen olemassa olevalla laitteistolla. Hapensiirtonopeuden funktion korjauskertoimet  ja  sekä kokonaishapensiirtokerroin määritettiin laboratorio-olosuhteissa. Lisäksi laskettiin kuinka paljon nykyisten ilmastimien kautta saadaan happea jäteveteen liukenemaan ja verrattiin tätä lukua teoreettiseen hapentarpeeseen. Jälkimmäistä menettelytapaa käyttäen arvioitiin lisähapen tarve. Tulokseksi saatiin, että maksimi BOD-kuormituksen aikana happea tarvitsee saada jäteveteen liuotettua 5200 m³/d lisää. Ilmastuskapasiteetin lisäyksen kustannuslaskelmassa verrattiin neljää vaihtoehtoa: puhdasta happea liuotettuna happimattojen kautta tai OKI-ilmastimen kautta, onsite-happilaitoksen puhdasta happea liuotettuna OKI-ilmastimen kautta tai ilman happea liuotettuna jäteveteen EDI-ilmastimien kautta. Laskelmat osoittivat uusien EDI-ilmastimien hankinnan olevan edullisin vaihtoehto pitkällä aikavälillä. Vaikka EDI-ilmastimien investointikustannukset ovat korkeat, tulevat ne käyttökustannuksiltaan kaikkein edullisimmaksi. Vesilaitokselta tulevan rautasuolasakan fosforia saostavaa vaikutusta tutkittiin laboratoriossa astiakokein. Näytteet otettiin vesilaitokselta jätevesilaitokselle menevästä rautasuolasakasta sekä esiselkeyttimen kirkasteesta. Näitä eri suhteissa keskenään sekoittamalla saatiin selville, että rautasuolasakka ja sakan mukana tuleva reagoimaton rautasuola saostavat liukoista ja kokonaisfosforia esiselkeytyksessä.

Mikroaaltopahveihin käytettävien lainereiden kerroksellisuuden merkitys

Diplomityön tavoitteena oli selvittää millaisia mikroaaltopahveihin käytettävien lainerikartonkien tulisi olla ja mitä ominaisuuksia niiltä vaaditaan. Työ on jaettu kirjallisuusosaan ja kokeelliseen osaan. Kirjallisuusosassa esitellään nykyisin käytetyt aaltopahvin raaka-aineet, aaltoprofiilit ja aaltopahvin valmistusprosessi sekä raaka-aineiden ja valmiin aaltopahvin testausmenetelmät ja tärkeät ominaisuudet. Kokeellinen osa koostuu laboratoriokokeista, pilot-koeajoista ja aaltopahvin valmistuksesta. Kokeellisen osan laboratoriovaiheessa käytetty massa fraktioitiin lyhyeen ja pitkään fraktioon. Lyhyestä ja pitkästä fraktioista valmistettiin eri fraktio-osuuksilla yksi- ja kaksikerrosarkkeja. Laboratorioarkkien neliömassa-alue oli 70 - 125 g/m2. Lisäksi muuttujana oli tiheys. Laboratoriomittausten perusteella parhaimmat rakenteet valittiin ajettavaksi pilot-mittakaavan koekartonkikoneella. Koekoneella valmistetuista yksi- ja kaksikerroskartongeista valmistettiin tehdasmittakaavassa F-aaltopahvia ja saadut rakenneyhdistelmät testattiin. Koetulosten perusteella voidaan sanoa, että mikroaaltolainerille on olemassa optimaalinen rakenne, joka riippuu painotettavasta ominaisuudesta. Pintaominaisuuksien painottaminen johtaa erilaiseen rakenteeseen kuin lujuusominaisuuksien painottaminen. Myös lainerin käyttökohde (pinta- tai taustalaineri) johtaa erilaiseen optimaaliseen rakenteeseen.

