This thesis studies how the changes to the flotation process caused by adjusting pH and the dosage of the flotation reagents affect the electrical conductivity of the froth flotation froth in different parts of the froth. The measurements in the experimental part were done in Oulu Mining School’s continuous minipilot beneficiation plant at the University of Oulu in March and May of 2015. The conductivity of the froth was measured with Outotec’s ERT (Electrical Resistance Tomography) based test probe. The probe was placed inside the 4-litre flotation cell that acted as a rougher in copper refining circuit. Froth’s bubble size, colour, stability and speed were measured with Outotec’s FrothSenseTM -camera. Elemental composition of the process streams was measured with a method based on x-ray fluorescence. The effect of three chemical reagents used in froth flotation, and also the effect of pH, was studied: dosage of Dowfroth (Test 1), xanthate (Test 2), zinc sulphate (Test 3) and pH (Test 4). Each test consists of three step tests, where the value of variable in question was changed while other values were kept at their base levels. Each test was performed twice. Assumption was that the adjusting of mentioned variables affects the other process variables, such as bubble size, froth thickness, elemental compositions etc., which in turn affects the electrical conductivity of the froth. Froth was divided vertically into layers so that the possible differences in different parts of the froth could be observed. Theoretical part of this thesis presents an overview of beneficiation process chain, starting from grinding and ending in dewatering processes. The chemical reagents used in flotation and some basic methods for measuring different parameters are also introduced. The results from the experimental part showed that the changing dosage of chemical regents and pH causes changes in process which also affected the electrical conductivity of the froth. Especially bubble size and froth thickness had clearly an effect on the conductivity. Furthermore, the conductivity values and changes to them were different in different layers of the froth, when the froth was thick. In a thin froth, the differences in the conductivity values and changes in them between the froth layers were much smaller. / Tässä diplomityössä tutkittiin miten pH:n ja vaahdotusrikastuksessa käytettävien kemikaalien annostuksien säätämisen prosessiin aiheuttamat muutokset vaikuttavat vaahtopatjan eri osien sähkönjohtavuuteen vaahdotusrikastus prosessissa. Kokeellisessa osiossa mittaukset tehtiin Oulu Mining School:in jatkuvatoimisella minipilot -rikastamolla Oulun Yliopistolla maalis- ja toukokuussa 2015. Vaahdon sähkönjohtavuutta mitattiin Outotecin ERT:n (Electrical Resistance Tomography) perustuvalla testisauvalla. Sauva oli asennettu tilavuudeltaan nelilitraiseen vaahdotuskennoon, joka toimi kuparin rikastuspiirissä esivaahdotuskennona. Vaahdon kuplakokoa, väriä, stabiilisuutta ja nopeutta mitattiin Outotecin FrothSenseTM -kameralla. Prosessivirtojen kemialliset koostumukset mitattiin röntgenfluoresenssiin perustuvalla menetelmällä. Työssä selvitettiin kolmen eri vaahdotuksessa käytettävän kemikaalin ja pH:n vaikutusta vaahtopatjan sähkönjohtavuuteen: Dowfrothin (Testi 1), ksantaatin (Testi 2) ja sinkkisulfaatin (Testi 3) annostuksien sekä pH:n (Testi 4) vaikutus. Jokainen testi koostui kolmesta askelkokeesta, jossa mainitun muuttujan arvoa muutettiin muiden muuttujien arvojen pysyessä vakioina. Jokainen testi toistettiin kahdesti. Ennakko-oletus oli, että muutokset pH:hon ja reagenssien annostuksiin aiheuttavat muutoksia prosessinparametreihin kuten kuplakokoon, vaahdon paksuuteen, kemiallisiin koostumuksiin jne., jotka puolestaan vaikuttavat vaahdon sähkönjohtavuuteen. Vaahto jaettiin korkeussuunnassa kerroksiin, jotta mahdollisia eroja sähkönjohtavuuksien arvoissa ja niiden muutoksissa eri vaahdon osien välillä pystyttiin tarkastelemaan. Työn teoriaosuudessa esitellään mineraalien rikastuksen prosessiketju, alkaen jauhatuksesta ja päättyen vedenpoistoprosesseihin. Työssä käydään läpi myös vaahdotusrikastuksessa käytettäviä kemikaaleja sekä eri parametrien mittauksessa käytettäviä mittausmenetelmiä. Kokeellisesta osiosta saadut tulokset osoittavat, että pH:lla sekä vaahdotuksessa käytettävien kemikaalien annostuksien muutoksilla on vaikutusta vaahtopatjan sähkönjohtavuuteen. Erityisesti kuplakoolla ja vaahdon paksuudella oli selkeästi vaikutusta vaahdon sähkönjohtavuuteen. Lisäksi huomattiin, että paksussa vaahdossa sähkönjohtavuuden arvot ja niiden muutokset olivat erilaisia vaahdon eri kerroksissa. Ohuessa vaahdossa erot sähkönjohtavuuksien arvoissa ja muutoksissa vaahtokerrosten välillä olivat huomattavasti pienempiä.

