Abstract: This study investigates the combustion characteristics of blends of bituminous coal (BC) with two by products of the coffee industry, spent coffee ground (SCG) and coffee husk (CH), at 10, 30, and 50 wt% using a thermogravimetric analyzer (TGA). For comparison purposes, blends of BC and wood pellets (WP) at the same mass ratios were also investigated. The thermal behavior and fuel interactions in the blends during combustion were characterized by the ignition index (Di), combustion index (S), and potential synergistic effects. The interactions between the materials in the blends led to an enhancement of up to 93.5% and 128.5% in Di, and 175.2% and 96.35% in S of the bituminous coal when blended at 50 wt% with SCG and CH, respectively. Furthermore, clear synergistic effects were observed with the combustion of BC-SCG blends, whereas the combustion of BC-CH blends did not show any appreciable synergistic effects.

Abstract: Adequate initial bolt preload is necessary to ensure the strength and stiffness of bolted connections. In this study, an experimental torque control method was used to determine the relationship between tightening torque and preload of nine Extended Hollo-Bolt (EHB) blind bolted connections to Concrete-Filled Steel Hollow Sections (CFSHS). In order to obtain the EHB nut factors, which allow to calculate the level of preload for any value of applied torque, torque versus preload curves were drawn based on the experimental results and curve fitting method was carried out. Bolt preload relaxation was also recorded for a period of 7 days while concrete hardening occurred. Additionally, a detailed 3D Finite Element (FE) model of the tightening stage of the EHB was established. The experimental and numerical results show that the nut factor for the EHB is higher than that of standard bolts and bolt relaxation is not affected by the concrete presence during the hardening stage. Adequate friction coefficients were proposed as well as an equation for calculating the residual preload of the EHB. Resumen: Es necesaria una precarga inicial adecuada del perno para garantizar la resistencia y rigidez de las conexiones atornilladas. En este estudio, se utilizó un método experimental de control de torque para determinar la relación entre el torque de apriete y la precarga de nueve conexiones empernadas ciegas Extended Hollo-Bolt (EHB) a secciones huecas de acero rellenas de concreto (CFSHS). Para obtener los factores de tuerca EHB, que permiten calcular el nivel de precarga para cualquier valor de torque aplicado, se dibujaron curvas de torque versus precarga con base en los resultados experimentales y se llevó a cabo el método de ajuste de curvas. También se registró la relajación de la precarga de los pernos durante un período de 7 días mientras se producía el endurecimiento del hormigón. Además, se estableció un modelo 3D detallado de elementos finitos (FE) de la etapa de apriete del EHB. Los resultados experimentales y numéricos muestran que el factor de tuerca para el EHB es mayor que el de los pernos estándar y la relajación del perno no se ve afectada por la presencia del concreto durante la etapa de endurecimiento. Se propusieron coeficientes de fricción adecuados así como una ecuación para calcular la precarga residual del EHB.

