Temperature measurements by oh lif and chemiluminescence kinetic modeling for ethanol flames

OH LIF-thermometry was applied to premixed ethanol flames at atmospheric pressure in a burner for three flame conditions. Flame temperatures were simulated from energy equation with PREMIX code of CHEMKIN software package for comparison. A kinetic modeling based on a model validated through chemiluminescence measurements and on a set of reactions for nitrogen chemistry was evaluated. Marinov's mechanism was also tested. Sensitivity analysis was performed for fuel-rich flame condition with Φ = 1.34. Simulated temperatures from both reaction mechanisms evaluated were higher than experimental values. However, the proposed kinetic modeling resulted in temperature profiles qualitatively very close to the experimental.

Keskijänniteverkon käyttövarmuuden parantaminen verkostoautomaatiolla

Tässä työssä tutkitaan maastokatkaisijoiden ja kauko-ohjattavien erottimien kannattavia sijoituskohteita keskijänniteverkkoon. Kannattavuutta lasketaan kannattavuuslaskennalla, jonka lopputuloksena saadaan automaatiolaitteiden aiheuttama keskeytyskustannussäästö. Saaduille keskeytyskustannussäästöille lasketaan investoinnin takaisinmaksuaika, joka määrää kohteiden tärkeysjärjestyksen. Lisäksi tarkastellaan verkostomuutosten vaikutusta automaatiolaitteiden kannattavuuteen. Kannattavuuslaskentaa varten keskijänniteverkko jaetaan vyöhykkeisiin. Vyöhykkeiden avulla huomioidaan olemassa olevien kauko-ohjattavien erottimien ja varasyöttöjen vaikutukset. Laskentaparametrit määritetään yhtiön tilastoista. Tutkimuksessa on esitetty automaatiolaitteiden kannattavuuslaskentaa esimerkkikohteiden avulla, jotka on valittu keskijänniteverkon rakenteen perusteella. Maastokatkaisijoille ja kauko-ohjattaville erottimille löytyi paljon kannattavia sijoituskohteita. Maastokatkaisijalle havaittu lisäominaisuus parantaa sen kannattavuutta entisestään. Automaatiolaitteiden aiheuttamat keskeytyskustannussäästöt riippuvat siirrettävästä tehosta, vikataajuuksista ja keskeytyskustannusten arvoista, joiden vaikutusta on kuvattu herkkyystarkasteluilla.

Modelling mean above and below ground litter production based on yield tables

Selective papers of the workshop on "Development of models and forest soil surveys for monitoring of soil carbon", Koli, Finland, April 5-9 2006.

Combined electromagnetic and thermal design platform for totally enclosed induction machines

The aim of the thesis is to design a suitable thermal model that can be used as a tool for constructing the TEFC squirrel cage induction machine in addition to the electromagnetic model. A lumped-parameter thermal model is developed. The related problems and aspects of implementation are discussed in details. Losses are calculated analytically and the loss values are used in the thermal model. The sensitivity analysis is introduced to determine the most critical parameters of the model.

Product costing model for laser welded hollow core steel panels

The aim of the study was to create an easily upgradable product costing model for laser welded hollow core steel panels to help in pricing decisions. The theory section includes a literature review to identify traditional and modern cost accounting methodologies, which are used by manufacturing companies. The theory section also presents the basics of steel panel structures and their manufacturing methods and manufacturing costs based on previous research. Activity-Based costing turned out to be the most appropriate methodology for the costing model because of wide product variations. Activity analysis and the determination of cost drivers based on observations and interviews were the key steps in the creation of the model. The created model was used to test how panel parameters affect the costs caused by the main manufacturing stages and materials. By comparing cost structures, it was possible to find the panel types that are the most economic and uneconomic to manufacture. A sensitivity analysis proved that the model gives sufficiently reliable cost information to support pricing decisions. More reliable cost information could be achieved by determining the cost drivers more accurately. Alternative methods for manufacturing the cores were compared with the model. The comparison proved that roll forming can be more advantageous and flexible than press brake bending. However, more extensive research showed that roll forming is possible only when the cores are designed to be manufactured by roll forming. Due to that fact, when new panels are designed consideration should be given to the possibility of using roll forming.

