Water Management in PEM Fuel Cells: Controllability Analysis and Steady-state Optimization for Temperature Control

This paper presents a controllability study of the water management inside anode channel by regulating the stack temperature for PEM fuel cell systems with dead-ended anode. Moreover, this work includes the design of a steady-state target optimizer which calculates the temperature set-point profiles that minimize the stack degradation and the hydrogen leaks. The control architecture is successfully simulated and the results show promising performanc

Evaluación preliminar del efecto de la fragmentación sobre la demografìa y el uso del hábitat del mono aullador negro Alouatta palliata en el área de Puyango, provincia de El Oro

In Ecuador, the interest in studying howler monkey populations has increased in past years. The mantled howler monkey Alouatta palliata aequatorialis is considered to be “Endangered” in Ecuador. Some studies were carried out with populations in Manabí and Guayas, providing valuable information about the situation of these primates in fragmented forests. This study aims to contribute to this knowledge by studying a population of A. palliata aequatorialis in the Bosque Protector Puyango, in south west Ecuador. The surveys took place between October 2013 and July 2014. We registered group size and composition, strata use, and activity patterns in both fragmented and continuous forests, to assess the effects of fragmentation on density, sex ratio, age classes, and activity budget. Statistical tests were carried out to compare these variables in fragmented patches (< 10 ha) vs a control area of continuous forest (aprx. 300 ha). We registered 175 sightings of howler monkeys in these two places, 120 sightings were made in continuous forest and 55 in forest fragments. Population density was greater in the continuous forest. We found more adult females than adult males in the continuous forest. Adult males were more abundant in forest patches. We found no differences in strata use between forests. Strata up to 15 meters were preferred by howler monkeys in both forest types. We found significant differences in activity budgets between fragments and continuous forest. We recorded feeding as the main activity in continuous forest while resting was the main activity in fragments. We conclude that fragmentation affects population density and activity patterns, but it does not affect strata use. Despite its capacity to cope with fragmented habitats, fragmentation modifies A. palliata aequatorialis population dynamics and behavior. It is possible that populations will rapidly decrease in areas where high rates of fragmentation occur. It is necessary to continue with researches focused on how anthropogenic factors modify A. palliata aequatorialis behavior in order to assess conservation strategies that ensure this primate populations. Forest restoration and environmental education are suggested to achieve primates conservation in south western Ecuador.El interés en conocer el estado poblacional del mono aullador de la costa ecuatoriana Alouatta palliata aequatorialis ha aumentado en los últimos años. Se han realizado estudios de esta especie, considerada en Ecuador como En Peligro, en provincias de la costa como Manabí y Guayas, que aportan con información muy valiosa sobre el estado de estos animales en remanentes de bosque. En nuestro estudio, en el área de Puyango, El Oro, buscamos aportar al conocimiento sobre el estado de las poblaciones de esta especie en la región tumbesina. Entre octubre 2013 y julio 2014 realizamos censos en bosques con diferente grado de fragmentación en los que registramos la composición de los grupos, el estrato en el que se encontraban y la actividad que realizaban estos primates, al momento del avistamiento. En este breve estudio, la variable independiente seleccionada fue el grado de fragmentación (bosque continuo vs bosque fragmentado) y las variables dependientes fueron densidad, radio de sexos, clase de edades, uso de estratos y presupuesto diario de actividad Comparamos estadísticamente estas variables en grupos que viven en bosques muy fragmentados (< 10 ha) vs. un área control de bosque continuo de 300 ha aprox. Registramos un total de 175 avistamientos entre ambos lugares de estudio, 120 avistamientos en el bosque continuo y 55 avistamientos en bosques fragmentados. La densidad en el bosque continuo fue mayor a la del bosque fragmentado. Observamos más hembras adultas que machos adultos en el bosque continuo, mientras que en los bosques fragmentados observamos más machos adultos. No encontramos diferencias significativas en el uso de estratos entre los dos tipos de bosque. Los estratos más utilizados fueron los superiores a 15 metros en ambos tipos de bosque. Encontramos diferencias significativas en el presupuesto diario de actividades. En el bosque continuo la actividad más observada fue la alimentación; mientras que en el bosque fragmentado fue el descanso. Estos resultados sugieren que la fragmentación tiene un efecto importante sobre el comportamiento de los individuos y la dinámica de las poblaciones de esta especie. A pesar de su considerable adaptabilidad a ecosistemas fragmentados, la viabilidad de las poblaciones en áreas con altos niveles de fragmentación parece ser reducida. Se recomienda iniciar programas de restauración de bosques y de educación ambiental para asegurar la conservación a largo plazo de los primates en esta región del Ecuador

