Energia- ja ilmastotoimenpiteiden käynnistäminen pk-yrityksissä

Tämän diplomityön tarkoituksena oli kehittää toimintamalli pk-yritysten energia- ja ilmastotoimenpiteiden käynnistämiseksi HINKU-kunnissa. Esimerkkiyrityksenä työssä toimi Tehomet Oy:n Parikkalan tehdas. Työssä tutustuttiin ensimmäisenä erilaisiin jo olemassa oleviin toimintamalleihin, hiilijalanjäljen laskentastandardeihin sekä erilaisiin mahdollisuuksiin hiilineutraaliuden saavuttamiseksi. Lisäksi Tehomet Oy:n Parikkalan tehtaalta kerättiin tarvittavaa tietoa yrityksen ja tuotteen hiilijalanjälkien laskentaa varten. Kerätyn tiedon ja jo olemassa olevien standardien ja toimintamallien pohjalta kehitettiin toimintamalli, johon sisältyy laskentataulukko, jonka avulla yritykset voivat laskea hiilijalanjälkensä ja tunnistaa kasvihuonekaasupäästöjen merkittävyyden liiketoimintansa kehittämisen näkökulmasta. Tehomet Oy:n valmistaman puupylvään hiilijalanjälki pieneni merkittävästi, kun laskennassa huomioitiin hiilen sitoutuminen tuotteeseen sekä tuotteen käytöstä poisto. Parikkalan tehtaan tapauksessa suurin yksittäinen kasvihuonekaasujen päästölähde on sähkönkulutus. Energiankulutuksen kannalta merkittävin säästökohde olisi mitä todennäköisimmin teholtaan liian suuresta kompressorista luopuminen. Kasvihuonekaasupäästöjen hiilineutraaliksi saattamiseksi mahdolliset toimenpiteet olisivat tässä tapauksessa hiilivapaan sähkön ostaminen tai päästöjen kompensoiminen ostamalla päästöoikeuksia. Toimintamallin todellinen toimivuus nähdään tulevaisuudessa, kun sitä päästään testaamaan laajemmalti eri aloilla toimiviin yrityksiin.

Taajuusmuuttajan hyödyntämismahdollisuudet kompressorijärjestelmien elinkaarikustannusten optimoimisessa

Paineilmaa on kutsuttu neljänneksi perushyödykkeeksi veden, sähkön ja kaasun lisäksi. Paineilman kuluttaja on usein myös sen tuottaja. EU:n alueen teollisuudessa keskimää-rin 16 % kulutetusta kokonaissähkötehosta kuluu ilmakompressoreiden käyttöön. Taa-juusmuuttajan käyttö on viime vuosikymmeninä lisääntynyt merkittävästi, kun on pyrit-ty energiatehokkaisiin ratkaisuihin esimerkiksi pumppaus- ja puhallinjärjestelmissä. Kompressorijärjestelmissä taajuusmuuttajien käyttö ei ole vielä yhtä yleistä kuin esi-merkiksi pumppukäytöissä, vaikka taajuusmuuttajan käytöllä saavutetaan useimmissa tapauksissa huomattavia etuja. Tässä työssä tutkitaan taajuusmuuttajan hyödyntämismahdollisuuksia kompressorijär-jestelmien käytönaikaisten elinkaarikustannusten optimoimisessa. Työssä selvitetään säästöpotentiaalia, ja pohditaan pyörimisnopeussäädöllä saavutettavia etuja eri komp-ressorityypeillä. Lopuksi muodostetaan elinkaarikustannusanalyysit kahdelle todelliselle teollisuuden kompressorikohteelle. Tutkimusmenetelminä ovat kirjallisuustyö sekä asi-antuntijahaastattelut teollisuudesta. Työn tavoitteena on kartoittaa taajuusmuuttajan hyödyntämispotentiaalia kompressorijärjestelmissä ja luoda pohjaa mahdolliselle jatko-tutkimukselle.

Evaluation of energy efficiency and best available techniques in pumping processes

The potential for enhancing the energy efficiency of industrial pumping processes is estimated to be in some cases up to 50 %. One way to define further this potential is to implement techniques in accordance to definition of best available techniques in pumping applications. These techniques are divided into three main categories: Design, control method & maintenance and distribution system. In the theory part of this thesis first the definition of best available techniques (BAT) and its applicability on pumping processes is issued. Next, the theory around pumping with different pump types is handled, the main stress being in centrifugal pumps. Other components needed in a pumping process are dealt by presenting different control methods, use of an electric motor, variable speed drive and the distribution system. Last part of the theory is about industrial pumping processes from water distribution, sewage water and power plant applications, some of which are used further on in the empirical part as example cases. For the empirical part of this study four case studies on typical pumping processes from older Master’s these were selected. Firstly the original results were analyzed by studying the distribution of energy consumption between different system components and using the definition of BAT in pumping, possible ways to improve energy efficiency were evaluated. The goal in this study was that by the achieved results it would be possible to identify the characteristic energy consumption of these and similar pumping processes. Through this data it would then be easier to focus energy efficiency actions where they might be the most applicable, both technically and economically.