Tackling climate change effects worldwide brings the interest of many donor countries with expertise to (co)develop solutions into beneficiary countries through international cooperation. The solutions proposed can be either too solution-driven, understood as a donor country selling its knowledge / products, or on the other hand, too locally problem-driven, which is desirable in theory, but facing practical limitations such as time or scale constraints when closing to outside influences. A methodology that tries to join both (apparently opposing) sides, with their advantages and disadvantages of problem and solution driven hasn’t been explored yet.For exploring how this can be done, in this research 2 case studies are analyzed: the Bangladesh Delta Plan 2100 (BDP2100), a nation-wide long term holistic plan on the Bangladeshi Delta, and a group of Coastal Water Management initiatives, a set of continuous efforts to adopt livelihoods to the dynamic situation in the coastal regions of Bangladesh. These cases are analyzed through interviews and desk research to determine to what extent are they problem and solution driven compared to proposed frameworks and pointing how can they be improved. From these analyses, a combined framework is proposed where problem and solution driven approaches are joined taking the best from each perspective. The result is meant to be a first guiding tool for decision-makers in donor and beneficiary countries that face the dilemma between taking local and foreign elements for developing solutions. Resumen Hacer frente a los efectos del cambio climático en todo el mundo atrae el interés de muchos países donantes con experiencia para (co) desarrollar soluciones en los países beneficiarios, a través de la cooperación internacional. Las soluciones propuestas pueden ser demasiado orientadas a la solución, entendidas como un país donante que vende sus conocimientos / productos o, por otro lado, demasiado localmente orientadas a los problemas, lo que es deseable en teoría, pero enfrentan limitaciones prácticas como limitaciones de tiempo o escala cuando se cierran a influencias externas. Aún no se ha explorado una metodología que intente unir a ambas partes (aparentemente opuestas), con las ventajas y desventajas de soluciones basadas en desarrollo netamente de problemas y desarrollo netamente de soluciones. Para explorar cómo se puede combinar esto, en esta investigación se analizan 2 casos de estudio: el Bangladesh Delta Plan 2100 (BDP2100), un plan holístico a largo plazo a nivel nacional en el delta de Bangladesh, y un grupo de iniciativas de gestión costera del agua, un conjunto de esfuerzos continuos para adoptar medios de vida a la situación dinámica en las regiones costeras de Bangladesh. Estos casos se analizan a través de entrevistas e investigaciones teóricas para determinar en qué medida están orientados a los problemas y soluciones en comparación con los marcos propuestos, y señalan cómo pueden mejorarse. A partir de estos análisis, se propone un marco combinado donde se unen los enfoques impulsados por problemas y soluciones, tomando lo mejor de cada perspectiva. El resultado pretende ser una primera herramienta de guía para los tomadores de decisiones en los países donantes y beneficiarios que enfrentan el dilema entre tomar elementos locales y extranjeros para desarrollar soluciones.

Abstract: Essential Tremor (ET) is the most frequent movement disorder in adults. Upper-limb exoskeletons are a promising solution to alleviate ET symptoms. We propose a novel wrist exoskeleton for tremor damping. The TuMove exoskeleton is light-weight, portable, easy to use, and designed for ADLs and activities requiring hand dexterity. We validated the effectiveness of our exoskeleton by inducing forearm tremors using TENS on 5 healthy subjects. Our results show that wrist ranges are generally kept in most of the ROM needed in ADLs. The damping system reduced more than 30% of the tremor's angular velocity during drinking and pouring tasks. Furthermore, the completion time of the Archimedes spiral was decreased by 2.76 seconds (13.0%) and for the 9-Hole-Peg-Test by 2.77 seconds (11.8 %), indicating a performance improvement in dexterity tasks.

Abstract: The standard IEC 61400-1, v.4.0 proposes at appendix J a method to determine the probability of extreme winds, based on the simulation of artificial cyclones and the theory of gradient wind. This method considers marginal statistical distributions for 5 main descriptors of cyclones (pressure depth, radius of maximum wind speed, translation speed, angle to the point of reference and mini-mum distance), a “modified orthogonal decomposition” to generate artificial cyclones and its own formulas to determine surface wind, cumulative probabilities and annual maximum surface wind. This research pursued to implement and to validate the standard at North West Pacific. Due to the difficulty and highly empirical elements of IEC 61400-1, v.4.0, it was required to modify it and include in the model other inputs such as well known statistical distributions after testing them, Nataf trans-formation (ERANataf) to generate artificial cyclones and empirical cumulative distribution functions to determine the probability of annual maximum surface wind. For the verification and validation, the results of 9 locations distributed in South Korea, Japan, HongKong and Taiwan were compared with the database of the Joint Typhoon Warning Center and theRSMC-Tokyo. The implementation of this research underestimated surface wind in all the locations.Simultaneously, the greatest contribution of input variables to sensitivity was more frequent from super index B of Holland. It would be desirable to continue validating this standard (that is presumed to have a global application), to understand the challenges of its theory during the computation of surface wind from gradient wind and to overcome the issues of its implementation.

