Kompressoriyksiköiden mekaaninen kunnonhallinta

Kunnossapidon kuluista suurimman osan aiheuttavat koneiden ennakoimattomat rikkoutumiset ja niiden tuomat tuotannonpysäytykset. Kunnossapidon suunnitelmallisuutta ja vikojen ennustettavuutta pyritään parantamaan erilaisin kunnonvalvonnallisin keinoin. Havaitsemalla alkava vikaantuminen ajoissa ja seuraamalla sen kehittymistä luodaan mahdollisuus korjaustoimenpiteiden ja -ajankohdan hallittuun suunnitteluun ja tätä kautta kustannussäästöihin. Tässä työssä on tutkittu kompressoriyksiköiden (kaasuturbiini ja keskipakokompressori) ja niiden apulaitteiden kunnossapidon menetelmiä, niiden hyödynnettävyyttä sekä mahdollisuuksia kehittää mekaanista kunnonhallintaa. Työssä päädyttiin johtopäätökseen, että käytettävien menetelmien hyödynnettävyydessä on kehitettävää. Kunnonvalvonnan ohjeistuksia tarkennettiin vastaamaan tämän päivän tavoitteita. Todettiin myös, että värähtelynvalvontaan perustuva kunnonvalvontajärjestelmä soveltuu hyvin kompressoriyksiköiden kunnonvalvonnan järjestelmäksi. Värähtelynvalvontaan perustuva kunnonvalvontajärjestelmä luo mahdollisuuden turvallisen käyttöajan ennustamiseen. Kunnonvalvonnan kehittämisen ja käyttövarmuuden parantamisen kannalta jatkotutkimuksen tekeminen kompressoriyksiköiden mekaanistenlaitteiden turvallisen käyttöajan ennustamiseksi on perusteltua.

Monitoring of centrifugal pump operation by a frequency converter

Centrifugal pumps are widely used in industrial and municipal applications, and they are an important end-use application of electric energy. However, in many cases centrifugal pumps operate with a significantly lower energy efficiency than they actually could, which typically has an increasing effect on the pump energy consumption and the resulting energy costs. Typical reasons for this are the incorrect dimensioning of the pumping system components and inefficiency of the applied pump control method. Besides the increase in energy costs, an inefficient operation may increase the risk of a pump failure and thereby the maintenance costs. In the worst case, a pump failure may lead to a process shutdown accruing additional costs. Nowadays, centrifugal pumps are often controlled by adjusting their rotational speed, which affects the resulting flow rate and output pressure of the pumped fluid. Typically, the speed control is realised with a frequency converter that allows the control of the rotational speed of an induction motor. Since a frequency converter can estimate the motor rotational speed and shaft torque without external measurement sensors on the motor shaft, it also allows the development and use of sensorless methods for the estimation of the pump operation. Still today, the monitoring of pump operation is based on additional measurements and visual check-ups, which may not be applicable to determine the energy efficiency of the pump operation. This doctoral thesis concentrates on the methods that allow the use of a frequency converter as a monitoring and analysis device for a centrifugal pump. Firstly, the determination of energy-efficiency- and reliability-based limits for the recommendable operating region of a variable-speed-driven centrifugal pump is discussed with a case study for the laboratory pumping system. Then, three model-based estimation methods for the pump operating location are studied, and their accuracy is determined by laboratory tests. In addition, a novel method to detect the occurrence of cavitation or flow recirculation in a centrifugal pump by a frequency converter is introduced. Its sensitivity compared with known cavitation detection methods is evaluated, and its applicability is verified by laboratory measurements for three different pumps and by using two different frequency converters. The main focus of this thesis is on the radial flow end-suction centrifugal pumps, but the studied methods can also be feasible with mixed and axial flow centrifugal pumps, if allowed by their characteristics.

