Modelação da interacção entre um plasma de arco de alta pressão e cátodos refractários

Nesta dissertação apresento um estudo detalhado de vários aspectos da interacção entre um plasma de arco de alta pressão e cátodos refractários. Um modelo da camada de plasma junto ao cátodo num plasma sujeito a uma pressão da ordem de uma ou várias atmosferas é reconsiderado com base em recentes resultados teóricos. A física da camada de plasma junto ao cátodo é analisada para valores da queda de tensão na camada de plasma junto ao cátodo até 50V, de acordo com recentes resultados experimentais que mostram que a queda de tensão na camada de plasma junto ao cátodo numa descarga de arco de alta pressão pode atingir valores tão elevados. São identificados os mecanismos que originam a não monotonia da dependência da densidade de fluxo de energia (proveniente do plasma para a superfície do cátodo) em relação à temperatura da superfície do cátodo, para um valor fixo da queda de tensão junto ao cátodo. Uma descrição fechada da interacção plasma-cátodo é obtida por meio da resolução numérica do problema não linear com condições de fronteira para a distribuição da temperatura no interior do corpo do cátodo. São apresentados resultados da modelação numérica da descarga difusa nas condições de funcionamento de uma lâmpada de descarga experimental, sendo bom o acordo entre os resultados numéricos e os dados experimentais. Manchas solitárias num cátodo plano infinito e modos difuso e mancha axialmente simétricos em cátodos finitos de descargas de arco de alta pressão são estudados num grande intervalo de corrente. São analisados aspectos gerais e apresentados resultados numéricos referentes a cátodos de tungsténio planos e de forma cilíndrica a operar num plasma de argon à pressão atmosférica para correntes de arco até 100 kA. Émostrado, em particular, que a temperatura da superfície do cátodo no interior de uma mancha solitária varia relativamente pouco, podendo ser estimada com uma precisão de cerca de 200 − 300K sem ser necesário resolver a equação da condução térmica no corpo do cátodo. O comportamento assimptótico das soluções para um cátodo finito no caso limite de altas correntes é encontrado e confirmado pelos resultados numéricos. É confirmado um padrão geral das características tensão-corrente de vários modos de transferência de corrente em cátodos finitos sugerido previamente com base numa análise de bifurcações. É estudada a transição de modos mancha num cátodo finito no limite de cátodos de grandes dimensões para o modo mancha solitária num cátodo plano infinito. É estabelecido que o modo mancha solitária representa uma forma limite do modo mancha de alta tensão num cátodo finito. É considerada a questão da distinção entre modo difuso e modo mancha num cátodo finito. É desenvolvida uma abordagem para o cálculo de pontos de bifurcação nos quais soluções mancha tridimensionais bifurcam-se a partir de soluções que descrevem o modo difuso e modos mancha axialmente simétricos. Em particular, é calculado o primeiro ponto de bifurcação posicionado na solução que descreve o modo difuso e, por conseguinte, o seu limite de estabilidade, isto é, a corrente abaixo da qual o modo difuso torna-se instável. São apresentados os resultados da modelação numérica efectuada para o caso de um cátodo de tungsténio de forma cilíndrica a operar num plasma de alta pressão. É estudado o efeito produzido no limite de estabilidade pelas variações dos parâmetros de controle (dimensões do cátodo, função de trabalho do material do cátodo, tipo e pressão do gás que produz o plasma). Foi encontrado que o comportamento do limite de estabilidade sujeito a estas variações está em conformidade com as tendências observadas experimentalmente. Foi encontrado que o limite de estabilidade é muito mais sensível às variações dos parâmetros de controle do que as características tensão-corrente do modo difuso, sendo o efeito mais forte produzido pelas variações das dimensões do cátodo e da função de trabalho do material do cátodo. Este resultado está em conformidade com o facto experimental de que a transição difuso-mancha é de difícil reprodução.

Turbulence in collisionless plasmas: statistical analysis from numerical simulations with pressure anisotropy