Decision support systems for task scheduling: applications in manufacturing and healthcare

Esta Tesis se centra en el problema de la programación de tareas. Aunque pueden encontrarse diferentes definiciones de la programación de tareas en la literatura, aquí se define como la asignación de un número de tareas – acciones individuales que deben realizarse para completar un determinado proceso-, a un conjunto de recursos, en momentos de tiempo específicos. Pueden encontrarse ejemplos de programación de tareas en muchos contextos, como por ejemplo, el orden en el que deben fabricarse las diferentes partes de un coche, la asignación de quirófanos y cirujanos a intervenciones quirúrgicas en un hospital, o el orden en el que deben ser servidos los clientes de un restaurante. La programación de tareas supone un elemento clave en muchas compañías, en el campo de los servicios y en el de la fabricación, ya que es esencial para la coordinación del trabajo entre los diferentes actores involucrados, tales como departamentos, recursos (físicos y humanos) o entidades externas. En la mayoría de los casos, la programación de tareas conlleva trabajar con grandes cantidades de datos relacionados con el proceso y gestionar correctamente el conjunto de restricciones que controlan el proceso. Como consecuencia de esto, la programación de tareas suele hacerse con ayuda de herramientas informáticas que ofrecen algún tipo de soporte para el decisor. A este respecto, el auge de las Tecnologías de la Información (TI) en las últimas décadas ha ayudado enormemente al desarrollo de sistemas computarizados que ofrecen soporte a la toma de decisiones – Sistemas de Soporte a la Decisión (SSD) – en muchos ámbitos, incluyendo la programación de tareas. Además, ha habido un notable aumento en la capacidad computacional que ha hecho posible afrontar problemas de programación de tareas que se consideraban irresolubles hace algunos años. A pesar de estos avances, se ha detectado un gap entre teoría y práctica al llevar estas nuevas condiciones a la práctica, que puede ser demostrado por el limitado número de sistemas que se han implementado y aceptado por los usuarios satisfactoriamente. La hipótesis de trabajo de esta Tesis es que, para reducir este gap entre teoría y práctica, estos sistemas deberían considerar un conjunto de aspectos que se han estudiado en la literatura pero que no se han tenido en cuenta en el proceso de implementación, tales como el rol del decisor en el sistema, el contexto organizacional donde se toman las decisiones para la programación o la consideración de la programación como un proceso dinámico. Normalmente, cada vez que una empresa necesita implementar un SSD para la programación de tareas (SSDPT), es posible elegir entre dos opciones: adquirir una solución off-the-shelf, o diseñar y desarrollar una herramienta personalizada. Cuando se elige la primera opción, normalmente la solución no se adapta perfectamente a las actividades de la empresa, y considerando que la programación de tareas es muy dependiente del contexto, esta opción puede resultar en una situación muy documentada en la literatura en la que se consigue una implementación muy limitada en la que hay diferentes sistemas de información trabajando en paralelo para tener en cuenta las diferentes especificidades de la empresa. Por otro lado, si se opta por la segunda opción, esta suele derivar en largos tiempos de implementación con resultados pobres, ya que el equipo de desarrollo podría no tener en cuenta los errores y aciertos de otras implementaciones, tales como las funcionalidades que un sistema debería tener o los perfiles que se debería dar a los diferentes usuarios. Como resumen podríamos decir que el diseño y la implementación de SSDPT tienen un conjunto de problemas que constituyes una de las principales causas del gap existente entre la teoría de la programación de tareas y su implementación en la práctica. Para mejorar la actividad de diseño y desarrollo de SSDPT, el objetivo de esta tesis es proponer un framework común para el desarrollo de SSDPT. Para asegurar su validez y analizar su rango de aplicación, se analiza su factibilidad en dos sectores de aplicación, fabricación y salud, y se llevan a cabo dos casos de estudio en estos sectores. Para conseguir el objetivo general de la Tesis, se consideran un conjunto de objetivos específicos: 1. Proponer un framework para el diseño y desarrollo de SSDPT. • El framework tiene en cuenta todos los problemas detectados en la literatura que tienen que ver con los fallo a la hora de implementar este tipo de sistemas. Este framework se detalla mediante un conjunto de perspectivas. 2. Analizar las implementaciones existentes de SSDPT para analizar la alineación del framework propuesto con las implementaciones existentes de este tipo de sistemas en los dos campos de aplicación. • Se lleva a cabo una revisión sistemática de la literatura en SSDPT en fabricación. Las contribuciones revisadas se clasifican de acuerdo a las funcionalidades que presentan. Se analizan y discuten una serie de resultados y conclusiones de los mismos. Además se realiza una revisión de SSDPT comerciales para la programación de quirófanos. Estas contribuciones también se clasifican según sus funcionalidades y se presentan y discuten una serie de resultados y conclusiones. 3. Levar a cabo el diseño e implementación de dos SSDPT de acuerdo con el framework propuesto para demostrar su validez. • Basándonos en el framework un SSDPT para fabricación y un SSDPT para la programación de quirófanos han sido propuestos: i. El SSDPT para fabricación se implementó para una empresa de fabricación situada en Sevilla. Primero se describe el contexto en el que el sistema actúa y el problema considerado. Después se estudian los principales casos de uso del sistema y se relacionan con el framework propuesto. Más tarde, se proponen una serie de métodos de resolución eficientes para el problema analizado. Finalmente, se realiza una breve discusión sobre los principales resultados de implementación del sistema. ii. El SSDPT para programación de quirófanos se implementó en un hospital situado en Sevilla. Primero se describe el contexto en el que el sistema actúa y el problema considerado. Después se estudian los principales casos de uso del sistema y se relacionan con el framework propuesto. Más tarde, se