Quasiconformal mappings and inequalities involving special functions

This PhD thesis in Mathematics belongs to the field of Geometric Function Theory. The thesis consists of four original papers. The topic studied deals with quasiconformal mappings and their distortion theory in Euclidean n-dimensional spaces. This theory has its roots in the pioneering papers of F. W. Gehring and J. Väisälä published in the early 1960’s and it has been studied by many mathematicians thereafter. In the first paper we refine the known bounds for the so-called Mori constant and also estimate the distortion in the hyperbolic metric. The second paper deals with radial functions which are simple examples of quasiconformal mappings. These radial functions lead us to the study of the so-called p-angular distance which has been studied recently e.g. by L. Maligranda and S. Dragomir. In the third paper we study a class of functions of a real variable studied by P. Lindqvist in an influential paper. This leads one to study parametrized analogues of classical trigonometric and hyperbolic functions which for the parameter value p = 2 coincide with the classical functions. Gaussian hypergeometric functions have an important role in the study of these special functions. Several new inequalities and identities involving p-analogues of these functions are also given. In the fourth paper we study the generalized complete elliptic integrals, modular functions and some related functions. We find the upper and lower bounds of these functions, and those bounds are given in a simple form. This theory has a long history which goes back two centuries and includes names such as A. M. Legendre, C. Jacobi, C. F. Gauss. Modular functions also occur in the study of quasiconformal mappings. Conformal invariants, such as the modulus of a curve family, are often applied in quasiconformal mapping theory. The invariants can be sometimes expressed in terms of special conformal mappings. This fact explains why special functions often occur in this theory.

Avaliação de algumas propriedades da madeira de Eucalyptus grandis, Eucalyptus saligna e Pinus elliottii

O objetivo deste trabalho foi determinar o rendimento em madeira serrada, bem como a massa específica, contração volumétrica, resistência à flexão estática, resistência à compressão paralela, qualidade da linha de cola e trabalhabilidade das madeiras de Eucalyptus grandis, Eucalyptus saligna e Pinus elliottii. Foram colhidas três árvores de cada uma destas espécies, com idades aproximadas de 50, 40 e 40 anos, respectivamente. De cada árvore foram retiradas três toras, sendo uma na base, uma no meio e uma no topo do fuste. Foram analisadas as variações em algumas propriedades, no sentido medula-casca e no sentido longitudinal. Os resultados mostraram que todas as propriedades físicas e mecânicas variaram dentro da árvore nos sentidos radial e longitudinal. A densidade básica e as resistências à flexão e à compressão aumentaram na direção medula-casca, enquanto a contração volumétrica diminuiu. Portanto, para obtenção de madeiras mais densas, mais estáveis e com maior resistência à flexão e à compressão, é necessária a colheita de árvores mais velhas. Observou-se ainda que as toras da porção média do fuste, de modo geral, apresentaram menores valores para todas as propriedades determinadas do que as da base e do topo. A resistência da linha de cola e a porcentagem de falha na madeira para madeira juvenil e adulta apresentaram pouca diferença em todas as posições no fuste. No ensaio de confecção de espiga e furação para espiga, todas as espécies apresentaram resultados satisfatórios, sem ocorrência de defeitos.