Lämpöpumppujärjestelmät integroidussa kylmä- ja lämpötehon tuotossa

Tässä työssä tutkittiin lämpöpumppujärjestelmiä, joilla tuotetaan samaan aikaan kylmä- ja lämpötehoa. Höyryn puristus lämpöpumppu on yleisimmin käytetty lämpöpumpputyyppi ja sen pääkomponentit ovat kompressori, lauhdutin, paisuntaventtiili ja höyrystin. Lämpöpumppu tuottaa samaan aikaan kylmätehoa höyrystimellä ja lämpötehoa lauhduttimella. Lämpöpumpun toiminta-arvoihin vaikuttaa valittujen lämpötilatasojen lisäksi voimakkaasti valitun kiertoaineen termodynaamiset ominaisuudet sekä kompressorin painesuhteeseen verrannollinen isentrooppihyötysuhde. Uusissa lämpöpumpuissa käytetään HFC yhdisteitä sekä sekoituksia kiertoaineina, mutta myös luonnolliset aineet, kuten ammoniakki, ovat lupaavia korvikkeita CFC yhdisteille. Sopivia sovelluskohteita kylmä- ja lämpötehon yhteistuotannolle ovat kauppa- ja asuinrakennukset, hotellit, toimistot, elintarviketeollisuus ja -myymälät sekä vierekkäiset jää- ja uimahallit ja hiihtoputket. Kylmä- ja lämpötehon yhteistuotannolla voitaisiin saavuttaa merkittäviä säästöjä ja päästövähennyksiä. Esimerkiksi jäähallien kylmäkoneiden lauhdelämmön hyödyntämisessä olisi Suomessa potentiaalia 6-10 miljoonan euron vuotuisiin säästöihin. Kylmä- ja lämpötehon yhteistuotanto voidaan toteuttaa hyödyntämällä kylmäkoneen lauhdelämpöä toisella lämpöpumpulla. Toinen vaihtoehto on käyttää eri tilojen samanaikaiseen lämmittämiseen ja jäähdyttämiseen HPS lämpöpumppua tai moniyksikköistä lämpöpumppua.

Avaliação das câmaras frias usadas para o armazenamento de frutas e hortaliças no entreposto terminal de São Paulo (CEAGESP): CEAGESP

O tempo de vida pós-colheita de frutas e hortaliças está diretamente relacionado à temperatura de armazenamento do produto. Em condições controladas de temperatura e umidade relativa do ar, as reações metabólicas podem ser retardadas, proporcionando melhor conservação do produto. Foram realizadas avaliações das câmaras frias destinadas à estocagem de frutas e hortaliças na Companhia de Entrepostos e Armazéns Gerais de São Paulo, CEAGESP - São Paulo - SP, com o objetivo de identificar a situação das câmaras frias utilizadas nesse entreposto. As condições de estocagem dos produtos foram avaliadas por meio dos parâmetros: temperatura do ar, umidade relativa, isolamento, equipamento frigorífico (condensador, compressor, evaporador), piso, dimensões da câmara e da porta. Avaliou-se a eficiência de uso por meio do cálculo para a determinação da carga térmica. Observou-se que maçã e pêra possuem os maiores volumes comercializados, utilizando-se de estocagem pelo frio (63,25%), seguido pela banana (24,10%). Baseando-se no volume médio de comercialização dos permissionários, constatou-se que 73,91% possuem motores superdimensionados a sua capacidade calorífica de uso.

