Glukoosi-fruktoosisiirapin kromatografinen fraktiointi

Kuluttajamarkkinoilla on suuri kysyntä vähäkalorisille ruuille ja juomille. Näitä tuotteita voidaan valmistaa mm. korvaamalla makeuttimena perinteisesti käytetty sakkaroosi fruktoosilla joka on 73% makeampi ja sisältää vähemmän kaloreita kuin sakkaroosi. Koska fruktoosi on makeampaa kuin sakkaroosi, sitä tarvitaan vähemmän elintarvikkeissa saman makeusasteen saavuttamiseksi. Glukoosi-fruktoosisiirappia valmistetaan maissista tai sakkaroosista hydrolyysin avulla. Teollisuudessa glukoosi-fruktoosisiirapin fraktiointi tehdään käyttämällä jatkuvatoimista simuloitu liikkuva peti-prosessia (Simulated Moving Bed, SMB-prosessi). Tässä työssä tutkitaan voidaanko kierrätyskromatografiaa (Steady State Recycling , SSR-prosessi) käyttäen fraktioida glukoosi-fruktoosisiirappia tehokkaasti. Fruktoosi erotetaan glukoosista käyttämällä erotusmateriaalina vahvoja kationinvaihtohartseja kalsium-muodossa. Työssä tehtiin kirjallisuusselvitys, jonka perusteella valittiin sopiva erotusmateriaali ja koeolosuhteet. Kokeellisessa osassa glukoosille ja fruktoosille määritettiin adsorptioisotermit Frontal analysis -menetelmällä. Kokeellisesti määritettyihin isotermeihin sovitetut mallit validoitiin ja SSR-prosessi suunniteltiin panoserotuskokeiden avulla. SSR-prosessia mallinnettiin käyttäen MATLAB-ohjelmaa.

Biomassakattilan simulointi

Tässä diplomityössä mallinnetaan Apros-simulointiohjelmistolla kylläistä höyryä tuottava KPA Uniconin toimittama Biograte-kattilalaitos. Työ on rajattu käsittelemään vesihöyrypiiri syöttövesisäiliöstä prosessiin lähtevään höyryyn saakka. Savukaasupuoli on mallinnettu polttoaineen ja palamisilman syötöstä savupiippuun asti, mutta savukaasujen puhdistus on jätetty pois simulaatiomallista. Työssä kerrotaan yleisesti biopolttoaineista, kattilalaitoksista ja tulipesäratkaisuista. Simuloitava kattilalaitos ja sen säätöjärjestelmä käydään läpi yksityiskohtaisemmin. Simuloinnista ja sen mahdollisuuksista kerrotaan yleisesti, jonka jälkeen esitellään tehty simulaatiomalli. Simulointituloksia verrataan kattilan mitoitusarvoihin ja tärkeimpien prosessisuureiden muutoksia tutkitaan kuormanmuutostilanteissa. Lopuksi tuloksista tehdään yhteenveto ja esitellään jatkotoimenpidesuunnitelmat. Simuloitu kattilalaitos tuottaa kylläistä höyryä halutun määrän oikeassa paineessa ja lämpötilassa. Kattilan prosessisuureet vastaavat melko hyvin mitoitusarvoja ja simulaatiomalli toimii vakaasti myös kuormanmuutostilanteissa. Suurimmat kompromissit ja yksinkertaistukset on tehty tulipesän ja polttoaineensyötön mallinnuksessa. Näitä osa-alueita kehittämällä simulaation tarkkuutta olisi mahdollista parantaa entisestään. Jatkossa simulointimallia on tarkoitus kehittää laajentamalla se kattamaan myös laitoksen sekundääripuoli kokonaisuudessaan. Tulosten perusteella simulaatiota voidaan pitää onnistuneena mallina Biograte-kattilalaitoksesta.

Trophic cascades in boreal landscapes: top predator protection on tree seedlings and forest grouse

Changes in the abundance of top predators have brought about notable, cascading effects in ecosystems around the world. In this thesis, I examined several potential trophic cascades in boreal ecosystems, and their separate interspecific interactions. The main aim of the thesis was to investigate whether predators in the boreal forests have direct or indirect cascading effects on the lower trophic levels. First, I compared the browsing effects of different mammalian herbivores by excluding varying combinations of voles, hares and cervids from accessing the seedlings of silver birch (Betula pendula), Scots pine (Pinus sylvestris) and Norway spruce (Picea abies). Additionally, I studied the effect of simulated predation risk on vole browsing by using auditory cues of owls. Moving upwards on the trophic levels, I examined the intraguild interactions between the golden eagle (Aquila chrysaetos), and its mesopredator prey, the red fox (Vulpes vulpes) and the pine marten (Martes martes). To look at an entire potential trophic cascade, I further studied the combined impacts of eagles and mesopredators on the black grouse (Tetrao tetrix) and the hazel grouse (Tetrastes bonasia), predicting that the shared forest grouse prey would benefit from eagle presence. From the tree species studied, birch appears to be the most palatable one for the mammalian herbivores. I observed growth reductions in the presences of cervids and low survival associated with hares and voles, which suggests that they all weaken regeneration in birch stands. Furthermore, the simulated owl predation risk appeared to reduce vole browsing on birches in late summer, although the preferred grass forage is then old and less palatable. Browsing by voles and hares had a negative effect on the condition and survival of Scots pine, but in contrast, the impact of mammalian herbivores on spruce was found to be small, at least when more preferred food is available. I observed that the presence of golden eagles had a negative effect on the abundance of adult black grouse but a positive, protective effect on the proportion of juveniles in both black grouse and hazel grouse. Yet, this positive effect was not dependent on the abundance foxes or martens, nor did eagles seem to effectively decrease the abundance of these mesopredators. Conversely, the protection effect on grouse could arise from fear effects and also be mediated by other mesopredators. The results of this thesis provide important new information about trophic interactions in the boreal food webs. They highlight how different groups of mammalian herbivores vary in their effects on the growth and condition of different tree seedlings. Lowered cervid abundances could improve birch regeneration, which indirectly supports the idea that the key predators of cervids could cause cascading effects also in Fennoscandian forests. Owls seem to reduce vole browsing through an intimidation effect, which is a novel result of the cascading effects of owl vocalisation and could even have applications for protecting birch seedlings. In the third cascade examined in this thesis, I found the golden eagle to have a protective effect on the reproducing forest grouse, but it remains unclear through which smaller predators this effect is mediated. Overall, the results of this thesis further support the idea that there are cascading effects in the forests of Northern Europe, and that they are triggered by both direct and non‐lethal effects of predation.

