Evaluation of Corrosion Resistance of Different Steel Reinforcement Types, 2006

The corrosion of steel reinforcement in an aging highway infrastructure is a major problem currently facing the transportation engineering community. In the United States alone, maintenance and replacement costs for deficient bridges are measured in billions of dollars. The application of corrosion-resistant steel reinforcement as an alternative reinforcement to existing mild steel reinforced concrete bridge decks has potential to mitigate corrosion problems, due to the fundamental properties associated with the materials. To investigate corrosion prevention through the use of corrosion-resistant alloys, the performance of corrosion resistance of MMFX microcomposite steel reinforcement, a high-strength, high-chromium steel reinforcement, was evaluated. The study consisted of both field and laboratory components conducted at the Iowa State University Bridge Engineering Center to determine whether MMFX reinforcement provides superior corrosion resistance to epoxy-coated mild steel reinforcement in bridge decks. Because definitive field evidence of the corrosion resistance of MMFX reinforcement may require several years of monitoring, strict attention was given to investigating reinforcement under accelerated conditions in the laboratory, based on typical ASTM and Rapid Macrocell accelerated corrosion tests. After 40 weeks of laboratory testing, the ASTM ACT corrosion potentials indicate that corrosion had not initiated for either MMFX or the as-delivered epoxy-coated reinforcement. Conversely, uncoated mild steel specimens underwent corrosion within the fifth week, while epoxy-coated reinforcement specimens with induced holidays underwent corrosion between 15 and 30 weeks. Within the fifth week of testing, the Rapid Macrocell ACT produced corrosion risk potentials that indicate active corrosion for all reinforcement types tested. While the limited results from the 40 weeks of laboratory testing may not constitute a prediction of life expectancy and life-cycle cost, a procedure is presented herein to determine life expectancy and associated life-cycle costs.

Elinkaarilaskenta prosessiteollisuudessa

Elinkaarilaskenta on vielä melko vähän tutkittu aihealue. Tutkimuksen tavoitteena on selvittää haastatteluiden avulla prosessiteollisuuden toimijoiden näkemyksiä elinkaarilaskennasta sekä selvittää, käytetäänkö elinkaarilaskentaa muiden laskentamenetelmien rinnalla. Tarkoituksena on myös tutkia elinkaarilaskennan tulevaisuuden näkymiä ja elinkaarilaskentaan liittyvän tietämyksen hallinnan eri tyispiirteitä. Elinkaaren aikaisten kustannusten tarkastelu lisää yritysten tietoutta tuotteen, prosessin tai palvelun aiheuttamista kokonaiskustannuksista. Tietämyksen laajentuminen mahdollistaa muun muassa tehokkaamman ja tarkemman päätöksen teon. Elinkaarilaskennalle tyypilliset pitkät tarkasteluajanjaksot aiheuttavat tietämyksen hallinnalle suuria haasteita. Laskelmissa tarvittavan tiedon keruu onkin aikaa ja resursseja kuluttavaa. Tällä hetkellä elinkaarilaskenta ei ole laajalti käytössä. Yritykset ovat kuitenkin kiinnostuneita sen tuomista mahdollisuuksista ja uskovat, että sille on tarvetta tulevaisuudessa. Tutkimuksen pohjalta voidaankin todeta, että tietoisuus elinkaari laskennasta on kasvamassa ja sen käyttö yleistymässä.

