INVESTIGATIVE COMPARISON OF TANK AND RECOVERED ASPHALT SAMPLES THROUGH PHYSICAL PERFORMANCE TESTING AND CHEMICAL ANALYSIS

Despite the development of improved performance test protocols by renowned researchers, there are still road networks which experience premature cracking and failure. One area of major concern in asphalt science and technology, especially in cold regions in Canada is thermal (low temperature) cracking. Usually right after winter periods, severe cracks are seen on poorly designed road networks. Quality assurance tests based on improved asphalt performance protocols have been implemented by government agencies to ensure that roads being constructed are at the required standard but asphalt binders that pass these quality assurance tests still crack prematurely. While it would be easy to question the competence of the quality assurance test protocols, it should be noted that performance tests which are being used and were repeated in this study, namely the extended bending beam rheometer (EBBR) test, double edge-notched tension test (DENT), dynamic shear rheometer (DSR) test and X-ray fluorescence (XRF) analysis have all been verified and proven to successfully predict asphalt pavement behaviour in the field. Hence this study looked to probe and test the quality and authenticity of the asphalt binders being used for road paving. This study covered thermal cracking and physical hardening phenomenon by comparing results from testing asphalt binder samples obtained from the storage ‘tank’ prior to paving (tank samples) and recovered samples for the same contracts with aim of explaining why asphalt binders that have passed quality assurance tests are still prone to fail prematurely. The study also attempted to find out if the short testing time and automated procedure of torsion bar experiments can replace the established but tedious procedure of the EBBR. In the end, it was discovered that significant differences in performance and composition exist between tank and recovered samples for the same contracts. Torsion bar experimental data also indicated some promise in predicting physical hardening.

Structural health monitoring of storage tanks

In this thesis, Ph.D candidate presents a compact sensor node (SN) designed for long-term and real-time acoustic emission (AE) monitoring of above ground storage tanks (ASTs). Each SN exploits up to three inexpensive low-frequency sensors based on piezoelectric diaphragms for effective leakage detection, and it is capable by means of built-in Digital Signal Processing functionalities to process the acquired time waveforms extracting the AE features usually required by testing protocols. Alternatively, capability to plug three high frequency AE sensors to a SN for corrosion simulated phenomena detection is envisaged and demonstrated. Another innovative aspect that the Ph.D candidate presents in this work is an alternative mathematical model of corrosion location on the bottom of the AST. This approach implies considering the three-dimensional localization model versus the two-dimensional commonly used according to the literature. This approach is aimed at significant optimization in the number of sensors in relation to the standard approach for solving localization problems as well as to allow filtering the false AE events related to the condensate droplets from AST ceiling. The technological implementation of this concept required the solution of a number of technical problems, such as the precise time of arrival (ToA) signal estimation, vertical localization of the AE source and multilaration solution that were discussed in detail in this work. To validate the developed prototype, several experimental campaigns were organized that included the simulation of target phenomena both in laboratory conditions and on a real water storage tank. The presented test results demonstrate the successful application of the developed AE system both for simulated leaks and for corrosion processes on the tank bottom. Mathematical and technological algorithms for localization and characterization of AE signals implemented during the development of the prototype are also confirmed by the test results.

Integrating environmental and economic life cycle analysis in product development: a material selection case study

Purpose Achieving sustainability by rethinking products, services and strategies is an enormous challenge currently laid upon the economic sector, in which materials selection plays a critical role. In this context, the present work describes an environmental and economic life cycle analysis of a structural product, comparing two possible material alternatives. The product chosen is a storage tank, presently manufactured in stainless steel (SST) or in a glass fibre reinforced polymer composite (CST). The overall goal of the study is to identify environmental and economic strong and weak points related to the life cycle of the two material alternatives. The consequential win-win or trade-off situations will be identified via a Life Cycle Assessment/Life Cycle Costing (LCA/LCC) integrated model. Methods The LCA/LCC integrated model used consists in applying the LCA methodology to the product system, incorporating, in parallel, its results into the LCC study, namely those of the Life Cycle Inventory (LCI) and the Life Cycle Impact Assessment (LCIA). Results In both the SST and CST systems the most significant life cycle phase is the raw materials production, in which the most significant environmental burdens correspond to the Fossil fuels and Respiratory inorganics categories. The LCA/LCC integrated analysis shows that the CST has globally a preferable environmental and economic profile, as its impacts are lower than those of the SST in all life cycle stages. Both the internal and external costs are lower, the former resulting mainly from the composite material being significantly less expensive than stainless steel. This therefore represents a full win-win situation. As a consequence, the study clearly indicates that using a thermoset composite material to manufacture storage tanks is environmentally and economically desirable. However, it was also evident that the environmental performance of the CST could be improved by altering its End-of-Life stage. Conclusions The results of the present work provide enlightening insights into the synergies between the environmental and the economic performance of a structural product made with alternative materials. Further, they provide conclusive evidence to support the integration of environmental and economic life cycle analysis in the product development processes of a manufacturing company, or in some cases even in its procurement practices.