Abstract Recent advances in materials synthesis resulted in a rediscovery of the low cost copper in its one and two-dimensional forms and project newer applications of this metal in fields not considered before. In this thesis, one-dimensional copper, i.e. nanowires are synthesized by a hydrothermal route and explored for their chemical, electrical, catalytic and plasmonic properties with highlighted advantages, benefited from their size and shape compared to thin film and bulk copper. Characterization of copper nanowires and their native oxides were performed using a number of analytical techniques such as X-ray photoelectron and Auger spectroscopy, Raman spectroscopy, X-ray diffraction as well as scanning probe and electron microscopy techniques to elucidate the oxidation mechanism and to assess the feasibility of the oxidized materials for various applications. A few atomic layers of cuprous oxide seem to form on the surface of the nanowires instantly, maybe already during synthesis, which then slowly grows further when exposing the nanowires to ambient air leading to the appearance of cupric oxide as well. Because of the surface oxides, individual nanowires and their bundled networks exhibit semiconducting behavior, which complicates the direct use of such materials for interconnections in electronics. However, even with the presence of native oxides, copper nanowires hold promise in many other applications such as the ones explored here for plasmonics and heterogeneous catalysis. As demonstrated in this work, surface plasmon absorption properties of the nanowires can be exploited for chemical sensing of surface adsorbed molecules (model compound Rhodamine 6G) by efficiently amplifying its Raman spectrum without using any lithographically defined sensor template. Further, it is shown that phenol contamination in water may be efficiently eliminated by converting it to nontoxic polyphenol as well as to CO2 owing to the highly efficient catalytic property of the mixed oxide phases on the surface of the nanowires. The results published in this thesis contribute to the understanding of the chemical and physical behavior of copper nanowires and other low dimensional copper nanostructures that undergo rapid surface oxidation. / Tiivistelmä Jatkuva elektronisten laitteiden ja anturien pienentäminen on hyvin linjassa teknologian kehittymisen kanssa. Pyrkimys monitoimisiin ja tehokkaisiin materiaaleihin on muuttanut tavanomaisten materiaalien käsitystä. Viimeisimmät edistysaskeleet materiaalisynteesissä ovat johtaneet edullisen kuparin uudelleenlöytämiseen sen yksi- ja kaksidimensionaalisissa muodoissa ennustaen metallille uusia sovellutuksia alueilla, joissa sitä ei ole aiemmin hyödynnetty. Tässä väitöstyössä on tutkittu hydrotermisesti syntetisoitujen yksiulotteisten kuparinanojohtimien kemiallisia, sähköisiä, katalyyttisiä ja plasmonisia ominaisuuksia sekä näiden pieneen kokoon ja muotoon perustuvia etuoja ohutkalvo- ja bulkkikupariin verrattuna. Kuparinanojohtimia ja niiden luonnollisia oksideja karakterisoitiin useilla analyysitekniikoilla kuten röntgenelektroni- ja Auger-eletronispektroskopialla, Raman-spektroskopialla, röntgendiffraktiolla sekä pyyhkäisykärki- ja elektronimikroskopialla selvittäen hapettumismekanismeja ja oksidien soveltuvuutta eri käyttötarkoituksiin. Muutaman atomikerroksen paksuinen kupari(I)oksidikerros havaittiin muodostuvan välittömästi, luultavasti jo materiaalisynteesin aikana nanojohtimien pinnalle. Nanojohtimien altistuessa ympäröivälle ilmalle oksidikerros kehittyi hitaasti johtaen kupari(II)oksidin muodostumiseen. Pintaoksidien johdosta yksittäiset nanojohtimet ja niistä yhteenkasautuneet verkostot käyttäytyvät puolijohdemaisesti mikä monimutkaistaa näiden materiaalien käyttöä sellaisenaan elektroniikan johtimissa. Luonnollisista oksideista huolimatta kuparinanojohtimet ovat lupaavia monissa muissa sovelluksissa, kuten tässä työssä tutkituissa plasmonisessa ja heterogeenisessä katalyysissä. Väitöstyössä osoitetaan, että nanojohtimen pintaplasmonisia absorptio-ominaisuuksia voidaan hyödyntää pintaan absorboituneiden molekyylien kemiallisessa havainnoinnissa (mallinnettu yhdiste rodamiini 6G) vahvistamalla Raman–spektriä käyttämättä lainkaan litografiapohjaista anturisapluunaa. Myöskin vesien fenolikontaminaatio voidaan tehokkaasti muuntaa myrkyttömiksi polyfenoleiksi ja hiiidioksidiksi hyödyntämällä nanojohtimien pinnalla olevia oksideja tehokkaana katalyyttinä (jopa parempi kuin kaupallisten kupariin pohjautuvat katalyytit). Tässä väitöstyössä julkaistut tulokset edistävät kuparinanojohtimien sekä muiden pienikokoisten ja nopeasti hapettuvien kuparinanorakenteiden kemiallisen ja fyysisen käytöksen ymmärtämistä. Tieteellisten kehitysaskeleiden lisäksi tämä väitöstyö voi myös toimia lähteenä pienirakenteisten yleisten metallien sovelluksille.

Abstract The lithospheric conductivity in the westernmost Fennoscandia has been studied using magnetotelluric (MT) data. The western margin of Fennoscandia was significantly affected in Paleozoic by the Caledonian orogeny and later by the rifting of Laurentia and the opening of the Atlantic Ocean c. 80 Ma ago. Magnetotelluric studies have been carried out in two target areas in southern Norway and in western Fennoscandia. The first study resulted in 2-D geoelectric models of two profiles stretching from Oslo to the Norwegian coast. The interpretation suggests that the basement is in general very resistive with a few conductive upper crustal layers, representing the alum shales, and middle crustal conductors possibly imaging the remnants of the closed ocean basins. A more extensive MT study was performed within the project "Magnetotellurics in the Scandes". Measurements were carried in summers of 2011 to 2013, resulting in an array of 279 MT sites. The data allowed us to derive 2-D geoelectric models for the crust and upper mantle as well as 3-D models for the crust. The inversions revealed a resistive upper crust and a conductive lower crust, two upper crustal conductors in the Skellefteå and Kittilä districts, highly conducting alum shales in the Caledonides and a conductive upper crust beneath the Lofoten peninsula. The thickness of the lithosphere is around 200 km in the north and 300 km in the south-west. The Palaeoproterozoic lithosphere is the thickest, not the Archaean, on contrary to a generally accepted hypothesis. A better image of the lithosphere will help to evaluate the proposed mechanisms of the exhumation of the Scandinavian Mountains. The theoretical part of this study is the development of a new multi-resolution approach to 3-D electromagnetic (EM) modelling. Three-dimensional modelling of MT data requires enormous computational resources because of the huge number of data and model parameters. The development of the multi-resolution