Desarrollo y aplicación de estrategias de control avanzado en procesos biológicos de tratamiento de efluentes contaminados

En este proyecto se ha desarrollado estrategias de control avanzadas para plantas de depuración de aguas residuales urbanas que eliminan conjuntamente materia orgánica, nitrógeno y fósforo. Las estrategias se han basado en el estudio multivariable del comportamiento del sistema, que ha producido subsidios para la utilización de lazos de control feedforward, de control predictivo y de un control de costes que automáticamente enviaba las consignas más adecuadas para los controladores de proceso. Para el desarrollo de las estrategias, se ha creado un sistema virtual de simulación (simulador) de plantas de depuradoras, basado en datos de literatura. Para el caso de una planta real, se ha desarrollado un simulador de la planta de Manresa (Catalunya). Sin embargo, el sistema de Manresa se ha utilizado exclusivamente para auxiliar los ingenieros de la planta en la tomada de decisiones de cambio de configuración para que la eliminación de fósforo se dé por la ruta biológica y no por la ruta química. La implementación de los simuladores ha permitido hacer muchas pruebas que en una planta real demandarían mucho tiempo y consumirían muchos recursos energéticos y financieros. Las estrategias de control más elaboradas han podido ahorrar hasta 150.000,00 Euros por año en relación a la operación de la planta sin el control automático. Cuanto a los estudios del modelo de la planta real, se concluyó que la eliminación biológica de fósforo puede sustituir el actual proceso químico de eliminación de fósforo, bajando los costes operacionales (costes del agente precipitante).

Control biològic del Rhynchophorus ferrugineus a partir de diferents soques de nematodes entomopatògens i la seva problemàtica a Catalunya

En el present treball s’ha avaluat el potencial dels nemàtodes entomopatògens per a controlar la plaga de R. ferrugineus. Per fer-ho, s’ha determinat la susceptibilitat d’aquesta a 4 espècies diferents de nemàtodes: Steinernema carpocasae (soca B14, IDEBIO, BIOVERD), Steinernema feltiae (soca D114), Steinernema sp. (D122) i Heterorhabditis bacteriophora (soca DG46). D’altra banda, s’ha determinat la predació de Steinernema carpocapsae per part de l’àcar Centroupeda almerodai (Acari: Acaridae) per comprovar si aquest pot influir negativament en l’efectivitat de S. carpocapsae com agent de control biològic. S’ha vist que el morrut de les palmeres és molt susceptible als nemàtodes entomopatògens en especial una soca comercial (S. carpocapsae), la qual produeix mortalitats del 91,67%. Hi ha evidències de que l’àcar C. almerodai depreda les formes infectives de S. carpocapsae encara que no és suficient important com perquè es vegi compromès l’efectivitat com a bioinsecticida. L’ús de nemàtodes entomopatògens com a control biològic és una alternativa viable als mètodes químics de eficàcia similar però menys respectuosos amb el medi ambient.

Modelització i control d'un reactor de producció d'hidrogen per a l'alimentació de piles de combustible

Les piles de combustible permeten la transformació eficient de l’energia química de certs combustibles a energia elèctrica a través d’un procés electroquímic. De les diferents tecnologies de piles de combustible, les piles de combustible de tipus PEM són les més competitives i tenen una gran varietat d’aplicacions. No obstant, han de ser alimentades únicament per hidrogen. Per altra banda, l’etanol, un combustible interessant en el marc dels combustibles renovables, és una possible font d’hidrogen. Aquest treball estudia la reformació d’etanol per a l’obtenció d’hidrogen per a alimentar piles de combustible PEM. Només existeixen algunes publicacions que tractin l’obtenció d’hidrogen a partir d’etanol, i aquestes no inclouen l’estudi dinàmic del sistema. Els objectius del treball són el modelat i l’estudi dinàmic de reformadors d’etanol de baixa temperatura. Concretament, proposa un model dinàmic d’un reformador catalític d’etanol amb vapor basat en un catalitzador de cobalt. Aquesta reformació permet obtenir valors alts d’eficiència i valors òptims de monòxid de carboni que evitaran l’enverinament d’una la pila de combustible de tipus PEM. El model, no lineal, es basa en la cinètica obtinguda de diferents assaigs de laboratori. El reformador modelat opera en tres etapes: deshidrogenació d’etanol a acetaldehid i hidrogen, reformat amb vapor d’acetaldehid, i la reacció WGS (Water Gas Shift). El treball també estudia la sensibilitat i controlabilitat del sistema, caracteritzant així el sistema que caldrà controlar. L’anàlisi de controlabilitat es realitza sobre la resposta de dinàmica ràpida obtinguda del balanç de massa del reformador. El model no lineal és linealitzat amb la finalitat d’aplicar eines d’anàlisi com RGA, CN i MRI. El treball ofereix la informació necessària per a avaluar la possible implementació en un laboratori de piles de combustibles PEM alimentades per hidrogen provinent d’un reformador d’etanol.