In recent years, we have experienced increasing interest in the understanding of the physical properties of collisionless plasmas, mostly because of the large number of astrophysical environments (e. g. the intracluster medium (ICM)) containing magnetic fields that are strong enough to be coupled with the ionized gas and characterized by densities sufficiently low to prevent the pressure isotropization with respect to the magnetic line direction. Under these conditions, a new class of kinetic instabilities arises, such as firehose and mirror instabilities, which have been studied extensively in the literature. Their role in the turbulence evolution and cascade process in the presence of pressure anisotropy, however, is still unclear. In this work, we present the first statistical analysis of turbulence in collisionless plasmas using three-dimensional numerical simulations and solving double-isothermal magnetohydrodynamic equations with the Chew-Goldberger-Low laws closure (CGL-MHD). We study models with different initial conditions to account for the firehose and mirror instabilities and to obtain different turbulent regimes. We found that the CGL-MHD subsonic and supersonic turbulences show small differences compared to the MHD models in most cases. However, in the regimes of strong kinetic instabilities, the statistics, i.e. the probability distribution functions (PDFs) of density and velocity, are very different. In subsonic models, the instabilities cause an increase in the dispersion of density, while the dispersion of velocity is increased by a large factor in some cases. Moreover, the spectra of density and velocity show increased power at small scales explained by the high growth rate of the instabilities. Finally, we calculated the structure functions of velocity and density fluctuations in the local reference frame defined by the direction of magnetic lines. The results indicate that in some cases the instabilities significantly increase the anisotropy of fluctuations. These results, even though preliminary and restricted to very specific conditions, show that the physical properties of turbulence in collisionless plasmas, as those found in the ICM, may be very different from what has been largely believed.

Comparative electron temperature measurements of Thomson scattering and electron cyclotron emission diagnostics in TCABR plasmas

We present the first simultaneous measurements of the Thomson scattering and electron cyclotron emission radiometer diagnostics performed at TCABR tokamak with Alfven wave heating. The Thomson scattering diagnostic is an upgraded version of the one previously installed at the ISTTOK tokamak, while the electron cyclotron emission radiometer employs a heterodyne sweeping radiometer. For purely Ohmic discharges, the electron temperature measurements from both diagnostics are in good agreement. Additional Alfven wave heating does not affect the capability of the Thomson scattering diagnostic to measure the instantaneous electron temperature, whereas measurements from the electron cyclotron emission radiometer become underestimates of the actual temperature values. (C) 2010 American Institute of Physics. [doi:10.1063/1.3494379]

Alfveacuten continuum deformation by kinetic geodesic effect in rotating tokamak plasmas

Using a quasitoroidal set of coordinates with coaxial circular magnetic surfaces, Vlasov equation is solved for collisionless plasmas in drift approach and a perpendicular dielectric tensor is found for large aspect ratio tokamaks in a low frequency band. Taking into account plasma rotation and charge separation parallel electric field, it is found that an ion geodesic effect deform Alfveacuten wave continuum producing continuum minimum at the rational magnetic surfaces, which depends on the plasma rotation and poloidal mode numbers. In kinetic approach, the ion thermal motion defines the geodesic effect but the mode frequency also depends on electron temperature. A geodesic ion Alfveacuten mode predicted below the continuum minimum has a small Landau damping in plasmas with Maxwell distribution but the plasma rotation may drive instability.

Nonaxisymmetric magnetorotational instability in ideal and viscous plasmas

The excitation of magnetorotational instability (MRI) in rotating laboratory plasmas is investigated. In contrast to astrophysical plasmas, in which gravitation plays an important role, in laboratory plasmas it can be neglected and the plasma rotation is equilibrated by the pressure gradient. The analysis is restricted to the simple model of a magnetic confinement configuration with cylindrical symmetry, in which nonaxisymmetric perturbations are investigated using the local approximation. Starting from the simplest case of an ideal plasma, the corresponding dispersion relations are derived for more complicated models including the physical effects of parallel and perpendicular viscosities. The Friemann-Rotenberg approach used for ideal plasmas is generalized for the viscous model and an analytical expression for the instability boundary is obtained. It is shown that, in addition to the standard effect of radial derivative of the rotation frequency (the Velikhov effect), which can be destabilizing or stabilizing depending on the sign of this derivative in the ideal plasma, there is a destabilizing effect proportional to the fourth power of the rotation frequency, or, what is the same, to the square of the plasma pressure gradient, and to the square of the azimuthal mode number of the perturbations. It is shown that the instability boundary also depends on the product of the plasma pressure and density gradients, which has a destabilizing effect when it is negative. In the case of parallel viscosity, the MRI looks like an ideal instability independent of viscosity, while, in the case of strong perpendicular viscosity, it is a dissipative instability with the growth rate inversely proportional to the characteristic viscous decay rate. We point out, however, that the modes of the continuous range of the magnetohydrodynamics spectrum are not taken into account in this paper, and they can be more dangerous than those that are considered. (c) 2008 American Institute of Physics.

Potássio : fontes alternativas, tratamentos térmicos e disponibilidade para plantas de milho (Zea Mays L.)

