Validation of plant dynamic model by online and laboratory measurements – a tool to predict online COD loads out of production of mechanical printing papers

COD discharges out of processes have increased in line with elevating brightness demands for mechanical pulp and papers. The share of lignin-like substances in COD discharges is on average 75%. In this thesis, a plant dynamic model was created and validated as a means to predict COD loading and discharges out of a mill. The assays were carried out in one paper mill integrate producing mechanical printing papers. The objective in the modeling of plant dynamics was to predict day averages of COD load and discharges out of mills. This means that online data, like 1) the level of large storage towers of pulp and white water 2) pulp dosages, 3) production rates and 4) internal white water flows and discharges were used to create transients into the balances of solids and white water, referred to as “plant dynamics”. A conversion coefficient was verified between TOC and COD. The conversion coefficient was used for predicting the flows from TOC to COD to the waste water treatment plant. The COD load was modeled with similar uncertainty as in reference TOC sampling. The water balance of waste water treatment was validated by the reference concentration of COD. The difference of COD predictions against references was within the same deviation of TOC-predictions. The modeled yield losses and retention values of TOC in pulping and bleaching processes and the modeled fixing of colloidal TOC to solids between the pulping plant and the aeration basin in the waste water treatment plant were similar to references presented in literature. The valid water balances of the waste water treatment plant and the reduction model of lignin-like substances produced a valid prediction of COD discharges out of the mill. A 30% increase in the release of lignin-like substances in the form of production problems was observed in pulping and bleaching processes. The same increase was observed in COD discharges out of waste water treatment. In the prediction of annual COD discharge, it was noticed that the reduction of lignin has a wide deviation from year to year and from one mill to another. This made it difficult to compare the parameters of COD discharges validated in plant dynamic simulation with another mill producing mechanical printing papers. However, a trend of moving from unbleached towards high-brightness TMP in COD discharges was valid.

Biocompatibility Study Of Hydroxyapatite-Chitosan Composite For Medical Applications At Microwave Frequencies

Hydroxyapatite (HAp, Ca10(PO4)6(OH)2) bioceramic and chitosan (poly [( -1-4) D-glucosamine]) biopolymer show good biocompatibility in vivo. They have biological origin and show excellent interactions with microwave. Microwave study of HAp made using different drying techniques and their composites with chitosan in the ISM band is presented. Pastes are made using HAp and chitosan with different ratios of mixing. The dielectric properties of this composites match with that of human fat, collagen tissues. Some of the compositions exhibit dielectric property close to that of natural bone. This makes them more biocompatible and better substitutes for natural bone. Thus composite bioceramics can be considered as phantom model constituents for imaging purposes. Their dielectric properties prove that they are biocompatible.

Microwave studies of a poly vinyl acetate (PVA)-based phantom for applications in medical imaging

A phantom that exhibits complex dielectric properties similar to low-water-content biological tissues over the electromagnetic spectrum of 2000–3000 MHz has been synthesized from carbon black, graphite powder, and poly vinyl acetate (PVA)-based adhesive. The material overcomes various problems that are inherent in conventional phantoms such as decomposition and deterioration due to the invasion of bacteria or mold. The absorption coefficients of the material for various concentrations of carbon and graphite are studied. A combination of 50% poly-vinyl-acetate-based adhesive, 20% carbon, and 30% graphite exhibits a high absorption coefficient, which suggests another application of the material as a good microwave absorber for the interior lining of tomographic chamber in microwave imaging. The cavity-perturbation technique is adopted to study the dielectric properties of the material.

Dielectric studies of polyvinyl-acetate-based phantom for applications in microwave medical imaging

Phantoms that exhibit complex dielectric properties similar to low water content biological tissues over the electromagnetic spectrum of 2–3 GHz have been synthesized from carbon black powder, graphite powder and polyvinyl-acetate-based adhesive. The materials overcome various problems that are inherent in conventional phantoms such as decomposition and deterioration due to the invasion of bacteria or mold. The absorption coefficients of the materials for various compositions of carbon black and graphite powder are studied. A combination of 50% polyvinylacetate- based adhesive, 20% carbon black powder and 30% graphite powder exhibits high absorption coefficient, which suggests another application of the material as good microwave absorber for interior lining of tomographic chamber in microwave imaging. Cavity perturbation technique is adopted to study the dielectric properties of the material.