Yrityksen sisäisen kilpailun ja yhteistyön innovaatiovaikutus ja johtaminen t&k-toiminnassa

Tiedon luomiseen ja hyödyntämiseen perustuvassa liiketoiminnassa yrityksen kyky luoda tietoa ja käyttää hallussaan olevaa tietoa muodostaa perustan kilpailukyvylle ja kilpailueduille. Tutkielmassa rakennetaan konstruktiivista tutkimusotetta käyttäen innovaatioiden synnyn johtamiseen soveltuva toimintamalli Teecen tietoprosesseihin, Nonakan tiedonkonversioprosesseihin ja Ståhlen tietoympäristöihin perustuen. Tietoa syntyy esimerkiksi innovaatioissa. Innovaatioiden voidaan katsoa syntyvän vastakkaisten voimien jatkuvassa vuorovaikutuksessa. Tämä innovaatioita tuottava mekanismi rakentuu tietoa lisäävistä ja tietoa järjestävistä prosesseista, joita voidaan kuvata sekä seci-prosessin että kolmitasoisen tietoympäristön avulla. Sisäinen kilpailu ja yhteistyö vaikuttavat tämän mekanismin toimintaan. Yhteistyö lisää tiedon jakamista ja mahdollistaa radikaalien innovaatioiden ja tuoteinnovaatioiden synnyn. Kilpailun lisääminen vähentää keskinäistä tiedon jakamista ja siirtää innovaatioita fokuksen mukaisiin prosessi-innovaatioihin. Kilpailun ja yhteistyön määrään ja keskinäiseen suhteeseen voidaan vaikuttaa kolmitasoisesta tietoympäristömallista johdettujen kolmen erillisen, joskin toisiinsa vaikuttavan, johtamistavoitteen avulla. Mahdollistava johtaminen rakentaa luottamuksen ja yrityksen toiminnan perustaa. Valtuuttava johtaminen houkuttaa yhteistyöhön mahdollistaen tiedon lisääntymisen. Ohjaavan johtamisen prosessit vievät yritystä strategian mukaiseen suuntaan hyödyntäen sisäistä kilpailua.

Organisaation päätöksenteko ja tiedon rooli. Case: UPM-Kymmene Oyj, Kaukas

Tutkielman tavoitteena on selvittää, mihin päätöksenteko perustuu teollisuusyrityksessä. Tutkimuksessa kartoitettiin kohdeorganisaation päätöksentekijöiden näkemyksiä toimintaympäristöstään, itsestään päätöksentekijöinä ja päätöksenteosta sekä tiedosta ja sen käytöstä. Lisäksi sivutaan päätöksenteon sosiaalista luonnetta. Empiirisen tutkimuksen kohdeyksikkönä on UPM-Kymmene Oyj, Kaukas Lappeenrannassa. Tutkimus on toteutettu esimiestasolle suunnattuna lomakekyselynä lokakuussa 2003. Päätöksistä yleisimpiä olivat operatiivisen tason päätökset; taktisen ja strategisen tason päätöksiä tehtiin vähemmän. Päätöstilanteista useimmin kohdattuja olivat puolijäsentyneet ja jäsentyneet tilanteet, kun taas jäsentymättömät päätöstilanteet olivat harvinaisempia. Päätöksentekoprosesseista yleisimmin käytetty oli kirjallisuudessa taktiseen päätöstasoon ja puolijäsentyneisiin päätöstilanteisiin liitetty rajoitetun rationaalisuuden malliin perustuva vaiheittainen malli. Kirjallisuudessa strategiseen päätöksentekotasoon ja jäsentymättömiin päätöstilanteisiin liitetyn ns. iteratiivisesti vaiheittaisen mallin todettiin soveltuvan myös tämänkaltaiseen päätöksentekoon. Esimiehet pitivät toimintaympäristöään teollisuusyrityksessä pääasiallisesti orgaanisena. Tällaisessa ympäristössä vaikutussuhteet ja keinot ohjata ympäristöä perustuvat pitkälti vuorovaikutteisuuteen. Päätöksentekijöiden johtamistyylin todettiin olevan pikemminkin demokraattinen kuin autoritäärinen, mikä tukee edellä mainittuja tuloksia. Tiedon lähteistä päätöksenteon kannalta tärkeimpinä ja luotettavimpina koettiin henkilökohtaiset lähteet. Sisäiset lähteet nähtiin ulkoisia tärkeämpinä ja luotettavampina niin henkilökohtaisten, tekstimuotoisten kuin online-lähteidenkin osalta. Esimiesten todettiin hyödyntävän tosiasiatietoa, kokemusta ja intuitiota eri tavoin erilaisissa päätöstilanteissa, joten myös tehokkaat keinot tukea päätöksentekoa vaihtelevat päätöstyypeittäin. Tutkimuksen tulokset perustuvat kohderyhmän kyselylomakkeella kerättyihin mielipiteisiin. Käytetystä menetelmästä johtuen mielipiteiden taustatekijät ja todellinen toiminta organisaatiossa jäävät vielä avoimiksi. Tutkimustulosten syventäminen ja vahvistaminen sekä lisätiedon saaminen organisaation päätöksenteon todellisuudesta edellyttäisi empiiristä havainnointia tai vähintäänkin haastatteluja.