forward solver is based on the fact that a finer grid resolution is often required near the surface. On the other hand, the EM fields propagate in a diffusive manner and can be sufficiently well described on a grid that becomes coarser with depth. Tests showed that the total run time can be reduced by five times and the memory requirements by three times compared with the standard staggered grid forward solver. / Tiivistelmä Olemme tutkineet litosfäärin sähkönjohtavuutta Fennoskandian länsiosassa magnetotelluurisen (MT) menetelmän avulla. Fennoskandian länsireuna muokkautui merkittävästi paleotsooisena aikana Kaledonidien vuorijonopoimutuksessa sekä myöhemmin mesotsooisena aikana Laurentia-mantereen repeytyessä ja Atlantin valtameren syntyessä noin 80 miljoonaa vuotta sitten. MT-tutkimukset tehtiin Etelä-Norjassa ja Fennoskandian luoteisosassa. Ensimmäisessä tutkimuksessa kallioperän sähkönjohtavuutta kuvattiin kaksiulotteisilla (2-D) johtavuusmalleilla, jotka ulottuvat Oslosta Norjan rannikolle. Mallien tulkinta viittaa siihen, että maan kuori on pääosin hyvin eristävä lukuun ottamatta muutamaa kuoren ylä- ja keskiosassa olevaa johdekerrosta. Yläkuoren johteet edustavat alunaliuskeita ja keskikuoren johteet todennäköisesti suljetuissa merialtaissa syntyneitä hiilipitoisia sedimenttikerrostumia. Laajempi MT-tutkimus tehtiin ”Magnetotellurics in the Scandes” -hankkeessa. Mittauksia tehtiin 279 mittauspisteessä kesinä 2011–2013. Saadun aineiston avulla voitiin laatia 2-D inversiomallit kuoresta ja ylävaipasta sekä 3-D inversiomalli kuoresta. Tulosten mukaan täällä kuoren yläosa on eristävä kun taas kuoren alaosa on sähköä hyvin johtava. Edellisen lisäksi malleissa näkyy yläkuoren johtavat muodostumat Skellefteån ja Kittilän alueilla, korkean johtavuuden alunaliuskeet Kaledonidien alueella sekä johde Lofoottien alla. Litosfäärin paksuus on noin 200 km mittausverkon pohjoisosassa ja noin 300 km lounaassa. Tämän mukaan litosfääri on paksuin varhaisproterotsooisen litosfäärin alueella, ei arkeeisen litosfäärin alueella vastoin yleistä hypoteesia. Tutkimuksen teoreettisessa osassa kehitettiin sähkömagneettiseen mallinnukseen uusi monitasoiseen diskretisointiin perustuva menetelmä. MT-aineiston 3-D käänteisongelman ratkaisu ja siihen liittyvä suora mallintaminen vaativat suuren laskennallisen kapasiteetin, koska havaintojen ja mallin kuvaamiseen tarvittavien parametrien määrä on erittäin suuri. Moniresoluutio-algoritmi perustuu siihen, että mallin hienojakoisempaa diskretisointia tarvitaan yleensä lähellä maan pintaa kun taas syvemmälle edettäessä, sähkömagneettisen aallon diffuusin etenemisen vuoksi, malli voi olla karkeampi. Tietokonesimulaatioiden mukaan suoritusaika on viidennes ja muistitarve kolmannes verrattuna tavanomaiseen suoran laskennan ”staggered grid” -diskretisointiin.

Abstract The production and use of electrical and electronic equipment (EEE) have significantly increased during the last three decades due to technological innovations and new applications of EEE. Fast technological progress, EEE becoming a part of everyday life and rising incomes have led to the situation where EEE are more replaceable than ever causing the rapid growth of waste electrical and electronic equipment (WEEE). In order to reduce negative environmental and health impacts and to improve the recovery of valuable substances from WEEE, the European Union has implemented Directives related to EEE. In this thesis, the national implementation of the WEEE Directive and the development of the WEEE recovery infrastructure in Finland were studied. Furthermore, consumers’ awareness and perceptions toward the WEEE recovery system were assessed through a survey conducted in the Oulu region. Finally, the role of consumer behaviour in storing electronics at home and its impact on the realisation of the waste hierarchy were considered. Results indicate that the implementation of the WEEE Directive has succeeded in Finland. The legislative basis and functional WEEE recovery system with high collection and recovery rates have been enacted within a few years. The study revealed that consumers’ awareness of the importance and existence of WEEE recovery system is high among the residents in Oulu; however, the high storing rates of mobile phones indicate that the proximity and the convenience of the WEEE recovery system are inadequate to motivate the return of small WEEE. Analysing the lifespan of electronics indicates that stockpiling deprives the re-use potential of mobile phones and thus hinders waste prevention. Storage also delays the return of valuable substances for recycling and risks the realisation of the waste management hierarchy. It is concluded that education and awareness raising will continue to be a crucial element in the progress towards a more environmentally conscious WEEE recovery in Finland. / Tiivistelmä Sähkö- ja elektroniikkalaitteiden (SE-laitteiden) tuotanto ja käyttö ovat kasvaneet merkittävästi viime vuosikymmenten aikana uusien teknologisten ratkaisujen ja sovellusten myötä. Nopea teknologinen kehitys, SE-laitteiden jokapäiväistyminen sekä elintason nousu ovat johtaneet tilanteeseen, jossa ne ovat helpommin vaihdettavissa kuin koskaan aikaisemmin. Tämän seurauksena myös sähkö- ja elektroniikkaromun (SE-romu, SER) määrä on nopeassa kasvussa. Vähentääkseen SE-romun aiheuttamia haitallisia ympäristö- ja terveysvaikutuksia sekä tehostaakseen hyödyllisten materiaalien talteenottoa SE-romusta Euroopan Unioni on ottanut käyttöön sähkö- ja elektroniikkalaitteisiin liittyviä direktiivejä. Tässä väitöskirjatutkimuksessa on tarkasteltu SER-direktiivin kansallista käyttöönottoa ja keräysverkoston kehittymistä Suomessa. Lisäksi kuluttajakäsitystä ja -tietoisuutta arvioitiin Oulun alueella toteutetulla kyselytutkimuksella. Työssä on arvioitu myös kuluttajien roolia käytöstä poistettujen SE-laitteiden kotivarastoinnissa ja sen vaikutuksia jätehierarkian toteutumiseen. Tulokset osoittavat, että kansallinen implementointi on onnistunut Suomessa; kansallinen lainsäädännöllinen perusta ja toimiva keräysjärjestelmä on saavutettu vain muutamassa vuodessa. Tutkimuksesta selviää, että kuluttajatietoisuus keräysjärjestelmän tärkeydestä ja sen olemassaolosta on hyvällä tasolla; matkapuhelinten korkea säilytysaste kotitalouksissa viittaa kuitenkin nykyisen järjestelmän riittämättömyyteen motivoida kuluttajia palauttamaan pientä SE-romua keräysjärjestelmään. SE-laitteiden elinkaaren vaikutusten tarkastelu osoittaa, että varastointi estää matkapuhelinten uudelleenkäyttöä ja estää jätteen synnyn ehkäisyä. Lisäksi se viivästyttää hyödyllisten materiaalien palautumista kierrätykseen vaarantaen myös jätehierarkian toteutumisen. Siksi koulutus ja tietoisuuden lisääminen ovat tärkeässä roolissa ympäristömyötäisemmän keräysjärjestelmän saavuttamiseksi Suomessa.