Control de instrumentos mediante el bus GPIB programado con MATLAB

El proyecto que se expone a continuación está dedicado al control de instrumentos mediante el bus de instrumentación GPIB programado con el software Matlab. Está dividido en dos partes. La primera, será llevada a cabo en el laboratorio de docencia y el objetivo será controlar el osciloscopio y el generador de funciones. Como ejemplo del control realizado se desarrollará una aplicación que permitirá obtener el diagrama de Bode de módulo de cualquier sistema electrónico. La segunda parte será llevada a cabo en el laboratorio de investigación y el objetivo será controlar el analizador de semiconductores. En este caso, la aplicación desarrollada permitirá la realización de medidas para la caracterización de transistores. Las aplicaciones de ambas partes estarán realizadas mediante una interfaz gráfica de usuario diseñada con la herramienta GUIDE de Matlab.

Supervisió i control de la lectura: anàlisi de procediments, judicis metacognitius i resultats de comprensió en estudiants d'Educació Secundària Obligatòria

Els processos de comprensió lectora són complexes, i requereixen de l’ús autorregulat, conscient i deliberat de la metacognició en les seves dues vessants: supervisió i control. L’objectiu d’aquest projecte és analitzar les relacions entre aquests dos components, i la seva repercussió en la comprensió lectora que finalment s’assoleix. Per tal de tractar aquesta qüestió s’han analitzat els processos de lectura seguits per 60 alumnes d’Educació Secundària Obligatòria. La presència i el tipus de relectura ha estat considerada com a mesura de control (estratègia emprada per millorar la pròpia comprensió), mentre que els judicis metacognitius són considerats com a mesura de supervisió. També es va elaborar una prova de comprensió lectora incloent preguntes que requerissin diferents nivells de processament cognitiu, de més superficial a més profund. Els nostres resultats preliminars mostren una relació entre l’ajust dels judicis metacognitius i la comprensió lectora assolida; els lectors que millor entenen el text tendeixen a ser els que millor supervisen la seva comprensió. La relectura també s’ha mostrat útil per millorar la comprensió, ja que els participants obtenen millors resultats després de rellegir. Per últim, s’ha trobat una relació significativa entre l’ajust dels judicis metacognitius i la relectura. D’una banda, aquests resultats subratllen la importància de la supervisió i el control en la comprensió lectora, i ofereixen evidències per explicar les complexes relacions entre supervisió, control, i resultats de comprensió. A més, els processos de lectura i els objectius amb què hom rellegeix apareixen com a temes rellevants que requereixen ser investigats per comprendre millor la interacció entre els processos de supervisió i control en la comprensió lectora. D’altra banda, els resultats tenen valuoses implicacions educatives, ja que proporcionen evidències de la importància d’ensenyar processos metacognitius des d’un punt de vista estratègic, en contraposició a les “tècniques”, per tal de millorar la comprensió lectora.

Dependencia de los algoritmos con el consumo de energía en sistemas HPC

El consumo energético es un aspecto cada vez más importante en el diseño de microprocesadores. Este trabajo experimenta con una técnica de control del consumo, el escalado dinámico de tensión y frecuencia (DVFS, siglas en inglés), para determinar cuan efectiva es la misma en la ejecución de programas con diferentes cargas de trabajo, intensivas en cómputo o memoria. Además, se ha extendido la experimentación a varios núcleos de ejecución, permitiendo comprobar en que medida las características de la ejecución en una arquitectura multicore afecta al desempeño de dicha técnica.

