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.

Design parameters for continuously variable power-split transmissions using planetaries with 3 active shafts

Since 1996, when the first agricultural tractor with CVT transmission was shown, the presence of this type of transmissions has been increasing. All companies offer them in their products range. Nevertheless, there is little technical documentation that explains the basics of its operation. This report shows all types of CVT transmissions: non-power-split type and power-split ones, as well as the three types used in agricultural tractors, hydro-mechanical power-split transmissions (3 active shafts, input coupled planetary; 3 active shafts, output coupled planetary and 4 active shafts). The report also describes the design parameters of a type of CVT transmission, which use a power-split system with 3 active shafts as well as the fundamental relations among them. Crown Copyright 2010 Published by Elsevier Ltd. on behalf of ISTVS. All rights reserved.

Modelos numéricos en la construcción de los túneles de "El Padrún"

La construcción de los túneles de El Padrún constituye un hito en la realización de obras subterráneas en España. Su ejecución se ha caracterizado por la utilización de la más reciente tecnología. La aplicación del llamado Nuevo Método Austriaco de Construcción de Túneles (NATM) como base del proyecto se ha llevado a cabo con rigor en todos sus extremos. De acuerdo a esta filosofía, el trabajo de la Asistencia Técnica se ha centrado en una doble línea: el control instrumental sistemático de la obra, y la interpretación de los datos recogidos mediante análisis numérico. El primer objetivo se ha cubierto mediante un ambicioso plan de instrumentación. En él se han incluido medidas para la caracterización del sistema terreno-sostenimiento. La información se ha mantenido centralizada en una base de datos dispuesta a pie de obra. Los datos recogidos de la instrumentación han sido la base de modelos teóricos desarrollados con el objetivo de interpretar la evolución de convergencias e identificar las presiones actuantes sobre el sostenimiento. Por otro lado, en el análisis de estabilidad exterior e interior se han aplicado refinadas técnicas de cálculo numérico (Elementos Finitos, Elementos de Contorno, Teoría de Bloques etc.). Finalmente, se ha desarrollado una aplicación específica de Métodos de Fiabilidad. En ella se aborda, con un planteamiento avanzado, el problema de evaluación de la seguridad de la obra.

Los plásticos en el diseño de la maquinaria agrícola. Plásticos I: Qué son y para que se usan

El importante avance de los componentes de la maquinaria agrícola que se construyen con materiales ‘plásticos’ permite abrir una serie de cuatro artículos en los que se analizan de manera conceptual lo que pueden ofrecer los plásticos y algunas de las realizaciones sobre las máquinas que se encuentran en el mercado.

Los plásticos en el diseño de la maquinaria agrícola. Plásticos II: los termoplásticos

Materiales termoplásticos son las resinas que se ablandan en presencia del calor y se endurecen cuando se enfrían, no importa cuantas veces se repita el proceso. Su arquitectura es la de una cadena polimérica lineal. Los termoplásticos son el grupo más numeroso, con el 78-80% del consumo total de plásticos. Por lo general, presentan un buen conjunto de propiedades mecánicas, son fáciles de procesar,reciclables y bastante económicos. Una gran característica es que se pueden soldar. La principal desventaja deriva del hecho de que son materiales que funden, de modo que no tienen aplicaciones a elevadas temperaturas, puesto que comienzan a reblandecer con la consiguiente pérdida de propiedades mecánicas.

Los plásticos en el diseño de la maquinaria agrícola. Parte III: los plásticos termoestables

Los materiales termoestables son resinas que se solidifican de forma definitiva cuando se les aplica calor y presión durante el moldeo. Su arquitectura corresponde a la de una cadena polimérica tridimensional reticulada o entrecruzada. A diferencia de los termoplásticos, no se pueden soldar. En la práctica para poder dar forma a estos materiales se parte de un estado intermedio (prepolímero), plástico termoendurecible, que puede fundir, teniendo lugar el entrecruzamiento y su conversión o curado

Los plásticos en el diseño de la maquinaria agrícola. Parte IV procesos de transformación