Abstract Several anaesthetics are able to induce a burst-suppression (B-S) pattern in the electroencephalogram (EEG) during deep levels of anaesthesia. A burst-suppression pattern consists of alternating high amplitude bursts and periods of suppressed background activity. All monitors measuring the adequacy of anaesthesia recognize the EEG B-S as one criterion. A better understanding of EEG burst-suppression is important in understanding the mechanisms of anaesthesia. The aim of the study was to acquire a more comprehensive understanding of the function of neural pathways during deep anaesthesia. The thesis is comprised of four prospective clinical studies with EEG recordings from 64 patients, and of one experimental study of a porcine model of epilepsy with EEG registrations together with BOLD fMRI during isoflurane anaesthesia (II). In study I, somatosensory cortical evoked responses to median nerve stimulation were studied under sevoflurane anaesthesia at EEG B-S levels. In study III, The EEGs of three Parkinson`s patients were observed to describe the characteristics of B-S during propofol anaesthesia using scalp electrodes and depth electrodes in the subthalamic nucleus. In study IV, EEG topography was observed in 20 healthy children under anaesthesia mask induction with sevoflurane. Twenty male patients were randomized to either controlled hyperventilation or spontaneous breathing groups for anaesthesia mask induction with sevoflurane in study V. EEG alterations in relation to haemodynamic responses were examined in studies IV and V. Somatosensory information reached the cortex even during deep anaesthesia at EEG burst-suppression level. Further processing of these impulses in the cortex was suppressed. The EEG slow wave oscillations were synchronous over the entire cerebral cortex, while spindles and sharp waves were produced by the sensorimotor cortex. The development of focal epileptic activity could be detected as a BOLD signal increase, which preceded the EEG spike activity. The epileptogenic property of sevoflurane used at high concentrations especially during hyperventilation but also during spontaneous breathing together with heart rate increase, was confirmed in healthy children and male. Spike- and polyspike waveforms concentrated in a multifocal manner frontocentrally. / Tiivistelmä Useat anestesia-aineet pystyvät aiheuttamaan aivosähkökäyrän (EEG) purskevaimentuman syvän anestesian aikana. Purskevaimentuma koostuu EEG:n suuriamplitudisten purskeiden sekä vaimentuneen taustatoiminnan vaihtelusta. Kaikkien anestesian syvyyttä mittaavien valvontalaitteiden toiminta perustuu osaltaan EEG:n purskevaimentuman tunnistamiseen. Tämän ilmiön parempi tunteminen on tärkeää anestesiamekanismien ymmärtämiseksi. Tutkimuksen päämääränä oli saada kattavampi käsitys hermoratojen toiminnasta syvässä anestesiassa. Väitöskirjatyö koostuu neljästä prospektiivisesta yhteensä 64 potilaan EEG-rekisteröinnit sisältävästä tutkimuksesta sekä yhdestä kokeellisen epilepsiatutkimuksen koe-eläintyöstä, jossa porsailla käytettiin isofluraanianestesiassa sekä EEG-rekisteröintejä sekä että magneettikuvantamista (fMRI) samanaikaisesti (II). Ensimmäisessä osatyössä tutkittiin keskihermon stimulaation aiheuttamia somatosensorisia herätepotentiaaleja aivokuorella EEG:n purskevaimentumatasolla sevofluraanianestesian aikana. Kolmannessa osatyössä selvitettiin propofolianestesian aiheuttamaa EEG:n purskevaimentumaa kolmelta Parkinsonin tautia sairastavalta potilaalta käyttäen sekä pintaelektrodien että subtalamisen aivotumakkeen syväelektrodien rekisteröintejä. Neljännessä osatyössä tutkittiin EEG:n topografiaa 20:llä terveeellä lapsella indusoimalla anestesia sevofluraanilla. Kaksikymmentä miespotilasta nukutettiin sevofluraanilla ja heidät satunnaistettiin joko kontrolloidun hyperventilaation tai spontaanin hengityksen ryhmiin osatyössä V. EEG-muutoksia sekä niiden yhteyttä verenkiertovasteisiin selviteltiin molemmissa osatöissä IV ja V. Omasta kehosta tuleviin tuntoärsykkeisiin liittyvä somatosensorinen informaatio saavutti aivokuoren myös syvässä EEG:n purskevaimentumatasoisessa anestesiassa. Impulssien jatkokäsittely aivokuorella oli kuitenkin estynyt. EEG:n hidasaaltotoiminta oli synkronista koko aivokuoren alueella, sen sijaan unisukkulat ja terävät aallot paikantuivat sensorimotoriselle aivokuorelle. Paikallisen epileptisen toiminnan kehittyminen oli mahdollista havaita jo ennen piikikkäiden EEG:n aaltomuotojen ilmaantumista edeltävänä BOLD-ilmiöön liittyvänä aivoverenkierron lisääntymisenä. Sevofluraanin epileptogeenisyys varmistui erityisesti hyperventilaation, mutta myös spontaanin hengityksen yhteydessä ja näihin liittyi sykkeen nousu sekä terveillä lapsilla että miehillä. Piikkejä ja monipiikkejä käsittävien aaltomuotojen keskittymistä esiintyi otsalohkon keskialueilla.

Detta examensarbete är utfört åt YIT Sverige AB som önskade hjälp med att dokumentera byggnader i kvarteret Sliparen på Butängen i Norrköping. Det fanns tidigare inga ritningar på byggnaderna som var användbara. Byggnaderna är relativt gamla och det är många rum som användes som förråd. Arbetet resulterade i uppdaterade ritningar inklusive ett huvudledningsschema över elanläggningen. Denna dokumentation kommer vara till stor nytta för andra personal som ska arbeta på platsen. Med korrekt och uppdaterad dokumentation kommer deras arbete i kvarteret underlättas betydligt. Därutöver gjordes även en mindre elsäkerhetsutredning för byggnaderna. Ett antal brister i elanläggningen noterades vid besök i byggnaderna. De olika elansvaren har utretts också.