Resumen: Los puentes atirantados son una tipología muy eficiente que posee agradables atributos estéticos. En los últimos años ha emergido como el sistema dominante para puentes de grandes luces, hasta 1200 m gracias a la combinación de distintos avances tecnológicos que la han convertido en muy competitiva. Aparte de la estabilidad aerodinámica, para esta tipología es relevante el estudio de la estabilidad del equilibrio elástico global y local del tablero frente a las cargas de compresión que se generan por el esquema de atirantamiento. En este trabajo se presenta un estudio paramétrico en puentes atirantados que permite identificar y evaluar un rango de luces donde los fenómenos de inestabilidad global del tablero son significativos. Para lograr este análisis se plantean varios objetivos, inicialmente de estudio, luego de modelación e identificación de rangos y finalmente de análisis y conclusiones. Los temas estudiados para el estado del conocimiento son la evolución del proyecto de tableros de puentes atirantados metálicos y mixtos en función de la luz, así como la tipología de tableros en función de la luz del tablero frente a los fenómenos de inestabilidad global. Para la modelización del tablero se considera el modelo de viga sobre cimentación elástica o modelo de Winkler con módulo de reacción constante y variable, junto con esfuerzos axiles de variación constante y variable. Con los resultados obtenidos se identifican rangos de luces donde la inestabilidad es importante para el análisis, al cual se le evalúan sus efectos no lineales y su posible repercusión en el proyecto del tablero.

Abstract: In the present work, theoretical and experimental analysis of the thermal performance of flat plate pulsating heat pipes, made of copper, are presented. The pulsating heat pipes were manufactured using an innovative fabrication process for this application, the diffusion bonding. For this purpose, a special oven was used, available in Labtucal, that provides high temperature, high pressure and high vacuum conditions, which allows the fabrication of monolithic pieces with high reliability. Plates of equal external size were used, in which the internal channels were modified. Different geometries were applied, including the variation of the number of channels for the same overall dimensions (density increase), modifications of the surface finishing (roughness) and addition of lateral grooves at evaporator section. Flat plate pulsating heat pipes were tested under different operating conditions, such as tilt angles, heat input levels, and filling ratios, concluding that higher roughness or grooves at evaporator zone enhance the thermal performance of the devices, as start-up time, thermal resistance and thermal stability. However, the most relevant parameters, to decrease the dependence of the gravity in the operation of the pulsating heat pipe, are the number of channels and the working fluid filling ratios. A mathematical model, based on electrical circuit analogy, is constructed, taking into consideration the activation energy. Model validation was made with the experimental date obtained from the devices developed in this thesis. The model presented a maximum error of 25-30%, at vertical bottom heat mode and vertical top heat mode. The main contributions of this Ph.D. thesis are: the development of modified pulsating heat pipes using effective thermal improvements; the production of a reliable fabrication process compatible with the proposed thermal enhancements and, finally, a model that can be used as a design tool for pulsating heat pipes fabricated from machined plates. Resumen: En el presente trabajo, se realiza un análisis teórico y experimental del desempeño térmico de tubos de calor pulsantes de placa plana, fabricados en cobre. Los tubos de calor pulsantes fueron fabricados utilizando un proceso de fabricación innovador para esta aplicación, la difusión vinculación. Para ello se utilizó un horno especial, disponible en Labtucal, que proporciona alta temperatura, alta presión y alto vacío, lo que permite la fabricación de piezas monolíticas de alta confiabilidad. Se utilizaron placas de igual tamaño externo, en las que el Se modificaron los canales internos. Se aplicaron diferentes geometrías, incluyendo la variación de el número de canales para las mismas dimensiones generales (aumento de densidad), modificaciones del acabado superficial (rugosidad) y adición de ranuras laterales en la sección del evaporador. placa plana Los tubos de calor pulsantes se probaron en diferentes condiciones de funcionamiento, como ángulos de inclinación, calor suministrado, relaciones de llenado, concluyendo que una mayor rugosidad o ranuras en la zona del evaporador mejora el rendimiento térmico de los dispositivos, como el tiempo de inicio de operación, la resistencia térmica y la estabilidad de la temperatura. Sin embargo, los parámetros más relevantes, para disminuir la dependencia de la gravedad en el funcionamiento del tubo de calor pulsante, fueron el número de canales y las proporciones del llenado de fluido de trabajo. Se construye un modelo matemático, basado en la analogía del circuito eléctrico, tomando en Consideración la energía de activación. La validación del modelo se realizó con los datos experimentales obtenidos a partir de los dispositivos desarrollados en esta tesis. Las principales contribuciones de este doctorado tesis son: el desarrollo de tubos de calor pulsantes modificados utilizando mejoras térmicasla producción de un proceso de fabricación confiable y un modelo que se puede utilizar como herramienta de diseño.

