Tuotantosuunnan muutos ja tuottavuuden kehittäminen lämmönsiirrintuotannossa

Perinteisen haihdutinkonepajan tuotantosuunnan muutos lämmönsiirtimiin tuo mukanaan muutospaineita koko tilaus-toimitusketjulle. Tämän tutkimuksen tarkoituksena on selvittää tuotantosuunnan muutoksesta aiheutuvat vaatimukset ja luoda suunnitelma vastaamaan vaatimuksiin sekä samalla tuottavuuden kehittämiseen. Tutkimusmetodiikkana käytettiin haastattelu- ja havainnointitutkimusta sekä asiantuntijasuunnittelua. Haastattelu- ja havainnointitutkimuksessa tehtiin nykytila-analyysi ja kartoitettiin kehityskohteet tavoitteiden saavuttamiseksi. Keskeisimpiä osa-alueita tavoitteiden saavuttamiseksi ovat uuden valmistusjärjestelmän suunnittelu, toimenpiteet suunnittelua; tuotantoa; tuotannonsuunnittelua varten, uuden tiimityöskentelymallin luominen ja tuotannon johtamiseen vaadittavat muutokset. Näitä osaalueita käsiteltiin neljässä eri työryhmässä, joiden tuloksien perusteella tehtiin johtopäätökset ja lopulta toteutuskelpoinen suunnitelma. Lisäksi hankkeen kannattavuutta käsiteltiin investointilaskelmilla.

Teollisuuden jäähdytysjärjestelmät. Case: Kaasunerotuslaitteiston evaluointi

Teollisuuden jäähdytysjärjestelmiä tarvitaan prosessien lämpötilan ja paineen hal-litsemiseen. Vesi on käytetyin lämmönsiirtoaine hyvän saatavuutensa, halvan hin-nan ja korkean lämmönsiirtokyvyn ansiosta. Jäähdytysjärjestelmät jaetaan kolmeen päätyyppiin, joita ovat läpivirtausjäähdytys, suljettu ja avoin kiertojäähdytys. Kullakin järjestelmätyypillä on tyypilliset alatyyppinsä. Avoimella kiertojär-jestelmällä on eniten alatyyppejä, joista yleisin on jäähdytystorni. Jäähdytystorneja on kolmea tyyppiä: märkä-, kuiva ja hybriditorni. Kullakin järjestelmätyypillä on ominaiset piirteensä käyttökohteiden, ympäristövaikutusten, ohjattavuuden, investointi- ja käyttökulujen suhteen, joita tässä työssä esitellään. Työssä tutkitaan teollisuuden jäähdytysjärjestelmien esittelyn lisäksi erään ali-painekaasunpoistimen soveltuvuutta suljetun kiertojäähdytysjärjestelmän kaasun-poistoon. Suljettuun kiertojäähdytysjärjestelmään jää ilmaa täyttövaiheessa ja kul-keutuu liuenneena käytettävän jäähdytysveden mukana. Muodostuva ylikylläinen seos synnyttää veden sekaan ilmakuplia, jotka aiheuttavat korroosiota kemiallisesti ja kuluttamalla. Lisäksi kaasukuplat vievät tilavuutta nesteeltä. Tämä pienentää järjestelmän jäähdytystehoa merkittävästi, koska kaasun lämmönsiirtokyky verrat-tuna veden lämmönsiirtokykyyn on pieni. Työssä esitellään myös muita mahdolli-sia suljetun järjestelmän kaasulähteitä ja niiden aiheuttamia ongelmia. Alipainekaasunpoistimen kaasunerotustehokkuutta mitattiin jäähdytysvesinäyttei-den selkeytymisnopeudella ja lämmönsiirtimien tehon paranemisella. Kahden viikon tarkastelujaksolla selkeytymisajat paranivat 36–60 % eri mittauspaikoissa ja lämmönsiirtimien tehot paranivat 6–29 %. Järjestelmään kuitenkin jäi merkittävä määrä kaasua, vaikka laitteen käyttöä jatkettiin tarkastelujakson jälkeen, joten tavoitteisiin ei päästy. Tutkitun alipainekaasunpoistolaitteen ei todettu soveltuvan tehdasympäristöön kestämättömyyden, hankalakäyttöisyyden ja tehottomuuden takia. Tulokset kuitenkin osoittavat, että kaasunerotuksella on merkittävä vaikutus suljetun jäähdytysjärjestelmän toimivuuteen ja saavutettavaan jäähdytystehoon.