Paperiteollisuuden prosessinostureiden elinjaksokustannuslaskenta

Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, kuinka paljon paperi- ja kartonkikoneiden prosessinosturit aiheuttavat kustannuksia siirrettyä tonnia kohti. Asiaa tarkasteltiin asiakkaan näkökulmasta. Työn lisätavoitteena oli myös pohtia uutta elinjaksokustannuksiin perustuvaa nostopalvelumallia, jossa asiakas maksaa saamastaan hyödystä siirrettyjen tonnien mukaisesti. Elinjaksokustannuslaskentaa (LCC= Life Cycle Cost) hyödynnetään laskettaessa tuotteeseen kohdistuvia kokonaiskustannuksia. Työssä tutkittiin neljää eri prosessinosturia, joiden kustannukset jaettiin investointi-, käyttö-, kunnossapito- ja epäkäytettävyyskustannuksiin. Tämän kustannusten jaottelun perusteella työssä rakennettiin LCC-laskentamalli, jonka avulla nostureiden vuosittaiset kustannukset voitiin määrittää. Työssä tutkittujen neljän nosturin tapauksissa saatiin laaditulla laskentamallilla kokonaiskustannuksiksi 0,50 - 1,00 euroa ja kunnossapitokustannuksiksi 0,07 - 0,14 euroa siirrettyä tonnia kohti. Herkkyysanalyysien tuloksissa laskentakorolla oli kolmessa tapauksessa neljästä suurin vaikutus kokonaistulokseen. Kymmenen prosentinmuutos laskentakorossa vaikutti noin 6 % - 7,5 %:a lopputulokseen. Huoltotuntien määrällä taas oli tutkituista tekijöistä vähiten vaikutusta kokonaistulokseen. Nostopalvelusta luotiin kolmitasoinen. Ylimmällä tasolla asiakkaan ei enää tarvitse omistaa omaa nosturia, vaan asiakas maksaa ainoastaan siirretyistä tonneista. Tarkastelun johtopäätöksenä on, että solmimalla nostopalvelusopimuksen asiakas voi saada paremman ennustettavuuden kunnossapitokustannuksiinsa ja mahdollisuuden säästää omistuskustannuksissa.

Sellupesurin sisäiset vaiheet erottavien komponenttien kehittäminen

Kilpailukyvyn säilyttämiseen tarvitaan jatkuvaa tuotekehitystä ja kustannusten hallintaa. Tietyssä vaiheessa tuotteen elinkaaressa rakenteeseen on tehtävä suuria muutoksia, jotta tuotteesta aiheutuvat elinkaarikustannukset saadaan alhaisemmiksi, niin valmistus- kuin kunnossapitokustannustenkin osalta. Tämä diplomityö käsittelee sellupesurin sisäisiä vaiheita erottavaa tiiviste-elementtiä ja sen kehittämistä. Työssä on pyritty löytämään uusi, elinkaarikustannuksiltaan alhaisempi ratkaisu entisen rakenteen tilalle. Alkuvaiheessa uudelle ratkaisulle ei asetettu juuri minkäänlaisia rajoitteita. Tällä pyrittiin siihen, että myös kaikista innovatiivisimmatkin ideat tulisivat esille ja huomioiduksi. Uusien rakenneratkaisujen ideoinnissa, vertailussa ja valinnassa hyödynnettiin järjestelmällistä koneensuunnitteluprosessia. Työn tuloksena saatiin kehitettyä uusi, kevyempi ja elinkaarikustannuksiltaan edullisempi rakenne. Uuden rakenteen osien määrä saatiin vähennettyä noin kymmenesosaan verrattuna entiseen rakenteeseen ja elinkaarikustannukset saatiin alenemaan noin 32–35 % materiaalista riippuen. Elinkaarikustannuksista tuotteen valmistuskustannukset materiaaleineen pienenivät noin 23–25 % ja kunnossapitokustannukset noin 46–52 %.