Photoacoustic effect: Some applications in laser technology

The discovery of the Photoacoustic (PA) effect was a remarkable achievement and was relegated to the scientific footnotes of the nineteenth century. However, after the advent of lasers and sophisticated electronics this effect was rediscovered and it has established itself as an important research and analytical tool in numerous areas, including physics, chemistry, biology and medicine. Quite recently, this phenomenon has made its impact in the field of laser technology for applications such as the developments of highly efficient active media for lasers, high quality optics and sensitive laser power monitoring devices. This thesis presents the work carried out by the author in this field during the past few years at the Department of Physics in Cochin University of Science and Technology. The studies discussed here are mostly based on the development of a sensitive PA laser power meter and its various applications using different laser systems available in the laboratory. This includes the development of a current regulated CW C0 laser and its application in material processing. The thesis contains seven chapters which by and large are self contained with separate abstracts and references. The first chapter which is divided into two parts presents an introduction to the PA effect and its present status. Part A reviews the basic theory of laser and gives a sum mary of various lasers and their applications. Part B presents a brief description of PA effect and its suitability as a spectroscopic tool followed by its applications to various branches of science and technology.

Development of hybrid UV VCSEL with organic active material and dielectric DBR mirrors for medical, sensoric and data storage applications

Lasers play an important role for medical, sensoric and data storage devices. This thesis is focused on design, technology development, fabrication and characterization of hybrid ultraviolet Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers (UV VCSEL) with organic laser-active material and inorganic distributed Bragg reflectors (DBR). Multilayer structures with different layer thicknesses, refractive indices and absorption coefficients of the inorganic materials were studied using theoretical model calculations. During the simulations the structure parameters such as materials and thicknesses have been varied. This procedure was repeated several times during the design optimization process including also the feedback from technology and characterization. Two types of VCSEL devices were investigated. The first is an index coupled structure consisting of bottom and top DBR dielectric mirrors. In the space in between them is the cavity, which includes active region and defines the spectral gain profile. In this configuration the maximum electrical field is concentrated in the cavity and can destroy the chemical structure of the active material. The second type of laser is a so called complex coupled VCSEL. In this structure the active material is placed not only in the cavity but also in parts of the DBR structure. The simulations show that such a distribution of the active material reduces the required pumping power for reaching lasing threshold. High efficiency is achieved by substituting the dielectric material with high refractive index for the periods closer to the cavity. The inorganic materials for the DBR mirrors have been deposited by Plasma- Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) and Dual Ion Beam Sputtering (DIBS) machines. Extended optimizations of the technological processes have been performed. All the processes are carried out in a clean room Class 1 and Class 10000. The optical properties and the thicknesses of the layers are measured in-situ by spectroscopic ellipsometry and spectroscopic reflectometry. The surface roughness is analyzed by atomic force microscopy (AFM) and images of the devices are taken with scanning electron microscope (SEM). The silicon dioxide (SiO2) and silicon nitride (Si3N4) layers deposited by the PECVD machine show defects of the material structure and have higher absorption in the ultra violet range compared to ion beam deposition (IBD). This results in low reflectivity of the DBR mirrors and also reduces the optical properties of the VCSEL devices. However PECVD has the advantage that the stress in the layers can be tuned and compensated, in contrast to IBD at the moment. A sputtering machine Ionsys 1000 produced by Roth&Rau company, is used for the deposition of silicon dioxide (SiO2), silicon nitride (Si3N4), aluminum oxide (Al2O3) and zirconium dioxide (ZrO2). The chamber is equipped with main (sputter) and assisted ion sources. The dielectric materials were optimized by introducing additional oxygen and nitrogen into the chamber. DBR mirrors with different material combinations were deposited. The measured optical properties of the fabricated multilayer structures show an excellent agreement with the results of theoretical model calculations. The layers deposited by puttering show high compressive stress. As an active region a novel organic material with spiro-linked molecules is used. Two different materials have been evaporated by utilizing a dye evaporation machine in the clean room of the department Makromolekulare Chemie und Molekulare Materialien (mmCmm). The Spiro-Octopus-1 organic material has a maximum emission at the wavelength λemission = 395 nm and the Spiro-Pphenal has a maximum emission at the wavelength λemission = 418 nm. Both of them have high refractive index and can be combined with low refractive index materials like silicon dioxide (SiO2). The sputtering method shows excellent optical quality of the deposited materials and high reflection of the multilayer structures. The bottom DBR mirrors for all VCSEL devices were deposited by the DIBS machine, whereas the top DBR mirror deposited either by PECVD or by combination of PECVD and DIBS. The fabricated VCSEL structures were optically pumped by nitrogen laser at wavelength λpumping = 337 nm. The emission was measured by spectrometer. A radiation of the VCSEL structure at wavelength 392 nm and 420 nm is observed.