Production of Biofuels by Fischer Tropsch Synthesis

Production of biofuel via biomass gasification followed by Fischer Tropsch synthesis is of considerable interest because of the high quality of fuels produced which do not contain sulphur and are free of carbon dioxide. The purpose of this Master’s thesis is to study feasibility production of biofuels integrated with Fischer Tropsch process using Aspen Plus simulation. The simulation results were used to size process equipment and carry out an economic evaluation. The results show that lowering the reactor temperature from 1000 oC - 850 oC and raising the water gas shift temperature from 500 oC - 600 oC can improve overall gas efficiency, which in turn leads to better production of ultra clean syngas for the Fischer Tropsch synthetic reactor. Similarly, the Fischer Tropsch offgas is converted into a gas turbine for power production, and finally biodiesel is produced as fuels for transportation.

Dieselmoottorin analogisen kierrosnopeusmittauksen digitalisointi

Työssä suunnitellaan kierrosnopeusmittauksen toteutus vanhaan Ford -teollisuusdieseliin käyttäen moottorin alkuperäistä kierrosnopeusanturia. Anturi kunnostetaan vaihtamalla vanha, palanut käämi uuteen digitaaliseen järjestelmään soveltuvaan käämiin. Sen toimin-ta halutulla kierrosnopeusalueella varmistetaan mittauksin ja tämän perusteella suunnitel-laan kytkentä sen liittämiseksi kierrosnopeuden laskevaan mikrokontrolleriin. Kytkennän toimivuutta testataan simuloimalla ennen prototyypin rakentamista. Erilaisia vaihtoehtoja analogisen näytön toteuttamiseksi tutkitaan ja niistä valitaan yksi ve-nekäyttöön soveltuva, joka toteutetaan järjestelmän näyttöratkaisuksi. Järjestelmälle suunnitellaan piirilevy, jolle prototyyppi kasataan. Mikrokontrollerille koodataan C -ohjelmointikielellä ohjelma, joka laskee dieselmoottorin kierrosnopeuden anturipulssien perusteella ja ohjaa näyttöä.

Kalsinaattorin siirtymien ja teräskuoren murtumien tutkiminen

Sementti on yksi eniten maailmassa käytetty rakennusmateriaali ja Suomessa sementin valmistuksesta vastaa Finnsementti Oy kahden tehtaan voimin. Lappeenrannan tehtaalle investoitiin uusi uunilinja vuonna 2007, joka on aikansa kehittyneintä tekniikkaa. Järjes-telmän esilämmitysvaiheen laitteissa, erityisesti kalsinaattorissa, on esiintynyt luvattoman paljon plastisoitumista ja murtumia. Tässä työssä tutkittiin lämpötilan ja sen vaihtelun vaikutusta järjestelmässä syntyneisiin siirtymiin ja murtumiin. Työn alussa luotiin katsaus erilaisiin murtumisilmiöihin ja niiden syntyyn. Vuorauksessa käytettyihin tiilien käyttäytymistä tutkittiin myös, koska ne ovat olennainen osa esilämmi-tysjärjestelmää. Työn kokeellisessa osuudessa aluksi määriteltiin järjestelmässä käytetylle teräkselle lujuusominaisuudet tutkimalla mikrorakennetta sekä suorittamalla veto- että kovuuskokeet materiaalille. Toisessa osiossa mitattiin järjestelmän alasajon aikana tapah-tuneet siirtymät. Laskennallisessa osuudessa tutkittiin väsymismurtuman mahdollisuutta sekä määritettiin kuoressa esiintyvän särön vaikutusta puhkeamis- ja murtumiskuormituk-seen. FEM- analyysissä tarkasteltiin lämpötilan vaikutusta siirtymien suuruuksiin ja pyrittiin löytämään perusteluita, miksi rakenne on todellisuudessa siirtynyt eri suuntiin kuin alun perin oli tarkoitettu. Lisäksi analysoitiin FEM- mallit tiilihyllystä ja kalsinaattorin kuoren tukikehästä, joista tutkittiin lämpökuorman aiheuttamia jännityksiä. Materiaalin osalta selvisi, että kyseessä oli hyvin yleinen rakenneteräs S235 tai sitä vas-taava teräslaatu. Teräs ei ominaisuuksiltaan sovellu kuumiin olosuhteisiin, jonka vuoksi järjestelmässä käytettävän eristevuorauksen kunto on erityisen tärkeä rakenteen käyttöiän kannalta. Vuorauksen kunnosta riippuu, kuinka suuren lämpökuorman teräskuori saa. Väsymismurtuman mahdollisuus jäi minimaalisen pieneksi lämpötilan muutoksen vaiku-tuksesta. Analysoinnin tulosten perusteella voitiin todeta, että lämpötilan hitaasti mutta kohtalaisen suurella vaihteluvälillä sekä tiilien turpoamisen vaikutuksella on erittäin suuri merkitys järjestelmässä esiintyviin murtumiin.

