Energy-efficient control strategies for variable speed driven parallel pumping systems based on pump operation point monitoring with frequency converters

The pumping processes requiring wide range of flow are often equipped with parallelconnected centrifugal pumps. In parallel pumping systems, the use of variable speed control allows that the required output for the process can be delivered with a varying number of operated pump units and selected rotational speed references. However, the optimization of the parallel-connected rotational speed controlled pump units often requires adaptive modelling of both parallel pump characteristics and the surrounding system in varying operation conditions. The available information required for the system modelling in typical parallel pumping applications such as waste water treatment and various cooling and water delivery pumping tasks can be limited, and the lack of real-time operation point monitoring often sets limits for accurate energy efficiency optimization. Hence, alternatives for easily implementable control strategies which can be adopted with minimum system data are necessary. This doctoral thesis concentrates on the methods that allow the energy efficient use of variable speed controlled parallel pumps in system scenarios in which the parallel pump units consist of a centrifugal pump, an electric motor, and a frequency converter. Firstly, the suitable operation conditions for variable speed controlled parallel pumps are studied. Secondly, methods for determining the output of each parallel pump unit using characteristic curve-based operation point estimation with frequency converter are discussed. Thirdly, the implementation of the control strategy based on real-time pump operation point estimation and sub-optimization of each parallel pump unit is studied. The findings of the thesis support the idea that the energy efficiency of the pumping can be increased without the installation of new, more efficient components in the systems by simply adopting suitable control strategies. An easily implementable and adaptive control strategy for variable speed controlled parallel pumping systems can be created by utilizing the pump operation point estimation available in modern frequency converters. Hence, additional real-time flow metering, start-up measurements, and detailed system model are unnecessary, and the pumping task can be fulfilled by determining a speed reference for each parallel-pump unit which suggests the energy efficient operation of the pumping system.

Expression, production, and renaturation of a functional single-chain variable antibody fragment (scFv) against human ICAM-1

Intercellular adhesion molecule-1 (ICAM-1) is an important factor in the progression of inflammatory responses in vivo. To develop a new anti-inflammatory drug to block the biological activity of ICAM-1, we produced a monoclonal antibody (Ka=4.19×10−8 M) against human ICAM-1. The anti-ICAM-1 single-chain variable antibody fragment (scFv) was expressed at a high level as inclusion bodies in Escherichia coli. We refolded the scFv (Ka=2.35×10−7 M) by ion-exchange chromatography, dialysis, and dilution. The results showed that column chromatography refolding by high-performance Q Sepharose had remarkable advantages over conventional dilution and dialysis methods. Furthermore, the anti-ICAM-1 scFv yield of about 60 mg/L was higher with this method. The purity of the final product was greater than 90%, as shown by denaturing gel electrophoresis. Enzyme-linked immunosorbent assay, cell culture, and animal experiments were used to assess the immunological properties and biological activities of the renatured scFv.

Comparison of Model-Based Flow Rate Estimation Methods in Frequency-Converter-Driven Pumps and Fans

Fluid handling systems such as pump and fan systems are found to have a significant potential for energy efficiency improvements. To deliver the energy saving potential, there is a need for easily implementable methods to monitor the system output. This is because information is needed to identify inefficient operation of the fluid handling system and to control the output of the pumping system according to process needs. Model-based pump or fan monitoring methods implemented in variable speed drives have proven to be able to give information on the system output without additional metering; however, the current model-based methods may not be usable or sufficiently accurate in the whole operation range of the fluid handling device. To apply model-based system monitoring in a wider selection of systems and to improve the accuracy of the monitoring, this paper proposes a new method for pump and fan output monitoring with variable-speed drives. The method uses a combination of already known operating point estimation methods. Laboratory measurements are used to verify the benefits and applicability of the improved estimation method, and the new method is compared with five previously introduced model-based estimation methods. According to the laboratory measurements, the new estimation method is the most accurate and reliable of the model-based estimation methods.

Instrumental color and sensory acceptance of soy-based emulsions: a response surface approach

Response Surface Methodology (RSM) was applied to evaluate the chromatic features and sensory acceptance of emulsions that combine Soy Protein (SP) and red Guava Juice (GJ). The parameters analyzed were: instrumental color based on the coordinates a* (redness), b* (yellowness), L* (lightness), C* (chromaticity), h* (hue angle), visual color, acceptance, and appearance. The analyses of the results showed that GJ was responsible for the high measured values of red color, hue angle, chromaticity, acceptance, and visual color, whereas SP was the variable that increased the yellowness intensity of the assays. The redness (R²adj = 74.86%, p < 0.01) and hue angle (R²adj = 80.96%, p < 0.01) were related to the independent variables by linear models, while the sensory data (color and acceptance) could not be modeled due to a high variability. The models of yellowness, lightness, and chromaticity did not present lack of fit but presented adjusted determination coefficients bellow 70%. Notwithstanding, the linear correlations between sensory and instrumental data were not significant (p > 0.05) and low Pearson coefficients were obtained. The results showed that RSM is a useful tool to develop soy-based emulsions and model some chromatic features of guava-based emulsions through RSM.

