O efeito de Coriolis: de pêndulos a moléculas

Coriolis force is an effect which arises in rotating reference frames such as the Earth. This force influences large oceanic motions, atmospheric inertial circles, horizontal and vertical deviations in moving bodies. The Foucault's pendulum is another special case about the Coriolis force influence on macroscopic processes. This pendulum is an example of how experimental sciences can be essential for philosophical and social changes, since it was crucial to prove the Earth's rotation. The Coriolis force has an important role also at microscopic level; it couples vibrational and rotational molecular motions and this fact has consequences in spectroscopic and energetic molecular processes. These points are discussed in this paper.

Evaluation of the corrosion behavior of the al-356 alloy in NaCl solutions

Cellular metals are a new class of materials with promising applications and a unique combination of physical, chemical and mechanical properties. The Al-356 alloy is used to manufacture metal foams from NaCl preforms. Despite the usefulness of these materials, their performance may be affected by corrosion due to residual salt. This paper reports the study of the behavior of the Al-356 alloy in chloride solutions by electrochemical techniques in rotating disk electrode. The cathodic reaction of oxygen reduction is the crucial stage of process dissolution of the material, which shows that is the oxygen transport which limits the corrosion process.

Langaton vääntömomentin mittausjärjestelmä

Diplomityössä suunnitellaan ja toteutetaan teollisuusympäristöön soveltuva langaton vääntömomentin mittausjärjestelmä. Langaton tiedonsiirto toteutetaan soveltaen Zigbee-radiotekniikkaan perustuvia XBee-moduuleja. Käyttökohteina sovellukselle ovat pyörivät akselit, joihin langallisen mittausjärjestelmän asentaminen on hankalaa tai mahdotonta. Työssä kuvataan järjestelmän toiminnallisuus, esitellään oleellisimmat järjestelmän rakenteeseen ja toimintaan liittyvät asiat, arvioidaan järjestelmän mittausepävarmuus sekä esitellään järjestelmällä saatuja mittaustuloksia. Lisäksi osaa mittaustuloksista verrataan referenssilaitteistolla saataviin tuloksiin.

Lasikuituputkien kelauslinjan automatisointi

Lasikuituputkien kelaamiseen tarkoitettu automaatio voidaan toteuttaa suorakulmaisen kolmion trigonometrian perusteella. Kelaaminen tapahtuu pyörittämällä muottia ja liikuttamalla samalla muottia sivuttain. Näin tehdessä saadaan kelattavat lasikuitulangat leviämään koko muotin leveydelle. Jos langat halutaan saada kelattua tiiviisti toistensa viereen, on muotin liikuttava tietty matka yhtä muotin pyörähdystä kohden. Matkaa kutsutaan nousuksi. Nousu riippuu lankojen muodostaman kimpun leveydestä, kelauskulmasta ja muotin säteestä. Kelauskulmalla voidaan vaikuttaa kelattavan tuotteen aksiaaliseen ja pitkittäiseen lujuuteen. Kelauskoneen automaatiojärjestelmä koostuu sähkökäytöistä, ohjaavasta yksiköstä, valvomosta ja erilaisista antureista. Eri osat yhdistetään toisiinsa väylätekniikalla. Sähkökäytöt ovat yleensä servokäyttöjä, koska niiltä vaaditaan tarkkuutta ja nopeutta. Ohjaavana yksikkönä toimii yleensä teollisuus logiikka. Anturointia tarvitaan esimerkiksi hartsin lämpötilan säätöön ja lankojen ratakireyden säätöön. Anturoinnilla ja säädöillä pyritään parantamaan kelattavan tuotteen laatua. Koneen ohjelmallinen toteutus vaatii kelauskoneen mekaniikan ja kelausprosessin ymmärtämistä. Lisäksi on huomioitava koneen käyttäjät ja heidän turvallisuus.