Elinkaarikustannusanalyysi teknologiayrityksessä

Työn tavoitteena oli suunnitella ja toteuttaa elinkaarikustannusten laskentasovellus teknologiaympäristössä. Ensin luotiin elinkaarikustannuslaskennalle viitekehys ja työlle teoreettinen pohja kirjallisuuslähteiden perusteella. Varsinainen tutkimus aloitettiin strategisille asiakkaille suunnatulla tutkimuksella heidän käyttämistään sovelluksista elinkaarikustannusten laskentaan, laskennan menetelmistä sekä yhteistyön kannalta oleellisista kustannusparametreista. Lisäksi selvitettiin yrityksen omat tarpeet laskennalle.Seuraavaksi kartoitettiin markkinoilta löytyviä sovelluksia elinkaarikustannusten hallintaan, joista valittiin neljä tarkempaan vertailuun aiemmin selvitettyjen vaatimusten perusteella. Vaihtoehtona harkittiin myös oman laskentasovelluksen kehittämistä, mutta todettiin vertailussa löytyneen valmiin ohjelmiston täyttävän sovellukselle asetetut vaatimukset niin hyvin, ettei oman sovelluksen suunnittelun katsottu olevan tarpeellista.Lopuksi muokattiin valittu sovellus toimimaan tulevassa käyttöympäristössä ja luotiin käytön kannalta oleelliset tietokannat elinkaarikustannusten laskennassa tarvittaville lähtötiedoille. Samalla luotiin myös toimintarutiinit ja jaettiin vastuut sovelluksen tulevaa käyttöä ja tietokantojen päivitystä varten. Tutkimuksen tuloksena saatiin yrityksen käyttöön luotua sekä yrityksen että asiakkaiden vaatimukset täyttävä sovellus elinkaarikustannusten laskentaan.

Statistical Optimum Design of Heat Exchangers

The optimal design of a heat exchanger system is based on given model parameters together with given standard ranges for machine design variables. The goals set for minimizing the Life Cycle Cost (LCC) function which represents the price of the saved energy, for maximizing the momentary heat recovery output with given constraints satisfied and taking into account the uncertainty in the models were successfully done. Nondominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA-II) for the design optimization of a system is presented and implemented inMatlab environment. Markov ChainMonte Carlo (MCMC) methods are also used to take into account the uncertainty in themodels. Results show that the price of saved energy can be optimized. A wet heat exchanger is found to be more efficient and beneficial than a dry heat exchanger even though its construction is expensive (160 EUR/m2) compared to the construction of a dry heat exchanger (50 EUR/m2). It has been found that the longer lifetime weights higher CAPEX and lower OPEX and vice versa, and the effect of the uncertainty in the models has been identified in a simplified case of minimizing the area of a dry heat exchanger.

Calculation of the carbon footprint of Finnish barley products - methodology and possible applications

The purpose of this thesis was to define how product carbon footprint analysis and its results can be used in company's internal development as well as in customer and interest group guidance, and how these factors are related to corporate social responsibility. From-cradle-to-gate carbon footprint was calculated for three products; Torino Whole grain barley, Torino Pearl barley, and Elovena Barley grit & oat bran, all of them made of Finnish barley. The carbon footprint of the Elovena product was used to determine carbon footprints for industrial kitchen cooked porridge portions. The basic calculation data was collected from several sources. Most of the data originated from Raisio Group's contractual farmers and Raisio Group's cultivation, processing and packaging specialists. Data from national and European literature and database sources was also used. The electricity consumption for porridge portions' carbon footprint calculations was determined with practical measurements. The carbon footprint calculations were conducted according to the ISO 14044 standard, and the PAS 2050 guide was also applied. A consequential functional unit was applied in porridge portions' carbon footprint calculations. Most of the emissions from barley products' life cycle originate from primary production. The nitrous oxide emissions from cultivated soil and the use and production of nitrogenous fertilisers contribute over 50% of products' carbon footprint. Torino Pearl barley has the highest carbon footprint due to the lowest processing output. The reductions in products' carbon footprint can be achieved with developments in cultivation and grain processing. The carbon footprint of porridge portion can be reduced by using domestically produced plant-based ingredients and by making the best possible use of the kettle. Carbon footprint calculation can be used to determine possible improvement points related to corporate environmental responsibility. Several improvement actions are related to economical and social responsibility through better raw material utilization and expense reductions.