Energia- ja ilmastotoimenpiteiden käynnistäminen pk-yrityksissä

Tämän diplomityön tarkoituksena oli kehittää toimintamalli pk-yritysten energia- ja ilmastotoimenpiteiden käynnistämiseksi HINKU-kunnissa. Esimerkkiyrityksenä työssä toimi Tehomet Oy:n Parikkalan tehdas. Työssä tutustuttiin ensimmäisenä erilaisiin jo olemassa oleviin toimintamalleihin, hiilijalanjäljen laskentastandardeihin sekä erilaisiin mahdollisuuksiin hiilineutraaliuden saavuttamiseksi. Lisäksi Tehomet Oy:n Parikkalan tehtaalta kerättiin tarvittavaa tietoa yrityksen ja tuotteen hiilijalanjälkien laskentaa varten. Kerätyn tiedon ja jo olemassa olevien standardien ja toimintamallien pohjalta kehitettiin toimintamalli, johon sisältyy laskentataulukko, jonka avulla yritykset voivat laskea hiilijalanjälkensä ja tunnistaa kasvihuonekaasupäästöjen merkittävyyden liiketoimintansa kehittämisen näkökulmasta. Tehomet Oy:n valmistaman puupylvään hiilijalanjälki pieneni merkittävästi, kun laskennassa huomioitiin hiilen sitoutuminen tuotteeseen sekä tuotteen käytöstä poisto. Parikkalan tehtaan tapauksessa suurin yksittäinen kasvihuonekaasujen päästölähde on sähkönkulutus. Energiankulutuksen kannalta merkittävin säästökohde olisi mitä todennäköisimmin teholtaan liian suuresta kompressorista luopuminen. Kasvihuonekaasupäästöjen hiilineutraaliksi saattamiseksi mahdolliset toimenpiteet olisivat tässä tapauksessa hiilivapaan sähkön ostaminen tai päästöjen kompensoiminen ostamalla päästöoikeuksia. Toimintamallin todellinen toimivuus nähdään tulevaisuudessa, kun sitä päästään testaamaan laajemmalti eri aloilla toimiviin yrityksiin.

Evaluating multidimensional visualization techniques in data mining tasks

Visual data mining (VDM) tools employ information visualization techniques in order to represent large amounts of high-dimensional data graphically and to involve the user in exploring data at different levels of detail. The users are looking for outliers, patterns and models – in the form of clusters, classes, trends, and relationships – in different categories of data, i.e., financial, business information, etc. The focus of this thesis is the evaluation of multidimensional visualization techniques, especially from the business user’s perspective. We address three research problems. The first problem is the evaluation of projection-based visualizations with respect to their effectiveness in preserving the original distances between data points and the clustering structure of the data. In this respect, we propose the use of existing clustering validity measures. We illustrate their usefulness in evaluating five visualization techniques: Principal Components Analysis (PCA), Sammon’s Mapping, Self-Organizing Map (SOM), Radial Coordinate Visualization and Star Coordinates. The second problem is concerned with evaluating different visualization techniques as to their effectiveness in visual data mining of business data. For this purpose, we propose an inquiry evaluation technique and conduct the evaluation of nine visualization techniques. The visualizations under evaluation are Multiple Line Graphs, Permutation Matrix, Survey Plot, Scatter Plot Matrix, Parallel Coordinates, Treemap, PCA, Sammon’s Mapping and the SOM. The third problem is the evaluation of quality of use of VDM tools. We provide a conceptual framework for evaluating the quality of use of VDM tools and apply it to the evaluation of the SOM. In the evaluation, we use an inquiry technique for which we developed a questionnaire based on the proposed framework. The contributions of the thesis consist of three new evaluation techniques and the results obtained by applying these evaluation techniques. The thesis provides a systematic approach to evaluation of various visualization techniques. In this respect, first, we performed and described the evaluations in a systematic way, highlighting the evaluation activities, and their inputs and outputs. Secondly, we integrated the evaluation studies in the broad framework of usability evaluation. The results of the evaluations are intended to help developers and researchers of visualization systems to select appropriate visualization techniques in specific situations. The results of the evaluations also contribute to the understanding of the strengths and limitations of the visualization techniques evaluated and further to the improvement of these techniques.

Variação do teor de umidade e da densidade básica na madeira de sete espécies de eucalipto

As variações de umidade e da densidade do lenho das árvores são as principais causas dos defeitos de secagem, como o empenamento e fendilhamento das peças de madeira. Os tipos de madeira presentes em um tronco estão relacionados com as variações dessas duas importantes propriedades físicas. Os gradientes de umidade e da densidade da madeira de sete espécies de eucalipto foram avaliados nas direções radial e longitudinal do tronco de árvores recém-abatidas. Os resultados apontaram uma maior homogeneidade de distribuição de umidade dentro das árvores de E. paniculata e E. citriodora, indicada pelos coeficientes de variação e desvio-padrão. O diferencial de umidade da madeira nas regiões internas do tronco de E. paniculata e E. citriodora foi de 20% e de E. urophylla e E. grandis, de 80%. A densidade básica da madeira aumentou na direção radial do tronco, e cada espécie de eucalipto apresentou um modelo de variação.

