Departure of high temperature iron lines from the equilibrium state in flaring solar plasmas

The aim of this study is to clarify if the assumption of ionization equilibrium and a Maxwellian electron energy distribution is valid in flaring solar plasmas. We analyze the 2014 December 20 X1.8 flare, in which the \ion{Fe}{xxi} 187~\AA, \ion{Fe}{xxii} 253~\AA, \ion{Fe}{xxiii} 263~\AA\ and \ion{Fe}{xxiv} 255~\AA\ emission lines were simultaneously observed by the EUV Imaging Spectrometer onboard the Hinode satellite. Intensity ratios among these high temperature Fe lines are compared and departures from isothermal conditions and ionization equilibrium examined. Temperatures derived from intensity ratios involving these four lines show significant discrepancies at the flare footpoints in the impulsive phase, and at the looptop in the gradual phase. Among these, the temperature derived from the \ion{Fe}{xxii}/\ion{Fe}{xxiv} intensity ratio is the lowest, which cannot be explained if we assume a Maxwellian electron distribution and ionization equilibrium, even in the case of a multi-thermal structure. This result suggests that the assumption of ionization equilibrium and/or a Maxwellian electron energy distribution can be violated in evaporating solar plasma around 10MK.

Synthesis and Thermophysical Properties of Ether Functionalized Sulfonium Ionic Liquids as Potential Electrolytes for Electrochemical Applications

During this work, a novel series of hydrophobic room temperature ionic liquids (ILs) based on five ether functionalized sulfonium cations bearing the bis(trifluoromethyl)sulfonylimide, [NTf2]- anion were synthesized and characterized. Their physicochemical properties, such as density, viscosity and ionic conductivity, electrochemical window along with thermal properties including phase transition behavior and decomposition temperature, have been measured. All of these ILs showed large liquid range temperature, low viscosity and good conductivity. Additionally, by combining DFT calculations along with electrochemical characterization it appears that these novel ILs show good electrochemical stability windows, suitable for the potential application as electrolyte materials in electrochemical energy storage devices.

Thomson scattering on non-thermal atmospheric pressure plasma jets

To characterize non-thermal atmospheric pressure plasmas experimentally, a large variety of methods and techniques is available, each having its own specific possibilities and limitations. A rewarding method to investigate these plasma sources is laser Thomson scattering. However, that is challenging. Non-thermal atmospheric pressure plasmas (gas temperatures close to room temperature and electron temperatures of a few eV) have usually small dimensions (below 1 mm) and a low degree of ionization (below 10^-4). Here an overview is presented of how Thomson scattering can be applied to such plasmas and used to measure directly spatially and temporally resolved the electron density and energy distribution. A general description of the scattering of photons and the guidelines for an experimental setup of this active diagnostic are provided. Special attention is given to the design concepts required to achieve the maximum signal photon flux with a minimum of unwanted signals. Recent results from the literature are also presented and discussed.