Το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η κατασκευή ενός πλήρους αυτοματοποιημένου συστήματος παραγωγής και παροχής ηλεκτρικών τάσεων με τη χρήση Προγραμματιζόμενου Λογικού Ελεγκτή (PLC) και συστήματος εποπτικού ελέγχου και συλλογής πληροφοριών (SCADA). Το σύστημα βρίσκεται στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών. Ο αρχικός σχεδιασμός και υλοποίηση του συστήματος έγινε το 1987 από την εταιρία ΑSEA BROWN BOVERI (ABB). Με την πάροδο του χρόνου εμφανίστηκαν βασικά λειτουργικά προβλήματα τα οποία σε συνδυασμό με την ανύπαρκτη τεχνική υποστήριξη οδήγησαν στην προβληματική λειτουργία και σταδιακά στην κατάρρευση του συστήματος. Στην πορεία λειτούργησαν κάποιες παροχές (Ε1 και Ε3) μέσω κονσόλας κλασικού αυτοματισμού με μπουτόν. Έτσι, με την πρωτοβουλία του Καθηγητή Δρ. -Μηχανικού κου Αθανασίου Ν. Σαφάκα ανατέθηκαν 7 διπλωματικές εργασίες σε φοιτητές του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστημίου Πατρών, οι οποίες είχαν ως στόχο την επαναλειτουργία του αρχικά αυτοματοποιημένου συστήματος, με χρήση Προγραμματιζόμενων Λογικών Ελεγκτών τελευταίας γενιάς. Για την πραγματοποίηση του έργου αυτού, το σύστημα μελετήθηκε εκτενώς, καταγράφηκαν όλα τα στοιχεία του και επαναλειτούργησε, σταδιακά, σε τρεις φάσεις ανάθεσης διπλωματικών εργασιών. Συγκεκριμένα πρόκειται για την παραγωγή 10 διαφορετικών τύπων τάσεων σε 12 εργαστηριακές θέσεις. Στην 3η φάση υλοποίησης και ολοκλήρωσης του έργου, όπου εντάσσεται και αυτή η διπλωματική, υλοποιήθηκαν οι εξής παροχές: • Ε6 = 0V…230V DC • Ε7 = 0V…230V DC • Ε8 = 0V…500V DC • Ε9 = 149V…450V DC • Ε10 = 150V…500V AC, 15…100Hz Πρόκειται για μεταβλητές τάσεις που παράγονται από ζεύγη ηλεκτρικών μηχανών. Οι μηχανές αυτές βρίσκονται στο υπόγειο του Εργαστηρίου Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας και ο χειρισμός τους γίνεται από ένα φιλικό ως προς το χρήστη περιβάλλον μέσω ηλεκτρονικού υπολογιστή (σύστημα SCADA). Ο χειριστής δεν χρειάζεται να έχει ιδιαίτερες γνώσεις για να λειτουργήσει το όλο σύστημα διότι δεν έρχεται σε άμεση επαφή με τον Προγραμματιζόμενο Λογικό Ελεγκτή (PLC) , ο οποίος είναι υπεύθυνος για την σωστή λειτουργία του συστήματος. Ο χειριστής έρχεται μόνο σε επαφή με το σύστημα SCADA , το οποίο βασίζεται στο πρόγραμμα του PLC για να λειτουργήσει. Έτσι το σύστημα που υλοποιήθηκε παρέχει ασφαλιστικές δικλείδες για την αυτόματη αντιμετώπιση οποιουδήποτε είδους σφάλματος παρουσιαστεί (υλικού αλλά και χειρισμού) , προειδοποιητικά μηνύματα και καταγραφή ιστορικού βλαβών. Ουσιαστικά προλαμβάνει και αντιμετωπίζει το σφάλμα αλλά και το λάθος του χειριστή αυτόματα και ταχύτατα. Κάποια μέρη της εργασίας με ιδιαίτερο ενδιαφέρον είναι: για την διεκπεραίωση της παροχής Ε9 γίνεται παραλληλισμός σύγχρονης γεννήτριας στο δίκτυο αυτόματα μέσω του Προγραμματιζόμενου Λογικού Ελεγκτή. Επίσης δημιουργήθηκε ένας ομαλός εκκινητής (soft starter) για έλεγχο ασύγχρονης μηχανής εκμεταλλευόμενοι την παροχή Ε10. Όλες οι παροχές μπορούν να δοθούν στους εργαστηριακούς πάγκους για εκπαιδευτικούς αλλά και ερευνητικούς σκοπούς. Στην διπλωματική γίνεται εκτενή αναφορά στις παραπάνω παροχές ,στις συνδεσμολογίες που κάναμε ,στον προγραμματισμό του PLC καθώς και στο σύστημα SCADA που έρχεται σε επαφή ο χειριστής. / This diploma thesis’ objective was to create a fully automated electrical voltage production and supply system using Programmable Logical Controller (PLC) and Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA). This system is located in the Electromechanical Energy Conversion Laboratory of Electrical and Computer Engineering Department. The initial design and implementation of the system was in 1987 by ΑSEA BROWN BOVERI (ABB). The basic operational problems combined with little technical support led to the insufficient operation and gradually to the collapse of the system. Some supplies (E1 and E3) operated later on, using typical automation control with button console. So, Professor Dr.-Ing. Athanasios N. Safacas initiated the reoperation of the automated system with the use of new PLCs. For this purpose he assigned seven diploma thesis to the students of Electrical and Computer Engineering Department. To complete the project, the system had to be fully analyzed and its components fully registered. The project was finalized after three phases. The system includes 10 different types of electrical voltage in 12 different laboratory locations. During the third phase, that this diploma thesis is part of, the following supplies needed to be implemented : • Ε6 = 0V…230V DC • Ε7 = 0V…230V DC • Ε8 = 0V…500V DC • Ε9 = 149V…450V DC • Ε10 = 150V…500V AC, 15…100Hz These are variable voltage that are produced by electrical machine pairs. The machine are located at the basement of Electromechanical Energy Conversion Laboratory and they are operated by SCADA. The system is operated exclusively by SCADA ,so the operator doesn’t need to have special knowledge of the whole system. The system is secured against any error (hardware or operation) and offers warning messaging and saves error history. Some sections of great interest are: • The E9 supply operates through parallelism of synchronous generator with the energy network. This is achieved auto by the Programmable Logical Controller. • The E10 supply was used to provide a soft starter simulation in order to control the speed of asynchronous machine. In the diploma thesis includes all the information about the power supplies, the connections that were made, the PLC programming and the making of the SCADA system.