Polymeeripinnoitteen aiheuttamat itseherätteiset värähtelyt nipillisessä telasysteemissä

Lukuisissa teollisuussovelluksissa materiaalien, kuten paperin ja teräslevyjen, muokkaamiseen käytettävät pyörivät nippitelat kärsivät aina erilaisten herätteiden synnyttämistä mekaanisista värähtelyistä, jotka voivat aiheuttaa virheitä valmistettaviin tuotteisiin. Tässä työssä tutkittiin viskoelastisia polymeerejä ja polymeeripinnoitteen nipilliseen telasysteemiin synnyttämiä haitallisia itseherätteisiä värähtelyjä. Työn polymeerejä käsittelevässä kirjallisuusosassa luotiin katsaus amorfisten polymeerien fysikaalisiin ominaisuuksiin. Kokeellisessa osuudessa tutkittiin tarkemmin kahden amorfisen telapinnoitepolymeerin termoreologisia ja mekaanisia ominaisuuksia suoritettujen DMTA-mittausten perusteella. Sovittamalla toisen polymeerin master-käyrään yleistetty lineaarisen standardiaineen malli saatiin selville polymeerin mekaaniset parametrit ja approksimaatio sen relaksaatiospektrille. Telapinnoitteen nipilliseen systeemiin synnyttämiä itseherätteisiä värähtelyjä ja niiden seurauksia tarkasteltiin kahdelle telalle ja polymeeripinnoitteelle kehitetyn analyyttisen mallin ja numeeristen laskujen avulla. Pinnoite mallinnettiin lineaarisen standardiaineen mukaisesti. Telasysteemin parametrit määritettiin DMTA-mittaustuloksista ja systeemiä vastaavasta koelaitteesta kokeellisella moodianalyysillä ja elementtimenetelmällä. Numeerisesta stabiilisuusanalyysistä ja liikeyhtälöiden integroinneista saadut tulokset kertovat telapinnoitteen aaltomaisista deformaatiomuodoista ja niiden synnyttämistä taajuusalueittain esiintyvistä epästabiileista värähtelyistä. Telasysteemi on epästabiili pinnoitedeformaatiokuvion systeemiin aiheuttaman herätevoiman taajuuden ollessa lähellä systeemin korkeampaa ominaistaajuutta. Numeerisista tuloksista voitiin ennustaa nopean ja hitaan barringin olemassaolo.

Evaluation of gas diffusion electrodes as detectors in amperometric hydrogen sensors

This work is directed to the study and evaluation of gas diffusion electrodes as detectors in hydrogen sensors. Electrochemical experiments were carried out with rotating disk electrodes with a thin porous coating of the catalyst as a previous step to select useful parameters for the sensor. An experimental arrangement made in the laboratory that simulates the sensor was found appropriate to detect volumetric hydrogen percentages above 0.25% in mixtures H2:N2. The system shows a linear response for volumetric percentages of hydrogen between 0.25 and 2 %.

Kestomagneettigeneraattorin lämmönsiirron mallinnus tuulivoimakäytössä

Pyörivien sähkökoneiden suunnittelussa terminen suunnittelu on yhtä tärkeää kuin sähköinen ja mekaaninen suunnittelukin. Tässä diplomityössä tarkoituksena on kehittää ilmajäähdytteisten kestomagneettigeneraattorien laskentaan soveltuva lämmönsiirtymismalli, jolla staattorin lämpötilajakauma voitaisiin selvittää. Kehitetty lämmönsiirtymismalli perustuu kolmiulotteiseen äärellisen erotuksen (finite difference) menetelmään. Malli ottaa huomioon lämmönjohtumisen staattorin aktiiviosissa ja konvektion jäähdytysilmavirtaan. Mallissa on myös yksinkertainen painehäviölaskenta jäähdytysjärjestelmän komponenttien mitoittamista varten. Laskentamallilla lasketaan esimerkkitapauksena 4,3 MW:n kestomagneettigeneraattorin jäähdytystä eri toimintapisteissä. Tuloksia verrataan CFD-mallinnuksen antamiin tuloksiin sekä kokeellisten mittausten antamiin tuloksiin.