Recuperação do isopentano da gasolina leve

Mestrado em Engenharia Química

Iowa Department of Transportation’s summary of project status for infrastructure projects

Per legislative requirement, attached is the Iowa Department of Transportation’s summary of project status for infrastructure projects that have been appropriated revenue from various funds including Rebuild Iowa Infrastructure, Health Restricted Capitals, Bridge Safety, Revenue Bonds Capitals, and Revenue Bonds Capitals II. Although a status report for the Bridge Safety Fund was already submitted to the directors of LSA and DOM, a status report on those projects is also included within this attachment for consistency with last year’s reporting. In addition, per request from LSA, status reports for the FY 2011 passenger rail appropriation from the Underground Storage Tank Fund and the FY 2010 Commercial Service Vertical Infrastructure appropriation from the General Fund are also listed in this report.

Infrastructure Annual Status Report, January 2012

Per legislative requirement, attached is the Iowa Department of Transportation’s summary of project status for infrastructure projects that have been appropriated revenue from various funds including Rebuild Iowa Infrastructure, Health Restricted Capitals, Bridge Safety, Revenue Bonds Capitals, and Revenue Bonds Capitals II. In addition, we have included status reports for the FY11 passenger rail appropriation from the Underground Storage Tank Fund and the FY2010 Commercial Service Vertical Infrastructure appropriation from the General Fund.

Infrastructure Annual Status Report, January 2010

Per legislative requirement, attached is the Iowa Department of Transportation’s summary of project status for infrastructure projects that have been appropriated revenue from various funds including Rebuild Iowa Infrastructure, Health Restricted Capitals, Bridge Safety, Revenue Bonds Capitals, and Revenue Bonds Capitals II. In addition, we have included status reports for the FY11 passenger rail appropriation from the Underground Storage Tank Fund and the FY2010 Commercial Service Vertical Infrastructure appropriation from the General Fund.

Water Heating, 2011

Although there are many ways to cut you water heating bills, the all fall into two broad categories: reducing the amount of hot water you use and making your water heating system more efficient. Fortunately, there are several strategies that can help you consume less energy and save money - and still meet you hot water needs without sacrificing comfort or practicality. The booklet was designed to answer common questions about hot water systems and to provide you with the information necessary to make informed decision about a wide variety of topics, ranging from repairing hot water faucet leaks an insulation water supply pipes to installing low-flow shower heads and tuning you your existing water heather. You'll also find details on what to consider when it's time to go comparison shopping for a new water heater-including an evaluation of the alternatives to the common gas or electric storage tank unit that's found in the majority of homes in Iowa and across the country.

Health consultation : Climbing Hill groundwater contaminiation site, Climbing Hill, Woodbury County, Iowa (2004)

The Iowa Department of Natural Resources (IDNR) asked the Iowa Department of Public Health (IDPH) Hazardous Waste Site Health Assessment Program to perform a health consultation for the Climbing Hill, Iowa, groundwater contamination site. IDNR wants to know if the site poses a public health hazard. The information in this health consultation was current at the time of writing. Data that emerges later could alter this document’s conclusions and recommendations. Climbing Hill is an unincorporated town in Woodbury County, Iowa, approximately 15 miles southeast of Sioux City. The town has approximately 120 residents. All of the residents and most businesses within the town use private wells to supply their drinking water. The local restaurant has an individual well that is classified as a public water supply system because it has the potential to serve more than 25 people in a day. Several wells in the town have become contaminated with gasoline and diesel fuel leaking from two underground storage tanks. All of the wells are roughly 75–80 feet deep (R. Cardinale, IDNR, Underground Storage Tank Section, personal communication, January 30, 2004).