Mobile system for pump working point estimation

In the current economy situation companies try to reduce their expenses. One of the solutions is to improve the energy efficiency of the processes. It is known that the energy consumption of pumping applications range from 20 up to 50% of the energy usage in the certain industrial plants operations. Some studies have shown that 30% to 50% of energy consumed by pump systems could be saved by changing the pump or the flow control method. The aim of this thesis is to create a mobile measurement system that can calculate a working point position of a pump drive. This information can be used to determine the efficiency of the pump drive operation and to develop a solution to bring pump’s efficiency to a maximum possible value. This can allow a great reduction in the pump drive’s life cycle cost. In the first part of the thesis, a brief introduction in the details of pump drive operation is given. Methods that can be used in the project are presented. Later, the review of available platforms for the project implementation is given. In the second part of the thesis, components of the project are presented. Detailed description for each created component is given. Finally, results of laboratory tests are presented. Acquired results are compared and analyzed. In addition, the operation of created system is analyzed and suggestions for the future development are given.

Elinjaksoajattelun soveltaminen kunnossapidon toiminnanohjaukseen

Kunnossapidon tavoitteena on ylläpitää riittävää käyttövarmuutta mahdollisimman kustannustehokkaasti. Kunnossapito-organisaation menestys riippuu kyvystä toteuttaa oikeita kunnossapitotöitä sekä kyvystä suoriutua töistä mahdollisimman pienillä resursseilla. Elinjaksoajattelulla tarkoitetaan käyttöomaisuuden omistamisen luoman arvon ja vaatimien resurssien mallintamista. Tällöin jo hankintojen suunnitteluvaiheessa pohditaan omistamisen luomia vaatimuksia tuotantohyödykkeen tuoman hyödyn ohella. Elinjaksoajattelu tuo toiminnanohjaukseen yksittäisten kohteiden optimaalisten käyttökustannusten suunnittelun näkökulman, mikä on yksi tärkeä tekijä kunnossapidon päätöksentekotilanteissa. Se ohjaa organisaatiota hahmottamaan kunnossapidon tämän hetken ja tulevaisuuden työkuormaa. Elinjaksosuunnittelun määrittelemän työkuorman ja olemassa olevien resurssien vertaaminen keskenään kertoo käyttöomaisuuteen kohdistuvan korjausvelan määrän. Korjausvelan määrän kehitys vaikuttaa kohteen toimintavarmuuteen. Korjausvelka kertoo elinjaksosuunnitelman realistisuudesta, ja käyttöomaisuuden hallinnan luotettavuudesta. Elinjaksoajattelu mahdollistaa kunnossapitotoiminnan suunnittelun kustannustavoitelähtöisesti. Tällöin budjetointi toteutetaan suunnittelemalla käyttövarmuustaso vastaamaan tahdottua kustannustasoa.

Asuinkerrostalon lämmöntuottojärjestelmän optimointi elinkaarikustannusten perusteella hyödynnettäessä lämpöpumpulla useita lämmönlähteitä

The basis of this thesis was to optimize heat pump that uses multiple heat sources to get competitive heating system for residential building when life cycle costs are considered. The objectives were to compile necessary information to calculate life cycle costs for heating system of residential building and start to compose of designing program for heat pump based heating systems. Examinations were made for the purchase energy need of residential building. Features of heat pump, considered refrigerant and potential heat sources were examined to find out heat production potential of heat pumps. Necessary information for life cycle cost calculation was also examined. Collected data was used in two case analyses to design selected heat production systems and calculate their life cycle costs. On the basis of case analyses heat pump based hybrid heat production systems are very competitive on life cycle cost comparison against district heating when residential building uses a lot of energy. New buildings use considerably less energy and achieved energy cost savings with heat pump systems may not be enough to cover the relatively high investment cost in reasonable time period compared to district heating system. The calculation method was found to require further development to at least include the cooling energy need of the building. Cooling demand will continue to grow in the future, which improves the heat pump based heat production systems competitiveness compared to other systems.