Jatkuvatoiminen ioninvaihto ja kompleksoituvien metallien sorptio kloridiympäristössä

Työn tarkoituksena oli tutkia kompleksoituvien metallien erotusta kloridiliuoksesta ioninvaihdolla. Kirjallisessa osassa perehdyttiin metallikompleksien muodostumiseen, ja erityisesti hopean, kalsiumin, magnesiumin, lyijyn ja sinkin muodostamiin komplekseihin kloridin ja nitraatin kanssa. Kirjallisessa osassa käsiteltiin myös metallien erottamista kiintopetikolonneissa jatkuvatoimisilla ioninvaihtomenetelmillä. Tässä työssä jatkuvatoimisen ioninvaihdon prosessivaihtoehdot jaoteltiin pyöriviin ja paikallaan pysyviin kolonneihin, sekä tarkasteltiin eri prosessivaihtoehtoja kolonnien kytkentöjen suhteen. Työn kokeellisessa osassa tutkittiin kahdenarvoisten metallien erottamista yhdenarvoisista metalleista sekä luotiin koedataa vastaavanlaisen erotusprosessin simulointiin. Kokeissa käytettiin anioninvaihtohartsia ja kelatoivaa selektiivistä ioninvaihtohartsia. Kahdenarvoisen kalsiumin, magnesiumin, lyijyn ja sinkin adsorptiota hartseihin tutkittiin tasapaino-, kinetiikka- ja kolonnikokeilla. Anioninvaihtohartsilla tehtyjen tasapaino- ja kolonnikokeiden tulokset osoittivat, että hartsi adsorboi tehokkaasti sinkkiä kloridiliuoksista, koska sinkki muodostaa stabiileja anionisia klorokomplekseja. Muiden tutkittujen kahdenarvoisten metallien adsorptio hartsiin oli huomattavasti vähäisempää. Tulosten perusteella tutkittu anioninvaihtohartsi on hyvä vaihtoehto sinkin erottamiseen muista tutkituista kahdenarvoisista metalleista kloridiympäristössä. Kelatoivalla hartsilla tehdyt tasapaino- ja kolonnikokeet osoittivat, että hartsi adsorboi kloridiliuoksista hyvin kahdenarvoista kalsiumia, magnesiumia, lyijyä ja sinkkiä, mutta ei adsorboi yhdenarvoista hopeaa. Tulosten perusteella kahdenarvoisten metallien erottaminen yhdenarvoisista metalleista voidaan toteuttaa kokeissa käytetyllä kelatoivalla ioninvaihtohartsilla.

Analysis and Control of Excitation, Field Weakening and Stability in Direct Torque Controlled Electrically Excited Synchronous Motor Drives

Direct torque control (DTC) is a new control method for rotating field electrical machines. DTC controls directly the motor stator flux linkage with the stator voltage, and no stator current controllers are used. With the DTC method very good torque dynamics can be achieved. Until now, DTC has been applied to asynchronous motor drives. The purpose of this work is to analyse the applicability of DTC to electrically excited synchronous motor drives. Compared with asynchronous motor drives, electrically excited synchronous motor drives require an additional control for the rotor field current. The field current control is called excitation control in this study. The dependence of the static and dynamic performance of DTC synchronous motor drives on the excitation control has been analysed and a straightforward excitation control method has been developed and tested. In the field weakening range the stator flux linkage modulus must be reduced in order to keep the electro motive force of the synchronous motor smaller than the stator voltage and in order to maintain a sufficient voltage reserve. The dynamic performance of the DTC synchronous motor drive depends on the stator flux linkage modulus. Another important factor for the dynamic performance in the field weakening range is the excitation control. The field weakening analysis considers both dependencies. A modified excitation control method, which maximises the dynamic performance in the field weakening range, has been developed. In synchronous motor drives the load angle must be kept in a stabile working area in order to avoid loss of synchronism. The traditional vector control methods allow to adjust the load angle of the synchronous motor directly by the stator current control. In the DTC synchronous motor drive the load angle is not a directly controllable variable, but it is formed freely according to the motor’s electromagnetic state and load. The load angle can be limited indirectly by limiting the torque reference. This method is however parameter sensitive and requires a safety margin between the theoretical torque maximum and the actual torque limit. The DTC modulation principle allows however a direct load angle adjustment without any current control. In this work a direct load angle control method has been developed. The method keeps the drive stabile and allows the maximal utilisation of the drive without a safety margin in the torque limitation.

