Código híbrido avanzado de motores de plasma de efecto Hall

La propulsión eléctrica constituye hoy una tecnología muy competitiva y de gran proyección de futuro. Dentro de los diversos motores de plasma existentes, el motor de efecto Hall ha adquirido una gran madurez y constituye un medio de propulsión idóneo para un rango amplio de misiones. En la presente Tesis se estudian los motores Hall con geometría convencional y paredes dieléctricas. La compleja interacción entre los múltiples fenómenos físicos presentes hace que sea difícil la simulación del plasma en estos motores. Los modelos híbridos son los que representan un mejor compromiso entre precisión y tiempo de cálculo. Se basan en utilizar un modelo fluido para los electrones y algoritmos de dinámica de partículas PIC (Particle-In- Cell) para los iones y los neutros. Permiten hacer uso de la hipótesis de cuasineutralidad del plasma, a cambio de resolver separadamente las capas límite (o vainas) que se forman en torno a las paredes de la cámara. Partiendo de un código híbrido existente, llamado HPHall-2, el objetivo de la Tesis doctoral ha sido el desarrollo de un código híbrido avanzado que mejorara la simulación de la descarga de plasma en un motor de efecto Hall. Las actualizaciones y mejoras realizadas en las diferentes partes que componen el código comprenden tanto aspectos teóricos como numéricos. Fruto de la extensa revisión de la algoritmia del código HPHall-2 se han conseguido reducir los errores de precisión un orden de magnitud, y se ha incrementado notablemente su consistencia y robustez, permitiendo la simulación del motor en un amplio rango de condiciones. Algunos aspectos relevantes a destacar en el subcódigo de partículas son: la implementación de un nuevo algoritmo de pesado que permite determinar de forma más precisa el flujo de las magnitudes del plasma; la implementación de un nuevo algoritmo de control de población, que permite tener suficiente número de partículas cerca de las paredes de la cámara, donde los gradientes son mayores y las condiciones de cálculo son más críticas; las mejoras en los balances de masa y energía; y un mejor cálculo del campo eléctrico en una malla no uniforme. Merece especial atención el cumplimiento de la condición de Bohm en el borde de vaina, que en los códigos híbridos representa una condición de contorno necesaria para obtener una solución consistente con el modelo de interacción plasma-pared, y que en HPHall-2 aún no se había resuelto satisfactoriamente. En esta Tesis se ha implementado el criterio cinético de Bohm para una población de iones con diferentes cargas eléctricas y una gran dispersión de velocidades. En el código, el cumplimiento de la condición cinética de Bohm se consigue por medio de un algoritmo que introduce una fina capa de aceleración nocolisional adyacente a la vaina y mide adecuadamente el flujo de partículas en el espacio y en el tiempo. Las mejoras realizadas en el subcódigo de electrones incrementan la capacidad de simulación del código, especialmente en la región aguas abajo del motor, donde se simula la neutralización del chorro del plasma por medio de un modelo de cátodo volumétrico. Sin abordar el estudio detallado de la turbulencia del plasma, se implementan modelos sencillos de ajuste de la difusión anómala de Bohm, que permiten reproducir los valores experimentales del potencial y la temperatura del plasma, así como la corriente de descarga del motor. En cuanto a los aspectos teóricos, se hace especial énfasis en la interacción plasma-pared y en la dinámica de los electrones secundarios libres en el interior del plasma, cuestiones que representan hoy en día problemas abiertos en la simulación de los motores Hall. Los nuevos modelos desarrollados buscan una imagen más fiel a la realidad. Así, se implementa el modelo de vaina de termalización parcial, que considera una función de distribución no-Maxwelliana para los electrones primarios y contabiliza unas pérdidas energéticas más cercanas a la realidad. Respecto a los electrones secundarios, se realiza un estudio cinético simplificado para evaluar su grado de confinamiento en el plasma, y mediante un modelo fluido en el límite no-colisional, se determinan las densidades y energías de los electrones secundarios libres, así como su posible efecto en la ionización. El resultado obtenido muestra que los electrones secundarios se pierden en las paredes rápidamente, por lo que su efecto en el plasma es despreciable, no así en las vainas, donde determinan el salto de potencial. Por último, el trabajo teórico y de simulación numérica se complementa con el trabajo experimental realizado en el Pnnceton Plasma Physics Laboratory, en el que se analiza el interesante transitorio inicial que experimenta el motor en el proceso de arranque. Del estudio se extrae que la presencia de gases residuales adheridos a las paredes juegan un papel relevante, y se recomienda, en general, la purga completa del motor antes del modo normal de operación. El resultado final de la investigación muestra que el código híbrido desarrollado representa una buena herramienta de simulación de un motor Hall. Reproduce adecuadamente la física del motor, proporcionando resultados similares a los experimentales, y demuestra ser un buen laboratorio numérico para estudiar el plasma en el interior del motor. Abstract Electric propulsion is today a very competitive technology and has a great projection into the future. Among the various existing plasma thrusters, the Hall effect thruster has acquired a considerable maturity and constitutes an ideal means of propulsion for a wide range of missions. In the present Thesis only Hall thrusters with conventional geometry and dielectric walls are studied. The complex interaction between multiple physical phenomena makes difficult the plasma simulation in these engines. Hybrid models are those representing a better compromise between precision and computational cost. They use a fluid model for electrons and Particle-In-Cell (PIC) algorithms for ions and neutrals. The hypothesis of plasma quasineutrality is invoked, which requires to solve separately the sheaths formed around the chamber walls. On the basis of an existing hybrid code, called HPHall-2, the aim of this doctoral Thesis is to develop an advanced hybrid code that better simulates the plasma discharge in a Hall effect thruster. Updates and improvements of the code include both theoretical and numerical issues. The extensive revision of the algorithms has succeeded in reducing the accuracy errors in one order of magnitude, and the consistency and robustness of the code have been notably increased, allowing the simulation of the thruster in a wide range of conditions. The most relevant achievements related to the particle subcode are: the implementation of a new weighing algorithm that determines more accurately the plasma flux magnitudes; the implementation of a new algorithm to control the particle population, assuring enough number of particles near the chamber walls, where there are strong gradients and the conditions to perform good computations are more critical; improvements in the mass and energy balances; and a new algorithm to compute the electric field in a non-uniform mesh. It deserves special attention the fulfilment of the Bohm condition at the edge of the sheath, which represents a boundary condition necessary to match consistently the hybrid code solution with the plasma-wall interaction, and remained as a question unsatisfactory solved in the HPHall-2 code. In this Thesis, the kinetic Bohm criterion has been implemented for an ion particle population with different electric charges and a large dispersion in their velocities. In the code, the fulfilment of the kinetic Bohm condition is accomplished by an algorithm that introduces a thin non-collisional layer next to the sheaths, producing the ion acceleration, and measures properly the flux of particles in time and space. The improvements made in the electron subcode increase the code simulation capabilities, specially in the region downstream of the thruster, where the neutralization of the plasma jet is simulated using a volumetric cathode model. Without addressing the detailed study of the plasma turbulence, simple models for a parametric adjustment of the anomalous Bohm difussion are implemented in the code. They allow to reproduce the experimental values of the plasma potential and the electron temperature, as well as the discharge current of the thruster. Regarding the theoretical issues, special emphasis has been made in the plasma-wall interaction of the thruster and in the dynamics of free secondary electrons within the plasma, questions that still remain unsolved in the simulation of Hall thrusters. The new developed models look for results closer to reality, such as the partial thermalization sheath model, that assumes a non-Maxwellian distribution functions for primary electrons, and better computes the energy losses at the walls. The evaluation of secondary electrons confinement within the chamber is addressed by a simplified kinetic study; and using a collisionless fluid model, the densities and energies of free secondary electrons are computed, as well as their effect on the plasma ionization. Simulations show that secondary electrons are quickly lost at walls, with a negligible effect in the bulk of the plasma, but they determine the potential fall at sheaths. Finally, numerical simulation and theoretical work is complemented by the experimental work carried out at the Princeton Plasma Physics Laboratory, devoted to analyze the interesting transitional regime experienced by the thruster in the startup process. It is concluded that the gas impurities adhered to the thruster walls play a relevant role in the transitional regime and, as a general recomendation, a complete purge of the thruster before starting its normal mode of operation it is suggested. The final result of the research conducted in this Thesis shows that the developed code represents a good tool for the simulation of Hall thrusters. The code reproduces properly the physics of the thruster, with results similar to the experimental ones, and represents a good numerical laboratory to study the plasma inside the thruster.