Spraying systems and traveling speed in the deposit and spectrum of droplets in cotton plant

ABSTRACT Tractor traveling speed can influence the quality of spraying depending on the application technology used. This study aimed to evaluate the droplet spectrum, the deposition and uniformity of spray distribution with different spraying systems and traveling speeds of a self-propelled sprayer in two phenological stages of the cotton plant (B9 and F13). The experimental design was randomized blocks and treatments were three spraying techniques: common flat spray tips; tilted flat jet with air induction, at 120 L ha-1; and rotary atomizer disk, 20 L ha-1, combined with four traveling speeds: 12, 15, 18 and 25 km h-1, with four replications. Spraying deposition was evaluated for both leaf surfaces from the cotton plant apex and base (stage B9) and middle part of the plant (stage F13) with a cupric marker. A laser particle analyzer also assessed the droplet spectrum. The centrifugal power spray system produces more homogeneous droplet spectrum and increased penetration of droplets into the canopy in both phenological stages. Variation on the operating conditions necessary for increased traveling speed negatively influences the pattern of spraying deposits.

Designing and manufacturing of a soybean harvest residue picker

ABSTRACT Soy harvest matches seasons with shortage of dry matter supply for ruminant feeding in most Brazilian soy-growing areas. Agricultural machinery-producing companies must have market perception, observing new opportunities and developing equipment to meet costumers’ needs. This paper aims to design, build, and test a device to collect soybean crop residues from the combine cleaning mechanism, consisting mainly of vegetable straw (chaff), and the other plant parts (stems) remain being deposited onto the ground. For equipment designing, we made use of the architectural design methodology proposed in the reference model for the agricultural machinery development process. The equipment was designed and built following the proposed methodology, then installed and put into operation in a John Deere 1165 combine. After initial testing and few adjustments, the device showed satisfactory chaff-collecting performance. The equipment consists of a screw conveyor assembled transversely to the combine and a centrifugal fan assembled on the side. The collected chaff is dumped into a trailer towed by tractor.

Pectus excavatum: abordagem terapêutica

The pectus excavatum treatment has two different approaches: non-surgical techniques (modified dynamic thoracic compressor, exercises and the vacuum bell) or surgical techniques (silastic or solid silicone implant, open surgical repair like sternochondroplasty and minimally invasive repair). The introduction of Nuss procedure improved the pectus excavatum treatment, but its low acceptance was due to the high complication rate (e.g. cardiac perfuration). The thoracoscopy use for bar mediastinal passage reduced the complication rate. In comparison with sternochondroplasty, the Nuss procedure has smaller incision, less blood loss and less operative time. However, it has more reoperations, complications, longer hospital stay and more readmission rates, more time of thoracic epidural catheter for postoperative analgesia and more need for analgesic after being discharged. Although Nuss procedure has been used in children, patients under ten years must be only observed. The Nuss procedure is applicable to moderate or light symmetrical pectus excavatum, without costal protrusion, in young and adolescents patients. Furthermore, the sternochondroplasty is applicable to severe or asymmetric pectus excavatum, with or without inferior costal protrusion. Therefore, Nuss procedure and sternocondroplasty are not antagonistic procedures, and they must be used in accordance with a treatment organogram and the technique choice must be by functional and aesthetic outcome.

Suurnopeus-turbokoneroottoreiden termodynaaminen ja mekaaninen mallinnus sekä rakenneanalyysi

Tässä väitöskirjassa tarkastellaan suurnopeustekniikan eri sovelluksissa ilmeneviä roottoreihin liittyviä rakenteellisia vaatimuksia ja haasteita. Tässä yhteydessä suurnopeustekniikalla tarkoitetaan järjestelyä, jossa sähkökone (moottori, generaattori) ja toimilaite (turbiini, kompressori, puhallin) on kytketty ilman vaihdetta suoraan mekaanisesti yhteen ja jossa yhteisen roottorin pyörimisnopeus on selvästi suurempi kuin 50/60 hertsin verkosta syötetyn kaksinapaisen vaihtovirtasähkökoneen tahtinopeus. Tyypillistä suurnopeuskoneen roottorille on suuri tehotiheys ja suuri mekaaninen kuormitus. Siksi esimerkiksi sähkökoneen jäähdytys on entistä haasteellisempaa kasvavien rautahäviöiden ja pienempien lämmönsiirtopinta-alojen vuoksi. Tämän työn tavoitteet voidaan jakaa kolmeen osaan:  Yhdistetyn sähkö- ja turbokoneen roottorin mekaanisen rakenteen tarkastelu, jonka tavoitteena on pienentää lämmönkehitystä ja tehostaa kriittisten kohtien jäähdytystä. Tähän liittyy sähkömagneettisten häviöiden keskittäminen jäähdytyksen kannalta edullisiin kohtiin  Yhdistetyn sähkö- ja turbokoneen roottorin mekaanisen rakenteen tarkastelu kriittisten ominaistaajuuksien kannalta  Yhdistetyn sähkö- ja turbokoneen roottorin mekaanisen rakenteen analysointi lujuustekniseltä kannalta. Tähän liittyvät mm. erilaiset ahdistussovitteet ja niiden säilyminen korkeilla pyörimisnopeuksilla sekä niiden roottoria jäykistävä vaikutus ja lämmön johtuminen kyseisissä liitospinnoissa. Tämän työn tieteellinen uutuusarvo on nimenomaan yhdistetyn sähkö- ja turbokoneen roottorin rakenteen analysointi ottamalla samanaikaisesti huomioon kaikki edellä mainitut näkökohdat: jäähtyminen erityisen kuumissa kohdissa, sähköisten häviöiden alentaminen ja niiden jakautuman huomioon ottaminen, roottorin jäykkyyden maksimointi, lujuusrasitusten hallinta ja rakenteen mekaaninen stabiliteetti sekä lämpöteknisten ylimenovastusten tarkastelu.