Influence Of AirContent On Board Properties

Työn tarkoitus oli testata kartonkikoneen lyhyen kierron ilmapitoisuuden merkitystä kartongin ominaisuuksiin. Aluksi työssä selvitettiin ilmapitoisuuden alkutilanne käyttäen kompressioilmiöön perustuvaa ilmapitoisuusmittaria. Sen jälkeen tehtiin kokeita käyttäen POMp-pumppua sekä vaahdonestoainetta. Tarkoituksena oli luoda yhteys prosessin ilmapitoisuuden ja lopputuotteen ominaisuuksien välille. POMp-kokeissa tutkittiin keskipakopumppauksen vaikutusta massan ilmapitoisuuteen. Tuloksista nähdään, että pintakerroksen ilmapitoisuus oli suurempi kuin taustakerroksen, mikä selittyy POMp-pumpun sijainnilla taustakerroksen lyhyessä kierrossa. Vaahdonestoainekokeissa saatiin myös vaikutuksia massan ilmapitoisuuteen. Vaahdonestoaineen lisäyksen jälkeen runkokerroksenilmapitoisuus laski, kun samanaikaisesti pinta- ja taustakerroksen sekä rejektisysteemin ilmapitoisuudet nousivat. Ilmapitoisuuden käytöksen syyksi paljastui lyhyen kierron yhteinen vesikierto ja nykyisille tuotantomäärille alimitoitettu ilmanpoistokapasiteetti. Vaahdonestoaineen lisäyksen jälkeen vedenpoisto parani ja ensimmäisillä kolmella runkokerroksen foililaatikolla havaittiin poistuvan veden virtausten kasvaneen. Samaan aikaan runkokerroksen viiraosan lopulla poistuvan veden virtaukset pienenivät. Kartongin ominaisuuksissa ei havaittu kuitenkaan eroa, vaikka vedenpoisto parani viiraosalla selvästi. Vaahdonestoainekokeiden aikana oli myös tavallista enemmän ajettavuusongelmia, kuten ratakatkoja. Prosessissa esiintyneitä ongelmia ja niihin reagoivia muutosehdotuksia esitellään myös. Vaikein ongelma oli ilman muodostuminen runkokerroksen lyhyessä kierrossa. Ratkaisu voisi koostua isommasta keskikerroksenvesilukkosäiliöstä ja runkokerroksen lyhyen kierron puhdistusveden uudelleen kohdentamisesta. Voisi myös olla hyödyllistä yrittää ilmanpoistoa kemikaalien avulla kiertoveden varastosäiliössä.

Bensiinin valmistus Naantalin jalostamolla

Työn tarkoituksena oli kartoittaa ja dokumentoida nykyinen bensiininvalmistusprosessi Fortumin Naantalin erikoistuotejalostamolla. Tavoitteena oli löytää nykyisestä prosessista pullonkauloja logistiikkasimulaattorilla sekä hakea ratkaisuja, joilla niitä voitaisiin poistaa. Bensiiniä voidaan valmistaa joko panosprosessina tai linjasekoituksella. Panosprosessissa bensiinikomponentit siirtolinjataan yksitellen valmistussäiliöön, jossa ne sen jälkeen sekoitetaan valmiiksi tuotteeksi. Tällä tavoin valmistetaan bensiiniä Fortumin Naantalin jalostamolla. Linjasekoitusmenetelmässä bensiinikomponentit syötetään kaikki yhtäaikaa linjaan, jossa ne sekoittuvat. Sekoituksen apuna voidaan käyttää linjassa staattisia sekoittimia. Linjasekoitusmenetelmällä saadaan suoraan säiliöön valmista tuotetta. Tällaista menetelmää käytetään Fortumin Porvoon jalostamolla. Bensiinin valmistuksen kaksi tärkeintä muuttujaa ovat höyrynpaine ja oktaaniluku. Esimerkeissä on esitetty panosprosessi- ja linjasekoitusmalleja eri jalostamoilla eripuolilla maailmaa. Naantalin jalostamon bensiininvalmistuksen logistiikkaa kuvaava malli valmistettiin kokeellisessa osassa Tecnomatix Technologiesin kehittämällä eMPlant-simulointiohjelmistolla. Bensiininvalmistuksen logistisiin ongelmakohtiin keskityttiin simulointimallia laadittaessa. Naantalin jalostamoa kuvaavan simulointimallin lisäksi rakennettiin kaksi vaihtoehtoista mallia parantamaan jalostamon bensiinivalmistuksen logistiikkaa. Ensimmäisessä vaihtoehdossa suurennettiin kahta bensiininvalmistuslinjaa, ja toisessa otettiin käyttöön uusi säiliö BE98 valmistusta varten. Vaihtoehtoisten mallien rakentamisen tavoitteena oli saada tietoa mahdollisia investointipäätöksiä varten. Tulosten perusteella uuden valmistussäiliön käyttöönottoa voidaan pitää teknisesti kannattavana. Taloudellisesti hanke on kannattava, jos uuden säiliön rakentamisen sijaan on mahdollisuus vapauttaa jokin olemassa oleva säiliö tähän käyttöön. Yksi simulointimallin kehityskohde on sen käyttöliittymän muuntaminen käyttäjäystävällisempään muotoon. Tällöin tuotannonsuunnittelija voisi käyttää mallia tuotannonsuunnittelun apuna. Mallin tarkentaminen vastaamaan paremmin nykyistä valmistusprosessia on myös yksi kehityskohde.