Tietokantaratkaisuehdotus pientasajännitesähköverkoston mittausdatavarastoksi

Lappeenrannan teknillinen yliopisto tutkii pientasajännitesähkön käyttöä. Yliopisto on rakennuttanut Järvi-Suomen Energia Oy:n ja Suur-Savon Sähkö Oy:n kanssa yhteistyössä kokeellisen pientasajännitesähköverkon, jolla pystytään tarjoamaan kenttäolosuhteet pienjännitetutkimukselle todellisilla asiakkailla ja todentaa LVDC-teknologiaa ja muita älykkään sähköverkon toimintoja kenttäolosuhteissa. Verkon tasajänniteyhteys on rakennettu 20 kV sähkönjakeluverkon ja neljän kuluttajan välille. 20 kV keskijännite suunnataan tasamuuntamolla ±750 V pientasajännitteeksi ja uudestaan 400/230 V vaihtojännitteeksi kuluttajien läheisyydessä. Tämän kandidaatintyön tarkoituksena on luoda yliopistolle tietokanta pientasajännitesähköverkosta kertyvälle tiedolle ja mittaustuloksille. Tietokanta nähtiin tarpeelliseksi luoda, jotta pienjänniteverkon mittaustuloksia pystytään myöhemmin tarkastelemaan yhdessä ja yhtenäisessä muodossa. Yhdeksi tutkimuskysymykseksi muodostui, kuinka järjestää ja visualisoida kaikki verkosta palvelimille kertyvä mittausdata. Työssä on huomioitu myös kolme tietokantaa mahdollisesti hyödyntävää käyttäjäryhmää: kotitalousasiakkaat, sähköverkkoyhtiöt ja tutkimuslaboratorio, sekä pohdittu tietokannan hyötyä ja merkitystä näille käyttäjille. Toiseksi tutkimuskysymykseksi muodostuikin, mikä kaikesta tietokantaan talletetusta datasta olisi oleellisen tärkeää ottaa talteen näiden asiakkaiden kannalta, ja kuinka nämä voisivat hakea tietoa tietokannasta. Työn tutkimusmenetelmät perustuvat jo valmiiksi olemassa olevaan mittausdataan. Työtä varten on käytetty sekä painettua että sähköisessä muodossa olevaa kirjallisuutta. Työn tuloksena on saatu luotua tietokanta MySQL Workbench -ohjelmistolla, sekä mittausdatan keräys- ja käsittelyohjelmat Python-ohjelmointikielellä. Lisäksi on luotu erillinen MATLAB-rajapinta tiedon visualisoimista varten, jolla havainnollistetaan kolmen asiakasryhmän mittausdataa. Tietokanta ja sen tiedon visualisointi antavat kuluttajalle mahdollisuuden ymmärtää paremmin omaa sähkönkäyttöään, sekä sähköverkkoyhtiöille ja tutkimuslaboratorioille muun muassa tietoa sähkön laadusta ja verkon kuormituksesta.

A fuzzy clustering approach to a demand response model

This paper proposes a novel demand response model using a fuzzy subtractive cluster approach. The model development provides support to domestic consumer decisions on controllable loads management, considering consumers' consumption needs and the appropriate load shape or rescheduling in order to achieve possible economic benefits. The model based on fuzzy subtractive clustering method considers clusters of domestic consumption covering an adequate consumption range. Analysis of different scenarios is presented considering available electric power and electric energy prices. Simulation results are presented and conclusions of the proposed demand response model are discussed. (C) 2016 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Assessing the resilience of water supply systems in Oman

Water systems in the Sultanate of Oman are inevitably exposed to varied threats and hazards due to both natural and man-made hazards. Natural disasters, especially tropical cyclone Gonu in 2007, cause immense damage to water supply systems in Oman. At the same time water loss from leaks is a major operational problem. This research developed an integrated approach to identify and rank the risks to the water sources, transmission pipelines and distribution networks in Oman and suggests appropriate mitigation measures. The system resilience was evaluated and an emergency response plan for the water supplies developed. The methodology involved mining the data held by the water supply utility for risk and resilience determination and operational data to support calculations of non-revenue water. Risk factors were identified, ranked and scored at a stakeholder workshop and the operational information required was principally gathered from interviews. Finally, an emergency response plan was developed by evaluating the risk and resilience factors. The risk analysis and assessment used a Coarse Risk Analysis (CRA) approach and risk scores were generated using a simple risk matrix based on WHO recommendations. The likelihoods and consequences of a wide range of hazardous events were identified through a key workshop and subsequent questionnaires. The thesis proposes a method of translating the detailed risk evaluations into resilience scores through a methodology used in transportation networks. A water audit indicated that the percentage of NRW in Oman is greater than 35% which is similar to other Gulf countries but high internationally. The principal strategy for managing NRW used in the research was the AWWA water audit method which includes free to use software and was found to be easy to apply in Oman. The research showed that risks to the main desalination processes can be controlled but the risk due to feed water quality might remain high even after implementing mitigation measures because the intake is close to an oil port with a significant risk of oil contamination and algal blooms. The most severe risks to transmission mains were found to be associated with pipe rather than pump failure. The systems in Oman were found to be moderately resilient, the resilience of desalination plants reasonably high but the transmission mains and pumping stations are very vulnerable. The integrated strategy developed in this study has a wide applicability, particularly in the Gulf area, which may have risks from exceptional events and will be experiencing NRW. Other developing countries may also experience such risks but with different magnitudes and the risk evaluation tables could provide a useful format for further work.

