Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Major de Energia). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2011

This work was supported in part by FCT-Fundação para a Ciência e a Tecnologia de Portugal, under the grant SFRH/BD/47973/2008 and within the framework of the Project "Green Island" with the Reference MIT-PT/SES-GI/0008/2008, by the European Commission within the framework of the European Project MERGE - Mobile Energy Resources in Grids of Electricity, contract nr. 241399 (FP7) and by INESC Porto - Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores do Porto / Tese de doutoramento. Sistemas Sustentáveis de Energia. Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia. 2011

En esta tesis se realiza el análisis y la síntesis de inversores bidireccionales con aislamiento en alta frecuencia. Entre las aplicaciones que se contemplan podemos destacar: sistemas de alimentación fotovoltaicos, sistemas de alimentación utilizando celdas de combustible, mini-generadores eólicos y compensación armónica. Hay dos grandes requerimientos para varias de estas aplicaciones. En primer lugar, es necesario proporcionar aislamiento eléctrico entre la fuente de corriente continua y la carga de corriente alterna, principalmente por temas de seguridad, y en segundo lugar algunas aplicaciones requieren almacenamiento de energía en el lado de corriente continua. En algunas de estas aplicaciones se utilizan baterías como medio de almacenamiento de energía.El transformador que proporciona el aislamiento eléctrico, debe ser de pequeño volumen y bajo coste. La tendencia en inversores de potencia con aislamiento es introducir un transformador funcionando en alta frecuencia, de tal forma que la alta frecuencia de funcionamiento incida en una alta densidad de potencia, manteniendo limitadas las pérdidas en el núcleo.Las baterías o fuente equivalente entregan una tensión de corriente continua que, a través del inversor, se convierte en tensión de corriente alterna que alimenta cargas de diferentes tipos. Si existe energía reactiva debido a una carga altamente inductiva o capacitiva, es interesante que esta energía sea devuelta a la fuente de alimentación, en nuestro caso a las baterías, de tal forma que se elimina la necesidad de tener un condensador de gran capacidad intermedio entre el bus de cc de baterías y la carga de ca.Asimismo, las baterías se pueden cargar desde el lado de corriente alterna a través de un grupo electrógeno o a través de la línea de corriente alterna. De esta forma se tiene, mediante un solo convertidor, la capacidad de entregar energía de las baterías o bien recibirla.Debe haber una alta calidad en la forma de onda de la tensión que se entrega ya sea a sistemas aislados o a la línea de corriente alterna. Para contribuir a mejorar la calidad de la tensión de salida del inversor, se exploran en las topologías del tipo multinivel que presentan una baja distorsión armónica de la tensión de salida, y además permiten la reducción drástica del tamaño del filtro de salida y, a través del conveniente manejo de tensiones, impactar en el aumento del rendimiento total de los inversores.La metodología de trabajo que se sigue durante la realización de esta tesis doctoral se resume en los siguientes puntos:-- Propuesta de una metodología para el análisis y síntesis de inversores bidireccionales con aislamiento en alta frecuencia.-- Aplicación de la metodología propuesta a inversores bidireccionales con aislamiento en alta frecuencia de dos niveles, que se toman como punto de partida para después extender la metodología a inversores bidireccionales multinivel.-- Propuesta de un nuevo inversor bidireccional multinivel con aislamiento en alta frecuencia basado en las topologías puente completo/medio puente. Aplicación de la metodología para el análisis del inversor multinivel.-- Propuesta de un nuevo inversor bidireccional multinivel con aislamiento en alta frecuencia basado en las topologías push-pull/puente completo. Aplicación de la metodología propuesta para el análisis del inversor multinivel.-- Presentación de resultados de simulación de las estrategias de modulación empleadas para inversores de dos niveles y multinivel en lazo abierto y en lazo cerrado. Presentación de los criterios de diseño para la realización de los inversores. Presentación de los resultados experimentales de los inversores bidireccionales con aislamiento en alta frecuencia. Los resultados experimentales incluyen: formas de onda de trabajo en lazo abierto y en lazo cerrado, datos de distorsión armónica total de la tensión antes del filtro de salida pasabajos, datos de rendimiento y valoración de los resultados obtenidos.