Säiliöperheen tuotekehitysprojekti

Tässä kandidaatintyössä käsiteltiin polttoainesäiliöiden tuotekehitysprojektia. Työssä käytiin läpi erilaisia eristysvaihtoehtoja sekä niiden ominaisuuksia valmistuksessa. Lisäksi käsiteltiin luodinkestävyyttä, palosuojausta sekä mahdollisia muutoksia jakeluasemastandardiin.

Kartoitus kloori-alkalitehtaan tuotantokapasiteetin kasvattamisesta / Kemira Chemicals Oy Joutseno

Kemira Chemicals Oy:n Joutsenon kloori-alkalitehtaalla valmistetaan elektrolyysin avulla lipeää, suolahappoa, natriumhypokloriittia ja vetyä. Tämän työn tavoitteena on kartoittaa kloori-alkalitehtaan tuotantokapasiteetin kasvatuksen yhteydessä esiin tulevat pullonkaulat, lähitulevaisuuden kunnossapitotarpeet sekä parhaat käytettävissä olevat teknologiavaihtoehdot kloori-alkalitehtaan osa-alueille, joihin tuotantokapasiteetin kasvatuspaineet kohdistuvat: elektrolyysi, lipeän haihdutus ja suolahappopolttimet. Pullonkaulojen kartoittaminen toteutettiin rakentamalla taulukkolaskentamalli kloori-alkalitehtaan prosesseista. Mallin avulla simuloitiin elektrolyysin kloorin tuotantoa, jota kasvatettiin asteittain 54 kt:sta/a aina 100 kt:iin/a asti ja tutkittiin prosessien käyttäytymistä. Tarkastelun pohjalta havaittiin, että kloorin tuotantoa kasvattaessa, tulee lisätä myös tuotantokapasiteettia suolahapon valmistukseen, elektrolyysiin, demineralisoidun veden valmistukseen ja lipeän haihdutuslaitokseen sekä suolahapon ja lipeän varastointikapasiteetteihin. Vaihtoehtoiset teknologiat määritettiin kirjallisuudesta ja laitetoimittajien esitteistä. Lähivuosien kunnossapitotarpeet kartoitettiin haastattelemalla tehtaan henkilökuntaa. Työstä eskaloitui useita jatkotutkimuskohteita, joita ovat bipolaari-teknologian soveltuvuus Joutsenon kloori-alkalitehtaalle, uusien HCl-polttimien esisuunnittelu, höyryn käytön tehostaminen nykyisessä lipeän haihdutuslaitoksessa sekä uusien haihdutusteknologioiden soveltuvuus Joutsenon kloori-alkalitehtaalle, höyry- ja jäähdytysverkostojen kartoitukset sekä demineralisoidun veden valmistuskapasiteetin kasvattaminen.