Pyörivien sähkökoneiden kotelointia koskevat standardit ja aksiaalivuokoneen jäähdytyksen kehittäminen

Tämä diplomityö on osa Lappeenrannan teknillisen yliopiston ja Visedo Oy:n yhteistyöprojektia. Työssä selvitetään pyörivien sähkökoneiden kotelointeja koskevia standardeja ja niiden vaikutukset koneiden suunnittelulle ja valmistukselle. Lisäksi työssä käsitellään aksiaalivuokoneen jäähdytykseen liittyviä ongelmia, kehitetään koneen nykyisiä jäähdytysratkaisuja ja ideoidaan käytettävissä olevia uusia jäähdytysmenetelmiä. Kehitysideoiden rajoitteena toimii koneelta vaadittu kotelointiluokka IP 64 – IP 68 sekä koneelle määritetty kestomagnetoitu aksiaalivuorakenne. Sähkökoneiden kotelointeja koskevien standardien asettamien vaatimusten määrittäminen tapahtui suurilta osin kirjallisuusselvityksenä. Standardien vaikutukset koneiden suunnittelulle ja valmistettavuudelle on selvitetty standardien kotelointien rakenteelle asettamien vaatimusten perusteella. Aksiaalivuokoneen jäähdytysongelmien selvittäminen, käytössä olevien jääh-dytysratkaisujen kehittäminen ja uusien menetelmien ideointi suoritettiin projektiluontoisesti yhdessä eri alojen asiantuntijoista koostuvan jäähdytystyöryhmän kanssa. Työn tuloksena laadittiin Visedo Oy:lle standardikäsikirja, jonka avulla Visedon sähkökoneiden tuoteperheeseen kuuluvien koneiden suunnitteluvaiheessa voidaan varmistaa koneiden standardienmukaisuus. Käsikirjassa on myös esitetty huomioita eri kotelointiluokkien asettamista vaatimuksista koneiden valmistukselle. Aksiaalivuokoneiden jäähdytykseen liittyen tavoitteena oli ratkaista aksiaalivuokoneisiin liittyviä jäähdytysongelmia. Työn tuloksena saa-tiin selville aksiaalivuokoneissa jäähdytyksen kehittämistä vaativat kohteet, laadittiin nykyisten jäähdytysratkaisujen parannusehdotuksia ja kehitettiin täysin uusia jäähdytysmenetelmiä.

Operational characteristics of four metering systems for agricultural fertilizers and amendments

The use of fertilizers and solid amendments in agriculture generates special interest for their effect on crop productivity, as well as for their environmental impact. The efficient use of these products demands knowing their physical and mechanical properties, the storing conditions effect and the operational characteristics of the metering systems used in the fertilizing equipment. In this context, the present study was developed with the purpose of evaluating the operational characteristics of different fertilizing metering systems and to determine the adequate metering system-product operational parameters, using powder lime, powder gypsum, granular 10-30-10 (N-P-K), and granular urea. Operational differences were established among four types of commercial fertilizer metering systems, including wire auger, star-shaped feed wheel, feed screw and ridged traction wheel. The study found that the unloading rate depends directly on the fertilizer metering system's rotating speed and is affected by particle size, repose angle, bulk density and moisture content of the applied product. The wire auger and star-shaped feed wheel metering systems were adequate for the distribution of powder products and the feed screw for granulated fertilizers. Furthermore, theoretical and experimental characteristic equations were established, defining curves for calibration and handling of the products plus the rotating speed range in which a better distributing behavior was achieved.

