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.

La Tècnica FISH i el microscopi confocal aplicats a la determinació de fraccions de biomassa en un reactor aerobi nitrificant

Vegeu el resum del projecte de final de carrera en el document adjunt ResumPFCMarsol

Eliminació simultània de fòsfor i nitrogen en aigües residuals, utilitzant microorganismes DPAO en un reactor discontinu seqüencial (SBR)

En aquest estudi es realitzà eliminació biològica simultània de fòsfor i nitrogen en un Reactor Discontinu Seqüencial (SBR), el qual conté una biomassa enriquida amb Organismes Desnitrificadors Acumuladors de Fòsfor (DPAO) que utilitzen com a única font de carboni l’àcid propiònic i com acceptors d’electrons: nitrit en la fase anòxica i oxigen en l’aeròbica. L’SBR opera amb cicle de 8 h alternant fase anaeròbica, anòxica i aeròbica. El seguiment del sistema es realitzà mitjançant mesures on-line (titrimetria) i off-line (quantificació d’àcid propiònic, nitrit i fòsfor), utilitzant l’HPLC per quantificar l’àcid propiònic i cromatografia iònica per les mesures de nitrit i fòsfor. Amb aquest sistema es pretén augmentar la captació de fòsfor en la fase anòxica fet que s’aconseguí realitzant diferents canvis al reactor per tal de maximitzar el consum de nitrit en aquesta fase, ja fos allargant el temps de fase o augmentant la concentració de biomassa. Aquest experiment ha suposat un augment de la captació de fòsfor (33 mg P-PO4 3-/L), de l’eliminació neta de fòsfor (17 mg P-PO4 3-/L) i de consum de nitrit (27 mg N-NO2-). Per altra banda, es pretenia veure els efectes a curt termini de l’eliminació de la fase aeròbica a partir del seguiment de 2 cicle puntuals i d’un cicle de 32 h sense fase aeròbica. En ambdós casos s’aconseguí una eliminació neta de fòsfor.

La depuradora de Begues: reactor biològic o aiguamolls construïts?. Estudi comparatiu dels vectors: paràmetres de l'H2O, fangs produïts, costos capitals i d'explotació, personal

L’objectiu del present estudi és comparar els vectors de paràmetres de l’aigua, producció de fangs, costos i personal entre 2 tipus d’instal·lacions EDAR al municipi de Begues; una ja existent amb tractament secundari i terciari mitjançant un reactor biològic i una potencial amb tractament secundari i terciari mitjançant aiguamolls construïts. La finalitat del projecte és determinar, gràcies a l’estudi dels principals vectors ambientals de la infraestructura i a altres estudiats per na Susana Forero Sánchez, quina de les 2 tipologies d’instal·lació s’ajusta més al territori i a les necessitats de tractament de les aigües del mateix. Els resultats de la investigació indiquen que tant els costos d’explotació com la producció de fangs i el personal donen avantatge als aiguamolls construïts, però els costos capitals i el tractament de nutrients són favorables per a la depuradora actual. Amb el projecte de Susana Forero Sánchez, les conclusions que es poden establir en referència a la decisió d’instal·lar una depuradora o una altra segons els vectors estudiats indiquen que l’EDAR sense aiguamolls té més probabilitat de ser escollida com la més adient per les necessitats del territori d’estudi.

La depuradora de Begues: reactor biològic o aiguamolls construïts?. Estudi comparatiu dels vectors: superfície, consum energètic, integració en el medi

L’objectiu del present estudi és comparar els vectors de superfície, consum energètic i integració en el medi entre 2 tipus d’instal·lacions EDAR al municipi de Begues; una ja existent amb tractament secundari i terciari mitjançant un reactor biològic i una potencial amb tractament secundari i terciari mitjançant aiguamolls construïts. La finalitat del projecte és determinar, gràcies a l’estudi dels principals vectors ambientals de la infraestructura i a altres estudiats per en Jordi Gómez Castillo, quina de les 2 tipologies d’instal·lació s’ajusta més al territori i a les necessitats de tractament de les aigües del mateix. Els resultats de la investigació indiquen que els aiguamolls construïts fan un ús més productiu del sòl però ocupen l’espai de reserva disponible amb el sistema de reactor biològic. A més, consumeixen 50kWh/dia menys que l’altra instal·lació, fet que implica un 7% menys d’emissions de CO2 anuals. Finalment, tenen una millor integració en el medi i proporcionen uns beneficis auxiliars afegits. Amb el projecte d’en Jordi Gómez Castillo, les conclusions que es poden establir en referència a la decisió d’instal·lar una depuradora o una altra indiquen que l’EDAR sense aiguamolls té més probabilitat de ser escollida com la més adient per les necessitats del territori d’estudi.