En el límite de la arquitectura-paisaje : las Escuelas Nacionales de Arte de La Habana

it's been 50years since the world witnessed the triumph of one of the iast revoiutíons of the twentieth-century starring a group of bearded men who descended from the mountains of Cuba and who wouid end up overthrowing the Batista regime. Ricardo Porro was a Cuban architect exiied for his revoiutionary ideais. Vittorio Garatti and Roberto Gottardi were itaiian immigrant architects. The three coincided in the effervescent city of Caracas in the iate 50's within the circie of friends of Carios Raui de Viiianueva, who had at that tí me, finished one of his most significant works, the City University of Caracas. United by a common circie of friends, they wouid soon receive their dream assignment: an Academy ofArt for the chiidren of workers in the revoiutionary Havana. The idea was directiy based on the triumphant ideoiogist of the revoiutíon: Fidei Castro and Che Guevara. Aii schoois had to represent the image of the new society. They wouid immediateiy depart for Havana. The year was 1961 and they had oniy a few months to pian and carry out the project. The schoois were officiaiiy opened in 1965 without having been compieted. The set was iocated in the Goif Course Country Ciub of Havana. The iands- cape of the goif course and the understanding of the piace, by the three architects, was the origin of the projects. initíaiiy, they worked with some common principies that conditíoned its architecturai answer and gave the group the homogeneity of a singie project: the integratíon with the iandsca- pe, the same constructíon system and a singie materiai. This research anaiyzes the conditíons used by the three architects in order to investígate the responses from the point of view of architecturai design. Han pasado más de 50 años desde que el mundo contempló el triunfo de una de las últimas revoluciones del siglo XX, protagonizada por un grupo de barbudos que descendían de la sierra de Cuba y que acabaría con el derrocamiento del régimen de Batista. Ricardo Porro era un arquitecto cubano exiliado por sus ideales revolucionarios. Vittorio Garatt y Roberto Gottardi eran arquitectos italianos emigrantes. Los tres coincidieron en la efervescente Caracas de Anales de los años 50 en torno a la figura de Carlos Raúl de Villanueva que terminaba en esa época una de sus obras más significativas, la Ciudad Universitaria de Caracas. Unidos por un círculo común de amistades pronto recibirán el encargo soñado: una Academia de las Artes para los hijos de los trabajadores en La Habana revolucionaria. La idea partia directamente de los ideólogos triunfantes de la revolución: Fidel Castro y el Che Guevara. El conjunto de las escuelas tenía que representar la imagen de la nueva sociedad. Inmediatamente partirán rumbo a La Habana. Corría el año 1961 y dispo¬nían de unos pocos meses para proyectar y ejecutar las obras. Las escuelas fueron oficialmente inauguradas en 1965 sin haberse concluido. El conjunto se ubicó en el campo de golf del Country Club de La Habana. El paisaje del campo de golf y el entendimiento del lugar, por parte de los tres arquitectos, fue el origen de los proyectos. Trabajaron inicialmente con unas premisas comunes que condicionaron su respuesta arquitectónica y le dieron al conjunto la homogeneidad de un único proyecto: la integración con el paisaje, un mismo sistema constructivo y un único material. Este trabajo de investigación parte de los condicionantes a los que se enfrentaron los tres arquitectos para así analizar las respuestas dadas desde el punto de vista del proyecto arquitectónico.

