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.

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.

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.

Edge excitations and topological order in rotating Bose gas

The edge excitations and related topological orders of correlated states of a fast rotating Bose gas are studied. Using exact diagonalization of small systems, we compute the energies and number of edge excitations, as well as the boson occupancy near the edge for various states. The chiral Luttinger-liquid theory of Wen is found to be a good description of the edges of the bosonic Laughlin and other states identified as members of the principal Jain sequence for bosons. However, we find that in a harmonic trap the edge of the state identified as the Moore-Read (Pfaffian) state shows a number of anomalies. An experimental way of detecting these correlated states is also discussed.

Strongly correlated states of ultracold rotating dipolar Fermi gases

We study strongly correlated ground and excited states of rotating quasi-2D Fermi gases constituted of a small number of dipole-dipole interacting particles with dipole moments polarized perpendicular to the plane of motion. As the number of atoms grows, the system enters an intermediate regime, where ground states are subject to a competition between distinct bulk-edge configurations. This effect obscures their description in terms of composite fermions and leads to the appearance of novel quasihole ground states. In the presence of dipolar interactions, the principal Laughlin state at filling upsilon=1/3 exhibits a substantial energy gap for neutral (total angular momentum conserving) excitations and is well-described as an incompressible Fermi liquid. Instead, at lower fillings, the ground state structure favors crystalline order.

Experiments in a rotating Hele-Shaw cell

We introduce a modification to Hele-Shaw flows consisting of a rotating cell. A viscous fluid (oil) is injected at the rotation axis of the cell, which is open to air. The morphological instability of the oil-air interface is thus driven by centrifugal force and is controlled by the density (not viscosity) difference. We derive the linear dispersion relation and verify the maximum growth rate selection of initial patterns within experimental uncertainty. The nonlinear growth regime is studied in the case of vanishing injection rate. Several characteristic lengths are studied to quantify the patterns obtained. Experimental data exhibit good collapse for two characteristic lengths, namely, the radius of gyration and the radial finger length, which in the nonlinear regime appear to grow linearly in time.

Ordered structures in rotating ultracold Bose gases

Two-dimentional systems of trapped samples of few cold bosonic atoms submitted to strong rotation around the perpendicular axis may be realized in optical lattices and microtraps. We investigate theoretically the evolution of ground state structures of such systems as the rotational frequency Omega increases. Various kinds of ordered structures are observed. In some cases, hidden interference patterns exhibit themselves only in the pair correlation function; in some other cases explicit broken-symmetry structures appear that modulate the density. For N < 10 atoms, the standard scenario, valid for large sytems is absent, and is only gradually recovered as N increases. On the one hand, the Laughlin state in the strong rotational regime contains ordered structures much more similar to a Wigner molecule than to a fermionic quantum liquid. On the other hand, in the weak rotational regime, the possibility to obtain equilibrium states, whose density reveals an array of vortices, is restricted to the vicinity of some critical values of the rotational frequency Omega.

Symmetry breaking in small rotating clouds of trapped ultracold Bose atoms

We study the signatures of rotational and phase symmetry breaking in small rotating clouds of trapped ultracold Bose atoms by looking at rigorously defined condensate wave function. Rotational symmetry breaking occurs in narrow frequency windows, where energy degeneracy between the lowest energy states of different total angular momentum takes place. This leads to a complex condensate wave function that exhibits vortices clearly seen as holes in the density, as well as characteristic local phase patterns, reflecting the appearance of vorticities. Phase symmetry (or gauge symmetry) breaking, on the other hand, is clearly manifested in the interference of two independent rotating clouds.

Radial displacement of a fluid annulus in a rotating Hele¿Shaw cell

The radial displacement of a fluid annulus in a rotating circular Hele-Shaw cell has been investigated experimentally. It has been found that the flow depends sensitively on the wetting conditions at the outer interface. Displacements in a prewet cell are well described by Darcy's law in a wide range of experimental parameters, with little influence of capillary effects. In a dry cell, however, a more careful analysis of the interface motion is required; the interplay between a gradual loss of fluid at the inner interface, and the dependence of capillary forces at the outer interface on interfacial velocity and dynamic contact angle, result in a constant velocity for the interfaces. The experimental results in this case correlate in the form of an empirical scaling relation between the capillary number Ca and a dimensionless group, related to the ratio of centrifugal to capillary forces, which spans about three orders of magnitude in both quantities. Finally, the relative thickness of the coating film left by the inner interface, alpha i, is obtained as a function of Ca.

Low viscosity contrast fingering in a rotating Hele-Shaw cell

We study the fingering instability of a circular interface between two immiscible liquids in a radial Hele-Shaw cell. The cell rotates around its vertical symmetry axis, and the instability is driven by the density difference between the two fluids. This kind of driving allows studying the interfacial dynamics in the particularly interesting case of an interface separating two liquids of comparable viscosity. An accurate experimental study of the number of fingers emerging from the instability reveals a slight but systematic dependence of the linear dispersion relation on the gap spacing. We show that this result is related to a modification of the interface boundary condition which incorporates stresses originated from normal velocity gradients. The early nonlinear regime shows nearly no competition between the outgrowing fingers, characteristic of low viscosity contrast flows. We perform experiments in a wide range of experimental parameters, under conditions of mass conservation (no injection), and characterize the resulting patterns by data collapses of two characteristic lengths: the radius of gyration of the pattern and the interface stretching. Deep in the nonlinear regime, the fingers which grow radially outwards stretch and become gradually thinner, to a point that the fingers pinch and emit drops. We show that the amount of liquid emitted in the first generation of drops is a constant independent of the experimental parameters. Further on there is a sharp reduction of the amount of liquid centrifugated, punctuated by periods of no observable centrifugation.