Does Chance hide Necessity? : a reevaluation of the debate ‘determinism - indeterminism’ in the light of quantum mechanics and probability theory

Dans cette thèse l’ancienne question philosophique “tout événement a-t-il une cause ?” sera examinée à la lumière de la mécanique quantique et de la théorie des probabilités. Aussi bien en physique qu’en philosophie des sciences la position orthodoxe maintient que le monde physique est indéterministe. Au niveau fondamental de la réalité physique – au niveau quantique – les événements se passeraient sans causes, mais par chance, par hasard ‘irréductible’. Le théorème physique le plus précis qui mène à cette conclusion est le théorème de Bell. Ici les prémisses de ce théorème seront réexaminées. Il sera rappelé que d’autres solutions au théorème que l’indéterminisme sont envisageables, dont certaines sont connues mais négligées, comme le ‘superdéterminisme’. Mais il sera argué que d’autres solutions compatibles avec le déterminisme existent, notamment en étudiant des systèmes physiques modèles. Une des conclusions générales de cette thèse est que l’interprétation du théorème de Bell et de la mécanique quantique dépend crucialement des prémisses philosophiques desquelles on part. Par exemple, au sein de la vision d’un Spinoza, le monde quantique peut bien être compris comme étant déterministe. Mais il est argué qu’aussi un déterminisme nettement moins radical que celui de Spinoza n’est pas éliminé par les expériences physiques. Si cela est vrai, le débat ‘déterminisme – indéterminisme’ n’est pas décidé au laboratoire : il reste philosophique et ouvert – contrairement à ce que l’on pense souvent. Dans la deuxième partie de cette thèse un modèle pour l’interprétation de la probabilité sera proposé. Une étude conceptuelle de la notion de probabilité indique que l’hypothèse du déterminisme aide à mieux comprendre ce que c’est qu’un ‘système probabiliste’. Il semble que le déterminisme peut répondre à certaines questions pour lesquelles l’indéterminisme n’a pas de réponses. Pour cette raison nous conclurons que la conjecture de Laplace – à savoir que la théorie des probabilités présuppose une réalité déterministe sous-jacente – garde toute sa légitimité. Dans cette thèse aussi bien les méthodes de la philosophie que de la physique seront utilisées. Il apparaît que les deux domaines sont ici solidement reliés, et qu’ils offrent un vaste potentiel de fertilisation croisée – donc bidirectionnelle.

Essays in partial identification and applications to treatment effects and policy evaluation.

Dans cette thèse, je me suis interessé à l’identification partielle des effets de traitements dans différents modèles de choix discrets avec traitements endogènes. Les modèles d’effets de traitement ont pour but de mesurer l’impact de certaines interventions sur certaines variables d’intérêt. Le type de traitement et la variable d’intérêt peuvent être défini de manière générale afin de pouvoir être appliqué à plusieurs différents contextes. Il y a plusieurs exemples de traitement en économie du travail, de la santé, de l’éducation, ou en organisation industrielle telle que les programmes de formation à l’emploi, les techniques médicales, l’investissement en recherche et développement, ou l’appartenance à un syndicat. La décision d’être traité ou pas n’est généralement pas aléatoire mais est basée sur des choix et des préférences individuelles. Dans un tel contexte, mesurer l’effet du traitement devient problématique car il faut tenir compte du biais de sélection. Plusieurs versions paramétriques de ces modèles ont été largement étudiées dans la littérature, cependant dans les modèles à variation discrète, la paramétrisation est une source importante d’identification. Dans un tel contexte, il est donc difficile de savoir si les résultats empiriques obtenus sont guidés par les données ou par la paramétrisation imposée au modèle. Etant donné, que les formes paramétriques proposées pour ces types de modèles n’ont généralement pas de fondement économique, je propose dans cette thèse de regarder la version nonparamétrique de ces modèles. Ceci permettra donc de proposer des politiques économiques plus robustes. La principale difficulté dans l’identification nonparamétrique de fonctions structurelles, est le fait que la structure suggérée ne permet pas d’identifier un unique processus générateur des données et ceci peut être du soit à la présence d’équilibres multiples ou soit à des contraintes sur les observables. Dans de telles situations, les méthodes d’identifications traditionnelles deviennent inapplicable d’où le récent développement de la littérature sur l’identification dans les modèles incomplets. Cette littérature porte une attention particuliere à l’identification de l’ensemble des fonctions structurelles d’intérêt qui sont compatibles avec la vraie distribution des données, cet ensemble est appelé : l’ensemble identifié. Par conséquent, dans le premier chapitre de la thèse, je caractérise l’ensemble identifié pour les effets de traitements dans le modèle triangulaire binaire. Dans le second chapitre, je considère le modèle de Roy discret. Je caractérise l’ensemble identifié pour les effets de traitements dans un modèle de choix de secteur lorsque la variable d’intérêt est discrète. Les hypothèses de sélection du secteur comprennent le choix de sélection simple, étendu et généralisé de Roy. Dans le dernier chapitre, je considère un modèle à variable dépendante binaire avec plusieurs dimensions d’hétérogéneité, tels que les jeux d’entrées ou de participation. je caractérise l’ensemble identifié pour les fonctions de profits des firmes dans un jeux avec deux firmes et à information complète. Dans tout les chapitres, l’ensemble identifié des fonctions d’intérêt sont écrites sous formes de bornes et assez simple pour être estimées à partir des méthodes d’inférence existantes.