La arena como capa intermedia especializada para la mejora del aislamientos acústico entre recintos superpuestos

En este trabajo se exponen y se analizan los resultados experimentales in situ del aislamiento acústico a ruido aéreo y a ruido de impactos de elementos de separación horizontales, habituales hace años, en los que sobre el forjado se coloca una capa uniforme de arena que sirve de asiento al suelo cerámico. Los resultados de las mediciones acústicas muestran que, cuando en el elemento de separación horizontal entre los recintos hay una capa intermedia de arena, el aislamiento acústico es mejor que el que se obtendría con otros sistemas constructivos de igual masa por unidad de superficie, con el suelo unido rígidamente al forjado. El efecto de la capa de arena colocada entre el forjado y el solado, en el aislamiento acústico entre los recintos, es el de una capa amortiguadora, que hace que este tipo de suelo pueda considerarse como un suelo flotante.

Photon Management Structures for Absorption Enhancement in Intermediate Band Solar Cells and Crystalline Silicon Solar Cells

El objetivo de la tesis es investigar los beneficios que el atrapamiento de la luz mediante fenómenos difractivos puede suponer para las células solares de silicio cristalino y las de banda intermedia. Ambos tipos de células adolecen de una insuficiente absorción de fotones en alguna región del espectro solar. Las células solares de banda intermedia son teóricamente capaces de alcanzar eficiencias mucho mayores que los dispositivos convencionales (con una sola banda energética prohibida), pero los prototipos actuales se resienten de una absorción muy débil de los fotones con energías menores que la banda prohibida. Del mismo modo, las células solares de silicio cristalino absorben débilmente en el infrarrojo cercano debido al carácter indirecto de su banda prohibida. Se ha prestado mucha atención a este problema durante las últimas décadas, de modo que todas las células solares de silicio cristalino comerciales incorporan alguna forma de atrapamiento de luz. Por razones de economía, en la industria se persigue el uso de obleas cada vez más delgadas, con lo que el atrapamiento de la luz adquiere más importancia. Por tanto aumenta el interés en las estructuras difractivas, ya que podrían suponer una mejora sobre el estado del arte. Se comienza desarrollando un método de cálculo con el que simular células solares equipadas con redes de difracción. En este método, la red de difracción se analiza en el ámbito de la óptica física, mediante análisis riguroso con ondas acopladas (rigorous coupled wave analysis), y el sustrato de la célula solar, ópticamente grueso, se analiza en los términos de la óptica geométrica. El método se ha implementado en ordenador y se ha visto que es eficiente y da resultados en buen acuerdo con métodos diferentes descritos por otros autores. Utilizando el formalismo matricial así derivado, se calcula el límite teórico superior para el aumento de la absorción en células solares mediante el uso de redes de difracción. Este límite se compara con el llamado límite lambertiano del atrapamiento de la luz y con el límite absoluto en sustratos gruesos. Se encuentra que las redes biperiódicas (con geometría hexagonal o rectangular) pueden producir un atrapamiento mucho mejor que las redes uniperiódicas. El límite superior depende mucho del periodo de la red. Para periodos grandes, las redes son en teoría capaces de alcanzar el máximo atrapamiento, pero sólo si las eficiencias de difracción tienen una forma peculiar que parece inalcanzable con las herramientas actuales de diseño. Para periodos similares a la longitud de onda de la luz incidente, las redes de difracción pueden proporcionar atrapamiento por debajo del máximo teórico pero por encima del límite Lambertiano, sin imponer requisitos irrealizables a la forma de las eficiencias de difracción y en un margen de longitudes de onda razonablemente amplio. El método de cálculo desarrollado se usa también para diseñar y optimizar redes de difracción para el atrapamiento de la luz en células solares. La red propuesta consiste en un red hexagonal de pozos cilíndricos excavados en la cara posterior del sustrato absorbente de la célula solar. La red se encapsula en una capa dieléctrica y se cubre con un espejo posterior. Se simula esta estructura para una célula solar de silicio y para una de banda intermedia y puntos cuánticos. Numéricamente, se determinan los valores óptimos del periodo de la red y de la profundidad y las dimensiones laterales de los pozos para ambos tipos de células. Los valores se explican utilizando conceptos físicos sencillos, lo que nos permite extraer conclusiones generales que se pueden aplicar a células de otras tecnologías. Las texturas con redes de difracción se fabrican en sustratos de silicio cristalino mediante litografía por nanoimpresión y ataque con iones reactivos. De los cálculos precedentes, se conoce el periodo óptimo de la red que se toma como una constante de diseño. Los sustratos se procesan para obtener estructuras precursoras de células solares sobre las que se realizan medidas ópticas. Las medidas de reflexión en función de la longitud de onda confirman que las redes cuadradas biperiódicas consiguen mejor atrapamiento que las uniperiódicas. Las estructuras fabricadas se simulan con la herramienta de cálculo descrita en los párrafos precedentes y se obtiene un buen acuerdo entre la medida y los resultados de la simulación. Ésta revela que una fracción significativa de los fotones incidentes son absorbidos en el reflector posterior de aluminio, y por tanto desaprovechados, y que este efecto empeora por la rugosidad del espejo. Se desarrolla un método alternativo para crear la capa dieléctrica que consigue que el reflector se deposite sobre una superficie plana, encontrándose que en las muestras preparadas de esta manera la absorción parásita en el espejo es menor. La siguiente tarea descrita en la tesis es el estudio de la absorción de fotones en puntos cuánticos semiconductores. Con la aproximación de masa efectiva, se calculan los niveles de energía de los estados confinados en puntos cuánticos de InAs/GaAs. Se emplea un método de una y de cuatro bandas para el cálculo de la función de onda de electrones y huecos, respectivamente; en el último caso se utiliza un hamiltoniano empírico. La regla de oro de Fermi permite obtener la intensidad de las transiciones ópticas entre los estados confinados. Se investiga el efecto de las dimensiones del punto cuántico en los niveles de energía y la intensidad de las transiciones y se obtiene que, al disminuir la anchura del punto cuántico respecto a su valor en los prototipos actuales, se puede conseguir una transición más intensa entre el nivel intermedio fundamental y la banda de conducción. Tomando como datos de partida los niveles de energía y las intensidades de las transiciones calculados como se ha explicado, se desarrolla un modelo de equilibrio o balance detallado realista para células solares de puntos cuánticos. Con el modelo se calculan las diferentes corrientes debidas a transiciones ópticas entre los numerosos niveles intermedios y las bandas de conducción y de valencia bajo ciertas condiciones. Se distingue de modelos de equilibrio detallado previos, usados para calcular límites de eficiencia, en que se adoptan suposiciones realistas sobre la absorción de fotones para cada transición. Con este modelo se reproducen datos publicados de eficiencias cuánticas experimentales a diferentes temperaturas con un acuerdo muy bueno. Se muestra que el conocido fenómeno del escape térmico de los puntos cuánticos es de naturaleza fotónica; se debe a los fotones térmicos, que inducen transiciones entre los estados excitados que se encuentran escalonados en energía entre el estado intermedio fundamental y la banda de conducción. En el capítulo final, este modelo realista de equilibrio detallado se combina con el método de simulación de redes de difracción para predecir el efecto que tendría incorporar una red de difracción en una célula solar de banda intermedia y puntos cuánticos. Se ha de optimizar cuidadosamente el periodo de la red para equilibrar el aumento de las diferentes transiciones intermedias, que tienen lugar en serie. Debido a que la absorción en los puntos cuánticos es extremadamente débil, se deduce