Alueellisen lämmitysjärjestelmän valinta hankesuunnitteluvaiheessa

Työn lähtökohtana oli tarkastella hankesuunnitteluvaiheen lämmitysjärjestelmän valintaa ja siihen vaikuttavia tekijöitä. Työssä käytettiin Case-tarkasteluna Espoon Finnoon aluetta. Rakennusosakeyhtiö Hartela voitti Espoon Finnoon ensimmäisen (Finnoo I) asemakaava-alueen suunnittelu ja toteuttamisen ideakilpailun vuoden 2012 lopussa. Finnoo I alueelle rakennettaan noin 155 000 kerrosmetriä eli huoneistot noin 4000 asukkaalle. Alueen ra-kennukset suunnitellaan energiatehokkaaksi, sekä lämmityksessä ja sähkössä on tarkoitus käyttää uusiutuvaa energiaa. Työssä käsiteltiin alueellista lämmitysjärjestelmää ja sen vaihtoehtoetoja. Työssä tutkittiin myös aurinkosähkön käytön mahdollisuutta alueella. Ensin työssä mitoitettiin rakennusten energiankulutuksen muodostuminen alustavien suunnitelmien ja arvioitujen ominaiskulu-tusten avulla. Sen jälkeen käytiin läpi mahdolliset lämmitysjärjestelmät, joita alueella voi-daan käyttää ja arvioitiin niiden aiheuttamat elinkaarikustannukset koko laskenta-ajan jak-solla. Elinkaarilaskentaan valittiin viisi toteutuskelpoisinta järjestelmää ja niistä laskettiin elinkaarikustannukset. Lisäksi laskettiin järjestelmien hiilidioksidipäästöt vuosittain. Työn tulosten pohjalta voidaan olettaa, että kokonaisvaltaisesti yhtä ainoata parasta lämmi-tysjärjestelmää alueelle ei ole, vaan kaukolämpöä, maalämpöä ja hybridijärjestelmiä tulisi käyttää alueella sekaisin. Lisäksi alue on mahdollista rakentaa niin, että alue käyttäisi nolla-lämpöalueen periaatetta, niin että rakennukset, jotka tuottavat lämpöä liikaa myisivät ne sitä rakennuksille jotka tarvitsevat sitä. Aurinkosähkön potentiaali alueella on hyvä ja sitä käyttämällä voidaan rakennusten E-lukua ja hiilidioksidipäästöjä laskea.

Elinkaarilaskentamallit ja niiden kritiikki

Tässä työssä tarkastellaan elinkaarilaskentamalleja ja niihin liittyvää kritiikkiä. Työn tarkoitus on kartoittaa olemassa olevia malleja ja niiden erityispiirteitä. Toisena tutkimustavoitteena pohditaan elinkaarilaskentaan liittyvää kritiikkiä ja epäkohtia. Työssä esitellään elinkaarilaskennan käsitteitä, teoriaa, taustaa ja malleja. Työhön on valittu käsiteltäväksi 10 erilaista elinkaarilaskentamallia, joiden ominaisuuksia tarkastellaan. Kritiikkiä elinkaarilaskentaa kohtaan tarkastellaan omana kokonaisuutenaan. Päähavaintoina elinkaarilaskentamallit ovat spesifejä ja soveltuvat pitkälti vain niiden alkuperäiseen laskentakohteeseen. Valituista malleista on havaittavissa kolme keskeistä pääsuuntausta, joihin laskenta keskittyy. Nämä suuntaukset ovat ympäristökeskeiset, huoltokeskeiset ja optimointikeskeiset LCC-mallit.