Mobiilitehdaskonseptin soveltaminen puutalotuotantoon

Tullit ja kuljetuskustannukset haittaavat suomalaisten puutuotteiden hintakilpailua Venäjällä, mikä on luonut tarpeen uudenlaisten toimintamallien kehittämiselle. Tutkimuksen hypoteesina on, että soveltamalla teorioita mobiilista tuotantojärjestelmästä puutalotuotantoon pystytään vastaamaan aluerakennustoiminnan ongelmiin ja saavuttamaan kustannusetuja. Tämän työn tavoitteena on antaa yritysjohdolle kuvaus siirrettävän talotehtaan tuotantokonseptista ja arvioida toiminnan kannattavuutta. Työn tulosten avulla pyritään vastaamaan kysymyksiin: millainen on siirrettävä puutalotehdas ja onko mobiilitehdaskonsepti puutalotuotannossa taloudellisesti kannattava. Tutkimusta tarkastellaan Venäjän liiketoiminta- ja Venäjän puurakentamiskontekstissa. Tutkimus on laadullinen tapaustutkimus, jossa käytettiin useiden menetelmien yhdistelmää. Tutkimusmenetelmät sisälsivät sekä teknisen suunnittelun että kannattavuuden arvioinnin menetelmiä. Työn tekninen osa perustui tehdassuunnittelun ja konseptin kehittämisen menetelmiin. Taloudellisessa tarkastelussa käytettiin tuloslaskelmaa sekä tuottoasteen ja takaisinmaksuajan menetelmiä. Eri tekijöiden vaikutusta kannattavuuteen arvioitiin herkkyysanalyysilla. Työssä esitellään mobiilin talotehtaan tehdassuunnitelma ja tuotantokonsepti sekä sivutaan logistista konseptia. Mobiiliin talotehtaaseen sovellettiin mobiilitehdaskonseptia ja verstastuotantomallia. Mobiili talotehdas koostuu kokoonpanolinjasta, jota täydennetään esivalmistusverstailla. Investoinnille laskettiin kannattavuutta kuvaavat tunnusluvut, joiden perusteella mobiilitehdas todettiin kannattamattomaksi ja riskialttiiksi. Kannattavuuden epävarmuutta analysoitiin herkkyysanalyysillä. Kannattavuuteen vaikuttavat merkittävästi muuttuvien kustannusten ja myyntihinnan muutokset. Työssä annetaan toimenpide-ehdotuksia siirrettävän talotuotannon konseptin kehittämiseen. Keskeiset jatkotutkimuskohteet liittyvät mobiilitehtaan elinkierron toimintojen ja osakonseptien kehittämiseen.

Investointilaskelmien hyödyntäminen teknologisen innovaation myyntityössä. Tapaustutkimus