Thesis (MScEng) -- Stellenbosch University , 2001. / ENGLISH ABSTRACT: In an effort to improve the fuel efficiency and to reduce emission levels of automobiles, the development of Hybrid Electrical Vehicles (HEVs) has been a major focus area of the automotive industry. The Centre of Automotive Engineering (CAE) at the University of Stellenbosch in conjunction with the Electric and Industrial Engineering Departments are currently developing an HEV. For this thesis, however, the focus is limited to the utilization of Pulsating Heat Pipes (PHPs) for the purpose of the thermal management and control of HEV components. As part of the study of PHPs a theoretical model is developed to simulate the heat transfer rate of PHPs. Several experiments were devised to assist in the understanding of the operating principles of PHPs. An experiment was conducted to determine the average thickness of the liquid film deposited at the trailing end of a liquid plug as it moves down a vertically orientated glass capillary tube under gravity. It was found that the average liquid film thickness varied between 100 and 200 |im for water. The movement of a liquid plug in a vertically orientated U-shaped capillary tube due to gravity and heat transfer was experimentally investigated. It was possible to observe the deposition and the evaporation of a liquid film at the trailing end of the liquid plug with the naked eye. The movement of the liquid plug was then theoretically determined and compared to the experimental results. The theoretical model did not predict the exact movement of the liquid plug but the final steady state values was predicted within 7.39%. The movement of a liquid plug in a horizontally orientated straight capillary tube was experimentally investigated. It was noticed that the plug exhibited a wide variety of movement ranging from irregular oscillations with amplitudes of ~ 50 mm to more steady oscillations with amplitudes of ~ 1 mm. Again it was possible to observe the deposition and evaporation of a liquid film at the trailing end of the liquid plug with the naked eye. A PHP was manufactured using glass and filled with pentane as the working fluid. This made it possible to visually observe the fluid motion inside the PHP. It was found that the liquid plugs moved in an irregular oscillatory manner. It was also observed that two plugs Stellenbosch University http://scholar.sun.ac.za/ sometimes coalesce to form a single plug and that a plug can split up to form two separate plugs. The heat transfer rate was determined for a stainless steel closed end PHP and an aluminium closed loop PHP for different working fluids, power inputs, filling ratios and inclination angles. It was found that the overall heat transfer coefficient varied between 100 and 500 W/m K for the stainless steel closed end PHP using water. The overall heat transfer coefficient varied between 0 and 400 W/m2K for the aluminium closed loop PHP using water. It was found that the stainless steel closed end PHP with ammonia as working fluid was not able to transfer heat in the top heat mode. The inside diameter of the tube (3.34 mm) exceeds the required diameter of 2.96 mm which prevents liquid plugs and vapour bubbles to form causing the PHP to operate similarly to a thermosyphon. The overall heat transfer coefficient varied between 170 and 3000 W/m2K. It is concluded that the experimentally determined heat transfer coefficients can be used to design similar PHPs in the future. The theoretical model was used to predict the heat transfer rate of the stainless steel closed end PHP. The experimental heat transfer rate in the top heat mode was 61 W compared to 60 W predicted by the theoretical model. In the bottom heat mode the experimental heat transfer rate was 63 W compared to the predicted value of 90 W. The theoretical model currently only caters for closed end PHPs. It is recommended that the model be extended to include closed loop PHPs. The internal diameter of the PHPs is too great for ammonia to be used as working fluid. It is recommended that a PHP be constructed with dt < 2.5 mm to allow for ammonia to be used as working fluid. Concepts were generated for the thermal management of selected HEV components. A concept was developed for the thermal management of the HEV batteries. It was found that a Stereo-type heat lane can provide promising solutions for the thermal management of Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBTs). / AFRIKAANSE OPSOMMING: In ‘n poging om voertuie se brandstof-benuttingsgraad te verbeter en die vlakke van uitlaatgasse te verminder word daar deur die motorvoertuigindustrie gefokus op die ontwikkeling van ‘n Hibriede Elektriese Voertuig (HEV). Die Centre of Automotive Engineering (CAE) aan die Universiteit van Stellenbosch in samewerking met die Elektriese - en Bedryfsingenieurswese Departemente is tans besig met die ontwikkeling van ‘n HEV. Die fokus van hierdie tesis is egter beperk tot die gebruik van Pulserende Hittepype (PHPe) vir die doel van die termiese beheer van HEV komponente. As deel van die studie van PHPe is ‘n teoretiese model ontwikkel waarmee die warmte oordragstempo van PHPe simuleer kan word. Verskeie eksperimente is prakseer om die beginsels waarvolgens PHPe werk, beter te verstaan. ‘n Eksperiment was uitgevoer om die gemiddelde dikte van die vloeistof-film wat gedeponeer word by die agterkant van ‘n vloeistofprop wat in ‘n vertikaal georienteerde kapillere pypie onderworpe aan gravitasie, beweeg. Dit was gevind gewees dat die gemiddelde dikte van die vloeistof-film het gewissel tussen 100 en 200 (im vir water. Die beweging van ‘n vloeistofprop in ‘n vertikaal georienteerde U-vormige kapillere pyp as gevolg van gravitasie en warmte-oordrag was eksperimenteel ondersoek. Dit was moontlik gewees om die deponering en verdamping van ‘n vloeistof-film by die agterkant van die vloeistofprop met die oog te sien. Die beweging van die vloeistofprop was teoreties bepaal en vergelyk met die eksperimentele resultate. Die teoretiese resultate het nie die presiese beweging van die vloeistofprop voorspel nie maar die finale gestadigde posisie was voorspel binne 7.39%. Die beweging van ‘n vloeistofprop in ‘n horisontaal georienteerde reguit kapillere pyp was eksperimenteel bestudeer. ‘n Wye verskeidenheid van beweging van die vloeistofprop was waargeneem