Value based pricing and marketing of marine engines

Objective of the thesis is to create a value based pricing model for marine engines and study the feasibility of implementing such model in the sales organization of a specific segment in the case company’s marine division. Different pricing strategies, concept of “value”, and how perceptions of value can be influenced through value based marketing are presented as theoretical background for the value based pricing model. Forbis and Mehta’s Economic Value to Customer (EVC) was selected as framework to create the value based pricing model for marine engines. The EVC model is based on calculating and comparing life-cycle costs of the reference product and competing products, thus showing the quantifiable value of the company’s own product compared to competition. In the applied part of the thesis, the components of the EVC model are identified for a marine diesel engine, the components are explained, and an example calculation created in Excel is presented. When examining the possibilities to implement in practice a value based pricing strategy based on the EVC model, it was found that the lack of precise information on competing products is the single biggest obstacle to use EVC exactly as presented in the literature. It was also found that sometimes necessary communication channels are missing and that there is simply a lack of interest from some clients and product end-users part to spend time on studying the life-cycle costs of the product. Information on the company’s own products is however sufficient and the sales force is capable to communicate to sufficiently high executive levels in the client organizations. Therefore it is suggested to focus on quantifying and communicating the company’s own value proposition. The dynamic nature of the business environment (variance in applications in which engines are installed, different clients, competition, end-clients etc.) means also that each project should be created its own EVC calculation. This is demanding in terms of resources needed, thus it is suggested to concentrate on selected projects and buyers, and to clients where the necessary communication channels to right levels in the customer organization are available. Finally, it should be highlighted that as literature suggests, implementing a value based pricing strategy is not possible unless the whole business approach is value based.

Koneinvestointien elinkaarikustannusmalli

Työn tavoitteena oli rakentaa käyttökelpoinen elinkaarikustannusmalli, jonka avulla voidaan arvioida investoitavien uusien koneiden elinkaaren aikaisia kustannuksia. Elinkaarikustannusmalli on rakennettu Microsoft Excel -ohjelman avulla. Mallin tavoitteena oli saada tarkempaa tietoa koneiden aiheuttamista elinkaarikustannuksista. Aiemmin tällaista mallia ei ole ollut käytössä, vaan investointien paremmuutta on paljolti verrattu takaisinmaksuajan ja hankintahinnan perusteella. Työssä hyödynnetään investointi- ja elinkaarilaskennan teorioita elinkaarikustannusmallin rakentamiseen. Työn empiirisessä osiossa käydään läpi, miten elinkaarikustannusmalli on rakennettu ja millaisia ominaisuuksia malli sisältää. Empiirisessä osassa myös testataan rakennetun mallin toimivuutta ja lasketaan elinkaarikustannukset yhdelle koneinvestoinnille. Teoriaosuudessa käsiteltiin myös elinkaarituottoja mallin jatkokehityksen kannalta. Työn tuloksena saatiin rakennettua käyttökelpoinen elinkaarikustannusmalli, jonka ominaisuuksina ovat sen helppo käyttö ja yksinkertaisuus. Mallia voidaan käyttää useammalle koneinvestointivaihtoehdolle samanaikaisesti ja sitä voidaan helposti laajentaa tulevaisuudessa.

Green welding in practice

Efficient production and consumption of energy has become the top priority of national and international policies around the world. Manufacturing industries have to address the requirements of the government in relation to energy saving and ecologically sustainable products. These industries are also concerned with energy and material usage due to their rising costs. Therefore industries have to find solutions that can support environmental preservation yet maintain competitiveness in the market. Welding, a major manufacturing process, consumes a great deal of material and energy. It is a crucial process in improving a product’s life-cycle cost, strength, quality and reliability. Factors which lead to weld related inefficiencies have to be effectively managed, if industries are to meet their quality requirements and fulfil a high-volume production demand. Therefore it is important to consider some practical strategies in welding process for optimization of energy and material consumption. The main objective of this thesis is to explore the methods of minimizing the ecological footprint of the welding process and methods to effectively manage its material and energy usage in the welding process. The author has performed a critical review of the factors including improved weld power source efficiency, efficient weld techniques, newly developed weld materials, intelligent welding systems, weld safety measures and personnel training. The study lends strong support to the fact that the use of eco-friendly welding units and the quality weld joints obtained with minimum possible consumption of energy and materials should be the main directions of improvement in welding systems. The study concludes that, gradually implementing the practical strategies mentioned in this thesis would help the manufacturing industries to achieve on the following - reduced power consumption, enhanced power control and manipulation, increased deposition rate, reduced cycle time, reduced joint preparation time, reduced heat affected zones, reduced repair rates, improved joint properties, reduced post-weld operations, improved automation, improved sensing and control, avoiding hazardous conditions and reduced exposure of welder to potential hazards. These improvement can help in promotion of welding as a green manufacturing process.