Nosso país é um dos principais produtores agrícolas do mundo e altamente dependente da importação de fertilizantes, principalmente o potássio. Visando reduzir essa dependência, materiais provenientes de rochas para fornecimento desse elemento estão sendo testados. Este estudo foi divido em dois experimentos: um experimento em laboratório e um em casa de vegetação. O experimento em laboratório teve por objetivo avaliar os diferentes tipos de tratamentos térmicos e extratores, associados a fontes alternativas de potássio, no aumento da disponibilidade de K. O ensaio foi realizado num delineamento experimental inteiramente casualizado num esquema fatorial 4 x 5 x 3, com quatro repetições. Os fatores estudados foram: quatro fontes alternativas de potássio (verdete, fonolito, gnaisse e granito); cinco tratamentos térmicos (radiação em forno micro-ondas; autoclavagem; aquecimento em forno mufla com resfriamento rápido; aquecimento em forno mufla com resfriamento lento; e o material in natura); e três extratores: água, ácido cítrico 2 % e solução Mehlich-1. As extrações foram realizadas utilizando 4 g das fontes alternativas, adicionando-se 40 mL de cada extrator, as amostras foram agitadas, centrifugadas, filtradas e avolumadas. Foram realizadas seis extrações sucessivas e determinada a concentração de potássio nos extratos. Os dados obtidos foram submetidos à análise de variância, sendo seus efeitos desdobrados em contrastes ortogonais. O experimento em casa de vegetação teve por objetivo avaliar o efeito da utilização de fontes alternativas de potássio, submetidas a tratamentos térmicos, no fornecimento de potássio para plantas de milho (Zea mays L.). O delineamento experimental adotado foi em blocos casualizados, em um esquema fatorial (3 x 5) + 1, sendo três fontes alternativas de K (verdete, fonolito e granito), submetidas à cinco diferentes tratamentos (aquecimento em forno mufla com resfriamento lento, aquecimento em forno mufla com resfriamento rápido, radiação em forno micro-ondas, autoclavagem, e o material in natura). As fontes alternativas foram comparadas com o cloreto KCl. Amostras de solo contendo 2 dm³ de TFSA, foram incubadas durante 20 dias. Após a adubação, em cada vaso foram aplicadas as fontes alternativas de potássio. Realizou-se o plantio com cinco sementes de milho e posterior desbaste, deixando três plantas por vaso. Decorridos 40 dias da semeadura, foi realizado o corte da parte aérea das plantas, a coleta de amostras de solo para análise dos teores de potássio e separação das raízes. Os dados obtidos foram submetidos à análise de variância e desdobrados em contrastes ortogonais. Observando os resultados obtidos nos experimentos de laboratório e casa de vegetação, podemos concluir que a fonte alternativa e proporcionou melhores resultados e que possui potencial agronômico para ser utilizada como fonte alternativa de potássio foi o fonolito. Utilizando o fonolito como fonte alternativa de nutrientes, o tratamento térmico que proporcionou melhores resultados foi o com aquecimento em forno mufla, principalmente quando o resfriamento foi realizado lentamente.

Monitorização de sistemas solares térmicos: simulação de perfis de consumo e cálculo de comportamento térmico a longo prazo

A presente dissertação assenta na monitorização de sistemas solares térmicos com incidência em perfis de consumo e cálculo de comportamento térmico a longo prazo. No início faz-se uma introdução aos temas e definições que são primordiais para uma melhor compreensão do trabalho em causa. Procedeu-se à simulação do comportamento térmico de sistemas solares térmicos, tendo como base os parâmetros de cálculo obtidos nos relatórios de ensaio. Os sistemas solares térmicos podem ser ensaiados segundo duas metodologias de cálculo diferentes. Estas metodologias estão descritas nas normas ISO 9459-2:1995 para a metodologia CSTG – Dynamic System Testing Group e ISO 9459-5:2007 para a metodologia DST – Dynamic System Testing. Neste trabalho foram utilizadas as duas metodologias mencionadas. Analisaram-se e simularam-se ainda os perfis de consumo do Anexo IV da Directiva EcoDesign tendo como objectivo definir um “benchmark” entre os diferentes sistemas solares térmicos e também saber qual é a energia primária necessária para satisfazer cada uma das necessidades dos diferentes perfis de extracção. O estudo e análise desta Directiva é bastante importante, pois é com base nela que se vai proceder à classificação e posterior rotulagem dos sistemas solares térmicos.