Abstract: Perennial ryegrass (Lolium perenne) is the predominant forage crop in the equatorial highland zones of Colombia due to its high nutritional value and versatility to produce both milk and meat. This study aimed to determine the relationship between the relative depletion of usable soil water and the Ks values of canopy expansion and closure stomatal of perennial ryegrass, as well as to identify the threshold values of water stress. The experiment was carried out in pots under a controlled environment condition. These pots were arranged in a completely randomized manner. The experiment consisted of five treatments—including control treatment—of water deficits in the soil that progressively increased the depletion level as the crop cycle developed. This generated a wide range of conditions in the growth stages. For each treatment, four repetitions were performed Biomass production was significantly affected by water stress. The results show that the upper and lower thresholds of Ks were 0.28 and 1.3 of the depletion level (p) of the total available water (TAW) in the soil for the expansion of the canopy (CE), and 0.25 and 1.1 p of the TAW for stomatal closure (gs). Quadratic functions were fitted for both the CE (R2 = 0.72) and CS (R2 = 0.73); moreover, the Ks function of FAO-AquaCrop with positive shape factor (sf) was as follows: sf = 11, RMSE 0.22 for CE, and sf = 4.3, RMSE 0.19 for gs. Our results indicate that ryegrass is moderately sensitive to water stress. The differences found between the Ks function of FAO and the experimental data call for the need to use modeling with parameters adapted for each case. Resumen: El raigrás perenne (Lolium perenne) es el cultivo forrajero predominante en las zonas altas ecuatoriales de Colombia debido a su alto valor nutricional y versatilidad para producir tanto leche como carne. Este estudio tuvo como objetivo determinar la relación entre el agotamiento relativo del agua utilizable del suelo y los valores de Ks de la expansión del dosel y el cierre estomático del raigrás perenne, así como identificar los valores de los umbrales de estrés hídrico. El experimento se llevó a cabo en macetas en condiciones de ambiente controlado. Estas macetas se dispusieron de forma completamente aleatoria. El experimento consistió en cinco tratamientos, incluido el tratamiento de control, de déficit de agua en el suelo que aumentaron progresivamente el nivel de agotamiento a medida que se desarrollaba el ciclo del cultivo. Esto generó una amplia gama de condiciones en las etapas de crecimiento. Para cada tratamiento se realizaron cuatro repeticiones. La producción de biomasa se vio significativamente afectada por el estrés hídrico. Los resultados muestran que los umbrales superior e inferior de Ks fueron 0.28 y 1.3 del nivel de agotamiento (p) del agua total disponible (AAT) en el suelo para la expansión del dosel (ED), y 0.25 y 1.1 p del AAT para cierre de estomas (gs). Se ajustaron funciones cuadráticas tanto para ED (R2 = 0,72) como para cierre de estomas gs (R2 = 0,73); además, la función Ks de FAO-AquaCrop con factor de forma positivo (Ff) fue la siguiente: Ff = 11, RMSE 0,22 para ED y Ff = 4,3, RMSE 0,19 para gs. Nuestros resultados indican que el raigrás es moderadamente sensible al estrés hídrico. Las diferencias encontradas entre la función Ks de FAO y los datos experimentales hacen necesaria la utilización de modelos con parámetros adaptados a cada caso.