Accuracy Analysis of Frequency Converter Estimates in Diagnostic Applications

Transportation of fluids is one of the most common and energy intensive processes in the industrial and HVAC sectors. Pumping systems are frequently subject to engineering malpractice when dimensioned, which can lead to poor operational efficiency. Moreover, pump monitoring requires dedicated measuring equipment, which imply costly investments. Inefficient pump operation and improper maintenance can increase energy costs substantially and even lead to pump failure. A centrifugal pump is commonly driven by an induction motor. Driving the induction motor with a frequency converter can diminish energy consumption in pump drives and provide better control of a process. In addition, induction machine signals can also be estimated by modern frequency converters, dispensing with the use of sensors. If the estimates are accurate enough, a pump can be modelled and integrated into the frequency converter control scheme. This can open the possibility of joint motor and pump monitoring and diagnostics, thereby allowing the detection of reliability-reducing operating states that can lead to additional maintenance costs. The goal of this work is to study the accuracy of rotational speed, torque and shaft power estimates calculated by a frequency converter. Laboratory tests were performed in order to observe estimate behaviour in both steady-state and transient operation. An induction machine driven by a vector-controlled frequency converter, coupled with another induction machine acting as load was used in the tests. The estimated quantities were obtained through the frequency converter’s Trend Recorder software. A high-precision, HBM T12 torque-speed transducer was used to measure the actual values of the aforementioned variables. The effect of the flux optimization energy saving feature on the estimate quality was also studied. A processing function was developed in MATLAB for comparison of the obtained data. The obtained results confirm the suitability of this particular converter to provide accurate enough estimates for pumping applications.

Energy-efficient control strategies for variable speed driven parallel pumping systems based on pump operation point monitoring with frequency converters

The pumping processes requiring wide range of flow are often equipped with parallelconnected centrifugal pumps. In parallel pumping systems, the use of variable speed control allows that the required output for the process can be delivered with a varying number of operated pump units and selected rotational speed references. However, the optimization of the parallel-connected rotational speed controlled pump units often requires adaptive modelling of both parallel pump characteristics and the surrounding system in varying operation conditions. The available information required for the system modelling in typical parallel pumping applications such as waste water treatment and various cooling and water delivery pumping tasks can be limited, and the lack of real-time operation point monitoring often sets limits for accurate energy efficiency optimization. Hence, alternatives for easily implementable control strategies which can be adopted with minimum system data are necessary. This doctoral thesis concentrates on the methods that allow the energy efficient use of variable speed controlled parallel pumps in system scenarios in which the parallel pump units consist of a centrifugal pump, an electric motor, and a frequency converter. Firstly, the suitable operation conditions for variable speed controlled parallel pumps are studied. Secondly, methods for determining the output of each parallel pump unit using characteristic curve-based operation point estimation with frequency converter are discussed. Thirdly, the implementation of the control strategy based on real-time pump operation point estimation and sub-optimization of each parallel pump unit is studied. The findings of the thesis support the idea that the energy efficiency of the pumping can be increased without the installation of new, more efficient components in the systems by simply adopting suitable control strategies. An easily implementable and adaptive control strategy for variable speed controlled parallel pumping systems can be created by utilizing the pump operation point estimation available in modern frequency converters. Hence, additional real-time flow metering, start-up measurements, and detailed system model are unnecessary, and the pumping task can be fulfilled by determining a speed reference for each parallel-pump unit which suggests the energy efficient operation of the pumping system.