Comparison of methods for controlling maximun exposure rates in computerized adaptative testing

Resumen tomado de la publicaci??n

Oaxaca-Blinder type counterfactual decomposition methods for duration outcomes

Los métodos disponibles para realizar análisis de descomposición que se pueden aplicar cuando los datos son completamente observados, no son válidos cuando la variable de interés es censurada. Esto puede explicar la escasez de este tipo de ejercicios considerando variables de duración, las cuales se observan usualmente bajo censura. Este documento propone un método del tipo Oaxaca-Blinder para descomponer diferencias en la media en el contexto de datos censurados. La validez de dicho método radica en la identificación y estimación de la distribución conjunta de la variable de duración y un conjunto de covariables. Adicionalmente, se propone un método más general que permite descomponer otros funcionales de interés como la mediana o el coeficiente de Gini, el cual se basa en la especificación de la función de distribución condicional de la variable de duración dado un conjunto de covariables. Con el fin de evaluar el desempeño de dichos métodos, se realizan experimentos tipo Monte Carlo. Finalmente, los métodos propuestos son aplicados para analizar las brechas de género en diferentes características de la duración del desempleo en España, tales como la duración media, la probabilidad de ser desempleado de largo plazo y el coeficiente de Gini. Los resultados obtenidos permiten concluir que los factores diferentes a las características observables, tales como capital humano o estructura del hogar, juegan un papel primordial para explicar dichas brechas.

Aprenguem a reconèixer els períodes musicals : audició comparada i pràctica amb instrumental Orff. 'Aprendamos a reconocer los periodos musicales : audición comparada y práctica con instrumental Orff'.

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Aplicació en línia d'un sistema variable de control multivariable en un Reactor ..

L’objecte del present treball és la realització d’una aplicació que permeti portar a terme el control estadístic multivariable en línia d’una planta SBR. Aquesta eina ha de permetre realitzar un anàlisi estadístic multivariable complet del lot en procés, de l’últim lot finalitzat i de la resta de lots processats a la planta. L’aplicació s’ha de realitzar en l’entorn LabVIEW. L’elecció d’aquest programa ve condicionada per l’actualització del mòdul de monitorització de la planta que s’està desenvolupant en aquest mateix entorn

Variable mixed-mode delamination in composite laminates under fatigue conditions: testing & analysis

La majoria de les fallades en elements estructurals són degudes a càrrega per fatiga. En conseqüència, la fatiga mecànica és un factor clau per al disseny d'elements mecànics. En el cas de materials compòsits laminats, el procés de fallada per fatiga inclou diferents mecanismes de dany que resulten en la degradació del material. Un dels mecanismes de dany més importants és la delaminació entre capes del laminat. En el cas de components aeronàutics, les plaques de composit estan exposades a impactes i les delaminacions apareixen facilment en un laminat després d'un impacte. Molts components fets de compòsit tenen formes corbes, superposició de capes i capes amb diferents orientacions que fan que la delaminació es propagui en un mode mixt que depen de la grandària de la delaminació. És a dir, les delaminacions generalment es propaguen en mode mixt variable. És per això que és important desenvolupar nous mètodes per caracteritzar el creixement subcrític en mode mixt per fatiga de les delaminacions. El principal objectiu d'aquest treball és la caracterització del creixement en mode mixt variable de les delaminacions en compòsits laminats per efecte de càrregues a fatiga. Amb aquest fi, es proposa un nou model per al creixement per fatiga de la delaminació en mode mixt. Contràriament als models ja existents, el model que es proposa es formula d'acord a la variació no-monotònica dels paràmetres de propagació amb el mode mixt observada en diferents resultats experimentals. A més, es du a terme un anàlisi de l'assaig mixed-mode end load split (MMELS), la característica més important del qual és la variació del mode mixt a mesura que la delaminació creix. Per a aquest anàlisi, es tenen em compte dos mètodes teòrics presents en la literatura. No obstant, les expressions resultants per l'assaig MMELS no són equivalents i les diferències entre els dos mètodes poden ser importants, fins a 50 vegades. Per aquest motiu, en aquest treball es porta a terme un anàlisi alternatiu més acurat del MMELS per tal d'establir una comparació. Aquest anàlisi alternatiu es basa en el mètode dels elements finits i virtual crack closure technique (VCCT). D'aquest anàlisi en resulten importants aspectes a considerar per a la bona caracterització de materials utilitzant l'assaig MMELS. Durant l'estudi s'ha dissenyat i construït un utillatge per l'assaig MMELS. Per a la caracterització experimental de la propagació per fatiga de delaminacions en mode mixt variable s'utilitzen diferents provetes de laminats carboni/epoxy essencialment unidireccionals. També es du a terme un anàlisi fractogràfic d'algunes de les superfícies de fractura per delaminació. Els resultats experimentals són comparats amb les prediccions del model proposat per la propagació per fatiga d'esquerdes interlaminars.