Intelligent PCA contribution analysis for quality estimation in batch processes. Application in a sequencing batch reactor for wastewater treatment

En aquest treball, es proposa un nou mètode per estimar en temps real la qualitat del producte final en processos per lot. Aquest mètode permet reduir el temps necessari per obtenir els resultats de qualitat de les anàlisi de laboratori. S'utiliza un model de anàlisi de componentes principals (PCA) construït amb dades històriques en condicions normals de funcionament per discernir si un lot finalizat és normal o no. Es calcula una signatura de falla pels lots anormals i es passa a través d'un model de classificació per la seva estimació. L'estudi proposa un mètode per utilitzar la informació de les gràfiques de contribució basat en les signatures de falla, on els indicadors representen el comportament de les variables al llarg del procés en les diferentes etapes. Un conjunt de dades compost per la signatura de falla dels lots anormals històrics es construeix per cercar els patrons i entrenar els models de classifcació per estimar els resultas dels lots futurs. La metodologia proposada s'ha aplicat a un reactor seqüencial per lots (SBR). Diversos algoritmes de classificació es proven per demostrar les possibilitats de la metodologia proposada.

Simulation methods with extended stability for stiff biochemical kinetics

Background: With increasing computer power, simulating the dynamics of complex systems in chemistry and biology is becoming increasingly routine. The modelling of individual reactions in (bio)chemical systems involves a large number of random events that can be simulated by the stochastic simulation algorithm (SSA). The key quantity is the step size, or waiting time, τ, whose value inversely depends on the size of the propensities of the different channel reactions and which needs to be re-evaluated after every firing event. Such a discrete event simulation may be extremely expensive, in particular for stiff systems where τ can be very short due to the fast kinetics of some of the channel reactions. Several alternative methods have been put forward to increase the integration step size. The so-called τ-leap approach takes a larger step size by allowing all the reactions to fire, from a Poisson or Binomial distribution, within that step. Although the expected value for the different species in the reactive system is maintained with respect to more precise methods, the variance at steady state can suffer from large errors as τ grows. Results: In this paper we extend Poisson τ-leap methods to a general class of Runge-Kutta (RK) τ-leap methods. We show that with the proper selection of the coefficients, the variance of the extended τ-leap can be well-behaved, leading to significantly larger step sizes.Conclusions: The benefit of adapting the extended method to the use of RK frameworks is clear in terms of speed of calculation, as the number of evaluations of the Poisson distribution is still one set per time step, as in the original τ-leap method. The approach paves the way to explore new multiscale methods to simulate (bio)chemical systems.

Fine-Tuning Translation Kinetics Selection as the Driving Force of Codon Usage Bias in the Hepatitis A Virus Capsid

Hepatitis A virus (HAV), the prototype of genus Hepatovirus, has several unique biological characteristics that distinguish it from other members of the Picornaviridae family. Among these, the need for an intact eIF4G factor for the initiation of translation results in an inability to shut down host protein synthesis by a mechanism similar to that of other picornaviruses. Consequently, HAV must inefficiently compete for the cellular translational machinery and this may explain its poor growth in cell culture. In this context of virus/cell competition, HAV has strategically adopted a naturally highly deoptimized codon usage with respect to that of its cellular host. With the aim to optimize its codon usage the virus was adapted to propagate in cells with impaired protein synthesis, in order to make tRNA pools more available for the virus. A significant loss of fitness was the immediate response to the adaptation process that was, however, later on recovered and more associated to a re-deoptimization rather than to an optimization of the codon usage specifically in the capsid coding region. These results exclude translation selection and instead suggest fine-tuning translation kinetics selection as the underlying mechanism of the codon usage bias in this specific genome region. Additionally, the results provide clear evidence of the Red Queen dynamics of evolution since the virus has very much evolved to re-adapt its codon usage to the environmental cellular changing conditions in order to recover the original fitness.

Comment on "Kinetics of spinodal decomposition in the ising model with vacancy diffusion"

In a recent paper [Phys. Rev. B 50, 3477 (1994)], P. Fratzl and O. Penrose present the results of the Monte Carlo simulation of the spinodal decomposition problem (phase separation) using the vacancy dynamics mechanism. They observe that the t1/3 growth regime is reached faster than when using the standard Kawasaki dynamics. In this Comment we provide a simple explanation for the phenomenon based on the role of interface diffusion, which they claim is irrelevant for the observed behavior.

Kinetics of martensitic transitions in Cu-Al-Mn under thermal cycling: Analysis at multiple length scales

In this paper we study the evolution of the kinetic features of the martensitic transition in a Cu-Al-Mn single crystal under thermal cycling. The use of several experimental techniques including optical microscopy, calorimetry, and acoustic emission, has enabled us to perform an analysis at multiple scales. In particular, we have focused on the analysis of avalanche events (associated with the nucleation and growth of martensitic domains), which occur during the transition. There are significant differences between the kinetics at large and small length scales. On the one hand, at small length scales, small avalanche events tend to sum to give new larger events in subsequent loops. On the other hand, at large length scales the large domains tend to split into smaller ones on thermal cycling. We suggest that such different behavior is the necessary ingredient that leads the system to the final critical state corresponding to a power-law distribution of avalanches.