Mesure de sections efficaces absolues vibrationnelles pour la collision d’électrons de basse énergie (1-19 eV) avec le tétrahydrofurane (THF) condensé

Résumé: Ce mémoire de maîtrise est une étude des probabilités d’interactions (sections efficaces) des électrons de basse énergie avec une molécule d’intérêt biologique. Cette molécule est le tétrahydrofurane (THF) qui est un bon modèle de la molécule constituant la colonne vertébrale de l’ADN; le désoxyribose. Étant donné la grande quantité d’électrons secondaires libérés lors du passage des radiations à travers la matière biologique et sachant que ceux-ci déposent la majorité de l’énergie, l’étude de leurs interactions avec les molécules constituant l’ADN devient rapidement d’une grande importance. Les mesures de sections efficaces sont faites à l’aide d’un spectromètre à haute résolution de pertes d’énergie de l’électron. Les spectres de pertes d’énergie de l’électron obtenus de cet appareil permettent de calculer les valeurs de sections efficaces pour chaque vibration en fonction de l’énergie incidente de l’électron. L’article présenté dans ce mémoire traite de ces mesures et des résultats. En effet, il présente et explique en détail les conditions expérimentales, il décrit la méthode de déconvolution qui est utilisée pour obtenir les valeurs de sections efficaces et il présente et discute des 4 résonances observées dans la dépendance en énergie des sections efficaces. En effet, cette étude a permis de localiser en énergie 4 résonances et celles-ci ont toutes été confirmées par des recherches expérimentales et théoriques antérieures sur le sujet des collisions électrons lents-THF. En outre, jamais ces résonances n’avaient été observées simultanément dans une même étude et jamais la résonance trouvée à basse énergie n’avait été observée avec autant d’intensité que cette présente étude. Cette étude a donc permis de raffiner notre compréhension fondamentale des processus résonants impliqués lors de collisions d’électrons secondaires avec le THF. Les valeurs de sections efficaces sont, quant à elles, très prisées par les théoriciens et sont nécessaires pour les simulations Monte Carlo pour prédire, par exemple, le nombre d’ions formées après le passage des radiations. Ces valeurs pourront justement être utilisées dans les modèles de distribution et dépôt d’énergie au niveau nanoscopique dans les milieux biologiques et ceux-ci pourront éventuellement améliorer l’efficacité des modalités radiothérapeutiques.

Análise energética a uma instalação produtiva de cerâmica de revestimento

O presente trabalho deriva do Projeto GALP 20–20-20 implementado na empresa Primus Vitória, em parceria com a Universidade de Aveiro. A empresa na qual foi efetuado o estágio produz azulejos para revestimento, estando situada na Zona Industrial de Taboeira. Este relatório expõe a caracterização energética da Primus Vitória, onde são apresentados consumos de energia elétrica e gás natural nos diversos sectores produtivos, relação entre consumos energéticos globais e a produção de azulejos e ainda os indicadores energéticos da mesma. Através deste estudo foi possível a criação de medidas de eficiência energética passíveis de implementação, aplicadas a equipamentos consumidores de energia elétrica, através da substituição do motor elétrico existente no setor da aspiração, e de gás natural, otimizando o funcionamento da plastificadora para sequencial, com o devido impacte no consumo final de energia. Como trabalho futuro propõe-se o desenvolvimento de um plano de monotorização de consumos energéticos com o intuito de obter um controle rigoroso dos mesmos reduzindo possíveis perdas e identificando possíveis defeitos no processo produtivo.