que el atrapamiento de la luz, por sí solo, no es suficiente para conseguir corrientes apreciables a partir de fotones con energía menor que la banda prohibida en las células con puntos cuánticos. Se requiere una combinación del atrapamiento de la luz con un incremento de la densidad de puntos cuánticos. En el límite radiativo y sin atrapamiento de la luz, se necesitaría que el número de puntos cuánticos de una célula solar se multiplicara por 1000 para superar la eficiencia de una célula de referencia con una sola banda prohibida. En cambio, una célula con red de difracción precisaría un incremento del número de puntos en un factor 10 a 100, dependiendo del nivel de la absorción parásita en el reflector posterior. Abstract The purpose of this thesis is to investigate the benefits that diffractive light trapping can offer to quantum dot intermediate band solar cells and crystalline silicon solar cells. Both solar cell technologies suffer from incomplete photon absorption in some part of the solar spectrum. Quantum dot intermediate band solar cells are theoretically capable of achieving much higher efficiencies than conventional single-gap devices. Present prototypes suffer from extremely weak absorption of subbandgap photons in the quantum dots. This problem has received little attention so far, yet it is a serious barrier to the technology approaching its theoretical efficiency limit. Crystalline silicon solar cells absorb weakly in the near infrared due to their indirect bandgap. This problem has received much attention over recent decades, and all commercial crystalline silicon solar cells employ some form of light trapping. With the industry moving toward thinner and thinner wafers, light trapping is becoming of greater importance and diffractive structures may offer an improvement over the state-of-the-art. We begin by constructing a computational method with which to simulate solar cells equipped with diffraction grating textures. The method employs a wave-optical treatment of the diffraction grating, via rigorous coupled wave analysis, with a geometric-optical treatment of the thick solar cell bulk. These are combined using a steady-state matrix formalism. The method has been implemented computationally, and is found to be efficient and to give results in good agreement with alternative methods from other authors. The theoretical upper limit to absorption enhancement in solar cells using diffractions gratings is calculated using the matrix formalism derived in the previous task. This limit is compared to the so-called Lambertian limit for light trapping with isotropic scatterers, and to the absolute upper limit to light trapping in bulk absorbers. It is found that bi-periodic gratings (square or hexagonal geometry) are capable of offering much better light trapping than uni-periodic line gratings. The upper limit depends strongly on the grating period. For large periods, diffraction gratings are theoretically able to offer light trapping at the absolute upper limit, but only if the scattering efficiencies have a particular form, which is deemed to be beyond present design capabilities. For periods similar to the incident wavelength, diffraction gratings can offer light trapping below the absolute limit but above the Lambertian limit without placing unrealistic demands on the exact form of the scattering efficiencies. This is possible for a reasonably broad wavelength range. The computational method is used to design and optimise diffraction gratings for light trapping in solar cells. The proposed diffraction grating consists of a hexagonal lattice of cylindrical wells etched into the rear of the bulk solar cell absorber. This is encapsulated in a dielectric buffer layer, and capped with a rear reflector. Simulations are made of this grating profile applied to a crystalline silicon solar cell and to a quantum dot intermediate band solar cell. The grating period, well depth, and lateral well dimensions are optimised numerically for both solar cell types. This yields the optimum parameters to be used in fabrication of grating equipped solar cells. The optimum parameters are explained using simple physical concepts, allowing us to make more general statements that can be applied to other solar cell technologies. Diffraction grating textures are fabricated on crystalline silicon substrates using nano-imprint lithography and reactive ion etching. The optimum grating period from the previous task has been used as a design parameter. The substrates have been processed into solar cell precursors for optical measurements. Reflection spectroscopy measurements confirm that bi-periodic square gratings offer better absorption enhancement than uni-periodic line gratings. The fabricated structures have been simulated with the previously developed computation tool, with good agreement between measurement and simulation results. The simulations reveal that a significant amount of the incident photons are absorbed parasitically in the rear reflector, and that this is exacerbated by the non-planarity of the rear reflector. An alternative method of depositing the dielectric buffer layer was developed, which leaves a planar surface onto which the reflector is deposited. It was found that samples prepared in this way suffered less from parasitic reflector absorption. The next task described in the thesis is the study of photon absorption in semiconductor quantum dots. The bound-state energy levels of in InAs/GaAs quantum dots is calculated using the effective mass approximation. A one- and four- band method is applied to the calculation of electron and hole wavefunctions respectively, with an empirical Hamiltonian being employed in the latter case. The strength of optical transitions between the bound states is calculated using the Fermi golden rule. The effect of the quantum dot dimensions on the energy levels and transition strengths is investigated. It is found that a strong direct transition between the ground intermediate state and the conduction band can be promoted by decreasing the quantum dot width from its value in present prototypes. This has the added benefit of reducing the ladder of excited states between the ground state and the conduction band, which may help to reduce thermal escape of electrons from quantum dots: an undesirable phenomenon from the point of view of the open circuit voltage of an intermediate band solar cell. A realistic detailed balance model is developed for quantum dot solar cells, which uses as input the energy levels and transition strengths calculated in the previous task. The model calculates the transition currents between the many intermediate levels and the valence and conduction bands under a given set of conditions. It is distinct from previous idealised detailed balance models, which are used to calculate limiting efficiencies, since it makes realistic assumptions about photon absorption by each transition. The model is used to reproduce published experimental quantum efficiency results at different temperatures, with quite good agreement. The much-studied phenomenon of thermal escape from quantum dots is found to be photonic; it is due to thermal photons, which induce transitions between the ladder of excited states between the ground intermediate state and the conduction band. In the final chapter, the realistic detailed balance model is combined with the diffraction grating simulation method to predict the effect of incorporating a diffraction grating into a quantum dot intermediate band solar cell. Careful optimisation of the grating period is made to balance the enhancement given to the different intermediate transitions, which occur in series. Due to the extremely weak absorption in the quantum dots, it is found that light trapping alone is not sufficient to achieve high subbandgap currents in quantum dot solar cells. Instead, a combination of light trapping and increased quantum dot density is required. Within the radiative limit, a quantum dot solar cell with no light trapping requires a 1000 fold increase in the number of quantum dots to supersede the efficiency of a single-gap reference cell. A quantum dot solar cell equipped with a diffraction grating requires between a 10 and 100 fold increase in the number of quantum dots, depending on the level of parasitic absorption in the rear reflector.