Recovery and refining of manganese as by-product from hydrometallurgical processes

The consumption of manganese is increasing, but huge amounts of manganese still end up in waste in hydrometallurgical processes. The recovery of manganese from multi-metal solutions at low concentrations may not be economical. In addition, poor iron control typically prevents the production of high purity manganese. Separation of iron from manganese can be done with chemical precipitation or solvent extraction methods. Combined carbonate precipitation with air oxidation is a feasible method to separate iron and manganese due to the fast kinetics, good controllability and economical reagents. In addition the leaching of manganese carbonate is easier and less acid consuming than that of hydroxide or sulfide precipitates. Selective iron removal with great efficiency from MnSO4 solution is achieved by combined oxygen or air oxidation and CaCO3 precipitation at pH > 5.8 and at a redox potential of > 200 mV. In order to avoid gypsum formation, soda ash should be used instead of limestone. In such case, however, extra attention needs to be paid on the reagents mole ratios in order to avoid manganese coprecipitation. After iron removal, pure MnSO4 solution was obtained by solvent extraction using organophosphorus reagents, di-(2-ethylhexyl)phosphoric acid (D2EHPA) and bis(2,4,4- trimethylpentyl)phosphinic acid (CYANEX 272). The Mn/Ca and Mn/Mg selectivities can be increased by decreasing the temperature from the commonly used temperatures (40 –60oC) to 5oC. The extraction order of D2EHPA (Ca before Mn) at low temperature remains unchanged but the lowering of temperature causes an increase in viscosity and slower phase separation. Of these regents, CYANEX 272 is selective for Mn over Ca and, therefore, it would be the better choice if there is Ca present in solution. A three-stage Mn extraction followed by a two-stage scrubbing and two-stage sulfuric acid stripping is an effective method of producing a very pure MnSO4 intermediate solution for further processing. From the intermediate MnSO4 some special Mn- products for ion exchange applications were synthesized and studied. Three types of octahedrally coordinated manganese oxide materials as an alternative final product for manganese were chosen for synthesis: layer structured Nabirnessite, tunnel structured Mg-todorokite and K-kryptomelane. As an alternative source of pure MnSO4 intermediate, kryptomelane was synthesized by using a synthetic hydrometallurgical tailings. The results show that the studied OMS materials adsorb selectively Cu, Ni, Cd and K in the presence of Ca and Mg. It was also found that the exchange rates were reasonably high due to the small particle dimensions. Materials are stable in the studied conditions and their maximum Cu uptake capacity was 1.3 mmol/g. Competitive uptake of metals and acid was studied using equilibrium, batch kinetic and fixed-bed measurements. The experimental data was correlated with a dynamic model, which also accounts for the dissolution of the framework manganese. Manganese oxide micro-crystals were also bound onto silica to prepare a composite material having a particle size large enough to be used in column separation experiments. The MnOx/SiO2 ratio was found to affect significantly the properties of the composite. The higher the ratio, the lower is the specific surface area, the pore volume and the pore size. On the other hand, higher amount of silica binder gives composites better mechanical properties. Birnesite and todorokite can be aggregated successfully with colloidal silica at pH 4 and with MnO2/SiO2 weight ratio of 0.7. The best gelation and drying temperature was 110oC and sufficiently strong composites were obtained by additional heat-treatment at 250oC for 2 h. The results show that silica–supported MnO2 materials can be utilized to separate copper from nickel and cadmium. The behavior of the composites can be explained reasonably well with the presented model and the parameters estimated from the data of the unsupported oxides. The metal uptake capacities of the prepared materials were quite small. For example, the final copper loading was 0.14 mmol/gMnO2. According to the results the special MnO2 materials are potential for a specific environmental application to uptake harmful metal ions.