Tämän tutkimuksen tutkimuskohteena oli case-yrityksen tuoteinnovaation kannattavuuden tarkastelu. Kiristyneen ilmastopolitiikan seurauksena tutkimuksen kohdeyritys on kehittänyt innovaation ja tutkimuksen päätavoite oli laatia kohdeyritykselle innovaation myyntityön tueksi Microsoft Excel-taulukkolaskentaohjelmalla investointilaskentatyökalu. Toisena tavoitteena oli selvittää innovaation, eli liikkuvien työkoneiden hybridisoinnin, kannattavuus investointilaskelmien avulla. Investointilaskelmien lisäksi tutkimuksessa perehdyttiin korkean teknologian markkinointiin ja yritysasiakkaiden käyttäytymiseen innovaatioiden omaksujina. Tutkimus on tyypiltään laadullinen tapaustutkimus. Investointilaskentatyökalu rakennettiin kohdeyrityksen tarpeiden mukaan ja investointien kannattavuutta mitattiin korottoman ja korollisen takaisinmaksuajan, sisäisen koron sekä nettonykyarvon avulla, minkä lisäksi nettonykyarvolle tehtiin herkkyysanalyysi. Kannattavuuslaskelmat tehtiin omaksujan näkökulmasta myyntityön tueksi kohdeyritykselle. Investointilaskelmat osoittivat että kohdeyrityksen tuottama innovaatio on kannattava sijoitus ja tutkimustuloksena syntynyt konstruktio osoittautui toimivaksi. Laskelmiin vaikutti eniten investoinnin hinta ja polttoaineen hinnan nousulla oli merkittävä vaikutus investoinnin kannattavuuteen.

Päätöksentekomenetelmien hyödyntäminen pientalon lämmitysjärjestelmän valinnassa

Tämän diplomityön tavoitteena on valita sopiva lämmitysjärjestelmä case taloon käyttäen apuna päätöksentekoprosessia ja eri vaiheissa sovellettavia menetelmiä. Työn avulla pyritään selvittämään kuinka hyvin päätöksentekomenetelmät sopivat lämmitysjärjestelmän valintaan ja mitä hyötyjä se tuo tullessaan. Prosessissa selvitetään lämmitysjärjestelmiin liittyviä asiakastarpeita, arvioidaan lämmitysjärjestelmien ominaisuuksia ja tehdään valinta näiden tietojen pohjalta. Kymmenhenkinen kuluttajaryhmä teki lopullisen päätöksen valittavasta lämmitysjärjestelmästä. Menetelmien avulla saatiin luotua kattava kuva erilaisista asiakastarpeista, jotka otettiin huomioon valinnassa. Ryhmä valitsi case taloon seitsemästä yleisestä lämmitysjärjestelmästä maalämmön. Työssä käytetyt menetelmät toimivat hyvin yhteistyössä toistensa kanssa. Menetelmien käyttö mahdollisti kaikkien kriteereiden huomioimisen ja tuloksien lähemmän tarkastelun. Työssä saatuja tuloksia voidaan hyödyntää lämmitysjärjestelmän valinnassa ottaen huomioon erilaiset lähtötilanteet. Herkkyysanalyyseissa maalämpö kesti monien kriteerien painotuksien muuttamista ja osoittautui tällä tavoin sopivimmaksi järjestelmäksi.

Nopeaan pyrolyysiin perustuvan bioöljyn tuotantolaitoksen liiketoiminnallinen malli ja kannattavuuslaskenta Savonlinnan seudulla

Pyrolyysiöljy on biomassasta nopealla hapettomalla lämpökäsittelyprosessilla valmistettavaa nestemäistä polttoainetta. Kasvavien uusiutuvan energian käyttötavoitteiden myötä pyrolyysiöljystä on tullut varteenotettava vaihtoehto fossiilisille polttoöljyille. Suurimmat käytön haasteet ovat alhainen lämpöarvo, happamuus ja korkeahkot kiintoainepitoisuudet verrattuna fossiilisiin polttoöljyihin. Nämä haasteet ovat kuitenkin ratkaistavissa. Työssä tarkasteltiin bioöljyn tuotantolaitoksen liiketoiminnallista mallia ja kannattavuutta Savonlinnan seudulle sijoitettuna. Tätä varten selvitettiin alueellinen raaka-aineen saatavuus ja hinta, sekä potentiaaliset markkinat pyrolyysiöljylle. Kannattavuuslaskentaa varten luotiin exel – pohjainen laskentatyökalu, jolla laskettiin pyrolyysiöljyn tuotannon omakustannushinnat ja kannattavuudet eri laitosvaihtoehdoille. Saaduille tuloksille tehtiin herkkyysanalyysi, jolla selvitettiin merkittävimmät kannattavuuteen vaikuttavat tekijät. Laskettujen tulosten perusteella pienemmät 100 BDMTPD (Bone Dry Metric Ton per Day) tuotantolaitokset eivät ole kannattavia investointeja. Suuremmat 400 BDMTPD tuotantolaitokset ovat kannattavia, kunhan raaka-aine saadaan kohtuulliseen hintaan ja investointikustannukset pysyvät kurissa.