proponen una serie de métodos de resolución eficientes para el problema analizado. Finalmente, se realiza una breve discusión sobre los principales resultados de implementación del sistema.This thesis focuses on the problem of task scheduling. Although slightly different definitions of task scheduling can be found in the literature, here it is defined as the allocation of a number of tasks - single actions that must be performed to complete a specific process-, to a set of resources, at specific moments in time. Examples of task scheduling can be found in many settings, as for example, the order in which the different parts of a car have to be manufactured in a set of machines, the allocation of operating rooms and surgeons to the surgical interventions in a hospital, or the order in which the customers of a restaurant should be served. Clearly, task scheduling is a core activity of many companies, both in manufacturing and in services, as it is essential for the coordination of the work between the different involved actors, such as departments, resources (human and physical) or external entities. In most settings, task scheduling involves treating large amounts of data related to the process and properly handling the set of constraints controlling this process. As a consequence, task scheduling is usually carried out with the help of computer tools that offer some type of support to the decision maker. In this regard, the rising of Information Technologies (ITs) in the last decades has helped enormously to develop computer systems providing support for decision making - i.e. Decision Support Systems (DSSs) - for many decisions, including task scheduling. At the same time, there has been a notable increase in computer capacity that has made possible facing task scheduling problems that were considered unsolvable some years ago. Despite these advances, an important gap between theory and practice has been found when translating these new conditions into practice, as it can be proven by the relatively short number of documented systems that have been correctly implemented and accepted by users. The working hypothesis in this Thesis is that, in order to reduce this gap between theory and practice, these tools should consider a number of aspects that have been studied in the literature but that have not been taken into account in practice during the implementation process, such as the role of the decision makers in these tools, the organisational context where scheduling decisions take place or the consideration of scheduling as a dynamic process. Typically, each time a company requires to implement of a DSS for task scheduling, in the following DSSTS, it faces two different options: either acquiring an off-the-shelf solution, or designing and developing an in-house tool. If the former option is chosen, the acquired solution may not fit perfectly into the activities of the company, and, since task scheduling is company-specific, this approach may result in a situation widely documented in the literature where there exist limited implementations that needs information systems working in parallel to deal with the specificities of the company. On the contrary, the second option usually derives in large implementation times with poor results, as the development team may not take into account errors or successes from former implementations, such as the functionalities that the system should include or the profiles required for the decision makers among others. As a summary, the design and implementation of DSSTS suffer a number of problems which constitute a root cause for the existing gap between the scheduling theory and its implementation into practice. In order to improve the activity of designing and developing DSSTS, the aim of this thesis is to propose a common framework for the development of DSSTS. In order to ensure the validity and range of application of this framework, its feasibility is analysed within two specific fields of applications, namely manufacturing and healthcare, and two implementation case studies are conducted within these fields. In order to fullfil this general objective, a number of specific objectives can be detailed: 1. To propose a framework for the design and development of DSSTS. • This framework address all the issues found in literature regarding the common failures when implementing this type of systems. A number of perspectives of the framework are given in order to properly detail it. 2. To analyse existing implementations of DSSTS in order to check the alignment of the framework proposed with the task scheduling systems implemented in the two sectors chosen for the evaluation of the framework. • A systematic literature review on manufacturing DSSTS is carried out. The reviewed contributions are classified according to their functionalities. A number of findings and conclusions about these findings are discussed. Additionally, a review on commercial operating room DSSTS is done. These contributions are also classified according to their functionality and a number of findings and conclusions about these findings are discussed. 3. To conduct the design and implementation of two DSSTS according to the proposed framework in order to demonstrate its applicability. • Based on the proposed framework, a manufacturing DSSTS and an operating room DSSTS are implemented: i. The manufacturing DSSTS is applied to a real manufacturing company in Sevilla. First, we describe the context where the DSSTS is deployed and the problem addressed, i.e. the hybrid flowshop scheduling problem with missing operations. Then, the main use cases of the DSSTS are discussed and related to the framework. Next, a set of efficient solution procedures for the problem under study are proposed. And finally, a brief discussion on the main results of the implementation of the DSSTS is carried out. ii. The operating room DSSTS is applied to a real hospital in Sevilla. First, we describe the context where the DSSTS is deployed and the problem addressed, i.e. the the operating room scheduling problem. Then, the main use cases of the DSSTS are discussed and related to the framework. Next, a set of efficient solution procedures for the problem under study are proposed. And finally, a brief discussion on the main results of the implementation of the DSSTS is carried out