Diagnostiikkamenetelmät höyrykattilan leijukerroksen tilan ja käytettävyysongelmien tunnistamiseksi

Diplomityön tavoitteena oli tutkia höyrykattiloiden leijukerrosten käytettävyysongelmia ja kirjallisuudesta löytyvien diagnostiikkamenetelmien toimivuutta leijukerroksen tilan ja käytettävyysongelmien tunnistamiseksi. Diagnostiikkamenetelmien toimivuutta testattiin VTT:n kiertoleijukoelaitteen prosessimittauksiin perustuen. Analysoinnissa käytettiin prosessimittauksia, jotka ovat yleisesti käytössä energiantuotannon leijukerroskattiloissa. Analysoitavina koeajotapauksina olivat kylmäkokeet partikkelikokojakaumaltaan vaihtelevalle leijutusmateriaalille, tuhkapartikkelien aiheuttama petimateriaalin karkeneminen ja agglomeroituminen, sekä vaihtelevien ajoarvojen vaikutus leijukerroksen hydrodynaamiseen käyttäytymiseen. Kokeellisesta osiosta saaduista tuloksista selvisi leijutusilman tilavuusvirran, petimassan ja partikkelikoon vaikutus analysoitavaan prosessimittaukseen. Tuloksista oli havaittavissa myös kiertävän petimateriaalin ja pohjapedin osuuksien vaikutus mitattuun painesignaaliin. Petipartikkelien agglomeroitumisen ja karkenemisen todettiin lisäävän kiertoleijukoelaitteistossa nousuputken pohjapedin määrää suhteessa kiertävään petimateriaaliin, mikä voitiin havaita painemittauksista.

Sellutehtaan sekundäärilämmön käytön tehostaminen

Energia on olennainen osa nykyaikaisen sellutehtaan prosesseja, joissa kuluu suuria määriä lämpöä ja sähköä. Pyrittäessä entistä kustannustehokkaampaan liiketoimintaan nousee energiatehokkuus usein mielenkiinnon kohteeksi. Pitkälle viety sähkön ja lämmön yhteistuotanto yhdistettynä korkeaan biopolttoaineiden osuuteen energian tuotannossa luovat pohjan tälle pyrkimykselle. Sekundäärilämpöä syntyy prosessien sivutuotteena ja sen mahdollisimman suuri hyödyntäminen on yksi keino päästä kohti parempaa energiatehokkuutta. Joissain tapauksissa sillä voidaan korvata jopa primäärienergian käyttöä ja mahdollisesti pienentää ostopolttoaineiden tarvetta. Diplomityössä tutkitaan sellutehtaan sekundäärilämpöjärjestelmän toimintaa, ohjausta ja energiankulutusta. Sekundäärilämpöjärjestelmästä muodostetaan taseet talvitilanteessa ja samalla etsitään mahdollisia uusia talteenotettavia sekundäärilämpövirtoja tai vastaavasti käyttökohteita. Lisäksi päivitetään sekundäärilämpöjärjestelmän raportoinnin ja ohjauksen työkaluja nykytilannetta vastaavaksi. Työn aikana kiinnitetään myös huomiota järjestelmän toimintaan muutostilanteissa, joissa kaikkia vesijakeita ei välttämättä ole saatavilla prosessin tarvitsemia määriä.