Sintomatologia da murcha de Ceratocystis fimbriata em eucalipto

Descreveram-se o histórico da murcha de Ceratocystis fimbriata em eucalipto no Brasil e em outros países e a sintomatologia da doença, em plantações clonais com 4 meses a 5 anos de idade, em brotações de tocos, em estacas em enraizamento e em mudas clonais em viveiro, de quatro estados brasileiros. O patógeno evoluía-se da extremidade da raiz, atingindo o colo e tronco acima via parênquima medular, de onde, em diversas alturas, surgiam estrias escuras, que progrediam, via parênquima radial, matando uma porção de câmbio vascular, de floema e de feloderme. Dessa progressão sistêmica do patógeno, ascendente e radialmente, resultava uma lesão longitudinal externamente no tronco, contínua ou descontínua, marrom-avermelhada, coriácea, que passava a sulcada e, posteriormente, a cancro longitudinal, com seus calos longilíneos nas duas laterais. Por esse contexto sintomatológico, pode-se considerar essa enfermidade como um modelo de doença sistêmica em essência florestal, pelo menos na subárea da patologia florestal brasileira. Em brotações novas, em estacas em enraizamento e em mudas clonais as lesões eram longitudinais, contínuas ou descontínuas, negras a arroxeadas. A inativação de xilema em raízes, colo e em diferentes alturas do tronco, ou galho, dava-se pelo adensamento das estrias radiais escuras no lenho.

Estrutura anatômica da madeira e qualidade do carvão de Mimosa tenuiflora (Willd.) Poir

Este trabalho objetivou determinar algumas características anatômicas e dimensões de fibras, elementos dos vasos, células do parênquima e dos raios da madeira da Mimosa tenuiflora (Willd.) Poir. Determinaram-se, ainda, a fração parede das fibras e o porcentual das fibras, dos vasos, dos raios e das células parenquimatosas, bem como a densidade, rendimento e propriedades do carvão vegetal. Conclui-se que a madeira de Mimosa tenuiflora possui poros predominantemente solitários, geminados e múltiplos em agrupamento radial; poros distribuídos em porosidade difusa uniforme; parênquima axial paratraqueal vasicêntrico, vasicêntrico confluente, aliforme e aliforme confluente; raios multisseriados, bisseriados e, menos freqüentemente, unisseriados; e fibras de parede espessa e muito curtas. Obteve-se um rendimento de 39,68% em carvão vegetal, com teor de carbono fixo de 71,70%, densidade igual a 0,51g/cm³, carbono fixo de 71,79 e poder calórico de 6.866 cal/g.

Eficiência do CCB na resistência da madeira de algaroba (Prosopis juliflora (Sw.) D.C.) em ensaio de apodrecimento acelerado

O objetivo da pesquisa foi avaliar o efeito do preservativo "Osmose CCB" na resistência da madeira de algaroba (Prosopis juliflora (Sw) D.C.) ao fungo Postia placenta, em condições de laboratório. Peças roliças de algaroba foram tratadas pelo método de substituição da seiva por transpiração radial, em soluções de 1, 2 e 3% de ingredientes ativos de CCB, durante 3, 6, 9, 12 e 15 dias. Das peças tratadas foram retirados discos em três posições (50 cm da base, meio do comprimento e topo da peça), em que foram analisadas a penetração e retenção do CCB, bem como a resistência ao fungo Postia placenta. Observou-se melhor penetração e retenção nas peças submetidas a 2% de ingredientes ativos. A penetração e retenção do CCB, assim como a resistência conferida à madeira, de modo geral, decresceram da base para o topo das peças. O tratamento preservativo conferiu às peças de algaroba uma alta resistência ao fungo P. placenta. Isso não ocorreu apenas nas amostras provenientes do topo (submetidas a 1% de CCB e 15 dias de tratamento; 2% e 9 dias; 3% e 3, 12 e 15 dias) e meio das peças (3% de CCB e 3 e 12 dias de tratamento), que foram classificadas como resistentes.

