6 resultados para INTENSIFICACION
Resumo:
This doctoral thesis explores some of the possibilities that near-field optics can bring to photovoltaics, and in particular to quantum-dot intermediate band solar cells (QD-IBSCs). Our main focus is the analytical optimization of the electric field distribution produced in the vicinity of single scattering particles, in order to produce the highest possible absorption enhancement in the photovoltaic medium in their surroundings. Near-field scattering structures have also been fabricated in laboratory, allowing the application of the previously studied theoretical concepts to real devices. We start by looking into the electrostatic scattering regime, which is only applicable to sub-wavelength sized particles. In this regime it was found that metallic nano-spheroids can produce absorption enhancements of about two orders of magnitude on the material in their vicinity, due to their strong plasmonic resonance. The frequency of such resonance can be tuned with the shape of the particles, allowing us to match it with the optimal transition energies of the intermediate band material. Since these metallic nanoparticles (MNPs) are to be inserted inside the cell photovoltaic medium, they should be coated by a thin insulating layer to prevent electron-hole recombination at their surface. This analysis is then generalized, using an analytical separation-of-variables method implemented in Mathematica7.0, to compute scattering by spheroids of any size and material. This code allowed the study of the scattering properties of wavelengthsized particles (mesoscopic regime), and it was verified that in this regime dielectric spheroids perform better than metallic. The light intensity scattered from such dielectric spheroids can have more than two orders of magnitude than the incident intensity, and the focal region in front of the particle can be shaped in several ways by changing the particle geometry and/or material. Experimental work was also performed in this PhD to implement in practice the concepts studied in the analysis of sub-wavelength MNPs. A wet-coating method was developed to self-assemble regular arrays of colloidal MNPs on the surface of several materials, such as silicon wafers, amorphous silicon films, gallium arsenide and glass. A series of thermal and chemical tests have been performed showing what treatments the nanoparticles can withstand for their embedment in a photovoltaic medium. MNPs arrays are then inserted in an amorphous silicon medium to study the effect of their plasmonic near-field enhancement on the absorption spectrum of the material. The self-assembled arrays of MNPs constructed in these experiments inspired a new strategy for fabricating IBSCs using colloidal quantum dots (CQDs). Such CQDs can be deposited in self-assembled monolayers, using procedures similar to those developed for the patterning of colloidal MNPs. The use of CQDs to form the intermediate band presents several important practical and physical advantages relative to the conventional dots epitaxially grown by the Stranski-Krastanov method. Besides, this provides a fast and inexpensive method for patterning binary arrays of QDs and MNPs, envisioned in the theoretical part of this thesis, in which the MNPs act as antennas focusing the light in the QDs and therefore boosting their absorption
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Resumen: Según los últimos datos publicados por SENASA, a marzo de 2011, el número de unidades productivas con tambo a nivel nacional fue de 11.646 (Informe Acrea, 2011), registrándose al mismo tiempo un aumento de la cantidad de vacas por tambo, en la producción individual y por consiguiente en la producción diaria por tambo (Castignani, 2009). El incremento de la cantidad de efluentes generados por la intensificación de los sistemas lecheros es hasta ahora un problema que puede traer aparejado efectos negativos en la contaminación del medio ambiente. Generalmente los productores ven a dichos efluentes como desperdicios derivados del proceso de ordeño, que se acumulan en fosas donde, es posible que rebalsen a cursos naturales de agua o comienzan acumularse en grandes lagunas en las proximidades de los tambos provocando malos olores y atracción de insectos. El manejo de estos residuos es determinante no solo para reducir la transferencia de nutrientes desde la pastura hacia los corrales, sino para limitar su efecto negativo sobre el ambiente, la salud humana y animal (Taverna et al, 2004). En siguiente trabajo experimental se realizó una descripción de los sistemas que existen en la actualidad para el manejo de los efluentes en las instalaciones lecheras. Además se hace una reseña de la legislación que existe en Argentina con respecto al uso y vertido de este tipo de efluentes. Se realizaron encuestas para evaluar el funcionamiento del aspersor de efluentes comercializado por la empresa Delaval Bosio. Los resultados muestran una tasa de aplicación de 53,16 l/m2/día, con una uniformidad de distribución promedio de 50 %. El equipo presentó algunos inconvenientes según lo expresado por sus usuarios, tales como el tapado de cañerías y la falta de atención técnica entre otros. Sin embargo, se reconoce al sistema como una alternativa de tratamiento de los efluentes generados, que de otra manera serían arrojados deliberadamente a cunetas, fosas y proximidades de las instalaciones. Con respecto a la calidad del efluente como abono cabe mencionar que con la tasa de aplicación expresada anteriormente los aportes de nutrientes serian de 288 kg/año de N y 114,76 kg/año de P respectivamente, representado de esta manera un ahorro para el productor en la incorporación de fertilizantes comerciales.