Metodología para la optimización de la base de datos de líneas límite del Instituto Geográfico Nacional

Esta metodología se ha desarrollado en el marco de un proyecto que es el objeto del Convenio Específico de Colaboración entre el Instituto Geográfico Nacional y la Escuela de Topografía de la Universidad Politécnica de Madrid relativo a la investigación, desarrollo, formación y difusión de conocimientos en el campo de las tecnologías de la información geográfica (TIG) para la investigación y desarrollo de la tecnología y metodología adecuada para la optimización de la información de la Base de Datos de Líneas Límite de la Dirección General del Instituto Geográfico Nacional. El fin fundamental del mismo es desarrollar una metodología para mejorar la precisión de la Base de Datos de Líneas Límite que tiene el Instituto Geográfico Nacional. La exigencia actual de calidad y seguridad en la descripción geométrica de las líneas límite obliga a optimizar dicha descripción mediante la aplicación de nuevas tecnologías no existentes en el momento del levantamiento, y al diseño de metodologías adecuadas que, minimizando los tiempos y costes de ejecución, consideren asimismo los distintos agentes que participan en España en la definición de las líneas límite. Para desarrollar dicha metodología será necesario en primer lugar digitalizar la información de los cuadernos de campo y las actas de deslinde existentes en el Instituto Geográfico Nacional, para que sea un trabajo abordable desde las tecnologías actuales; posteriormente, volcar la información referente a las líneas límite sobre ortofotografías a escala 1:5.000, a partir de los datos de los cuadernos de campo digitalizados. Se propondrá un nuevo sistema de gestión, tratamiento y almacenamiento de las líneas límite, con información sobre su linaje (origen de datos, precisión), así como el formato de salida de las propias líneas límite. Para controlar la calidad de la metodología propuesta, se deberá validar la misma mediante un estudio teórico de lamedida de rendimientos y precisiones y su verificación mediante toma de datos en campo. Particularmente, se llevará a cabo dicha validación en un conjunto de 140 líneas límite de 36 municipios de la provincia de Ávila y Segovia (los comprendidos en las hojas 556 y 457 del Mapa Topográfico Nacional 1:50.000). Una vez contrastada la metodología y efectuados los oportunos procesos de refinamiento, se redactarán las conclusiones de todo el proyecto, que englobarán las recomendaciones de trabajo y las precisiones resultantes, los rendimientos de los diferentes procesos y los costes que se generen mediante el empleo de la nueva metodología. ABSTARCT: This paper introduces the development of a methodology for the optimisation of the municipal boundaries database of the Instituto Geográfico Nacional. This project has arisen as part of a collaboration agreement between the Instituto Geográfico Nacional and the Escuela de Topografía of the Universidad Politécnica de Madrid which seeks to promote research, development and training in Geographic Information Technologies. Current quality requirements demand the use of new technologies to improve the accuracy of the geometrical description of municipal boundaries. These technologies didn’t exist when the municipal boundaries were first drawn up. Besides, it is convenient to design an appropriate methodology that minimises both costs and time employed. The two main steps in the process are: first, the conversion of all the available data (fixing boundary minutes and field survey notebooks) into digital format in order to make possible their integration in a CAD system; and second, the display and visual overlay of these digital data over an 1:5000 orthophotography of the study area, to identify the boundary monuments. A new system will be proposed to manage, process and storage municipal boundaries information, including its lineage; an output format for these data will be designed as well. In addition, a quality control will be designed to audit this scheme using Data Analysis and Statistical Inference techniques. Moreover, GPS technology will be used to get some boundary monuments co-ordinates to check the results of the proposed methodology. The complete scheme will be tested in a study area corresponding to Ávila and Segovia provinces comprising 140 boundary segments from 36 municipalities.