Wear of rotary plows operating in a tropical clay loam soil

The wear resistance of rotary plows operating in a clay loam soil was studied. The degree of damage caused to the soil and the amount of mass lost by the tools were determined in order to establish correlations between the physical properties of the soil and the wear mechanisms acting on the tribosystem. Field tests were carried out in 12 plots and a randomized experimental design with 4 levels, 3 replicas per level and 2 passes per plot was applied. The levels relate to the tillage implements employed: rotary tiller, rotary power harrow, small motorized rotary tiller and control (unaltered soil). The highest mass losses were measured in rotary tiller and rotary power harrow's tools, while the small motorized rotary tiller's tools showed generally lower levels of damage. It was determined that the effective contact time between tool and soil, the rotating speed and the sudden impact forces are the most significant factors affecting the wear resistance in field operations. Thirty days after tillage operation the soil samples were taken from each plot at a mean depth of 100 mm in order to determine bulk density, gravimetric moisture content and percentage of aggregates smaller than 5 mm. No significant differences among the values of these properties were found in the experiments. The wear mechanisms acting on the tools' surface are complex and include 2-body and 3-body abrasion as well as the presence of sudden impact forces.

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.

Energian talteenotto liikkuvassa raskaassa työkoneessa

Tämä työ on osa Integrated Serial and Parallel Hybrid Drives in Working Machines projektia. Työssä simuloidaan ja lasketaan energian palautuspotentiaalia raskaassa liikkuvassa työkoneessa. Työn alussa aihetta käsitellään yleisesti kirjallisuuskatsauksen muodossa. Tukkikurottaja valittiin simulointien ja laskennan kohteeksi. Työssä suoritettiin alustavat simuloinnit, joiden tarkoituksena oli varmistua, että palautettavaa energiaa on olemassa. Tulokset osoittavat, että energian palauttaminen on mahdollista. Mittaukset ovat osa työtä. Mitatut muuttujat ovat paineet ja pituudet hydraulisylintereistä, rungon kiihtyvyys, sekä kaikki CAN-väylään kytkettyjen antureiden mittaustiedot. Lopulliset simuloinnit perustuvat mitattuihin työkiertoihin. Työsylintereiden ja ajovoimansiirron tehotarpeet valittiin simulointien tarkasteltaviksi mittaussuureiksi. Mahdollinen palautettavan energian määrä eri työkierroissa on työn lopputulos. Tulokset osoittavat, että palautettavan energian määrä on talteenoton kannalta riittävä.

The Finnish Paper Workers' Union at a crossroads: Labor union representativeness in a changing environment, 1980-2008