Robust control of structures subject to uncertain disturbances and actuator dynamics

The objective the present research is try to find some control design strategies, which must be effective and closed to the real operation conditions. As a novel contribution to structural control strategies, the theories of Interval Modal Arithmetic, Backstepping Control and QFT (Qualitative Feedback Theory) will be studied. The steps to follow are to develop first new controllers based on the above theories and then to implement the proposed control strategies to different kind of structures. The report is organized as follows. The Chapter 2 presents the state-of-the-art on structural control systems. The chapter 3 presents the most important open problems found in field of structural control. The exploratory work made by the author, research proposal and working plan are given in the Chapter 4

Mechanisms of antagonism of Pseudomonas fluorescens EPS62e against Erwinia amylovora, the causal agent of fire blight

Pseudomonas fluorescens EPS62e was selected during a screening procedure for its high efficacy in controlling infections by Erwinia amylovora, the causal agent of fire blight disease, on different plant materials. In field trials carried out in pear trees during bloom, EPS62e colonized flowers until the carrying capacity, providing a moderate efficacy of fire-blight control. The putative mechanisms of EPS62e antagonism against E. amylovora were studied. EPS62e did not produce antimicrobial compounds described in P. fluorescens species and only developed antagonism in King’s B medium, where it produced siderophores. Interaction experiments in culture plate wells including a membrane filter, which physically separated the cultures, confirmed that inhibition of E. amylovora requires cell-to-cell contact. The spectrum of nutrient assimilation indicated that EPS62e used significantly more or different carbon sources than the pathogen. The maximum growth rate and affinity for nutrients in immature fruit extract were higher in EPS62e than in E. amylovora, but the cell yield was similar. The fitness of EPS62e and E. amylovora was studied upon inoculation in immature pear fruit wounds and hypanthia of intact flowers under controlled-environment conditions. When inoculated separately, EPS62e grew faster in flowers, whereas E. amylovora grew faster in fruit wounds because of its rapid spread to adjacent tissues. However, in preventive inoculations of EPS62e, subsequent growth of EPS101 was significantly inhibited. It is concluded that cell-to-cell interference as well as differences in growth potential and the spectrum and efficiency of nutrient use are mechanisms of antagonism of EPS62e against E. amylovora

Regulador de llum controlat per ordinador

RESUM El llum electric és un tipus d’energia amb la que s’il•lumina tot el món i s’utilitza tant per a il•luminar la nit com per a disposar de llum addicional durant el dia. L’energia es pren directament de la xarxa de subministrament elèctric i permet encendre tot tipus de focus i bombetes. Actualment la necessitat de controlar la intensitat lumínica de focus és de gran utilitat i es poden veure exemples en escenaris de teatres, concerts musicals, domòtica bàsica a vivendes, botigues, restaurants, etc. on s’incorporen aparells òptims per aquest control. Aspectes com la programació d’encesa, apagat i intensitat desitjada de focus a una hora convinguda facilita el fet de fer-ho manualment i disposar de més temps propi. L’objectiu principal d’aquest treball és dissenyar i construir un regulador de llum controlat per ordinador capac de regular la intensitat lumínica de 8 focus independentment l’un de l’altre. El control de regulació s’efectua mitjancant un programa informàtic compatible amb ordinadors que incorporin el sistema operatiu Windows i és programable en el temps permetent seleccionar la intensitat desitjada a diferents hores del dia seleccionat. Com a conclusions es pot destacar un estalvi energètic al regular la intensitat dels focus evitant així la permanent connexio a una tensió màxima de 230 VAC i la oportunitat de construir un regulador de llum amb els documents subministrats.

Control de 6 respiròmetres i anàlisi de les dades

L’aplicació de tècniques respiromètriques és de recent innovació dins l’estudi dels tractaments d’aigües residuals. Aquest conjunt de tècniques ens permeten analitzar dos processos importants dins una planta de tractament biològic: el creixement de la biomassa i el consum del substrat. Això fa que siguin una eina amb gran potencial en l’avaluació dels sistemes de tractament biològic d’aigües residuals. L’objectiu principal d’aquest treball es la realització d’una aplicació capaç de controlar el funcionament de 6 respiròmetres, gestionant el procés del mostreig de les respirometries i l’anàlisi de les dades obtingudes, per obtenir el substrat ràpidament biodegradable (Ss) per a mostres d’aigua residual, i la taxa màxima de creixement específic per a mostres de compost. L’aplicació s’ha desenvolupat sobre l’entorn Microsoft Access, on s’integren la base de dades amb les mostres i els resultats de les respirometries, i els formularis de control que ens permeten gestionar i controlar els processos de mostreig i anàlisi. L’aplicació es comunica amb els sensors i actuadors dels respiròmetres a través del control ActiveX, ADS-OCX, subministrat per TwinCAT, que ens permet capturar les lectures dels sensors i controlar el funcionament dels actuadors. Aquests elements estan connectats a mòduls descentralitzats d’entrades i sortides, comunicats mitjançant el bus Ethernet amb el PC-Industrial, on s’executa l’aplicació. Un cop finalitzada l’aplicació, aquesta controla correctament el mostreig de les respirometries, registrant les lectures de les sondes a la base de dades i controlant l’activació de les vàlvules del respiròmetre. Partint de les mostres obtingudes, o de respirometries externes, importades des de Microsoft Excel, s’ha comprovat el correcte funcionament en el càlcul del substrat ràpidament biodegradable (Ss) i la taxa màxima de creixement específic. Amb l’aplicació desenvolupada, s’ha comprovat el funcionament i les possibilitats que ens ofereix TwinCAT alhora de controlar mòduls d’entrades i sortides, així com la seva comunicació amb aplicacions com Microsoft Access. Això pot afavorir a la utilització d’aquest tipus de tecnologia, per aplicacions futures.