Taajuusmuuttajan hyödyntämismahdollisuudet kompressorijärjestelmien elinkaarikustannusten optimoimisessa

Paineilmaa on kutsuttu neljänneksi perushyödykkeeksi veden, sähkön ja kaasun lisäksi. Paineilman kuluttaja on usein myös sen tuottaja. EU:n alueen teollisuudessa keskimää-rin 16 % kulutetusta kokonaissähkötehosta kuluu ilmakompressoreiden käyttöön. Taa-juusmuuttajan käyttö on viime vuosikymmeninä lisääntynyt merkittävästi, kun on pyrit-ty energiatehokkaisiin ratkaisuihin esimerkiksi pumppaus- ja puhallinjärjestelmissä. Kompressorijärjestelmissä taajuusmuuttajien käyttö ei ole vielä yhtä yleistä kuin esi-merkiksi pumppukäytöissä, vaikka taajuusmuuttajan käytöllä saavutetaan useimmissa tapauksissa huomattavia etuja. Tässä työssä tutkitaan taajuusmuuttajan hyödyntämismahdollisuuksia kompressorijär-jestelmien käytönaikaisten elinkaarikustannusten optimoimisessa. Työssä selvitetään säästöpotentiaalia, ja pohditaan pyörimisnopeussäädöllä saavutettavia etuja eri komp-ressorityypeillä. Lopuksi muodostetaan elinkaarikustannusanalyysit kahdelle todelliselle teollisuuden kompressorikohteelle. Tutkimusmenetelminä ovat kirjallisuustyö sekä asi-antuntijahaastattelut teollisuudesta. Työn tavoitteena on kartoittaa taajuusmuuttajan hyödyntämispotentiaalia kompressorijärjestelmissä ja luoda pohjaa mahdolliselle jatko-tutkimukselle.

Ajuste do modelo de Schumacher e Hall e aplicação de redes neurais artificiais para estimar volume de árvores de eucalipto

Objetivou-se, neste trabalho, avaliar o ajuste do modelo volumétrico de Schumacher e Hall por diferentes algoritmos, bem como a aplicação de redes neurais artificiais para estimação do volume de madeira de eucalipto em função do diâmetro a 1,30 m do solo (DAP), da altura total (Ht) e do clone. Foram utilizadas 21 cubagens de povoamentos de clones de eucalipto com DAP variando de 4,5 a 28,3 cm e altura total de 6,6 a 33,8 m, num total de 862 árvores. O modelo volumétrico de Schumacher e Hall foi ajustado nas formas linear e não linear, com os seguintes algoritmos: Gauss-Newton, Quasi-Newton, Levenberg-Marquardt, Simplex, Hooke-Jeeves Pattern, Rosenbrock Pattern, Simplex, Hooke-Jeeves e Rosenbrock, utilizado simultaneamente com o método Quasi-Newton e com o princípio da Máxima Verossimilhança. Diferentes arquiteturas e modelos (Multilayer Perceptron MLP e Radial Basis Function RBF) de redes neurais artificiais foram testados, sendo selecionadas as redes que melhor representaram os dados. As estimativas dos volumes foram avaliadas por gráficos de volume estimado em função do volume observado e pelo teste estatístico L&O. Assim, conclui-se que o ajuste do modelo de Schumacher e Hall pode ser usado na sua forma linear, com boa representatividade e sem apresentar tendenciosidade; os algoritmos Gauss-Newton, Quasi-Newton e Levenberg-Marquardt mostraram-se eficientes para o ajuste do modelo volumétrico de Schumacher e Hall, e as redes neurais artificiais apresentaram boa adequação ao problema, sendo elas altamente recomendadas para realizar prognose da produção de florestas plantadas.