Characterization of Novel Fabry Pérot Filter Arrays for Nanospectrometers in Medical Applications

Optische Spektroskopie ist eine sehr wichtige Messtechnik mit einem hohen Potential für zahlreiche Anwendungen in der Industrie und Wissenschaft. Kostengünstige und miniaturisierte Spektrometer z.B. werden besonders für moderne Sensorsysteme “smart personal environments” benötigt, die vor allem in der Energietechnik, Messtechnik, Sicherheitstechnik (safety and security), IT und Medizintechnik verwendet werden. Unter allen miniaturisierten Spektrometern ist eines der attraktivsten Miniaturisierungsverfahren das Fabry Pérot Filter. Bei diesem Verfahren kann die Kombination von einem Fabry Pérot (FP) Filterarray und einem Detektorarray als Mikrospektrometer funktionieren. Jeder Detektor entspricht einem einzelnen Filter, um ein sehr schmales Band von Wellenlängen, die durch das Filter durchgelassen werden, zu detektieren. Ein Array von FP-Filter wird eingesetzt, bei dem jeder Filter eine unterschiedliche spektrale Filterlinie auswählt. Die spektrale Position jedes Bandes der Wellenlänge wird durch die einzelnen Kavitätshöhe des Filters definiert. Die Arrays wurden mit Filtergrößen, die nur durch die Array-Dimension der einzelnen Detektoren begrenzt werden, entwickelt. Allerdings erfordern die bestehenden Fabry Pérot Filter-Mikrospektrometer komplizierte Fertigungsschritte für die Strukturierung der 3D-Filter-Kavitäten mit unterschiedlichen Höhen, die nicht kosteneffizient für eine industrielle Fertigung sind. Um die Kosten bei Aufrechterhaltung der herausragenden Vorteile der FP-Filter-Struktur zu reduzieren, wird eine neue Methode zur Herstellung der miniaturisierten FP-Filtern mittels NanoImprint Technologie entwickelt und präsentiert. In diesem Fall werden die mehreren Kavitäten-Herstellungsschritte durch einen einzigen Schritt ersetzt, die hohe vertikale Auflösung der 3D NanoImprint Technologie verwendet. Seit dem die NanoImprint Technologie verwendet wird, wird das auf FP Filters basierende miniaturisierte Spectrometer nanospectrometer genannt. Ein statischer Nano-Spektrometer besteht aus einem statischen FP-Filterarray auf einem Detektorarray (siehe Abb. 1). Jeder FP-Filter im Array besteht aus dem unteren Distributed Bragg Reflector (DBR), einer Resonanz-Kavität und einen oberen DBR. Der obere und untere DBR sind identisch und bestehen aus periodisch abwechselnden dünnen dielektrischen Schichten von Materialien mit hohem und niedrigem Brechungsindex. Die optischen Schichten jeder dielektrischen Dünnfilmschicht, die in dem DBR enthalten sind, entsprechen einen Viertel der Design-Wellenlänge. Jeder FP-Filter wird einer definierten Fläche des Detektorarrays zugeordnet. Dieser Bereich kann aus einzelnen Detektorelementen oder deren Gruppen enthalten. Daher werden die Seitenkanal-Geometrien der Kavität aufgebaut, die dem Detektor entsprechen. Die seitlichen und vertikalen Dimensionen der Kavität werden genau durch 3D NanoImprint Technologie aufgebaut. Die Kavitäten haben Unterschiede von wenigem Nanometer in der vertikalen Richtung. Die Präzision der Kavität in der vertikalen Richtung ist ein wichtiger Faktor, der die Genauigkeit der spektralen Position und Durchlässigkeit des Filters Transmissionslinie beeinflusst.