Dry sand as a specialized layer to improve the acoustic insulation between rooms one above another = La arena como capa intermedia especializada para la mejora del aislamiento acústico entre recintos superpuestos

Se comprueba la mejora en el aislamiento acústico entre recintos de la colocación de una capa de arean entre el solado y el forjado

Filtros de mirada y luz: una construcción visual del límite arquitectónico

En un tiempo como el actual, en el que en arquitectura ya casi nada es lo que aparenta ser ni las disciplinas tradicionales parecen proporcionar ya suficientes asideros para conocer el trazo de los caminos, el proyecto arquitectónico se enfrenta a una visible incertidumbre a lo largo del limbo que parece definir el momento presente. Las infinitas soluciones que aparentemente marcan nuevas opciones de trabajo definen también un panorama de escasa claridad con una consiguiente pérdida de referencias de rigor que faciliten la certidumbre y un obligado compromiso en esta ciencia poética que se desvirtúa a veces como un mal arte menor. Para ahondar en este camino borroso se propone un ejercicio de búsqueda de invariantes que sirvan como base de método de trabajo. El planteamiento que sigue a continuación aspira a explorar una serie de herramientas básicas que siguen constituyendo el armazón de la arquitectura justa: la materia, la luz, la estructura, la emoción. No se trata pues de valerse de artilugios pasajeros o de argumentos pobremente arraigados, sino que el objeto de estudio que aquí se presenta tenga como base aquellas cuestiones que son esenciales a la arquitectura como ciencia poética y como técnica. En el discurso de la arquitectura pura nada es accesorio. Como escribe Rem Koolhaas, «donde la arquitectura acontece, nada más sucede». Además de explorar dichas herramientas, la investigación propone la recuperación explícita de unas estrategias que son tanto atemporales como históricas. Los filtros de mirada y luz pueden encontrarse en muchas culturas y bajo muchos signos, destinados a toda una variedad de funciones resueltas a medida según la medida de cada región y de cada hombre. La recuperación de estos elementos en la presente investigación presupone no solo una experiencia de la emoción espacial determinada por los mismos, sino la constatación y el abanderamiento de lo vernáculo como conocimiento del proyecto, como mecanismo de creación carente de frivolidad que, acumulado entre siglos y culturas, se destila para ofrecer lo más sensato y poético al hombre que lo precisa. Por último, el filtro es construcción y estructura, es materia y luz, no es mera imagen sino un neto configurador de espacios físicos y de emoción arquitectónica. Trabajar con estos invariantes debería garantizar una investigación desde el rigor y la responsabilidad. Su validez arquitectónica pues ésta va siempre más allá de su valor geográfico o histórico. Los filtros recorren un camino que arranca con la salida del hombre de la cueva platónica y alcanza la estructura molecular más compleja del cerramiento estructural más contemporáneo. La constante pulsión de un invariante tan consolidado viene a confirmarse de nuevo hoy en el auge de la arquitectura actual. La arquitectura siempre ha necesitado de filtros. Éstos, desde sus múltiples configuraciones, han permitido dar solución a cuestiones funcionales básicas a la vez que integraban sistemas desde los que proporcionar una imagen exterior y una emoción interior. Su verdadero sentido se comprende en su relación en el medio continuo, donde se ponen de manifiesto las interacciones que fomenta y que van más allá de su propia naturaleza y de sus propiedades intrínsecas como objeto para establecer nuevos significados. Contribuyen, como señala Jean-Pierre Cometti, a que «aparezca algo que no estaba implícito en las observaciones desarrolladas desde el principio»2. Los filtros son, por tanto, más que la suma de construcción, estructura, espacio y ornamento. Esta múltiple condición es la que proporciona un carácter único al filtro en sus consecuencias espaciales. Tan sólidos han sido sus apoyos que su presencia se ha mantenido indemne al tiempo y ha permanecido en el cruce de la historia, capaz de dar tantos y tan buenos resultados en el proyecto de arquitectura. Nuestra propuesta es redescubrir esos filtros.

El concepto de límite en el B-mu de François Roche

Algunos proyectos, como el Dusty relief/B-mu (2002) de François Roche demuestran como edificios complejos, que toman distancia desde los modelos mecanicistas para referirse a nuevos paradigmas, se pueden interpretar y comprenderse mejor gracias a un análisis perceptivo que acerca el proyecto de arquitectura a cuestiones como la relación psicológica del hombre con la arquitectura, el miedo al espacio, y las patologías vinculadas a la percepción y a las neurosis modernas. En este caso, aparte de las repercusiones que la fachada de polvo podría tener en el ámbito de la ecología urbana, es interesante analizar algunos aspectos ligados a la dicotomía entre forma externa y volúmenes internos para la que François Roche cita como referencia el raumplan de Adolf Loos, pero que presenta motivos para una reflexión vinculada a los aspectos perceptivos. El artículo trata de analizar como François Roche proyecta sus edificios extremando la dicotomía entre interior/visual y exterior/táctil, desarrollando así una nueva relación con el lugar. Roche diseña la fachada exterior del B-mu autoimponiéndose una limitación del sentido de la vista, a favor de una dimensión háptica del proyecto y lo hace envolviendo los ámbitos arquitectónicos más familiares de una interfaz abstracta y táctil.