Dewatering of hard-to-dewater pulps

Nanocellulose has much potential for enhancing the tensile strength of paper but it slows down significantly drainage, restricting its use in industrial scale. Main objective of the work was to find ways to improve the dewatering of nanocellulose-containing papers. The effects of cationic potato starch, microparticle system and filler addition on dewatering and such key properties as formation, tensile strength and air permeance of manufactured paper were studied. Test points had 0, 4 or 8 % CNF and 0, 15 or 30 % PCC content. Based on earlier studies, 25 mg/g starch dosage was added to some test points. Modern microparticle system, consisted of cationic polyacrylamide and amorphous silica, was used in few test points. Dosages for both components were 0.3 and 0.6 mg/g, following the recommendations of the supplier. Also, the influences of CNF and filler on drying behaviour after different stages (drainage, wet pressing and cylinder drying) were estimated. Following trends were observed. Starch does not have unambiguous influence on dewatering. In some cases, it improved drainage slightly but effects on the properties of end product were discovered small. Filler quickened dewatering but large proportions were noticed to be detrimental for the drainage, air permeance and tensile strength. Microparticle system improved drainage notably, especially if CNF dosage was high. In addition, microparticle system increased tensile strength and decreased air permeance. However, its effects on formation were detrimental. Dewatering of nanocellulose-containing furnishes is treatable up to a certain point. In the end, such drainage times that were measured from test points which consisted only of pure kraft pulps are awkward to reach.

Biokaasulaitoksen energiatalouden tarkastelu

Biokaasulaitosala ja tuotosten hyötykäyttömarkkinat kasvavat ja kehittyvät tiukentuneiden ilmastotavoitteiden, liikenteen biopolttoaineiden lisäämisvelvoitteiden sekä jätehuoltoratkaisujen uusiutumisen myötä. Tässä työssä tarkasteltiin biokaasulaitoksen toimintaa, energiataloudellisuutta sekä biokaasulaitoksen talouteen vaikuttavia tekijöitä, kuten porttimaksuja ja toiminnan mahdollistavaa logistiikkaa. Lisäksi työssä on laskettu biokaasun hyötykäytöstä aiheutuvat päästövähenemät, kun biokaasulla korvataan fossiilisia polttoaineita sähkön- ja lämmöntuotannossa tai perinteisiä liikennepolttoaineita. Työn keskeisemmät tulokset osoittivat, että biokaasulaitoksen energiatase on positiivinen, biokaasulaitosprosessin kuluttaessa noin 40 %:a biokaasulaitoksen kokonaisenergiantuotosta, kun kuljetuksia ei huomioida. Kuljetuksien kuluttama energiaosuus vastaa noin 20 %:a biokaasulaitoksen tuottamasta energiasta. Biokaasun hyötykäytöstä aiheutuvat vuosittaiset päästövähenemät vaihtelivat tarkastelluissa tapauksissa 6 600-7 800 tCO2-ekv välillä hyötykäyttömuodosta riippuen. Työn tulokset auttavat Biovakka Suomi Oy:tä tulevissa päätöksentekovaiheissa sekä investointikysymyksissä.

Ruokohelven käytön lisääminen Joensuun voimalaitoksen kattilassa – käytettävyys, hyötysuhde ja taloudellisuus