Objective Evaluation of Nasal Dimensions in Children with Acoustic Rhinometry

Aims: This study was carried out to investigate the usefulness of acoustic rhinometry in the evaluation of intranasal dimensions in children. The aim was to define reference values for school children. In addition, the role of the VAS scale in the subjective evaluation of nasal obstruction in children was studied. Materials and methods: Measurements were done with Acoustic Rhinometry A1. The values of special interest were the minimal cross-sectional area (MCA) and the anterior volume of the nose (VOL). The data for reference values included 124 voluntary school children with no permanent nasal symptoms, aged between 7 and 14 years. Data were collected at baseline and after decongestion of the nose; the VAS scale was filled in before measurements. The subjects in the follow-up study (n=74, age between 1 and 12 years) were receiving intranasal spray of insulin or placebo. The nasal symptoms were recorded and acoustic rhinometry was measured at each control visit. Results: In school children, the mean total MCA was 0.752 cm2 (SD 0.165), and the mean total VOL was 4.00 cm3 (SD 0.63) at baseline. After decongestion, a significant increase in the mean TMCA and in the mean TVOL was found. A correlation was found between TMCA and age, and between TVOL and height of a child. There was no difference between boys and girls. A correlation was found between unilateral acoustic values and VAS at baseline, but not after decongestion. No difference wasfound in acoustic values or symptoms between the insulin and placebo group in the follow-up study of two years. Conclusions: Acoustic rhinometry is a suitable objective method to examine intranasal dimensions in children. It is easy to perform and well tolerated. Reference values for children between 7 and 14 years were established.

Sähköauto osana älykästä sähköverkkoa – Ohjaus ja toiminnallisuudet

Tulevaisuudessa sähköverkko kohtaa monia haasteita, kun sähköautot yleistyvät, vaatien suuren tehotarpeen. Uusiutuvan energiantuotannon epävarma huipputehon tuotanto ei välttämättä pysty kattamaan sähköautoista johtuvaa suurta tehopiikkiä, jos suuret määrät ajoneuvoista kytketään yhtä aikaa lataukseen. Jos sähköajoneuvot voidaan ladata ohjatusti, ei välttämättä tarvita lisäenergian tuotantoa kattamaan kasvanutta huipputehon tarvetta. Lisäksi sähköajoneuvojen akut toimivat koko sähköverkolle energiavarastoina, jollaista ei ole ennen ollut. Älykkäällä sähköverkolla voidaan ohjata sähköajoneuvon latausta, mikäli ajoneuvossa on ohjausjärjestelmä ja akkujen varaustilan mittaus. Tässä kandidaatin työssä ohjelmoidaan mittaus- ja ohjauskortti plug-in hybridiautoa varten, jossa on V2G-ominaisuus. Ohjainkortista toteutetaan toimintakuvaus, jonka mukaan se myös ohjelmoidaan. Ohjainkortti mittaa akkujen jännitettä ja virtaa, joista voidaan määrittää akkujen varaustilat. Ohjainkortti lähettää tiedot eteenpäin PC:lle, jolta ohjainkortti saa käskyn toimintatilasta. Mittaustietojen perusteella voidaan seurata mahdollisia vikatilanteita. Kandidaatintyön aikana ohjainkorttia ei ehditty asentamaan ajoneuvoon, mutta laboratoriotestien mukaan voidaan todeta, että ohjainkortti on ohjelmallisesti toimiva. Mittauksissa selvisi, että ohjainkortin mittaustulot eivät olleet tarpeeksi tarkkoja käyttökohteeseen. Todettiin, että ohjainkortti vaatii rakenteellisia muutoksia mittaustuloksien parantamista varten, ennen ohjainkortin käyttöönottoa, mutta kandidaatintyön tavoitteet saavutettiin.