Límite, pasión y otras derivas

Esta ponencia adopta un formato conversacional y amplía el tema argumental presentado en la jornada de homenaje a Eugenio Trías en Cruce, Madrid el 2 de Abril de 2013 con motivo de su fallecimiento. Se pretende desarrollar la noción del límite desde el espacio liminar de la pasión y sus efectos en la filosofía y la arquitectura. La Pasión como espacio liminar es una indagación de las bases ontológicas que subyacen en el Tratado de la Pasión (Trías 1979), y la Lógica del Límite (Trías 1991). El texto trata de responder cuestiones como: _¿Qué lugar ocupa el Tratado de la Pasión y la Lógica del Límite en la propuesta filosófica de Eugenio Trías?. _¿Como actúa la pasión y qué efectos tiene en la actividad arquitectónica?. _ ¿Qué ideas-fuerza atraviesan el Pensamiento del Límite? _¿Podemos examinar el límite como paradigma del pensamiento y experimentación de la Arquitectura?, _¿La filosofía del límite podría proporcionar una estructura o método teórico para encuadrar la producción arquitectónica? _¿Cual es el alcance y desarrollo de la dimensión temporal en la filosofía del Límite?

Plano Horizontal Plano. Del plano horizontal como límite entre lo estereotómico y lo tectónico = Flat Horizontal Plane. On Horizon

Plano Horizontal Plano. Del plano horizontal como límite entre lo estereotómico y lo tectónico

Efectos de la vegetación en el stock de carbono del suelo en el límite del árbol en la Sierra de Guadarrama

La vegetación es uno de los factores que condicionan los stocks de C en los suelos ya que determina la cantidad y calidad de la materia orgánica que incorpora al suelo, la estructura y condiciones microclimáticas edáficas, la respiración radicular, micorrizas y bacterias asociadas. En las últimas décadas se ha observado un ascenso del límite del árbol, así como la matorralización de la vegetación en los ecosistemas de montaña consecuencia del cambio climático y de los cambios en el uso del suelo. Sin embargo, las consecuencias de los cambios de la vegetación sobre los stocks de C del suelo no se conocen todavía de manera satisfactoria y los observados hasta ahora no son unívocos. El objetivo de este trabajo es identificar los parámetros relacionados con la vegetación que mejor predicen los stocks de C y N en el suelo.

Análisis del comportamiento de las tuberías de poliéster reforzado con fibra de vidrio con capa de arena

Aunque las primeras fábricas de tubos de poliéster reforzado con fibra de vidrio en España datan del año 1984, no es sino hasta el año 1996 cuando se comienza su utilización masiva como un sustituto de las tuberías de fribrocemento, que ya habían sido prohibidas por la legislación, debido a los efectos cancerígenos de este material. Desde entonces se ha prodigado la utilización de todas las diferentes tipologías de esta clase de tubería, de conformidad a los procesos de fabricación empleados que se encuentran recopilados en el AWWA Manual M45 (Fiberglass Pipe Design), obteniéndose muy diversos resultados. Durante estos años, ha surgido una creciente preocupación en los usuarios de este tipo de tuberías dadas las continuas y numerosas averías en todo el ámbito geográfico. Esto ha promovido el desarrollo de la presente investigaicón, que se ha dividido en dos partes y que ha concluido con la determinación de un nuevo mecanismo específico de fractura. La primera parte se centró en la obtención y desarrollo del modelo teórico que hemos venido a denominar como "Teoría de la Caja Mecánicamente Contaminada", y que está basado en la contaminación o separación por un impacto de dos de las tres capas que forman la tubería, la capa intermedia de arena y la capa más interna o "inner layer". La consecuencia es la disminución del canto resistente, la rotura del inner layer y la entrada de fluido a la capa de arena. Para la evaluación de la magnitud de esta separación se ha desarrollado un modelo analítico que ha determinado la existencia de una relación cuadrática que la rige, y que ha sido verificado mediante ensayos de impacto sobre probetas de tuberías, alcanzando ajustes de hasta el 92%. Así, se ha determinado que impactos de muy baja intensidad, del entorno de 90 a 160 Julios en tuberías Filament Winding continuo PN 16-20 (de 800 a 1000mm) pueden comprometer seriamente la integridad estructural de la tubería sin dejar, en un principio, muesca o traza alguna que pueda alertar del problema. Los siguientes pasos en el estudio se dirigieron a determinar qué otros mecanismos, aparte del golpe, podrían contaminar la tubería y a estudiar el consiguiente avance de la fractura a las capas externas. Se trataba además de analizar la aparición en el tubo de unas misteriosas manchas en forma de "piel de leopardo" y de otros fenómenos aparecidos en las averías como que algunas de las deformaciones de la rotura por presión interna son hacia el interior del tubo y no al revés, como habría sido de esperar a priori. Se optó entonces por comenzar la que ha constituido la segunda parte de la investigación. Para ello se recurrió a realizar ensayos hidráulicos en banco de pruebas a alta presión, cuyos resultados fueron sorprendentes al descubrir que en el proceso se producía la hidrólisis de la resina de poliéster no catalizada que fluía hacia el exterior del tubo. Como consecuencia se llevaron a cabo nuevos ensayos físicos y químicos para estudiar la migración del material y la hidrólisis producida en el proceso de fractura. En este estudio, resultó muy relevante el hecho de sobrepasar o no la presión que producía el desagarro entre las capas del tubo. En definitiva, en esta investigación, que ha constado de estudios analíticos y estudios experimentales, químicos y numéricos, se ha determinado un nuevo mecanismo de fractura que explica gran parte de los fallos acontecidos en las tuberías de poliéster reforzado con fibra de vidrio. Como aplicación se exponen recomendaciones para mejorar el comportamiento mecánico de esta tipología y evitar así los sobrecostes millonarios producidos por su reposición. Numerous and continuous failures in fiberglass reinforced polyester pipes of different companies and manufacturing processes of the AWWA Manual M45 (Fiberglass Pipe Design), have prompted the development of this research, that has concluded with a specific mechanism describing pipe fractures. This research was carried out via two independent studies. The first one is the development of the hypothesis that turned into the Mechanically Contaminated Layer Theory. This theory describes the fracture mchanism which explains a significant part of massive failures due to the existence of a sand layer placed near the neutral axis in the core making the composite very sensitive to impacts in fibreglass reinforced polyester pipes. These failures create interface delamination and consequently fluid can leak into supporting sand backfill thereby iniating the fracture process. In order to assess the delimination magnitude, an analytic method is developed and a squared root law between delamination and energy applied proposed. Vertical blunt ram testts on samples extracted from complete pipes have been carried out to verify this theory, reaching a goodness of fit up to 92%. It is concluded that low energy impacts, around 90-160J in 800-1000mm diameter PN 16-20 continuous filament winding pipes, can seriously compromise their structural integraty with no external trace. The next step in the study was to determine what other mechanism, apart from the brittle hit, could contaminate the pipe and to analyse the consequente advance of the fracture to the external layers. Another aim was to analyse two phenomena occurred in real pipe failures. The first one is the appearance on the tube of "leopard fur" stains on some of the analysed failures, and the other phenomenon is the "inverse fracture", in which the deformations of the failure due to internal pressure are towards the inside of the tube and not the other way round, as it would be expected. It was then chosen to follow a new branch of the investigation by hydraulic high-pressure bench tests that study seepage and load transmission. The results were very surprising as it was discovered that in the process, hydrolysis of the non-catalysed polyester resin occured, flowing towards the outer of the pipe, which entailed the development of chemical and physical tests of the exuded material to study material migration and hydrolysis of the fracture process. In this particular study it was relevant to exceed or not the pressure that produced the rip between the layers of the tube. In conclusion, a new breakage mechanism in FRP pies with sand-filled layer has been found, which explains a high part of the failure global cases. The whole failure process is justified by the Mechanically Contaminated Layer Theory, which has been corroborated by means of analytical, numerical and experimental studies. Several recommendations are also provided in order to improve the mechanical behaviour of this typology and avoid the millionaire overruns generated by its massive failures.