Sellumassan varastosäiliön rakenneanalyysi

Tämä työ käsittelee valkaistun ja valkaisemattoman sellumassan varastosäiliön tärinää ja värähtelyä. Värähtelyn seurauksena säiliön seinämän jäykisterenkaan hitsausliitokseen on syntynyt särö. Työn tavoitteena on selvittää, mikä johtaa särön syntyyn ja miten kestäväm-piä varastosäiliöitä voidaan rakentaa materiaali-, valmistus- tai rakennemuutoksien avulla. Työ alkoi tutkimalla rakennemateriaalina olevan duplex-teräksen mikrorakenteen ominai-suuksia, sekä sen hitsattavuutta ja seostamista kirjallisuustutkimuksena. Kirjallisuustutki-musta jatkettiin selvittämällä mahdollisia vaurion syntymekanismeja seinämän särölle. Työssä analysoitiin myös tehtaalla mitattuja värähtelyarvoja. Lopuksi laskettiin FE-analyysillä tyhjän varastosäiliön ominaismuodot ja -taajuudet moodianalyysillä, sekä selvi-tettiin harmonisella analyysillä pinnankorkeuden vaihtelun vaikutus siirtymävasteeseen ja kriittisiin värähtelytaajuuksiin. Varastosäiliöön kohdistuvaa värähtelyä ei ole mahdollista poistaa kokonaan, mutta väräh-telyn aiheuttamia seurauksia kyetään rajaamaan useilla keinoilla. Toimenpiteinä voivat olla ainakin seinämän materiaalin paksuuden lisääminen, jäykisteripojen lisääminen ja kriittisten sellun pinnankorkeuksien välttäminen. Kriittiseksi pinnankorkeudeksi havaittiin 40–45 %:n täyttöaste ja turvalliseksi korkeudeksi 35–38 %:n täyttöaste. Varastosäiliölle kriittisen ominaistaajuuden katsotaan syntyvän taajuuksilla 3,3–3,8 Hz ja 5,8–6,4 Hz. Sellumassa putoaa varastosäiliöön noin 2 Hz taajuudella.

Modelling and simulation of a photovoltaic fuel cell hybrid system

A stand-alone power system is an autonomous system that supplies electricity to the user load without being connected to the electric grid. This kind of decentralized system is frequently located in remote and inaccessible areas. It is essential for about one third of the world population which are living in developed or isolated regions and have no access to an electricity utility grid. The most people live in remote and rural areas, with low population density, lacking even the basic infrastructure. The utility grid extension to these locations is not a cost effective option and sometimes technically not feasible. The purpose of this thesis is the modelling and simulation of a stand-alone hybrid power system, referred to as “hydrogen Photovoltaic-Fuel Cell (PVFC) hybrid system”. It couples a photovoltaic generator (PV), an alkaline water electrolyser, a storage gas tank, a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC), and power conditioning units (PCU) to give different system topologies. The system is intended to be an environmentally friendly solution since it tries maximising the use of a renewable energy source. Electricity is produced by a PV generator to meet the requirements of a user load. Whenever there is enough solar radiation, the user load can be powered totally by the PV electricity. During periods of low solar radiation, auxiliary electricity is required. An alkaline high pressure water electrolyser is powered by the excess energy from the PV generator to produce hydrogen and oxygen at a pressure of maximum 30bar. Gases are stored without compression for short- (hourly or daily) and long- (seasonal) term. A proton exchange membrane (PEM) fuel cell is used to keep the system’s reliability at the same level as for the conventional system while decreasing the environmental impact of the whole system. The PEM fuel cell consumes gases which are produced by an electrolyser to meet the user load demand when the PV generator energy is deficient, so that it works as an auxiliary generator. Power conditioning units are appropriate for the conversion and dispatch the energy between the components of the system. No batteries are used in this system since they represent the weakest when used in PV systems due to their need for sophisticated control and their short lifetime. The model library, ISET Alternative Power Library (ISET-APL), is designed by the Institute of Solar Energy supply Technology (ISET) and used for the simulation of the hybrid system. The physical, analytical and/or empirical equations of each component are programmed and implemented separately in this library for the simulation software program Simplorer by C++ language. The model parameters are derived from manufacturer’s performance data sheets or measurements obtained from literature. The identification and validation of the major hydrogen PVFC hybrid system component models are evaluated according to the measured data of the components, from the manufacturer’s data sheet or from actual system operation. Then, the overall system is simulated, at intervals of one hour each, by using solar radiation as the primary energy input and hydrogen as energy storage for one year operation. A comparison between different topologies, such as DC or AC coupled systems, is carried out on the basis of energy point of view at two locations with different geographical latitudes, in Kassel/Germany (Europe) and in Cairo/Egypt (North Africa). The main conclusion in this work is that the simulation method of the system study under different conditions could successfully be used to give good visualization and comparison between those topologies for the overall performance of the system. The operational performance of the system is not only depending on component efficiency but also on system design and consumption behaviour. The worst case of this system is the low efficiency of the storage subsystem made of the electrolyser, the gas storage tank, and the fuel cell as it is around 25-34% at Cairo and 29-37% at Kassel. Therefore, the research for this system should be concentrated in the subsystem components development especially the fuel cell.