Particle agglomeration study in rf silane plasmas: In situ study by polarization-sensitive laser light scattering

To determine self-consistently the time evolution of particle size and their number density in situ multi-angle polarization-sensitive laser light scattering was used. Cross-polarization intensities (incident and scattered light intensities with opposite polarization) measured at 135 degrees and ex situ transmission electronic microscopy analysis demonstrate the existence of nonspherical agglomerates during the early phase of agglomeration. Later in the particle time development both techniques reveal spherical particles again. The presence of strong cross-polarization intensities is accompanied by low-frequency instabilities detected on the scattered light intensities and plasma emission. It is found that the particle radius and particle number density during the agglomeration phase can be well described by the Brownian free molecule coagulation model. Application of this neutral particle coagulation model is justified by calculation of the particle charge whereby it is shown that particles of a few tens of nanometer can be considered as neutral under our experimental conditions. The measured particle dispersion can be well described by a Brownian free molecule coagulation model including a log-normal particle size distribution. (C) 1996 American Institute of Physics.

Melhoria do processo produtivo no departamento de tratamentos térmicos do F. Ramada

Na atualidade, devido à situação económico-financeira existente e à elevada competitividade de mercado, é fundamental que as empresas possam produzir o máximo, utilizando para isso o mínimo de recursos disponíveis, eliminando qualquer forma de desperdício que ocorra no seu processo. Por estas razões, são cada vez mais as empresas que seguem a filosofia Lean, orientando toda a sua estrutura produtiva no sentido de obter zero desperdícios, sem interferir com a qualidade do produto final. Com a elaboração deste trabalho, pretende-se fazer uma análise do processo produtivo do setor dos Tratamentos Térmicos, da empresa F. Ramada, identificando os desperdícios que ocorrem ao longo do processo e desenvolver um plano de ações de melhoria, utilizando para isso as ferramentas da metodologia Lean. Em primeiro lugar, fez-se uma análise do processo produtivo, onde foram identificados alguns pontos de melhoria e recolhidos os primeiros dados para uma análise mais aprofundada de cada problema. Posteriormente, estabeleceu-se um plano de ações para eliminar ou minimizar os desperdícios encontrados no processo e procedeu-se à implementação das melhorias. Após a implementação das melhorias, fez-se uma avaliação das mesmas e constatou-se, em todos os casos, uma redução dos desperdícios no processo produtivo (tempos de execução, consumo dos materiais e nos transportes).

Análise de soluções construtivas para a verificação de requisitos térmicos e acústicos em edifícios de habitação

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil – Reabilitação de Edifícios

Escalonamento de geradores térmicos com integração de produção eólica: uma abordagem baseada em programação inteira mista

A alta e crescente participação da energia eólica na matriz da produção traz grandes desafios aos operadores do sistema na gestão da rede e planeamento da produção. A incerteza associada à produção eólica condiciona os processos de escalonamento e despacho económico dos geradores térmicos, uma vez que a produção eólica efetiva pode ser muito diferente da produção prevista. O presente trabalho propõe duas metodologias de otimização do escalonamento de geradores térmicos baseadas em Programação Inteira Mista. Pretende-se encontrar soluções de escalonamento que minimizem as influências negativas da integração de energia eólica no sistema elétrico. Inicialmente o problema de escalonamento de geradores é formulado sem considerar a integração da energia eólica. Posteriormente foi considerada a penetração da energia eólica no sistema elétrico. No primeiro modelo proposto, o problema é formulado como um problema de otimização estocástico. Nesta formulação todos os cenários de produção eólica são levados em consideração no processo de otimização. No segundo modelo, o problema é formulado como um problema de otimização determinística. Nesta formulação, o escalonamento é feito para cada cenário de produção eólica e no fim determina-se a melhor solução por meio de indicadores de avaliação. Foram feitas simulações para diferentes níveis de reserva girante e os resultados obtidos mostraram que a alta participação da energia eólica na matriz da produção põe em causa a segurança e garantia de produção devido às características volátil e intermitente da produção eólica e para manter os mesmos níveis de segurança é preciso dispor no sistema de capacidade reserva girante suficiente capaz de compensar os erros de previsão.

Integração de paineís solares térmicos soluções de pós-construção

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia do Ambiente,perfil de Gestão e Sistemas Ambientais

A contribuição dos sistemas solares térmicos e fotovoltaicos para o balanço energético dos edifícios residenciais unifamiliares

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil – Perfil de Construção

Adaptação de dois fornos eléctricos para tratamentos térmicos e fundição

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Efeitos de pré-tratamentos térmicos na digestão anaeróbia termófila de resíduos de casca de batata

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Tecnologia e Segurança Alimentar