A Semi-Empirical Compact Model for IGZO TFT to Assess the Impact of Parasitic Elements in Active Matrix Pixel Designs

In this work, an empirical off-state model was developed for amorphous IGZO TFTs with the purpose of creating a compact model in conjunction with an existing on-state model. The implementation of the compact model was done in Verilog-A to assess the impact of parasitc elements such as source/drain series resistance, and source/drain-to-gate overlap capacitances in a 2T1C pixel circuit. A novel region of operation was presented defined as a bridge between the subthreshold and the on-state regions. Two approaches were followed to solve for the fitting parameters inside this bridge region; an analytical and an empirical approach. The analytical solution provided the insight that there is a point where the derivatives of the on-state and the bridge region are equal. However, this solution showed non-physical behavior at some V_DS bias. Therefore, an empirical approach was followed where experimental data was used to find the V_DS dependence and eliminate the non-physical behavior. Ultimately, the compact model provided a remarkable R^2 in relation to experimental data and allowed for convergence during circuit simulation. The parasitic element assessment was carried out and two different phenomenon were described as they relate to these elements. Charge sharing and rise and fall time were the characteristics that were present with the introduction of parasitic elements. A capacitance ratio of C_ST/C_ov =10.6pF/265.07fF≈40 was used to diminish the former. However, the large capacitances associated in the input of the driver transistor caused the falling transient to be unable to provide full voltage swing. Therefore, proper circuit functionality was not achieved based on the presented design rules. Further work is being done to diminish overlap capacitances such as self-aligned devices

Dripping dynamics and transitions at high Bond numbers

We report experiments on the dripping dynamics and jetting transitions that take place when a liquid is injected vertically downwards at a constant flow rate, for wide ranges of the liquid viscosity and injector radius. We explore values of the Bond number significantly larger than in previous works, revealing the existence of period-2 dripping regimes with satellite formation that do not exist at small Bond numbers. In addition, we quantify the influence of liquid viscosity on the hysteresis associated with the dripping-jetting transition, that had previously been studied only for the particular case of water.The authors thank the financial support of the Spanish MINECO through projects nos. DPI2014-59292-C03-01-P, DPI2014-59292-C03-03-P, DPI2015-71901-REDT, DPI2017-88201-C3-2-R and DPI2017-88201-C3-3-R. These research projects have been partly financed through European funds.Publicad

Single-atom control of the optoelectronic response in sub-nanometric cavities

By means of ab-initio time dependent density functional theory calculations carried out on an prototypical hybrid plasmonic device (two metallic nanoparticles bridged by a one-atom junction), we demonstrate the strong interplay between photoinduced excitation of localized surface plasmons and electron transport through the single atom. Such an interplay is remarkably sensitive to the atomic orbitals of the junction. Therefore, we show the possibility of a twofold tuning (plasmonic response and photoinduced current across the juntion) just by changing a single atom in the device.Comment: 5 pages, 5 figure