Ruokohelpi soveltuu ympäristöystävällisyyden ja korkean lämpöarvon vuoksi hyvin energiantuotantoon. Fortumin Joensuun voimalaitoksella ruokohelpi on syötetty kattilaan tähän asti pääasiassa pääpolttoaineisiin, turpeeseen tai hakkeeseen seostettuna pieninä energiaosuuksina. Pääpolttoaineisiin verrattuna ruokohelvellä on alhaisempi irto- ja energiatiheys, korkeampi klooripitoisuus ja kattilaa likaavampi tuhka, mikä asettaa rajoitteita sen käytön lisäämiselle voimalaitoksella. Alhaisesta irto- ja energiatiheydestä johtuvan holvautumisen sekä tukoksien lisääntymisen ja Joensuun voimalaitoksen nykyisten kuljettimien kapasiteettiongelmien vuoksi ruokohelven osuuden lisääminen suuremmaksi kuin 5 % polttoaine-energiasisällöstä on riskialtista ja edellyttää täten investointia erilliseen ruokohelven käsittely- ja syöttöjärjestelmään. Yksi vaihtoehto on murskata ruokohelpipaalit joko sähkökäyttöisellä, puolikiinteällä ja nopeakäyntisellä Haybuster H1130 tilt -murskaimella tai kiinteällä ja hidaskäyntisellä Raumaster-murskaimella ja ohjata ruokohelpisilppu joko pitkän mekaanisen kuljettimen ja sen perässä olevien lyhyiden pneumalinjojen tai pelkkien pitkien pneumalinjojen kautta suoraan kattilapesään. Työssä tutkitut investoinnit ovat taloudellisesti sitä kannattavampia mitä enemmän ruokohelpeä voidaan vuositasolla polttaa voimalaitoksella. Ruokohelven käyttömäärää voimalaitoksella kannattanee lisätä kuljetusmatkaa pidentämällä. Investointien valinta ei ole itsestäänselvyys. Nopeakäyntinen murskain on hidaskäyntistä murskainta edullisempi investointi, tosin hidaskäyntisen murskaimen käyttövarmuus on parempi kuin nopeakäyntisen murskaimen. Kattilan käytettävyyden kannalta ruokohelven käytön lisääminen edellyttää kattilan palamistekniikan analysointia laskennallisesti virtausmallinnuksella ennen kuin lopullisia päätöksiä investointien suhteen voidaan tehdä.

Berry polyphenol absorption and the effect of northern berries on metabolism, ectopic fat accumulation, and associated diseases

The prevalence of obesity and type 2 diabetes has increased at an alarming rate in developed countries. It seems in the light of current knowledge that metabolic syndrome may not develop at all without NAFLD, and NAFLD is estimated to be as common as metabolic syndrome in western population (23 % occurrence). Fat in the liver is called ectopic fat, which is triacylglycerols within the cells of non-adipose tissue. Serum alanine aminotransferase (ALT) values correlate positively with liver fat proportions, and increased activity of ALT predicts type 2 diabetes independently from obesity. Berries, high in natural bioactive compounds, have indicated the potential to reduce the risk of obesity-related diseases. Ectopic fat induces common endocrine excretion of adipose tissue resulting in the overproduction of inflammatory markers, which further induce insulin resistance by multiple mechanisms. Insulin resistance inducing hyperinsulinemia and lipolysis in adipocytes increases the concentration of free fatty acids and consequently causes further fat accumulation in hepatocytes. Polyphenolic fractions of berries have been shown to reverse inflammatory reaction cascades in in vitro and animal studies, and moreover to decrease ectopic fat accumulation. The aim of this thesis was to explore the role of northern berries in obesity-related diseases. The absorption and metabolism of selected berry polyphenols, flavonol glycosides and anthocyanins, was investigated in humans, and metabolites of the studied compounds were identified in plasma and urine samples (I, II). Further, the effects of berries on the risk factors of metabolic syndrome were studied in clinical intervention trials (III, IV), and the different fractions of sea buckthorn berry were tested for their ability to reduce postprandial glycemia and insulinemia after high-glucose meal in a postprandial study with humans (V). The marked impact of mixed berries on plasma ALT values (III), as well as indications of the positive effects of sea buckthorn, its fractions and bilberry on omental adiposity and adhesion molecules (IV) were observed. In study V, sea buckthorn and its polyphenol fractions had a promising effect on potprandial metabolism after high-glucose meal. In the literature review, the possible mechanisms behind the observed effects have been discussed with a special emphasis on ectopic fat accumulation. The literature review indicated that especially tannins and flavonoids have shown potential in suppressing diverse reaction cascades related to systemic inflammation, ectopic fat accumulation and insulin resistance development.