Existen técnicas muy variadas de moldeo: extrusión, inyección, moldeo, prensado, etc. Si bien, parte de estos procesos pueden emplearse indistintamente en la elaboración de elementos con materiales termoplásticos o termoestables, otros únicamente están indicados para la fabricación de elementos con uno de estos tipos de plástico

Metodologías para la modelización, validación y diseño innovador de los sistemas multicuerpo del transporte vertical de personas

En el mundo moderno está cobrando cada vez más importancia el empleo de técnicas de simulación y creatividad como parte del ciclo de la ingeniería de diseño para acelerar y catalizar el proceso de innovación. Sin embargo, aunque la simulación sí posee un gran patrón de medida, que es la realidad que representa, no siempre se lleva a cabo una valoración objetiva de las ideas producidas de forma creativa. Otro campo relacionado con el diseño innovador, pero que aún está poco explorado, es el del estudio y gestión de la innovación mediante la monitorización del grado de evolución de un sistema a lo largo del tiempo. Existen teorías y patrones de evolución cualitativos predefinidos en la literatura, pero con escasa aplicación en el mercado actual. La forma de medir la innovación según algunas empresas se basa en cuantificar número de proyectos, ideas, patentes, etc., pero no incluyen ninguna metodología de análisis o la definición de parámetros intrínsecos a las curvas asociadas a dicho grado de innovación. En esta Tesis Doctoral, se ha desarrollado una metodología general para la búsqueda del diseño innovador, metodología que ha sido aplicada en este caso al sector del transporte vertical de personas que incluye sistemas mecánicos como escaleras mecánicas, pasillos móviles o ascensores. Esta metodología principal se compone de otras metodologías desarrolladas y herramientas seleccionadas que permiten automatizar el proceso de creación y evaluación de ideas, así como su implementación en el entorno de simulación correspondiente. Debido a que el campo de aplicación de estas metodologías es fundamentalmente mecánico, se ha empleado como herramienta principal de simulación un software específico de simulación dinámica de sistemas multicuerpo. También se ha desarrollado una metodología de comparación entre las señales de un sistema real y el sistema simulado para la validación de los modelos y metodología de simulación. Esta metodología se ha aplicado a un modelo de simulación dinámica de una escalera mecánica.Se ha desarrollado una metodología para la implementación de escaleras mecánicas y pasillos móviles en el software de simulación dinámica seleccionado. Esta metodología es necesaria para la prueba de un número elevado de alternativas que difieren en valores cuantitativos y cualitativos, por lo que está parametrizada según el número y tipo de eslabones que comúnmente poseen estos sistemas mecánicos como parte de las cadenas de rodillos que los conducen y traccionan. Las técnicas que comprende esta metodología han sido aplicadas para implementar un modelo concreto de escalera mecánica recientemente patentado. La metodología de implementación se considera validada, al haber obtenido valores altos de correlación entre las señales simuladas y las obtenidas de sensorizar un prototipo real mediante la aplicación de la metodología de comparación y validación de señales desarrollada también en esta Tesis. Dentro de la metodología general, se presenta una metodología de análisis del estado del arte de un sistema basada en el análisis de las curvas de evolución de cada sistema, las cuales se construyen a partir de una previa selección de los indicadores tecnológicos representativos adecuados. En este caso, se ha aplicado a las escaleras mecánicas y pasillos móviles, seleccionando como indicador de su evolución temporal el número de patentes anuales, de las cuáles se han analizado valores estadísticos representativos de la velocidad y aceleración en la creación de patentes de sus más de 100 años que llevan existiendo. Para acelerar el proceso de evolución de un sistema se ha propuesto el empleo de técnicas de creatividad existentes como medio para automatizar el proceso de creación de ideas, las cuales deberán ser sometidas a una valoración objetiva. La creatividad, dentro de la metodología general de diseño innovador, se ha considerado necesaria en todos los estadios de la ingeniería de diseño. Como resultados de la aplicación de las metodologías desarrolladas en esta Tesis al campo del transporte vertical de personas, se encuentran varios modelos de simulación dinámicos de escaleras mecánicas, la validación de un modelo concreto de escalera mecánica, y soluciones innovadoras y creativas en la implementación de modelos y a nivel conceptual, materializándose en varios artículos de interés científico y dos patentes de invención aceptadas. Toda la base teórica desarrollada en esta Tesis tiene como meta la reducción de tiempos y costes en el proceso de producción y análisis de ideas, eliminando la inercia psicológica desde la creatividad y, la construcción de prototipos, mediante modelos avanzados de simulación.