This thesis consists of four articles and an introductory section. The main research questions in all the articles refer to the changes in the representativeness of the Finnish Paper Workers' Union. Representativeness stands for the entire entity of external, internal, legal and reputational factors that enable the labor union to represent its members and achieve its goals. This concept is based on an extensive reading of quantitative and qualitative industrial relations literature, which includes works based on Marxist labor-capital relations (such as Hyman's industrial relations studies), and more recent union density studies as well as gender- and ethnic diversity-based 'union revitalization' studies. Müller-Jentsch's German studies of industrial relations have been of particular importance as well as Streeck's industrial unionism and technology studies. The concept of representativeness is an attempt to combine the insights of these diverse strands of literature and bring the scientific discussion of labor unions back to the core of a union's function: representing its members. As such, it can be seen as a theoretical innovation. The concept helps to acknowledge both the heterogeneity of the membership and the totality of a labor union organization. The concept of representativeness aims to move beyond notions of 'power'. External representativeness can be expressed through the position of the labor union in the industrial relations system and the economy. Internal representativeness focuses on the aspects of labor unions that relate to the function of the union as an association with members, such as internal democracy. Legal representativeness lies in the formal legal position of the union – its rights and instruments. This includes collective bargaining legislation, co-decision rules and industrial conflict legislation. Reputational representativeness is related to how the union is seen by other actors and the general public, and can be approximated using data on strike activity. All these aspects of representativeness are path-dependent, and show the results of previous struggles over issues. The concept of representativeness goes beyond notions of labor union power and symbolizes an attempt to bring back the focus of industrial relations studies to the union's basic function of representing its members. The first article shows in detail the industrial conflict of the Finnish paper industry in 2005. The intended focus was the issue of gender in the negotiations over a new collective agreement, but the focal point of the industrial conflict was the issue of outsourcing and how this should be organized. Also, the issue of continuous shifts as an issue of working time was very important. The drawn-out conflict can be seen as a struggle over principles, and under pressure the labor union had to concede ground on the aforementioned issues. The article concludes that in this specific conflict, the union represented its' female members to a lesser extent, because the other issues took such priority. Furthermore, because of the substantive concessions. the union lost some of its internal representativeness, and the stubbornness of the union may have even harmed the reputation of the union. This article also includes an early version of the representativeness framework, through which this conflict is analyzed. The second article discusses wage developments, union density and collective bargaining within the context of representativeness. It is shown that the union has been able to secure substantial benefits for its members, regardless of declining employment. Collective agreements have often been based on centralized incomes policies, but the paper sector has not always joined these. Attention is furthermore paid to the changing competition of the General Assembly, with a surprisingly strong position of the Left Alliance still. In an attempt to replicate analysis of union density measures, an analysis of sectoral union density shows that similar factors as in aggregate data influence this measure, though – due to methodological issues – the results may not be robust. On this issue, it can be said that the method of analysis for aggregate union density is not suitable for sectoral union density analysis. The increasingly conflict-ridden industrial relations predicted have not actually materialized. The article concludes by asking whether the aim of ever-increasing wages is a sustainable one in the light of the pressures of globalization, though wage costs are a relatively small part of total costs. The third article discusses the history and use of outsourcing in the Finnish paper industry. It is shown using Hyman's framework of constituencies that over time, the perspective of the union changed from 'members of the Paper Workers' Union' to a more specific view of who is a core member of the union. Within the context of the industrial unionism that the union claims to practice, this is an important change. The article shows that the union more and more caters for a core group, while auxiliary personnel is less important to the union's identity and constituencies, which means that the union's internal representativeness has decreased. Maintenance workers are an exception; the union and employers have developed a rotating system that increases the efficient allocation of these employees. The core reason of the exceptional status of maintenance personnel is their high level of non-transferable skills. In the end it is debatable whether the compromise on outsourcing solves the challenges facing the industry. The fourth article shows diverging discourses within the union with regard to union-employer partnership for competitiveness improvements and instruments of local union representatives. In the collective agreement of 2008, the provision regulating wage effects of significant changes in the organization or content of work was thoroughly changed, though this mainly reflected decisions by the Labor Court on the pre-2008 version of the provision. This change laid bare the deep rift between the Social Democratic and Left Alliance (ex-Communist) factions of the union. The article argues that through the changed legal meaning of the provision, the union was able to transform concession bargaining into a basis for partnership. The internal discontent about this issue is nonetheless substantial and a threat to the unity of the union, both locally and at the union level. On the basis of the results of the articles, other factors influencing representativeness, such as technology and EU law and an overview of the main changes in the Finnish paper industry, it is concluded that, especially in recent years, the Finnish Paper Workers' Union has lost some of its representativeness. In particular, the loss of the efficiency of strikes is noted, the compromise on outsourcing which may have alienated a substantial part of the union's membership, and the change in the collective agreement of 2008 have caused this decline. In the latter case, the internal disunion on that issue shows the constraints of the union's internal democracy. Furthermore, the failure of the union to join the TEAM industrial union (by democratic means), the internal conflicts and a narrow focus on its own sector may also hurt the union in the future, as the paper industry in Finland is going through a structural change. None of these changes in representativeness would have been so drastic without the considerable pressure of globalization - in particular changing markets, changing technology and a loss of domestic investments to foreign investments, which in the end have benefited the corporations more than the Finnish employees of these corporations. Taken together, the union risks becoming socially irrelevant in time, though it will remain formally very strong on the basis of its institutional setting and financial situation.