The Coordinated Radio and Infrared Survey for High-Mass Star Formation (The CORNISH Survey). I. Survey Design

We describe the motivation, design, and implementation of the CORNISH survey, an arcsecondresolution radio continuum survey of the inner galactic plane at 5 GHz using the Very Large Array (VLA). It is a blind survey coordinated with the northern SpitzerGLIMPSE I region covering 10° the strategy that we employed to control the shape of the synthesised beam across this survey, which covers a wide range of fairly low declinations. Two snapshots separated by 4 h kept the beam elongation to less that 1.5 over 75% of the survey area and less than 2 over 98% of the survey. The prime scientific motivation is to provide an unbiased survey for ultra-compact H II regions to study this key phase in massive star formation. A sensitivity around 2 mJy will allow the automatic distinction between radio-loud and radio-quiet midIR sources found in the Spitzersurveys. This survey has many legacy applications beyond star formation, including evolved stars, active stars and binaries, and extragalactic sources. The CORNISH survey for compact ionized sources complements other Galactic plane surveys that target diffuse and nonthermal sources, as well as atomic and molecular phases to build up a complete picture of the interstellar medium in the Galaxy.

Microinductive signal conditioning with resonant differential filters: high-sensitivity biodetection applications

Inductive-based devices integrated with Si technology for biodetection applications are characterized, using simple resonant differential filter configurations. This has allowed the corroboration of the viability of the proposed circuits, which are characterized by their very high simplicity, for microinductive signal conditioning in high-sensitivity sensor devices. The simulation of these simple circuits predicts sensitivities of the differential output voltage which can achieve values in the range of 0.1-1 V/nH, depending on the coil parameters. These very high-sensitivity values open the possibility for the experimental detection of extremely small inductance changes in the devices. For real microinductive devices, both series resistance and parasitic capacitive components contribute to the decrease of the differential circuit sensitivity. Nevertheless, measurements performed using micro-coils fabricated with relatively high series resistance and coupling parasitic effects have allowed detection of changes in the range of 2 nH. which are compatible with biodetection applications with estimated detection limits below the picomolarity range.

Nanoscale electrical conductivity of the purple membrane monolayer

Nanoscale electron transport through the purple membrane monolayer, a two-dimensional crystal lattice of the transmembrane protein bacteriorhodopsin, is studied by conductive atomic force microscopy. We demonstrate that the purple membrane exhibits nonresonant tunneling transport, with two characteristic tunneling regimes depending on the applied voltage (direct and Fowler-Nordheim). Our results show that the purple membrane can carry significant current density at the nanometer scale, several orders of magnitude larger than previously estimated by macroscale measurements.

Modeling storm events to investigate the influence of the stream¿catchment interface zone on stream biogeochemistry

We formulate a new mixing model to explore hydrological and chemical conditions under which the interface between the stream and catchment interface (SCI) influences the release of reactive solutes into stream water during storms. Physically, the SCI corresponds to the hyporheic/riparian sediments. In the new model this interface is coupled through a bidirectional water exchange to the conventional two components mixing model. Simulations show that the influence of the SCI on stream solute dynamics during storms is detectable when the runoff event is dominated by the infiltrated groundwater component that flows through the SCI before entering the stream and when the flux of solutes released from SCI sediments is similar to, or higher than, the solute flux carried by the groundwater. Dissolved organic carbon (DOC) and nitrate data from two small Mediterranean streams obtained during storms are compared to results from simulations using the new model to discern the circumstances under which the SCI is likely to control the dynamics of reactive solutes in streams. The simulations and the comparisons with empirical data suggest that the new mixing model may be especially appropriate for streams in which the periodic, or persistent, abrupt changes in the level of riparian groundwater exert hydrologic control on flux of biologically reactive fluxes between the riparian/hyporheic compartment and the stream water.