Modeling study of limestone reactions in fluidized bed conditions

Traditionally limestone has been used for the flue gas desulfurization in fluidized bed combustion. Recently, several studies have been carried out to examine the use of limestone in applications which enable the removal of carbon dioxide from the combustion gases, such as calcium looping technology and oxy-fuel combustion. In these processes interlinked limestone reactions occur but the reaction mechanisms and kinetics are not yet fully understood. To examine these phenomena, analytical and numerical models have been created. In this work, the limestone reactions were studied with aid of one-dimensional numerical particle model. The model describes a single limestone particle in the process as a function of time, the progress of the reactions and the mass and energy transfer in the particle. The model-based results were compared with experimental laboratory scale BFB results. It was observed that by increasing the temperature from 850 °C to 950 °C the calcination was enhanced but the sulfate conversion was no more improved. A higher sulfur dioxide concentration accelerated the sulfation reaction and based on the modeling, the sulfation is first order with respect to SO2. The reaction order of O2 seems to become zero at high oxygen concentrations.

Kaukolämpöverkon paluuveden hyödyntäminen lämmityksessä

Tässä diplomityössä on määritetty paluuvesilämmityksen mahdollisuudet Savon Voima Oyj:n kaukolämpöpaikkakunnilla. Työssä tarkasteltiin paluuvesilämmityksen tuoman paremman kaukolämpöveden jäähtymän vaikutuksia kaukolämpöverkkoon ja energiantuotantoon sekä laskettiin esimerkkipaikkakunnilla kaukolämmön paluuveden lämpötilan alentumisen tuomat rahalliset hyödyt. Lisäksi tarkasteltiin paluuvesilämmityksen taloudellisuutta esimerkkipaikkakunnilla. Laskennassa saatiin paluuvesilämmityksen tuomaksi jäähtymähyödyksi pumppauskustannuksissa 0,7 – 0,8 €/MWh ja lämpöhäviöissä 1,5 – 2,9 €/MWh. Iisalmessa sähköntuotannon lisääntymisestä saadaan hyötyä 0,7 €/MWh. Suurin hyöty saadaan Pielaveden ja Suonenjoen biolämpökeskusten lämmöntalteenotolla varustetuista savukaasupesureista. Pielavedellä tämä hyöty on 6,4 €/MWh ja Suonenjoella 6,1 €/MWh. Paluuvesilämmityksen kannattavuus asuinkiinteistöissä vaatii lämmöntuotannon yhteydessä olevan savukaasupesurin tuoman rahallisen hyödyn. Esimerkiksi Iisalmessa asiakkaalle myönnettävissä oleva jäähtymähyvitys paluuvesilämmöstä ei riitä kattamaan paluuvesilämmityksen suurempia investointikuluja. Myös pesuripaikkakunnilla kannattavuus vaatii suuren vuosittaisen lämmönkäytön. Tavoiteltaessa 8 vuoden korollista takaisinmaksuaikaa vaatii kannattavuus kohteelta Pielavedellä 250 MWh:n ja Suonejoella 300 MWh:n vuosittaisen lämmönkäytön. Myös asiakkaan sijainnin sopivuus kaukolämpöverkossa paluuvesilämmitykseen täytyy tarkastella tapauskohtaisesti. Paluuvesilämmitys ei tule työn tulosten perusteella tulevaisuudessa yleisesti käyttöön, mutta yksittäisiä asiakkaita siihen voidaan liittää.

Measuring Cost of Poor Quality in Industrial Electronics

Quality is not only free but it can be a profit maker. Every dollar that is not spent on doing things wrong becomes a dollar right on the bottom line. The main objective of this thesis is to give an answer on how cost of poor quality can be measured theoretically correctly. Different calculation methods for cost of poor quality are presented and discussed in order to give comprehensive picture about measurement process. The second objective is to utilize the knowledge from the literature review and to apply it when creating a method for measuring cost of poor quality in supplier performance rating. Literature review indicates that P-A-F model together with ABC methodology provides a mean for quality cost calculations. These models give an answer what should be measured and how this measurement should be carried out. However, when product or service quality costs are incurred when quality character derivates from target value, then QLF seems to be most appropriate methodology for quality cost calculation. These methodologies were applied when creating a quality cost calculation method for supplier performance ratings.