Transport magnetischer Partikel durch maßgeschneiderte magnetische Feldlandschaften zur Anwendung in mikrofluidischen Mischprozessen

Die Miniaturisierung von konventioneller Labor- und Analysetechnik nimmt eine zentrale Rolle im Bereich der allgemeinen Lebenswissenschaften und medizinischen Diagnostik ein. Neuartige und preiswerte Technologieplattformen wie Lab-on-a-Chip (LOC) oder Mikrototalanalysesysteme (µTAS) versprechen insbesondere im Bereich der Individualmedizin einen hohen gesellschaftlichen Nutzen zur frühzeitigen und nichtinvasiven Diagnose krankheitsspezifischer Indikatoren. Durch den patientennahen Einsatz preiswerter und verlässlicher Mikrochips auf Basis hoher Qualitätsstandards entfallen kostspielige und zeitintensive Zentrallaboranalysen, was gleichzeitig Chancen für den globalen Einsatz - speziell in Schwellen- und Entwicklungsländern - bietet. Die technischen Herausforderungen bei der Realisierung moderner LOC-Systeme sind in der kontrollierten und verlässlichen Handhabung kleinster Flüssigkeitsmengen sowie deren diagnostischem Nachweis begründet. In diesem Kontext wird der erfolgreichen Integration eines fernsteuerbaren Transports von biokompatiblen, magnetischen Mikro- und Nanopartikeln eine Schlüsselrolle zugesprochen. Die Ursache hierfür liegt in der vielfältigen Einsetzbarkeit, die durch die einzigartigen Materialeigenschaften begründet sind. Diese reichen von der beschleunigten, aktiven Durchmischung mikrofluidischer Substanzvolumina über die Steigerung der molekularen Interaktionsrate in Biosensoren bis hin zur Isolation und Aufreinigung von krankheitsspezifischen Indikatoren. In der Literatur beschriebene Ansätze basieren auf der dynamischen Transformation eines makroskopischen, zeitabhängigen externen Magnetfelds in eine mikroskopisch veränderliche potentielle Energielandschaft oberhalb magnetisch strukturierter Substrate, woraus eine gerichtete und fernsteuerbare Partikelbewegung resultiert. Zentrale Kriterien, wie die theoretische Modellierung und experimentelle Charakterisierung der magnetischen Feldlandschaft in räumlicher Nähe zur Oberfläche der strukturierten Substrate sowie die theoretische Beschreibung der Durchmischungseffekte, wurden jedoch bislang nicht näher beleuchtet, obwohl diese essentiell für ein detailliertes Verständnis der zu Grunde liegenden Mechanismen und folglich für einen Markteintritt zukünftiger Geräte sind. Im Rahmen der vorgestellten Arbeit wurde daher ein neuartiger Ansatz zur erfolgreichen Integration eines Konzepts zum fernsteuerbaren Transport magnetischer Partikel zur Anwendung in modernen LOC-Systemen unter Verwendung von magnetisch strukturierten Exchange-Bias (EB) Dünnschichtsystemen verfolgt. Die Ergebnisse zeigen, dass sich das Verfahren der ionenbe-schussinduzierten magnetischen Strukturierung (IBMP) von EB-Systemen zur Herstellung von maßgeschneiderten magnetischen Feldlandschaften (MFL) oberhalb der Substratoberfläche, deren Stärke und räumlicher Verlauf auf Nano- und Mikrometerlängenskalen gezielt über die Veränderung der Materialparameter des EB-Systems via IBMP eingestellt werden kann, eignet. Im Zuge dessen wurden erstmals moderne, experimentelle Verfahrenstechniken (Raster-Hall-Sonden-Mikroskopie und rastermagnetoresistive Mikroskopie) in Kombination mit einem eigens entwickelten theoretischen Modell eingesetzt, um eine Abbildung der MFL in unterschiedlichen Abstandsbereichen zur Substratoberfläche zu realisieren. Basierend auf der quantitativen Kenntnis der MFL wurde ein neuartiges Konzept zum fernsteuerbaren Transport magnetischer Partikel entwickelt, bei dem Partikelgeschwindigkeiten im Bereich von 100 µm/s unter Verwendung von externen Magnetfeldstärken im Bereich weniger Millitesla erzielt werden können, ohne den magnetischen Zustand des Substrats zu modifizieren. Wie aus den Untersuchungen hervorgeht, können zudem die Stärke des externen Magnetfelds, die Stärke und der Gradient der MFL, das magnetfeldinduzierte magnetische Moment der Partikel sowie die Größe und der künstlich veränderliche Abstand der Partikel zur Substratoberfläche als zentrale Einflussgrößen zur quantitativen Modifikation der Partikelgeschwindigkeit genutzt werden. Abschließend wurde erfolgreich ein numerisches Simulationsmodell entwickelt, das die quantitative Studie der aktiven Durchmischung auf Basis des vorgestellten Partikeltransportkonzepts von theoretischer Seite ermöglicht, um so gezielt die geometrischen Gegebenheiten der mikrofluidischen Kanalstrukturen auf einem LOC-System für spezifische Anwendungen anzupassen.