Estudio de seguridad y salud para la construcción de una estación de servicio

Un proyecto de construcción de una estación de servicio requiere de un estudio de seguridad y salud para asegurar que los trabajos y tareas necesarios se realizan en las condiciones adecuadas, en cumplimiento al Real Decreto 1.627/1997, de 24 de Octubre, BOE número 256, 25 de Octubre de 1997 por el que se establecen disposiciones mínimas de seguridad y de salud en las obras de construcción. Dentro del procedimiento para realizar dicho estudio se procede a realizar una comprobación y enumeración de las distintas tareas que serán necesarias para la construcción, analizando el grado de riesgo que cada actividad presenta y, en función de estas, generar una serie de recomendaciones y normas para minimizar o eliminar dichos riesgos. Del estudio realizado se deduce que los trabajos presentan unos riesgos de baja probabilidad siempre que se mantenga un mínimo de atención y una actitud de prudencia y responsabilidad. ABSTRACT A service station construction project requires a safety and health study to ensure that necessary work and tasks are carried out in the right conditions, pursuant to Royal Decree 1.627/1997 of 24 October, BOE number 256, 25 October 1997 which establishes minimum requirements of safety and health in construction. Within the procedure to carry out this study proceeds to perform a check and enumeration of the various tasks which will be necessary for the construction, analyzing the degree of risk that each activity presents and, based on these, generating a series of recommendations and standards to minimize or eliminate these risks. From the study that has been done it can be determined that the work presents a low probability risks provided that a minimum of care and an attitude of prudence and responsibility..

Efficient computation of the pressures developed during high-speed train passing events

The paper resumes the results obtained applying various implementations of the direct boundary element method (BEM) to the solution of the Laplace Equation governing the potential flow problem during everyday service manoeuvres of high-speed trains. In particular the results of train passing events at three different speed combinations are presented. Some recommendations are given in order to reduce calculation times which as is demonstrated can be cut down to not exceed reasonable limits even when using nowadays office PCs. Thus the method is shown to be a very valuable tool for the design engineer.

Neutron spectrometry using artificial neural networks for a bonner sphere spectrometer with 3He detector

Neutron spectra unfolding and dose equivalent calculation are complicated tasks in radiation protection, are highly dependent of the neutron energy, and a precise knowledge on neutron spectrometry is essential for all dosimetry-related studies as well as many nuclear physics experiments. In previous works have been reported neutron spectrometry and dosimetry results, by using the ANN technology as alternative solution, starting from the count rates of a Bonner spheres system with a LiI(Eu) thermal neutrons detector, 7 polyethylene spheres and the UTA4 response matrix with 31 energy bins. In this work, an ANN was designed and optimized by using the RDANN methodology for the Bonner spheres system used at CIEMAT Spain, which is composed of a He neutron detector, 12 moderator spheres and a response matrix for 72 energy bins. For the ANN design process a neutrons spectra catalogue compiled by the IAEA was used. From this compilation, the neutrons spectra were converted from lethargy to energy spectra. Then, the resulting energy ?uence spectra were re-binned by using the MCNP code to the corresponding energy bins of the He response matrix before mentioned. With the response matrix and the re-binned spectra the counts rate of the Bonner spheres system were calculated and the resulting re-binned neutrons spectra and calculated counts rate were used as the ANN training data set.