Menetelmä ja laitteisto pölyävyyden mittaamiseksi

Kotimainen patentti FI 121802 B

Lämpötila-anturit betonielementeissä

Yleinen tapa betonin kuivumisnopeuden mittaamiseen on käyttää pieniä testivaluja kuivumisen arvioimiseen. Tälle epätarkalle tekniikalle olisi hyvä löytää korvaaja. Tässä kandidaatintyössä tutkitaan soveltuvatko lämpötila-anturilliset RFID-tunnisteet betonin kuivumisnopeuden mittaamiseen ja onko tällä tekniikalla potentiaalia syrjäyttää vanhat toimintatavat. Tämän lisäksi työssä tutkitaan laajemmin RFID-tekniikan ja erityisesti anturillisten RFID-tunnisteiden hyödyntämistä rakennusteollisuudessa. RFID-tekniikka soveltuu moniin rakennusteollisuuden käyttökohteisiin, kuten tiedon hallinnointiin ja rakenteiden kunnon seurantaan. Erilaisten elementtien, materiaalien, työkalujen yms. identifioinnilla pystytään saavuttamaan selkeitä hyötyjä ja RFID on oiva työkalu tähän. Rakenteiden kunnon seurannassa on yleistä käyttää anturiverkkoja. Näiden osalta yleisempää on käyttää langallisia verkkoja, mutta langattomuus on yleistymässä näissäkin. RFID tarjoaa myös näiden osalta uusia hyötyjä. Lämpötila-anturilliset RFID-tunnisteet soveltuvat hyvin betonin kuivumisnopeuden mittaamiseen. Tunnisteiden avulla lämpötila pystytään mittaamaan betonin sisältä. Sisäinen lämpötilan avulla betonin kuivumisnopeus pystytään määrittämään tarkemmin. Tämä tekniikka on myös nopeampi ja edullisempi kuin vanhat toimintatavat.

Siirtohinnoitteluperiaatteet johtamisen apuvälineenä: case-tutkimus

Tämä tutkimus tarkastelee siirtohinnoittelun periaatteita ja sen taustalla vaikuttavia tekijöitä. Tutkielman tavoitteena on tutkia kohdeyrityksen nykyistä siirtohinnoittelua ja laatia sille periaatteet sen yksiköiden väliselle sisäiselle kaupalle. Tarkoituksena on kehittää siirtohinnoitteluperiaatteet, jotka auttavat johtoa liiketoiminnan eteenpäin viemisessä niin, että nuo periaatteet ovat samalla oikeudenmukaiset kohdeyrityksen eri osapuolille. Tutkimus on luonteeltaan kvalitatiivinen, teoreettinen ja kuvaileva case-tutkimus. Se tuo esille teoriaosuudessa eri siirtohinnoitteluvaihtoehtoja ja pohtii analyyttisesti niiden hyötyjä ja haittoja. Teoriaosuus perustuu kattavalle kirjallisuudelle, jonka avulla otetaan huomioon tekijöitä, jotka vaikuttavat siirtohinnoitteluprosessin taustalla. Tutkielman empiirinen aineisto kerättiin haastattelemalla kohdeyrityksen ylintä johtoa. Haastatteluiden rakenne oli luonteeltaan puolistrukturoitu. Lisäksi käytiin aiheeseen liittyvää keskustelua useaan otteeseen kohde-yrityksen talouspäällikön kanssa sekä tehtiin tutustumiskäynti erääseen osuuskuntaan, jossa kohdeyritys on osakkaana. Vierailu perustui osuuskunnan talouspäällikön pitämään esitykseen ja sen aikana käytyyn keskusteluun. Haastattelut tehtiin kevään 2012 aikana. Tutkimuksen perusteella siirtohinnoittelu on monimutkainen prosessi, jossa samanaikaisesti ei voida saavuttaa kaikkia siltä vaadittuja tavoitteita. Siirtohinnoitteluperiaatteita laadittaessa tulee ottaa etenkin huomioon 1) organisaation liiketoiminnan luonne 2) yksiköiden luonne, 3) vaihdettavien tuotteiden luonne, 4) erilaisten hintojen saatavuus sekä 5) suorituskyvyn mittaus ja arviointi. Tämä tutkimus suosittelee kohdeyrityksen tulos-yksiköille yleisesti mukautetun markkinaperusteisen siirtohinnoittelu-vaihtoehdon käyttöönottoa. Jalostustoimintaa vaativien tuotteiden sisäiselle kaupalle tutkimus suosittelee kustannusperusteisen vaihtoehdon noudattamista.