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Los ecosistemas agrícolas de la Región Pampeana Argentina (RPA) atravesaron en las últimas décadas cambios asociados a procesos de expansión geográfica e intensificación productiva. En este trabajo se estudió el funcionamiento de ecosistemas agrícolas pampeanos mediante la síntesis emergética (de emergía). Este acercamiento analítico evalúa conjuntamente el consumo de bienes y servicios ecológicos y económicos, en una moneda común (emergía) que es la cantidad de energía solar necesaria para obtener todos y cada uno de los recursos intervinientes en el proceso de producción (naturales y comprados en el sistema económico). Este marco de análisis novedoso para el estudio de los ecosistemas agrícolas fue aplicado en la evaluación del desempeño de la rotación maiz-trigo/soja en tres ecosistemas agrícolas, Pergamino (BA), Marcos Juárez (CBA) y Montecristo (CBA), ubicados en la RPA en el período 2006-2010. Posteriormente, a partir de una base de información más extensa en el sitio Marcos Juárez, se amplió el rango temporal del estudió al intervalo 1984-2010, y a escala de cultivo individual en lugar de rotación agrícola, con el objeto de detectar tendencias históricas en los indicadores emergéticos. Los resultados del análisis a nivel de rotación mostraron que los ecosistemas evaluados fueron capaces de duplicar la emergía capturada de los recursos locales a partir del agregado de emergía externa comprada (EYR entre 2 y 2.19). También se determinó que el funcionamiento de dichos ecosistemas estuvo basado en una proporción levemente superior sobre insumos externos que sobre recursos provenientes locales propios del ecosistema (EIR entre 1.01 y 1.16). Sin embargo, los ecosistemas estudiados demostraron tener una habilidad para capturar recursos provenientes de la naturaleza proporcionalmente mayor a la presión ejercida sobre el ambiente a través del proceso productivo (ESI entre 1.99 y 2.45). Los valores obtenidos ubican a los ecosistemas agrícolas de la RPA, entre los de mayor eficiencia y renovabilidad en el contexto mundial de la producción agrícola extensiva. La mayor extensión de este análisis en un contexto histórico permitió identificar tres fases de cambio en los indicadores emergéticos en cuanto a la eficiencia del uso de la emergía y su renovabilidad: una fase de mejora (1984-1995), seguida por una fase de disminución (1996-2001), y una fase final de disminución; pero a tasas menores (2002-2010). Los cambios más importantes asociados al consumo de emergía estuvieron explicadas por la adopción de nuevas tecnologías productivas como la introducción de la siembra directa o el uso de semillas transgénicas. Si bien, la moderación en la caída de los índices en la ultima fase identificada (2002-2010) es un síntoma alentador en términos del grado de explotación ambiental de los ecosistemas estudiados, será necesario que futuros aumentos en el consumo de emergía comprada (e.g. insumos o servicios) estén asociados a retornos más que proporcionales en la captura de la emergía local de fuente renovable. La excepción al patrón de tres fases descripto anteriormente, fue la eficiencia de conversión de la emergía a grano (i.e. la inversa de la transformidad), que exhibió un aumentó consistentemente en el período 1984-2010. Este aumento de la eficiencia (medida en emergía requerida para obtener una unidad de energía cosechada) fue observada a pesar del aumento del flujo de insumos comprados, en el mismo período, lo que esta indicando que a través del tiempo, fue posible cosechar valores crecientes de energía por cada unidad de emergía invertida. La aplicación del análisis de los flujos de emergía resultó util para detectar cambios en los sistemas estudiados. Sin embargo, los resultados obtenidos indicarían que la fortaleza del metodo reside en el monitoreo de cambios a escalas temporales y espaciales mayores a las estudiadas en este trabajo. De este modo, sería posible aumentar la eficiencia de detección de diferencias en el uso de emergía si se analizaran patrones regionales de uso de la tierra, donde los sistemas de producción maximicen los contrastes, tanto en en el consumo de bienes ecológicos (oferta ambiental) como económicos (sistemas de producción contrastantes)