Teurasjätteiden jalostaminen liikennepolttoaineiksi

Työssä määritettiin luokan 2 eläinperäisistä sivutuotteista liikennekäyttöön tuotettujen biodieselin ja biometaanin elinkaaren aikaiset kasvihuonekaasupäästöt ja tuotantoprosessien energiankulutukset perustuen kirjallisuuslähteistä saatuihin lähtötietoihin. Tätä kautta tutkittiin yhdistelmäprosessia, jossa tuotetaan molempia polttoaineita ja selvitettiin onko tällaisella tuotantotavalla mahdollista vähentää päästöjä ja parantaa polttoaineiden tuotannon energiatehokkuutta. Kasvihuone-kaasupäästöjen laskentamenetelmä pohjautuu direktiivissä 2009/28/EY annettuun ohjeistukseen ja eri kasvihuonekaasupäästöjen karakterisointi IPCC:n sadan vuoden tarkastelumalliin. Käytännön laskenta suoritettiin standardien SFS-EN ISO 14040 ja 14044 määrittelemän elinkaariarviointiselvityksen muodossa. Työssä käytetyn laskentamenetelmän ja tarkasteluun valittujen tuotanto-teknologioiden perusteella lasketut tulokset osoittavat, että yhdistelmäprosessilla ei saavuteta suurempia päästövähenemiä eikä parempaa energiatehokkuutta kuin nykyisin käytössä olevilla tuotantotavoilla. Tulokset ovat kuitenkin hyvin herkkiä laskennassa tehtyjen oletusten ja käytettyjen lähtötietojen vaihtelulle sekä valittujen laskentamenetelmien muutoksille. Suurin päästöjä ja energiankulutusta aiheuttava yksittäinen tekijä on kaikissa tuotejärjestelmissä luokan 2 sivutuotteiden esikäsittelyssä vaadittavaan steri-lointiin tarvittavan lämmön tuotanto. Tutkituissa tuotejärjestelmissä lämpö tuotetaan kokonaan tai osittain fossiilisilla polttoaineilla. Kasvihuone-kaasupäästöjä olisi mahdollista alentaa merkittävästi siirtymällä lämmön tuotannossa kokonaan uusiutuviin polttoaineisiin. Sterilointi on lain edellyttämä käsittelytapa ja siksi energiankulutusta on vallitsevissa olosuhteissa hyvin vaikea pienentää merkittävästi.

Computational modeling for irrigated agriculture planning. Part I: general description and linear programming

Linear programming models are effective tools to support initial or periodic planning of agricultural enterprises, requiring, however, technical coefficients that can be determined using computer simulation models. This paper, presented in two parts, deals with the development, application and tests of a methodology and of a computational modeling tool to support planning of irrigated agriculture activities. Part I aimed at the development and application, including sensitivity analysis, of a multiyear linear programming model to optimize the financial return and water use, at farm level for Jaíba irrigation scheme, Minas Gerais State, Brazil, using data on crop irrigation requirement and yield, obtained from previous simulation with MCID model. The linear programming model outputted a crop pattern to which a maximum total net present value of R$ 372,723.00 for the four years period, was obtained. Constraints on monthly water availability, labor, land and production were critical in the optimal solution. In relation to the water use optimization, it was verified that an expressive reductions on the irrigation requirements may be achieved by small reductions on the maximum total net present value.