NH90 helikopterin moottoreiden syklilaskennan tehostaminen ja elinkaarihallinta

Tutkimustyö liittyy NH90 Helikopterin RTM-322 moottoreiden syklivaihdettavi-en osien huollonsuunnitteluun ja sen kehittämiseen. Tavoitteena oli löytää nykyi-sen käyttösyklilaskennan tilalle säästävämpi ratkaisumalli ja saada määritettyä suihkumoottorin osakokonaisuuksille lisälentoaikaa sekä huollonsuunnitteluun järkevämmät käyttöjaksot. Tähän päästiin selvittämällä käytännön lentotoiminnan avulla uudet laskentakertoimet ja -mallit moottorin eri osien eliniän määrittämi-seksi. Konkreettisena tavoitteena oli saada koneen käyttöhistoriaan perustuen kohdeorganisaatiolle esitys, miten moottoreiden käyttösyklilaskentaa tulisi muut-taa ja tehostaa. Diplomityön aihe muodostuu kolmesta tutkimusongelmakokonaisuudesta; moot-torin käyttöhistorian tutkimisesta, moottorivalmistajan hyväksymien syklilasken-tamenetelmien tutkimisesta ja moottorin syklien säästövaikutustarkastelusta tut-kimuksen määrittämillä uusilla laskentamenetelmillä. Tutkimuksen tuloksena muodostui NH90 huollonsuunnitteluun arvio mahdollisis-ta moottorisyklisäästöistä sekä moottoreiden näkökulmasta priorisoitu lista heli-kopterien moottoreiden laitevaihtohuoltojen järjestyksestä seuraavan viiden vuo-den aikana. Syklien säästötarkastelun pohjalta suoritettiin yhden koneen osalta koko käyttöhistorian ajalta takaisinlaskentatarkastelu. Tutkimuksessa selvitettiin Ilmavoimien meneillään olevien projektien valossa moottorisyklien tarkanlasken-nan toteuttamismahdollisuudet tulevaisuudessa. Tutkimuksessa saatujen tulosten avulla vältyttäisiin tulevaisuudessa RTM-322 moottorin ennenaikaisilta laitevaih-doilta koko NH90 kaluston suhteen ja näin saataisiin aikaan merkittävän suuria säästöjä vuoteen 2020 mennessä.

Assessment of the degree of contamination of rat germ cell preparations using specific cDNA probes

Recent reports showing a decrease in sperm count in men have brought new concerns about male infertility. Animal models have been widely used to provide some relevant information about the human male gamete, and extrapolations are made to men and to the clinical context. The present study assesses one of the methods used for separation of germ cells of the adult rat testis, namely centrifugal elutriation followed by density gradients (Percoll®). This method was chosen since it presents the best results for cell purity in separating germ cells from the rat testis. A comparison between continuous and discontinuous Percoll® gradients was performed in order to identify the best type of gradient to separate the cells. Maximal cell purity was obtained for spermatocytes (81 ± 8.2%, mean ± SEM) and spermatids (84 ± 2.6%) using centrifugal elutriation followed by continuous Percoll® gradients. A significant difference in purity was observed between elongating spermatids harvested from continuous Percoll® gradients and from discontinuous gradients. Molecular analysis was used to assess cell contamination by employing specific probes, namely transition protein 2 (TP2), mitochondrial cytochrome C oxidase II (COX II), and sulfated glycoprotein 1 (SGP1). Molecular analysis of the samples demonstrated that morphological criteria are efficient in characterizing the main composition of the cell suspension, but are not reliable for identifying minimal contamination from other cells. Reliable cell purity data should be established using molecular analysis

Comparative performance of two air samplers for monitoring airborne fungal propagules

Many studies have attempted to evaluate the importance of airborne fungi in the development of invasive fungal infection, especially for immunocompromised hosts. Several kinds of instruments are available to quantitate fungal propagule levels in air. We compared the performance of the most frequently used air sampler, the Andersen sampler with six stages, with a portable one, the Reuter centrifugal sampler (RCS). A total of 84 samples were analyzed, 42 with each sampler. Twenty-eight different fungal genera were identified in samples analyzed with the Andersen instrument. In samples obtained with the RCS only seven different fungal genera were identified. The three most frequently isolated genera in samples analyzed with both devices were Penicillium, Aspergillus and Cladophialophora. In areas supplied with a high efficiency particulate air filter, fungal spore levels were usually lower when compared to areas without these filters. There was a significant correlation between total fungal propagule measurements taken with both devices on each sampling occasion (Pearson coefficient = 0.50). However, the Andersen device recovered a broader spectrum of fungi. We conclude that the RCS can be used for quantitative estimates of airborne microbiological concentrations. For qualitative studies, however, this device cannot be recommended.