Abstract: The constant evolution of power systems and their protection and control systems has brought the need to investigate different concepts that could help improve the implementation and testing of protection and control systems during the complete lifecycle of electrical substations. Centralized protection and control system is a concept that has been under study for many years already but has gained more force lately, thanks to the evolution of computing technology and the more substantial influence of the standard IEC61850 in electrical substations. This thesis has studied the centralized protection and control systems starting with the development of a market availably. The result shows that even though the general concept between the available systems is the same, the specific architecture depends on the technology used to implement the centralized concept. The result also shows that the two technologies leading the market availability are the SASensor from Locamation and the SSC600 from ABB. The technologies virtualization and Synaptec’s Refase system are also investigated in this thesis. Protection and control test methodologies do also depend on the technology to be tested. Therefore, this thesis shows an overall protection and control testing lifecycle analysis of a centralized protection and control system. The architecture of the reference system used for the testing lifecycle evaluation has similarities to a decentralized digital substation architecture. Using that kind of architecture allows fully IEC61850 based protection and control testing, as the results have shown it. Therefore, knowledge, tools, and procedures developed for decentralized digital substations also apply to the centralized concept. The last part of this work presents a practical application example that uses the SSC600 as a protection and control central unit. The device configuration is based on a power system example designed for the thesis. The IEC61850 system engineering of the system and test procedures are part of the results of the practical part.

Abstract: Information regarding the state of bridges is fundamental for maintaining a satisfactory performance level, given that deterioration may lead to bridge failure and thus, increased costs. Bridges face harsh environmental conditions and natural disasters are often inevitable and can be one of the main reasons for bridge collapse. Consequences from flooding events (e.g., scour) are responsible for a large percentage of failures in bridge structures. Therefore, the assessment of bridges susceptible to these phenomena is of utmost importance to identify possible mitigation needs. The objective of the present research is to present a consistent framework to obtain fragility curves associated with the inplane behavior of masonry arch bridges (MAB) under flood hazard. By implementing metamodeling techniques to the probabilistic analysis, a computational cost-efficient framework is proposed which is employed on a MAB “Ponte da Vala do Carregado” located in Portugal. A two-dimensional numerical model was constructed where the random variables that affect the structural capacity and the scouring process were considered. Finally, a parametric analysis, based on the geometric variations of the bridge structure and geotechnical variations of the foundation material (bed material), was implemented. The fragility curves show that failure probability increases when flow discharge increases, especially when the skew flow was considered. This will allow assessing the performance of bridges that may affect the network efficiency at important sections of the roadway system if damaged by a flood event. Resumen: La información sobre el estado de los puentes es fundamental para mantener un nivel de desempeño satisfactorio, dado que el deterioro puede conducir a la falla del puente y, por ende, a un aumento de los costos. Los puentes enfrentan duras condiciones ambientales y los desastres naturales a menudo son inevitables y pueden ser una de las principales razones del colapso del puente. Las consecuencias de las inundaciones (por ejemplo, la socavación) son responsables de un gran porcentaje de fallas en las estructuras de los puentes. Por lo tanto, la evaluación de puentes susceptibles a estos fenómenos es de suma importancia para identificar posibles necesidades de mitigación. El objetivo de la presente investigación es presentar un marco consistente para obtener curvas de fragilidad asociadas con el comportamiento en el plano de puentes de arco de mampostería (MAB) bajo peligro de inundación. Mediante la implementación de técnicas de metamodelado para el análisis probabilístico, se propone un marco computacional rentable que se emplea en un MAB ""Ponte da Vala do Carregado"" ubicado en Portugal. Se construyó un modelo numérico bidimensional donde se consideraron las variables aleatorias que afectan la capacidad estructural y el proceso de socavación. Finalmente, se implementó un análisis paramétrico, basado en las variaciones geométricas de la estructura del puente y las variaciones geotécnicas del material de cimentación (material del lecho). Las curvas de fragilidad muestran que la probabilidad de falla aumenta cuando aumenta la descarga del flujo, especialmente cuando se considera el flujo sesgado. Esto permitirá evaluar el desempeño de los puentes que pueden afectar la eficiencia de la red en secciones importantes del sistema vial si se dañan por una inundación.