Performance of artificial neural networks and genetical evolved artificial neural networks unfolding techniques

With the Bonner spheres spectrometer neutron spectrum is obtained through an unfolding procedure. Monte Carlo methods, Regularization, Parametrization, Least-squares, and Maximum Entropy are some of the techniques utilized for unfolding. In the last decade methods based on Artificial Intelligence Technology have been used. Approaches based on Genetic Algorithms and Artificial Neural Networks have been developed in order to overcome the drawbacks of previous techniques. Nevertheless the advantages of Artificial Neural Networks still it has some drawbacks mainly in the design process of the network, vg the optimum selection of the architectural and learning ANN parameters. In recent years the use of hybrid technologies, combining Artificial Neural Networks and Genetic Algorithms, has been utilized to. In this work, several ANN topologies were trained and tested using Artificial Neural Networks and Genetically Evolved Artificial Neural Networks in the aim to unfold neutron spectra using the count rates of a Bonner sphere spectrometer. Here, a comparative study of both procedures has been carried out.

Grupos estratégicos: su influencia en el desempeño de la industria bancaria venezolana y su relación con la cobertura geográfica

El objetivo de esta investigación fue determinar los grupos estratégicos de la industria bancaria venezolana y su influencia sobre el desempeño en el sector, así como su relación con la cober tura geográfica, durante el primer semestre del año 2008. Los resultados más relevantes fueron los siguientes: 1) Los grupos estratégicos combinan patrones de conductas. 2) Las diferentes estrategias adoptadas por los bancos no se expresaron en una diferenciación en los niveles de resultados económicos y financieros. 3) Los grupos bancarios llevan a cabo una estrategia de cobertura geográfica relacionada con la estrategia financiera.

Modelling Saharan dust transport into the Mediterranean basin with CMAQ

The need for a better quantification of the influence of Saharan dust transport processes on the air quality modelling in the Mediterranean basin led to the formulation of a dust emission module (DEM) integrated into the Air Quality Risk Assessment System for the Iberian Peninsula (SERCA). This paper is focused on the formulation of DEM based on the GOCART aerosol model, along with its integration and execution into the air quality model. It also addresses the testing of the module and its evaluation by contrasting results against satellite products such as MODIS and CALIPSO and ground-level observations of aerosol optical thickness (AOT) and concentration levels of PM10 for different periods in July 2007. DEM was found capable of reproducing the spatial (horizontal and vertical) and temporal profiles of Saharan dust outbreaks into the Mediterranean basin and the Atlantic coast of Africa. Moreover, it was observed that its combination with CMAQ increased the correlation degree between observed and modelled PM10 concentrations at the selected monitoring locations. DEM also enhanced CMAQ capabilities to reproduce observed AOT, although significant underestimations remain. The implementation of CMAQ + DEM succeeded in capturing Saharan dust transport into the Iberian Peninsula, with contributions up to 25 and 14 μg m−3 in 1 h and 24 h average PM10 respectively. The general improvement of total PM10 predictions in Spain are however moderate. The analysis of model performance for the main PM components points out that remaining PM10 underestimation is due to dust local sources missing in the inventories and misrepresentation of organic aerosol processes, which constitutes the main areas for future improvement of CMAQ capabilities to simulate particulate matter within SERCA.

Evaluation of the trading development in the Iberian Energy Derivatives Market

The efficiency of the Iberian Energy Derivatives Market in its first five and a half years is assessed in terms of volume, open interest and price. The continuous market shows steady liquidity growth. Its volume is strongly correlated to that of the Over The Counter (OTC) market, the amount of market makers, the enrolment of financial agents and generation companies belonging to the integrated group of last resort suppliers, and the OTC cleared volume in its clearing house. The hedging efficiency, measured through the ratio between the final open interest and the cleared volume, shows the lowest values for the Spanish base load futures as they are the most liquid contracts. The ex-post forward risk premium has diminished due to the learning curve and the effect of the fixed price retributing the indigenous coal fired generation. This market is quite less developed than the European leaders headquartered in Norway and Germany. Enrolment of more traders, mainly international energy companies, financial agents, energy intensive industries and renewable generation companies is desired. Market monitoring reports by the market operator providing post-trade transparency, OTC data access by the energy regulator, and assessment of the regulatory risk can contribute to efficiency gains.