wat wissel van onreelmatige ossilasies met amplitudes van ~ 50 mm tot meer reelmatige ossilasies met amplitudes van ~ 1 mm. Die deponering en verdamping van die vloeistof-film by die agterkant van die vloeistofprop was weereens met die oog waargeneem. ‘n PHP was van glas vervaardig en met pentaan gevul as die vloeier. Dit het dit moontlik gemaak om die vloeistofbeweging binne die PHP visueel waar te neem. Dit was gevind gewees dat die vloeistofproppe in ‘n onreelmatige ossilerende wyse beweeg. Dit was ook waargeneem dat twee vloeistofproppe somtyds saamsmelt om een vloeistofprop te vorm en dat ‘n vloeistrofprop kan opbreek om twee aparte vloeistofproppe te vorm. Die warmte oordragstempo was bepaal van ‘n vlekvrye-staal geslote ent PHP en van ‘n aluminium geslote lus PHP vir verskillende vloeiers, drywing insette, vulverhoudings en inklinasie hoeke. Die algehele warmte oordragskoeffisient was tussen 100 en 500 W/m2K vir die vlekvrye-staal geslote end PHP gevul met water en tussen 0 en 400 W/m2K vir die geslote lus aluminium PHP gevul met water. Dit was gevind gewees dat die vlekvrye-staal geslote ent PHP gevul met ammoniak nie in staat was om warmte oor te dra in die boonste verhittingsmodus nie. Die binnediamter van die pyp (3.34 mm) is groter as die vereiste diameter van 2.96 mm wat verhoed dat vloeistofproppe en gasborrels gevorm word wat veroordaak dat die PHP soortgelyk aan ‘n termoheuwel werk. Die algehele warmte oordragskoeffisient was tussen 170 en 3000 W/m2K. Die eksperimentele bepaalde waardes vir die warmte oordragskoeffisiente kan gebruik word vir ontwerpdoeleindes van soortgelyke PHPe in die toekoms. Die toeretiese model was aangewend om die warmte oordragstempo van die vlekvrye staal geslote end PHP te bepaal. Die eksperimentele warmte oordragstempo in die boonste verhittingsmodus was 61 W in vergeleke met die teoretiese waarde van 60 W. In die onderste verhittingsmodus was die eksperimentele warmte oordragstempo 63 W in vergeleke met die voorspelde waarde van 90 W. Die teoretiese model kan huidiglik slegs geslote ent PHPe simuleer. Dit word aanbeveel dat die model uitgebrei word sodat dit geslote lus PHPe ook kan simuleer. Die binne diameter van die PHPe is te groot om ammoniak te gebruik as vloeier. Dit word aanbeveel dat ‘n PHP vervaardig word met d, < 2.5 mm sodat ammoniak ook gebruik kan word as vloeier. Verskeie konsepte was gegenereer vir die termiese beheer van geselekteerde HEV komponente. ‘n Konsep was ontwikkel vir die termiese beheer van die HEV batterye. Dit was gevind gewees dat ‘n Stereo-type heat lane belowende oplossings kan bied vir die termiese beheer van Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBTs).

Thesis (MScMedSc)--Stellenbosch University, 2015. / ENGLISH ABSTRACT: Swallowing disorders are prevalent in many elderly individuals and are common amongst individuals suffering from neurological diseases. These individuals are affected from slight swallowing difficulty to total swallowing inability. In severe cases this may cause aspiration pneumonia, dehydration, malnutrition and ultimately death. Swallowing disorders can be diagnosed and treated to increase quality of life. New treatment strategies to understand the pathophysiology and impaired swallowing response are needed. Neuromuscular electrical stimulation is used as rehabilitation method in various disciplines. This method of rehabilitation of physiological dysfunction is used in treating swallowing disorders and has become a focus for current research. To understand the effect of electrical stimulation to the swallowing centre it is proposed to study its mechanism on normal swallowing musculature. The outcome of the effect that electrical stimulation has on healthy individuals may possibly be used to extrapolate to clinical settings and its benefit for modern dysphagia rehabilitation. The purpose of this study was to report on the hyo-laryngeal movement pattern of young healthy, male and female, individuals and to measure the effect of a single neuromuscular electrical stimulation session on the hyo-laryngeal complex of 22 young healthy individuals. Lastly, the aim was to determine the detraining or lasting effect on the hyo-laryngeal swallowing complex of a single neuromuscular electrical stimulation session. The study reported on baseline hyo-laryngeal complex movement patterns by measuring the anterior movement and elevation of the hyo-laryngeal complex through the use of videofluoroscopy swallow study. Analysis of these measurements where done to report on the effect of electrical stimulation on the hyo-laryngeal complex movement pattern pre- and post- electrical stimulation. Significant changes were revealed with elevation of the hyo-laryngeal complex, however no significant effects could be found with anterior movement of the hyo-laryngeal complex pre- and post- electrical stimulation. It was found that elevation of the hyo-laryngeal complex lowered after a single electrical stimulation session. The hyo-laryngeal complex movement pattern remained similar between genders. Lastly it was found that a single electrical stimulation session showed significant reversibility towards baseline levels. This might be related to muscle fatigue and one would need to take into account muscle recovery for future research. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Sluk versteurings is algemeen onder bejaardes asook individue wat ly aan neurologiese siektes. Hierdie individue word geaffekteer deur matige sluk probleme tot totale sluk onvermoë. In ernstige gevalle kan dit aanleiding gee tot aspirasie longontsteking, dehidrasie, wanvoeding en selfs dood. Sluk versteurings kan gediagnoseer en behandel word om die kwaliteit van lewe te verbeter. Dit is daarom noodsaaklik om die patofisiologiese en verswakte sluk reaksie te verstaan om sodoende nuwe behandeling strategieë te ontwikkel. Neuromuskulêre elektriese stimulasie word gebruik as rehabilitasie tegniek in verskeie dissiplines. Hierdie metode van behandeling van fisiologiese disfunksie word ook gebruik in die behandeling van sluk afwykings en geniet tans baie navorsings aandag. Om die effek van elektriese stimulasie op die sluk sentrum te verstaan word dit dus voorgestel dat die meganisme op die normale sluk spierstelsel bestudeer word. Hierdie bevindinge kan dus moontlik toegepas word op persone