Energy demand in citrus production under varied operational efficiency values

Citrus orchards are very important in Brazil, especially in São Paulo State, where occupy an area of 600,000 ha approximately. To identify sustainability degree of citrus production system, an energy analysis allows evaluating efficiency of direct and indirect applied inputs. Thus, this study aimed to evaluate citrus production system under energetic point of view, in which invested energy is paid back with citrus production; being compared within three scenarios for operational field efficiency. As result, by sensitivity analysis was determined that fuel was the main energy demander, followed by pesticides and fertilizers. In operational work capacity analysis, all combinations between efficiency (minimum, typical and maximum) and yield levels became positive in the seventh year, except for the combination minimum efficiency and 10 % less yield, positive in the eighth year. The best combination (maximum efficiency and 10 % more yield) has promoted investment payoff around the sixth and seventh year. By this study, it is possible to determine the total energy demand to produce citrus and indentify the applied inputs that need more attention by the decision-makers. Labor and seedlings can be ommited for further studies with citrus, since they were irrelevant. Management of agricultural machinery may pose an important role on decreasing environmental impact of citrus production.

Voimalaitoksen käytönaikaisen optimoinnin määrittely

Tässä diplomityössä määritellään biopolttoainetta käyttävän voimalaitoksen käytönaikainen tuotannon optimointimenetelmä. Määrittelytyö liittyy MW Powerin MultiPower CHP –voimalaitoskonseptin jatkokehitysprojektiin. Erilaisten olemassa olevien optimointitapojen joukosta valitaan tarkoitukseen sopiva, laitosmalliin ja kustannusfunktioon perustuva menetelmä, jonka tulokset viedään automaatiojärjestelmään PID-säätimien asetusarvojen muodossa. Prosessin mittaustulosten avulla lasketaan laitoksen energia- ja massataseet, joiden tuloksia käytetään seuraavan optimointihetken lähtötietoina. Optimoinnin kohdefunktio on kustannusfunktio, jonka termit ovat voimalaitoksen käytöstä aiheutuvia tuottoja ja kustannuksia. Prosessia optimoidaan säätimille annetut raja-arvot huomioiden niin, että kokonaiskate maksimoituu. Kun laitokselle kertyy käyttöikää ja historiadataa, voidaan prosessin optimointia nopeuttaa hakemalla tilastollisesti historiadatasta nykytilanteen olosuhteita vastaava hetki. Kyseisen historian hetken katetta verrataan kustannusfunktion optimoinnista saatuun katteeseen. Paremman katteen antavan menetelmän laskemat asetusarvot otetaan käyttöön prosessin ohjausta varten. Mikäli kustannusfunktion laskenta eikä historiadatan perusteella tehty haku anna paranevaa katetta, niiden laskemia asetusarvoja ei oteta käyttöön. Sen sijaan optimia aletaan hakea deterministisellä optimointialgoritmilla, joka hakee nykyhetken ympäristöstä paremman katteen antavia säätimien asetusarvoja. Säätöjärjestelmä on mahdollista toteuttaa myös tulevaisuutta ennustavana. Työn käytännön osuudessa voimalaitosmalli luodaan kahden eri mallinnusohjelman avulla, joista toisella kuvataan kattilan ja toisella voimalaitosprosessin toimintaa. Mallinnuksen tuloksena saatuja prosessiarvoja hyödynnetään lähtötietoina käyttökatteen laskennassa. Kate lasketaan kustannusfunktion perusteella. Tuotoista suurimmat liittyvät sähkön ja lämmön myyntiin sekä tuotantotukeen, ja suurimmat kustannukset liittyvät investoinnin takaisinmaksuun ja polttoaineen ostoon. Kustannusfunktiolle tehdään herkkyystarkastelu, jossa seurataan katteen muutosta prosessin teknisiä arvoja muutettaessa. Tuloksia vertaillaan referenssivoimalaitoksella suoritettujen verifiointimittausten tuloksiin, ja havaitaan, että tulokset eivät ole täysin yhteneviä. Erot johtuvat sekä mallinnuksen puutteista että mittausten lyhyehköistä tarkasteluajoista. Automatisoidun optimointijärjestelmän käytännön toteutusta alustetaan määrittelemällä käyttöön otettava optimointitapa, siihen liittyvät säätöpiirit ja tarvittavat lähtötiedot. Projektia tullaan jatkamaan järjestelmän ohjelmoinnilla, testauksella ja virityksellä todellisessa voimalaitosympäristössä ja myöhemmin ennustavan säädön toteuttamisella.