Análisis ecocardiográfico de la función sistólica del ventrículo izquierdo por médicos no cardiólogos con un dispositivo de bolsillo

Se realizó un estudio transversal, se incluyeron 3 residentes no cardiólogos y se les dio formación básica en ecocardiografía (horas teóricas 22, horas prácticas 65), con recomendaciones de la Sociedad Americana de Ecocardiografia y aportes del aprendizaje basado en problemas, con el desarrollo de competencia técnicas y diagnósticas necesarias, se realizó el análisis de concordancia entre residentes y ecocardiografistas expertos, se recolectaron 122 pacientes hospitalizados que cumplieran con los criterios de inclusión y exclusión, se les realizo un ecocardiograma convencional por el experto y una valoración ecocardiográfica por el residente, se evaluó la ventana acústica, contractilidad, función del ventrículo izquierdo y derrame pericárdico. La hipótesis planteada fue obtener una concordancia moderada. Resultados: Se analizó la concordancia entre observadores para la contractilidad miocárdica (Kappa: 0,57 p=0,000), función sistólica del ventrículo izquierdo (Kappa 0,54 p=0.000) siendo esta moderada por estar entre 0,40 – 0,60 y con una alta significancia estadística, para la calidad de la ventana acústica (Kappa: 0,22 p= 0.000) y presencia de derrame pericárdico (Kappa: 0,26 p= 0.000) se encontró una escasa concordancia ubicándose entre 0,20 – 0,40. Se estableció una sensibilidad de 90%, especificidad de 67%, un valor predictivo positivo de 80% y un valor predictivo negativo de 85% para el diagnóstico de disfunción sistólica del ventrículo izquierdo realizado por los residentes.

Caracterización de la cultura organizacional y lineamientos de intervención para la implementación de procesos de cambio en las organizaciones. Caso empresa sector financiero

El presente Trabajo de Grado busca caracterizar la cultura organizacional de una empresa del sector Financiero en Colombia y realizar orientaciones de acciones para el cambio organizacional de acuerdo con la estrategia de perdurabilidad establecida por la Alta Dirección de dicha empresa. Para este fin, se realiza una cuidadosa revisión y actualización del estado del arte de los conceptos clave ¨Cultura Organizacional¨ y ¨Cambio Organizacional¨. Es de resaltar que para el primero de ellos, se toma como punto de partida el estado del arte sobre Cultura Organizacional realizado por el profesor Carlos Eduardo Méndez Álvarez y cuyo marco temporal abarca desde los orígenes del concepto en el siglo XIX hasta el año 2006. Asimismo, luego de una cuidadosa revisión de los Modelos de Cambio Organizacional existentes y de la realidad de la empresa objeto de estudio, se adopta el Modelo ADKAR que consta de cinco fases: Conciencia del Cambio, Deseo, Conocimiento, Capacidad – Habilidad y Refuerzo. Asimismo, a partir de la construcción de un fundamento teórico sólido y a través de la aplicación de la metodología para describir la Cultura Organizacional en Colombia MEDECO se busca una aproximación a la Cultura Organizacional de la empresa objeto de estudio con el fin de describir e identificar los rasgos predominantes de su cultura organizacional y entregar una propuesta final con los rasgos necesarios que alientan la consecución exitosa de los procesos de cambio.