Microturbinas em redes de abastecimento de água

Nos dias de hoje a sociedade exige níveis qualitativos de vida cada vez mais elevados, o que torna prioritária a conceção de sistemas eficientes, não poluidores, económicos e diversificados que permitam uma gestão integrada e racionalizada de recursos tão escasso como é o da água e da energia. Em sistemas de abastecimento de água, o uso de válvulas redutoras de pressão (VRP) visa a uniformização e controlo de pressões, promovendo uma perda de carga localizada que dissipa a energia hidráulica presente através da redução dos valores de pressão a jusante. Estas são fundamentais no controlo e redução de pressão. A utilização de microturbinas é uma alternativa sustentável para o controle de pressão e, simultaneamente, para a produção de energia elétrica. Trata-se de um método de mitigação para controlar as perdas referidas convergindo no âmbito da eficiência energética. Na perspetiva de promover um aproveitamento de energia nas redes de abastecimento de água, o presente trabalho sugere a substituição de válvulas redutoras de pressão (VRP) por microturbinas. Desse modo, apresenta-se um método automático de seleção de (i) local para implementação e (ii) projeto de microturbinas para sistemas de abastecimento de água. Para a modelação do funcionamento dos sistemas hidráulicos recorre-se ao simulador hidráulico EPANET. Esta ferramenta possibilita avaliação de caudais e pressões em todos os pontos da rede durante um determinado intervalo de tempo. A metodologia desenvolvida permite selecionar o local ideal no sistema hidráulico através de uma análise de cada secção conduta-nó escolhendo-se a melhor opção baseada na produção de energia. Depois da localização procede-se à seleção do tipo de turbina (Kaplan, Francis, Pelton e Cross-flow) que vai depender das características do sistema hidráulico. Na etapa seguinte apresenta-se os resultados obtidos pela turbina nomeadamente a produção de energia elétrica anual, o investimento necessário, o tempo de retorno e a rentabilização ao final de um período de 25 anos. Na última etapa da metodologia, de forma avaliar o comportamento do sistema final, realiza-se uma nova simulação da rede mas tendo em conta a introdução da microturbina no local. Apresentam-se alguns casos de estudo que validam a ferramenta desenvolvida. A metodologia desenvolvida é comparada com um caso de estudo real. Em ambos os exemplos simulados a metodologia aplicada permite obter soluções com ganhos energéticos significativos associados ao sistema. Apenas num dos exemplos se observaram que a implementação da microturbina no sistema hidráulico não seria economicamente rentável.

Características do gás durante a gasificação de biomassa em leito fluidizado

Durante os últimos anos, a procura mundial de recursos energéticos renováveis tem sofrido um grande aumento. Neste grupo insere-se a biomassa, cuja conversão termoquímica, principalmente através de tecnologias de combustão e gasificação, é utilizada para a produção de energia térmica e elétrica. No processo de gasificação de biomassa é possível obter um combustível gasoso secundário com variadas aplicações, podendo inclusive servir como substituto do gás natural. No entanto, ao contrário da combustão, esta tecnologia aplicada à biomassa ainda está em fase de demonstração a nível industrial, apresentando algumas limitações em alguns aspetos tecnológicos, entre os quais a qualidade do gás produzido. Neste contexto, e com o objetivo de contribuir para o conhecimento da aplicabilidade desta tecnologia, surge o presente trabalho, onde a caracterização e definição das condições de operação de um gasificador de biomassa, bem como a caracterização do gás produzido foram objeto de estudo. Foi realizado um conjunto de experiências de gasificação direta, num reator de leito fluidizado borbulhante à escala piloto, com dois tipos de biomassa tipicamente encontrados em Portugal, e para diferentes condições de operação do gasificador, nomeadamente no que diz respeito à razão de equivalência. A biomassa utilizada consistiu em pellets comerciais de madeira e estilha de biomassa florestal residual derivada de pinheiro (Pinus pinaster), e resultante de operações florestais em Portugal. Na gama de temperatura do leito aplicada, tipicamente entre 800ºC e 875ºC, o reator funcionou em condições auto térmicas, isto é, sem a necessidade de recorrer a uma fonte de calor auxiliar externa. Em relação à composição do gás seco durante o processo de gasificação, os gases presentes em maior percentagem (em volume), para as experiências com ambos os tipos de biomassa, são o CO2 e o CO, com o primeiro a registar valores médios entre os 13.4% e os 16%, e o segundo entre 11.3% e 16.3%. Por ordem decrescente de concentração encontra-se o H2, na gama de 5.8% a 12.7%, o CH4 com valores médios entre 2.8% e 4.5%, e o C2H4 com concentrações médias entre 1.0% e 2.2%. Importa referir ainda a ausência de O2 no gás produzido. Verificou-se na concentração de H2, a principal diferença na composição do gás seco relativamente à gasificação dos dois combustíveis utilizados, com valores de concentração inferiores durante a operação com estilha de biomassa florestal residual derivada de pinheiro. Nas várias experiências realizadas, e para as condições operatórias utilizadas, observou-se que a razão de equivalência (RE) exerce um efeito significativo na composição do gás, verificando-se, genericamente, que com o aumento da RE a concentração de gases combustíveis diminui. Os valores de Poder Calorífico Inferior (PCI) obtidos para o gás seco produzido encontram-se na gama 3.4-5.6 MJ/Nm3, sendo que os valores mais elevados foram registados no decorrer dos ensaios de gasificação com pellets de madeira. Para ambos os combustíveis, o PCI do gás seco diminui com o aumento da RE.