El límite difuso. Tectónica del límite en Toyo Ito 1971-2001

La arquitectura de límites difusos resulta uno de los aspectos fundamentales de la contemporaneidad pues permite a la ciudad adaptarse al mundo relacional en el que vivimos. El estudio de la cultura japonesa ayuda a entender ese mundo de relaciones donde los conceptos espaciales admiten simultaneidad de significados. Toyo Ito nos acerca a esta realidad mediante la reflexión de una arquitectura pensada para estar en contacto con los estímulos del exterior. The architecture of blurred boundaries is one of the fundamental aspects of the contemporaneity as it allows the city to become adapted to the relational world in which we live. The study of the Japanese culture helps us to understand the world of relationships where simultaneous spatial concepts are accepted. Toyo Ito approaches us to a closer gaze of this reality by the reflection of an architecture that is thought to be in contact with exterior stimulus.

El límite y su reversibilidad

La propuesta busca desarrollar herramientas nuevas para entendimiento de los límites y bordes arquitectónicos. Entendiendo las características tanto físicas como psicológicas de los límites, busco que la arquitectura que se propone genere una ruptura de las simplistas contraposiciones binarias que se encuentran en la base de la comprensión arquitectónica tradicional; los conceptos de interior / exterior, dentro / fuera, sujeto / objeto, ciudad / campo, naturaleza/ artificio; son desde mi punto de vista atavismos que deben ser superados para poder producir una arquitectura acorde a los nuevos tiempos, que se adapte a las condicionantes de su entorno. Al entender que los límites encarnan la existencia de situaciones duales e hibridas, que suceden a los dos lados del límite busco aprovechar las situaciones de tensión, negación, negociación, confrontación, contraposición, etc., la propuesta busca poner en valor las características de convivencia, dialogo y relación de la ciudad tradicional. Es decir las características políticas de la polis y la civitas. Entendiendo que el hombre es un animal político por excelencia, la propuesta busca potenciar el carácter político y de socialización de la arquitectura. Por medio del entendimiento de las relaciones y espacializaciones que generan los choques cuerpos en el espacio; y la necesidad de que los límites de la arquitectura y la ciudad sean transgredidos física y programáticamente para que adquieran un carácter más dinámico y poroso que ayuden a esta relación. La propuesta introduce ejemplos de líneas de fuga y rupturas, que se puedan materializar mediante pequeñas intervenciones. Intervenciones arquitectónicas, que a pesar de sus limitados recursos formales, puedan generar resultados exponencialmente superiores que transformen las condiciones iniciales del sitio. The proposal seeks to develop new tools for the understanding of the Architectural limits and borders. By understanding of limit`s physical and psychological qualities, I seek that architecture could generate a breakdown of the simplistic binary oppositions that are at the base of the traditional Architectural understanding; concepts such as interior / exterior, inside / outside, object/subject, city/countryside, nature/artifice; They are from my point of view atavism that must be overcome in order to produce an architecture according to the times, that suit the conditions of their milieu. By understanding that limits embodies the existence of dual and hybrid situations that occur on both sides of the limit, I manage to take stressful situations of , denial, bargaining, confrontation, contrast, etc., the proposal seeks to assess the characteristics of living , dialogue and respect of the traditional city. I.e. the political characteristics of the polis and civitas. By realizing that the man is a political animal par excellence, the proposal seeks to strengthen political and socialization architectural character. Through the understanding of spatial relationships that shocking bodies generates in space; and the need for architecture and city limits get physically and programmatically transgressed to acquire a more dynamic and porous nature that helps in this relationship. The proposal introduces examples of flight lines and breaks, which can be realized through small interventions. Architectural interventions, despite his limited formal resources can generate exponentially greater results that transform the initial conditions of the site.