Tasavirtamoottoreilla toteutetun kameranvakautusjärjestelmän identifiointi

Identifiointia voidaan käyttää erilaisten järjestelmien parametrointiin, ja tässä työssä kyseisellä operaatiolla mallinnettiin järjestelmäkameran vakauttamiseksi rakennettua kolmiakselista järjestelmää. Työn tavoitteena oli saada järjestelmästä matemaattinen malli niin, että sen avulla voitaisiin simuloida järjestelmän toimintaa säätävän PID-säätimen arvoja, minkä pohjalta koko järjestelmä pystyttäisiin virittämään paremmin. Tutkielmassa saatu malli muodostettiin matlab-ohjelmalla järjestelmän mittausdatan perusteella. Mittauksissa mitattiin manuaalisesti viritetyn järjestelmän tuloja sekä lähtöä, ja niiden perusteella muodostettiin ARX-mallit jokaiselle järjestelmän kolmelle akselille. Kirjainyhdistelmä ARX, viittaa nyt MISO-järjestelmään, sekä regressioon mallin tulon ja lähdön välillä. MISO- järjestelmällä on yksi lähtö ja useita tuloja, joita työssä tehdyssä mallissa oli kolme kappaletta. Mallien tarkkuudeksi saatiin 60-75%. Identifioinnista saadulle mallille muodostettiin simulointimalli, jonka avulla järjestelmä simuloitiin nopeammaksi. Simuloidut PID-arvot viritettiin järjestelmälle myös käytännössä, jonka jälkeen identifiointi toistettiin kahden identifioidun siirtofunktion vertailua varten. Järjestelmille tehtyjen askelvastekokeiden vertailun mukaan, eri identifioidusta saadut järjestelmät, jotka sisälsivät kuitenkin saman säätimen, erosivat toisistaan huomattavasti, vaikka teoriassa niiden pitäisi olla samat. Erot selittyivät mallin identifioinnin riittämättömällä tarkkuudella. Lopuksi virityksen onnistumista testattiin järjestelmällä käytännössä, tekemällä sille askelvastekokeet vanhoilla sekä simuloinnista saaduilla uusilla säätimen arvoilla. Testien mukaan järjestelmän kahden akselin asettumisaikaa saatiin muutettua 5,0 ja 0,8 sekuntia nopeammaksi, mutta kolmannesta akselista tuli epästabiili. Epästabiilius ei ole toivottua, mutta sen havaitseminen osoittaa, että stabiiliksi simuloitu järjestelmä voi todellisuudessa saada epästabiilin lopputuloksen, mikäli simulointimalli sisältää virhettä.

Traktorin sähköistysanalyysi virtuaalisimulaatiomallilla

Tämä diplomityö on tehty Lappeenrannan teknilliselle yliopistolle osana yliopiston sähköisen liikkumisen tutkimusta. Työssä on jatkokehitetty ja dokumentoitu Drive!-projektin hybriditraktorin simulaatiomallia, joka toimii Mevea- ja Simulink-ohjelmistoissa. Mevean simulaatioalustalla on mallinnettu traktorin mekaniikkaa ja ympäristöä, kun taas Simulinkillä on simuloitu hybriditraktorin sähkötekniikkaa, dieselgeneraattoria, energiavarastoa ja apulait-teita. Työssä on tarkasteltu traktorin erilaisia maatalouden työtehtäviä ja tämän jälkeen tarkasteltu simulaatiomallin ja simulaatioiden avulla minkälaisella hybriditraktorilla näitä töitä olisi mahdollista suorittaa. Lopuksi tarkastellaan vielä simulaatiomallilla noin 75 kW:n hybriditraktorin toimintaa maatalon pihapiirin työtehtävissä ja lasketaan hybridisoinnin lisäinvestoinnille takaisinmaksuaika. Virtuaalimallilla tehtyjen simulaatioiden ja laskelmien perusteella saatiin tulokseksi, että tämän hetken komponentti- ja energiahinnoilla maataloustraktorin hybridisointi ei ole taloudellisesti kannattavaa. Kuitenkin on huomionarvoista, että ajettaessa pelkällä akkusähköllä käytetyn energian hinta on noin kolmannes verrattaessa perinteiseen dieseltraktoriin.