met sluk afwykings en sodoende meer effektiewe rehabilitasie tegnieke bevorder. Die doel van hierdie studie was om die effek op die hyo-laringeale bewegings patroon van jong, gesonde, manlike en vroulike individue te bestudeer, asook om verslag te doen oor die uitwerking van 'n enkele neuromuskulêre elektriese stimulasie sessie op die hyo-laringeale kompleks van 22 jong, gesonde individue. Laastens was die doel van hierdie studie ook om die blywende effek van 'n enkele sessie neuromuskulêre elektriese stimulasie op die sluk sentrum te bepaal. Die studie het basislyn hyo-laringeale kompleks bewegings patrone gerapporteer deur die voorwaartse asook opwaartse beweging van die hyo-laringeale kompleks te meet deur gebruik te maak van videofluoroskopie sluk studies. Ontleding van hierdie metings is gedoen om die uitwerking van elektriese stimulasie op die hyo-laringeale kompleks bewegings patroon voor en na elektriese stimulasie te bepaal. Beduidende veranderinge is in die opwaartse beweging van die hyo-laringeale kompleks gevind, alhoewel geen veranderinge gevind is in die voorwaartse beweging van die hyo-laringeale kompleks voor en na elektriese stimulasie nie. Daar is vasgestel dat die opwaartse beweging van die hyo-laringeale kompleks verlaag het na 'n enkele elektriese stimulasie sessie. Verder het die hyo-laringeale kompleks bewegings patroon geen beduidende verskille tussen geslagte getoon nie. Laastens is bevind dat 'n enkele elektriese stimulasie sessie beduidende omkeerbaarheid terug na basislyn vlakke van beweging toon. Dit kan verband hou met die uitputting van die hyo-laringeale spiere as gevolg van die elektriese stimulasie en toekomstige navorsing sal dus uitputting, asook die tempo van herstel in ag moet neem.

Thesis (MScEng)--Stellenbosch University, 2012. / ENGLISH ABSTRACT: Energy efficiency and the move to renewable energy resources are of vital importance in growing profitable and sustainable economies. In recent years, greater emphasis has been placed on institutions, companies and individuals to reduce their electrical energy demand through energy management. In an attempt to reduce the demand, the electrical power utility in South Africa, Eskom, has introduced Demand Side Management programs and substantial increases in electricity tariffs. In addition to these, tax incentives have been offered to help off-set the capital costs associated with the investments made in replacing old electrical equipment with new electrically efficient equipment. Thus the need for accurate Measurement and Verification of electrical energy demand reduction, to substantiate fiscal claims, has become imperative. The main purpose of Measurement and Verification is to investigate the actual monetary performance of an energy savings project. Energy savings assessments, based on purely deterministic baseline demand, do not adequately represent the statistical nature of the savings impacts of many practical load systems, as disclosed in a reporting period. This thesis presents the development of a generic probabilistic methodology to determine the demand profiles of preand post-Energy Conservation Measures (ECMs) for practical load systems. The difference between the simulated demand of the pre- and post-ECMs for a particular set of variables represent the electrical demand impact. The electrical demand of the pre- and post-ECMs is defined in terms of Probability Density Functions, and derived using a multivariate kernel density estimation algorithm. The approach is tested using a simulation model of a waterheating geyser implemented in MATLAB. Three different ECMs are simulated using the geyser model and demand density estimation. The results of the demand impacts of the ECMs are presented and evaluated. With regards to possible future research this methodology could be applied to the evaluation of the demand impacts of heat pump technologies and solar water heaters. / AFRIKAANSE OPSOMMING: en die skuif na hernubare energiebronne is van deurslaggewende belang vir die ontwikkeling van winsgewende en volhoubare ekonomieë. Onlangs is meer klem geplaas op instansies, maatskappye en individue om hul aanvraag na energie te verminder met behulp van energiebestuur. In ‘n poging om die aanvraag te verlaag, het Eskom, Suid-Afrika se elektrisiteitsverskaffer, aansienlike elektrisiteitstariefverhogings ingelyf en Aanvraagbestuursprogramme van stapel gestuur. Bykomend hiertoe is belastingaansporings ook aangebied, waarteen kapitale kostes, geassosieer met die vervanging van ou elektriese toerusting met nuwe elektries doeltreffende toerusting, afgeset kan word. Derhalwe het die behoefte aan akkurate Meting en Verifikasie van elektriese energie aanvraagvermindering, om finansiële eise te staaf, noodsaaklik geword. Die hoofdoel van Meting en Verifikasie is om die werklike finansiële prestasie van energiebesparingsprojek te ondersoek soos bekend gemaak word tydens ’n verslagdoeningstydperk. Energiebesparingassesserings wat slegs gebaseer word op die suiwer deterministiese basislyn aanvraag na elektrisiteit, verteenwoordig nie die werklike statistiese aard van die besparingsimpakte van baie praktiese lasstelsels nie. Hierdie tesis stel die ontwikkeling van generiese waarskynlikheids-metodologie voor, om die voor- en na- Energiebesparings-maatreëls se aanvraagprofiele vir sulke praktiese lasstelsels, vas te stel. Die verskil tussen die gesimuleerde aanvraag van die voor- en na- Energiebesparings-maatreëls vir spesifieke stel veranderlikes verteenwoordig die elektriese aanvraag impak. Die voor- en na- Energiebesparings-maatreëls van die energieverbruik profieldata word gedefinieer in terme van Waarskynlikheidsdigtheidsfunksies en afgelei deur gebruik te maak van meerveranderlike kerndigtheidafskattingsalgoritme. Die benadering is getoets deur gebruik te maak van simuleringsmodel van warmwaterstelsel geïmplimenteer in MATLAB. Drie verskillende voor- en na- Energiebesparings-maatreëls is gesimuleer met behulp van die warmwaterstelselmodel en aanvraag digtheidafskatting. Die resultate van die elektriese aanvraag impakte van die voor- en na- Energiebesparings-maatreëls word vervolgens bespreek en geëvalueer. Met betrekking tot moontlike toekomstige navorsing kan hierdie metodologie toegepas word om die aanvraag impakte van hittepomp- en sonwaterverwarmingstegnologieë te evalueer.