Avaliação da retratibilidade da madeira de sete espécies de Eucalyptus

As variações na retratibilidade no lenho das árvores são as principais causas dos defeitos de secagem, como o empenamento e fendilhamento das peças de madeira. Os tipos de madeira presentes em um tronco estão relacionados com as variações dessa importante propriedade física. Este trabalho teve como objetivo estudar a retratibilidade da madeira de sete espécies de eucaliptos. Os parâmetros de retratibilidade, bem como a sua variação na direção radial da medula em direção à periferia do tronco de sete espécies de eucaliptos, foram avaliados de acordo com a Norma brasileira. De modo geral, os resultados indicaram que as espécies de eucaliptos estudados possuíam madeira com elevada retratibilidade. À exceção das madeiras de Eucalyptus tereticornis e E. pilularis, as demais espécies estudadas apresentaram valores menores de retratibilidade na região próxima da medula.

Parâmetros dendrométricos e correlações com propriedades tecnológicas em um híbrido clonal de Eucalyptus urophylla x Eucalyptus grandis

A qualidade da madeira aparentemente está associada às características dendrométricas, que por sua vez são influenciadas pelas condições de crescimento. Os objetivos deste estudo foram a caracterização dendrométrica e a realização de correlações de Pearson entre alguns parâmetros tecnológicos da madeira do híbrido clonal de Eucalyptus urophylla x Eucalyptus grandis sob três estratos silviculturais. Os dados dendrométricos foram analisados mediante a análise de regressão. Os resultados mostraram que o híbrido apresenta comportamento similar ao das demais madeiras da mesma espécie que cresceram em outras regiões, destacando-se a espessura do alburno no E1 (talhadia simples, 70 meses e com um desbaste), com pouca variação ao longo do fuste. Todas as árvores apresentaram, em geral, baixa conicidade ao longo do fuste e baixo volume de casca entre os estratos. Na correlação de Pearson foram avaliados entre si nove parâmetros dendrométricos, sete físicos e três mecânicos, longitudinalmente em seções de 3 m e na posição medula-casca nas duas primeiras toras. Os coeficientes encontrados demonstram haver fortes correlações entre as propriedades, destacando-se a densidade básica em relação às demais características e o coeficiente de anisotropia, ambas importantes no processo de desdobro e secagem da madeira. Não houve correlações significativas nas contrações lineares e volumétricas ao longo do comprimento do fuste. A variação radial mostrou boas correlações entre todas as propriedades mecânicas avaliadas nas duas primeiras toras. Em contrapartida, as propriedades físicas avaliadas na posição radial não apresentaram correlações significativas.

Eficiência dos óleos de nim (Azadirachta indica) e de mamona (Ricinus communis) na proteção da madeira de sumaúma (Ceiba pentandra)contra cupins xilófagos em ensaio de preferência alimentar

Esta pesquisa objetivou avaliar a eficiência dos óleos de nim (Azadirachta indica) e de mamona (Ricinus communis) na melhoria da resistência da madeira de sumaúma (Ceiba pentandra) ao térmita xilófago Nasutitermes corniger em ensaio de preferência alimentar. Os óleos das sementes de nim e de mamona foram extraídos com álcool etílico absoluto e empregados no preparo das soluções preservativas. Amostras de madeira com dimensões de 2,0 x 10,16 x 0,64 cm (radial x longitudinal x tangencial) foram tratadas para atingir uma retenção nominal de 10 a 16 kg de solução por metro cúbico de madeira, sendo parte das amostras tratadas submetida ao envelhecimento (volatilização ou lixiviação). As amostras tratadas foram submetidas à ação de cupins em ensaio de preferência alimentar. Os referidos óleos pouco contribuíram para a melhoria da resistência da madeira de sumaúma ao cupim testado. Entre as soluções testadas, o óleo de mamona puro foi o mais eficiente. O envelhecimento das amostras pouco influenciou na resistência da madeira. Os óleos de nim e de mamona puros e suas soluções, mesmo apresentando algum efeito de repelência aos cupins, não evidenciaram efeito duradouro, indicando que esses produtos não devem ser empregados no tratamento da madeira com o objetivo de melhorar sua resistência a cupins xilófagos.