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Incluye Bibliografía
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Esta tesis estudia los efectos de la heterogeneidad del paisaje (contexto) sobre la diversidad de las especies de artrópodos y su estructura trófica en agro-ecosistemas. Específicamente, se evaluó la función de los habitats no-cultivados adyacentes a los cultivos, como los alambrados, en el mantenimiento de la diversidad artrópodos mediante la modificación de los efectos de derrame (spillover) en las interfaces entre los cultivos y los habitats no-cultivados. A escala de paisaje, se presentan evidencias de la influencia de la heterogeneidad del paisaje sobre los componentes aditivos de la diversidad total (diversidad fÁ) : la riqueza local (diversidad f¿) y el reemplazo de especies (diversidad fÀ). Así, la diversidad fÀ explicó una parte importante de la variación en la diversidad total del paisaje, reflejando los cambios en el área y la densidad de los habitats no-cultivados. A escala de lote, la riqueza local y la estructura trófica de las comunidades de artrópodos variaron en función de la posición en el lote (centro, borde y alambrado) y el tipo del cultivo. Estos resultados indican que los alambrados son elementos clave en los paisajes agrícolas para mantener la riqueza regional de artrópodos. Por otra parte, se demostró que los efectos de spillover modifican los patrones de diversidad incrementando la riqueza de especies en los márgenes de los cultivos, actuando los alambrados como fuente de especies que mitigan el impacto negativo del manejo agrícola. Por último, la riqueza de especies de los ensambles de artrópodos parasíticos aumentó con la heterogeneidad del paisaje. El aumento de la frecuencia de asociaciones minador-parasitoide contribuyó a la regulación biológica de un herbívoro novel. Los resultados presentados aqui son relevantes no solo para los paisajes rurales pampeanos (grano grueso, lotes extensos, uso de la tierra heterogéneo y alta intensificación agricola), sino también para entender los factores que definen la diversidad de los ensambles de artrópodos y su relación con la provisión de servicios ecosistemicos
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Esta tesis estudia los efectos de la heterogeneidad del paisaje (contexto) sobre la diversidad de las especies de artrópodos y su estructura trófica en agro-ecosistemas. Específicamente, se evaluó la función de los habitats no-cultivados adyacentes a los cultivos, como los alambrados, en el mantenimiento de la diversidad artrópodos mediante la modificación de los efectos de derrame (spillover) en las interfaces entre los cultivos y los habitats no-cultivados. A escala de paisaje, se presentan evidencias de la influencia de la heterogeneidad del paisaje sobre los componentes aditivos de la diversidad total (diversidad fÁ) : la riqueza local (diversidad f¿) y el reemplazo de especies (diversidad fÀ). Así, la diversidad fÀ explicó una parte importante de la variación en la diversidad total del paisaje, reflejando los cambios en el área y la densidad de los habitats no-cultivados. A escala de lote, la riqueza local y la estructura trófica de las comunidades de artrópodos variaron en función de la posición en el lote (centro, borde y alambrado) y el tipo del cultivo. Estos resultados indican que los alambrados son elementos clave en los paisajes agrícolas para mantener la riqueza regional de artrópodos. Por otra parte, se demostró que los efectos de spillover modifican los patrones de diversidad incrementando la riqueza de especies en los márgenes de los cultivos, actuando los alambrados como fuente de especies que mitigan el impacto negativo del manejo agrícola. Por último, la riqueza de especies de los ensambles de artrópodos parasíticos aumentó con la heterogeneidad del paisaje. El aumento de la frecuencia de asociaciones minador-parasitoide contribuyó a la regulación biológica de un herbívoro novel. Los resultados presentados aqui son relevantes no solo para los paisajes rurales pampeanos (grano grueso, lotes extensos, uso de la tierra heterogéneo y alta intensificación agricola), sino también para entender los factores que definen la diversidad de los ensambles de artrópodos y su relación con la provisión de servicios ecosistemicos