Biomass fractionation

The objective of this master's thesis was to develop a process to increase the value of residual fungal biomass as an animal feed. The increase in value is achieved by enriching the protein content in the biomass and potentially isolating other valuable fractions for productisation. In the literature part of this thesis the composition of fungal biomass and fungal cell wall and the factors affecting them during cultivation are presented. The possible processing options are also presented and evaluated. The soy protein and single cell protein product manufacturing processes are used as examples due to the lack of fungal biomass fractionation processes found in published literature. The second part of this thesis was performed by making laboratory experiments on the developed process, which consisted of acid hydrolysis with subsequent ethanol extraction. Chitin was precipitated from the acid hydrolysate filtrate. The experiments were conducted with three different hydrolysis temperatures and three different acid concentrations. The optimal hydrolysis conditions were 60 °C with 10 %-vol acid concentration. Optimal conditions in hydrolysis resulted in 30 % increase in protein content in the final biomass. The conceptual process was modelled to scale of 10 000 t/a biomass feed. The mass and energy balances were based on the laboratory experiments. Economic calculations were performed to determine the maximal capital expense while achieving 10 % internal rate of return for the investment. For the basic case the capital expense threshold was 25.8 M€. Four optional cases and parameter sensitivity analysis were performed to determine the effects of changes in the process. The chitin sales had the greatest impact of the individual parameters.

Qualitative Characteristics and Quantitative Measures of Solution's Reliability in Discrete Optimization: Traditional Analytical Approaches, Innovative Computational Methods and Applicability

The purpose of this thesis is twofold. The first and major part is devoted to sensitivity analysis of various discrete optimization problems while the second part addresses methods applied for calculating measures of solution stability and solving multicriteria discrete optimization problems. Despite numerous approaches to stability analysis of discrete optimization problems two major directions can be single out: quantitative and qualitative. Qualitative sensitivity analysis is conducted for multicriteria discrete optimization problems with minisum, minimax and minimin partial criteria. The main results obtained here are necessary and sufficient conditions for different stability types of optimal solutions (or a set of optimal solutions) of the considered problems. Within the framework of quantitative direction various measures of solution stability are investigated. A formula for a quantitative characteristic called stability radius is obtained for the generalized equilibrium situation invariant to changes of game parameters in the case of the H¨older metric. Quality of the problem solution can also be described in terms of robustness analysis. In this work the concepts of accuracy and robustness tolerances are presented for a strategic game with a finite number of players where initial coefficients (costs) of linear payoff functions are subject to perturbations. Investigation of stability radius also aims to devise methods for its calculation. A new metaheuristic approach is derived for calculation of stability radius of an optimal solution to the shortest path problem. The main advantage of the developed method is that it can be potentially applicable for calculating stability radii of NP-hard problems. The last chapter of the thesis focuses on deriving innovative methods based on interactive optimization approach for solving multicriteria combinatorial optimization problems. The key idea of the proposed approach is to utilize a parameterized achievement scalarizing function for solution calculation and to direct interactive procedure by changing weighting coefficients of this function. In order to illustrate the introduced ideas a decision making process is simulated for three objective median location problem. The concepts, models, and ideas collected and analyzed in this thesis create a good and relevant grounds for developing more complicated and integrated models of postoptimal analysis and solving the most computationally challenging problems related to it.