Desenvolvimento de uma bancada para a realização de ensaios de auto-amortecimento em cabos condutores de energia elétrica

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2015.

Análise comparativa de um sistema de refrigeração solar

Nesta dissertação são comparadas duas tecnologias de refrigeração. Uma tecnolo-gia é um sistema que usa a energia elétrica para fazer funcionar um ciclo de com-pressão de vapor, sistema comum em instalações de refrigeração. A outra solução é um sistema de absorção, em que a energia necessária para o funcionamento do sistema é energia térmica obtida através de coletores solares térmicos. Estas tecnologias são estudadas e comparadas para a refrigeração de um arma-zém de produtos agrícolas à temperatura constante de 5ºC para a região de Alque-va, região onde estão a ser desenvolvidos projetos hortofrutícolas a que estão as-sociadas necessidades de preservação dos produtos que envolvem refrigeração e em que a acessibilidade à rede elétrica é reduzida. É mostrado que a tecnologia do sistema de absorção com os coletores se apresenta a médio prazo mais vantajosa em termos económicos e ambientais; Abstract: Comparative analysis of a solar refrigeration system In this dissertation two refrigeration technologies are compared when used for the same objective. One is a technology using the electric energy to operate a vapour compression cycle, commonly used in refrigerated installations. The alternative technology is an absorption system driven by thermal energy, provided by solar thermal collectors. Both technologies are studied and compared for the refrigeration of an agricultural products warehouse at a constant temperature of 5ºC in the Alqueva region, where horticultural projects are being developed with associated needs of preservation of the products involving refrigeration, and where accessibility to the electrical grid is reduced. In the referred conditions it was shown that the absorption technology with collec-tors in the medium term surpasses the usual compression system, both from eco-nomic and environmental viewpoints.

Análise do monitoramento de descargas atmosféricas na área de concessão da companhia força e luz do oeste em Guarapuava, Estado do Paraná

Aiming to analyze the monitoring of the atmospheric discharges incidence, the concession area of Companhia Forca e Luz do Oeste (CFLO) - Western Power and Light Company, located in the district of Guarapuava, state of Parana was chosen for a study developed in 2003, from January to December. After the air masses dynamics description, it was possible to identify the occurrence of atmospheric discharges and to compare them to the energy interruptions. To that end, atmospheric discharges density maps were created within the CFLO concession area for a later analysis of their influence in the electric energy supply. The monitoring of the atmospheric discharges and the comparison between this phenomenon and the occurrence of interruptions in the electric energy supply enabled this study. Results showed that such events are directly related, and that the rural area of the region under study underwent a major interference.