Problem structuring methods: theorizing the benefits of deconstructing sustainable development projects

Problem structuring methods or PSMs are widely applied across a range of variable but generally small-scale organizational contexts. However, it has been argued that they are seen and experienced less often in areas of wide ranging and highly complex human activity-specifically those relating to sustainability, environment, democracy and conflict (or SEDC). In an attempt to plan, track and influence human activity in SEDC contexts, the authors in this paper make the theoretical case for a PSM, derived from various existing approaches. They show how it could make a contribution in a specific practical context-within sustainable coastal development projects around the Mediterranean which have utilized systemic and prospective sustainability analysis or, as it is now known, Imagine. The latter is itself a PSM but one which is 'bounded' within the limits of the project to help deliver the required 'deliverables' set out in the project blueprint. The authors argue that sustainable development projects would benefit from a deconstruction of process by those engaged in the project and suggest one approach that could be taken-a breakout from a project-bounded PSM to an analysis that embraces the project itself. The paper begins with an introduction to the sustainable development context and literature and then goes on to illustrate the issues by grounding the debate within a set of projects facilitated by Blue Plan for Mediterranean coastal zones. The paper goes on to show how the analytical framework could be applied and what insights might be generated.

Designs for an adaptive tuned vibration absorber with variable shape stiffness element

An adaptive tuned vibration absorber (ATVA) with a smart variable stiffness element is capable of retuning itself in response to a time-varying excitation frequency., enabling effective vibration control over a range of frequencies. This paper discusses novel methods of achieving variable stiffness in an ATVA by changing shape, as inspired by biological paradigms. It is shown that considerable variation in the tuned frequency can be achieved by actuating a shape change, provided that this is within the limits of the actuator. A feasible design for such an ATVA is one in which the device offers low resistance to the required shape change actuation while not being restricted to low values of the effective stiffness of the vibration absorber. Three such original designs are identified: (i) A pinned-pinned arch beam with fixed profile of slight curvature and variable preload through an adjustable natural curvature; (ii) a vibration absorber with a stiffness element formed from parallel curved beams of adjustable curvature vibrating longitudinally; (iii) a vibration absorber with a variable geometry linkage as stiffness element. The experimental results from demonstrators based on two of these designs show good correlation with the theory.

Comparative costs of the commercial process in different construction procurement methods

The commercial process in construction projects is an expensive and highly variable overhead. Collaborative working practices carry many benefits, which are widely disseminated, but little information is available about their costs. Transaction Cost Economics is a theoretical framework that seeks explanations for why there are firms and how the boundaries of firms are defined through the “make-or-buy” decision. However, it is not a framework that offers explanations for the relative costs of procuring construction projects in different ways. The idea that different methods of procurement will have characteristically different costs is tested by way of a survey. The relevance of transaction cost economics to the study of commercial costs in procurement is doubtful. The survey shows that collaborative working methods cost neither more nor less than traditional methods. But the benefits of collaboration mean that there is a great deal of enthusiasm for collaboration rather than competition.

An efficient shock capturing algorithm for compressible flows in a duct of variable cross-section

A numerical scheme is presented for the solution of the Euler equations of compressible flow of a gas in a single spatial co-ordinate. This includes flow in a duct of variable cross-section as well as flow with slab, cylindrical or spherical symmetry and can prove useful when testing codes for the two-dimensional equations governing compressible flow of a gas. The resulting scheme requires an average of the flow variables across the interface between cells and for computational efficiency this average is chosen to be the arithmetic mean, which is in contrast to the usual ‘square root’ averages found in this type of scheme. The scheme is applied with success to five problems with either slab or cylindrical symmetry and a comparison is made in the cylindrical case with results from a two-dimensional problem with no sources.