Investigating the peculiar emission from the new VHE gamma-ray source H1722+119

The MAGIC (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov) telescopes observed the BL Lac object H1722+119 (redshift unknown) for six consecutive nights between 2013 May 17 and 22, for a total of 12.5 h. The observations were triggered by high activity in the optical band measured by the KVA (Kungliga Vetenskapsakademien) telescope. The source was for the first time detected in the very high energy (VHE, E > 100 GeV) γ-ray band with a statistical significance of 5.9 σ. The integral flux above 150 GeV is estimated to be (2.0 ± 0.5) per cent of the Crab Nebula flux. We used contemporaneous high energy (HE, 100MeV < E < 100 GeV) γ-ray observations from Fermi-LAT (Large Area Telescope) to estimate the redshift of the source. Within the framework of the current extragalactic background light models, we estimate the redshift to be z = 0.34±0.15. Additionally, we used contemporaneous X-ray to radio data collected by the instruments on board the Swift satellite, the KVA, and the OVRO (Owens Valley Radio Observatory) telescope to study multifrequency characteristics of the source. We found no significant temporal variability of the flux in the HE and VHE bands. The flux in the optical and radio wavebands, on the other hand, did vary with different patterns. The spectral energy distribution (SED) of H1722+119 shows surprising behaviour in the ∼ 3×1014 −1018 Hz frequency range. It can be modelled using an inhomogeneous helical jet synchrotron self-Compton model.

Near-infrared Instrumentation For Rapid-response Astronomy

Ɣ-ray bursts (GRBs) are the Universe's most luminous transient events. Since the discovery of GRBs was announced in 1973, efforts have been ongoing to obtain data over a broader range of the electromagnetic spectrum at the earliest possible times following the initial detection. The discovery of the theorized ``afterglow'' emission in radio through X-ray bands in the late 1990s confirmed the cosmological nature of these events. At present, GRB afterglows are among the best probes of the early Universe (z ≳ 9). In addition to informing theories about GRBs themselves, observations of afterglows probe the circum-burst medium (CBM), properties of the host galaxies and the progress of cosmic reionization. To explore the early-time variability of afterglows, I have developed a generalized analysis framework which models near-infrared (NIR), optical, ultra-violet (UV) and X-ray light curves without assuming an underlying model. These fits are then used to construct the spectral energy distribution (SED) of afterglows at arbitrary times within the observed window. Physical models are then used to explore the evolution of the SED parameter space with time. I demonstrate that this framework produces evidence of the photodestruction of dust in the CBM of GRB 120119A, similar to the findings from a previous study of this afterglow. The framework is additionally applied to the afterglows of GRB 140419A and GRB 080607. In these cases the evolution of the SEDs appears consistent with the standard fireball model. Having introduced the scientific motivations for early-time observations, I introduce the Rapid Infrared Imager-Spectrometer (RIMAS). Once commissioned on the 4.3 meter Discovery Channel Telescope (DCT), RIMAS will be used to study the afterglows of GRBs through photometric and spectroscopic observations beginning within minutes of the initial burst. The instrument will operate in the NIR, from 0.97 μm to 2.37 μm, permitting the detection of very high redshift (z ≳ 7) afterglows which are attenuated at shorter wavelengths by Lyman-ɑ absorption in the intergalactic medium (IGM). A majority of my graduate work has been spent designing and aligning RIMAS's cryogenic (~80 K) optical systems. Design efforts have included an original camera used to image the field surrounding spectroscopic slits, tolerancing and optimizing all of the instrument's optics, thermal modeling of optomechanical systems, and modeling the diffraction efficiencies for some of the dispersive elements. To align the cryogenic optics, I developed a procedure that was successfully used for a majority of the instrument's sub-assemblies. My work on this cryogenic instrument has necessitated experimental and computational projects to design and validate designs of several subsystems. Two of these projects describe simple and effective measurements of optomechanical components in vacuum and at cryogenic temperatures using an 8-bit CCD camera. Models of heat transfer via electrical harnesses used to provide current to motors located within the cryostat are also presented.