Neste trabalho investigamos a produçaõ de pares de leptons( lepton-antil epton) em colisões proton-proton e proton-núcleo para energias dos aceleradores Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) e Large Hadron Collider (LHC). Estes processos de colisão podem ser dividos entre antes e depois do espalhamento, portanto, pode-se analisar os efeitos de estado inicial e de estado nal. No estado nal do processo de colisão, para os aceleradores aqui apresentados, a quantidade de part culas produzidas e muito grande, de forma que uma part cula produzida no processo de espalhamento, que participe da interação forte, pode interagir com este meio antes de ser detectada. Entretanto, e fundamental uma determinação precisa do estado inicial do processo de colisão para que assim a investigação da produção de particulas no estado nal possa ser realizada. Neste contexto, a produção de pares de leptons (dileptons Drell-Yan) possui grande relevância, tendo em vista que não participa da interaçaõ forte, logo pode ser detectada sem sofrer efeitos de estado nal, carregando informações claras do estado inicial do processo de colisão. Para energias de RHIC e LHC, a densidada de quarks e gl uons nos h adrons colisores e muito grande, de tal forma que efeitos de estado inicial de alta densidade podem ser percebidos na produçaõ de partículas no estado nal. Este e o principal objetivo desta tese, utilizar os dileptons como observ avel para investigar os efeitos de alta densidade, ou seja, efeitos de unitariedade em colis~oes pr oton-pr oton, efeitos de saturação partônica descritos pelo Condensado de Vidros de Cor em colisões próton-núcleo. Além destes efeitos, os efeitos nucleares de baixa densidade, presentes em colisões próton-núcleo, também são investigados. Ou seja, utiliza-se um observável eletromagnético, para investigar as propriedades da QCD em colisões hadrônicas. Mais especi camente, as distribuições de momentum transverso e rapidez são investigadas para energias de RHIC e LHC. A produção de dileptons e calculada utilizando o formalismo de dipolos de cor e tamb em a teoria do Condensado de Vidros de cor. Os resultados obtidos nesta tese mostram a potencialidade deste observ avel para se investigar a QCD de alta densidade e indicam a urgente necessidade de medidas com relação a este observável nos experimentos existentes em colisões hadrônicas para altas energias. / In this work, the lepton pair production (lepton-antilepton) in proton-proton and protonnucleus collisions is investigated for Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) and Large Hadron Collider (LHC) colliders energies. These collisions processes can be classi ed between before and after the scattergins, therefore, initial and nal states e ects can be analyzed. In the nal stare, for the colliders here presented, the number of produced particles is large, then a particle produced in the scattering process, which interact strogly, could interact with the medium before being detected. However, it is very important to determine the initial state of the collision process, thus to determine the particle production in the nal state. In this context, the lepton pair production (dileptons Drell-Yan), which does not interact strolgly, should carry indisturbed information about the inicial state system of the collision process. For RHIC and LHC, the quarks and gluons hadrons densities in the initial state of the collision processes is large, such that high density initial state e ects should a ect the particle production in the nal state. This is the main goal of this thesis, use the dilepron production to investigate the high density e exts. This implies in to investigate the unitarity e ects in the proton-proton collisions, the Color Glass Condensate in the proton-nucleus collisions. Moreover, the low density e ects in proton-nucleus collisions are under investigation in this thesis. The main point of this thesis, is that a eletromagnetic observable is considered to investigare the properties of the QCD in hadronic collisions. Speci cally, the transverse momentum and the rapidity distributions are investigated. The dilepton production is evaluated by means of the dipole picture and through the Color Glass Condensate theory. The results obtained in this thesis show that dilepton production is an observable that deserves to be measured in the hadronic colliders at high energies, once it carries clear informations about the QCD system at high density.

Investigamos os efeitos desempenhados pelas flutuações no número de glúons sobre a evolução dos hádrons em altas energias, sob o referencial de dipolos de cor. Entendemos por flutuações o seu significado estatístico, ou seja, desvios em torno da média. A evolução na presença destes efeitos se torna estocástica, fazendo com que diferentes realizações de uma dada evolução resultem em diferentes realizações do alvo a ser estudado. Desta forma, são originadas diferentes amplitudes - as chamadas amplitudes evento-por-evento - para um mesmo valor da variável de evolução. As distribuições destas amplitudes apresentam uma relação de dispersão, relacionada ao coeficiente de difusão que define a existência das flutuações. O regime de altas energias significa que o número de partículas no interior dos hádrons é suficientemente grande e, portanto, efeitos de saturação tornam-se necessários na descrição dos processos. A união dos efeitos de saturação e flutuações é que torna a evolução estocástica - originando as chamadas equações de evolução de laços de pomerons. As flutuações influem fortemente no comportamento diluído da evolução, e poderíamos esperar que na região de altas densidades partônicas (região de saturação), tais efeitos não sejam importantes. Entretanto, mesmo nesta região, as amplitudes de espalhamento devem apresentar uma cauda diluta, onde as flutuações desempenhariam importante papel. Assim, ao menos teoricamente, a evolução em altas energias deve considerar efeitos de flutuações no número de partículas. O processo de interesse neste trabalho é o espalhamento y*p,que é descrito no referencial de dipolos de cor pelo espalhamento dipolo-próton. Para descrever tal processo, utilizamos o modelo AGBS para a seção de choque de dipolos, o qual interpola analiticamente as soluções assintóticas da equação de evolução de Balitsky e Kovchegov (BK) no espaço de momentum. Estendemos tal modelo incluindo os efeitos de flutuações e então o usamos para descrever a função de estrutura do próton, a qual foi ajustada globalmente aos dados do colisor Hadron Electron Ring Accelerator (HERA) para esta quantidade. Como resultado, obtemos que, através do modelo AGBS, os efeitos de flutuações não estão presentes na evolução, pelo menos nas energias atingidas em HERA. Assim, pode-se concluir que uma descrição de campo médio, baseada somente nas soluções da equação BK, é suficiente para a descrição dos dados nestas energias. Entretanto, para energias maiores, como as que serão alcançadas no Large Hadron Collider (LHC), os efeitos de flutuações podem ser importantes na descrição dos processos. / We investigate the effects of the fiuctuations in the gluon number in the high energy hadron evolution, using the color dipole frame. We understand by fiuctuations its statistical meaning, i.e., deviations around the mean value. In the presence of these effects, the evolution becomes stochastic, so that different realizations of the evolution result in different realizations of the target under investigation. In this way, for a given value of the evolution variable, different amplitudes are created - the so called event-by-event amplitudes. The distributions of these amplitudes present a dispersion, related to the dispersion coefficient which defines the existence of the fiuctuations. The high energy regime means that the number of particles inside the hadron is sufficiently large, so that the saturation effects become necessary. in the description of the processes. Together, saturation and fiuctuation effects make the evolution a stochastic process- giving rise to the so called pomeron loop evolution equations. The fiuctuations have a strong infiuence on the behavior in the dilute regime of the evolution and we could expect that in the high density region (saturation region), these effects are not important. However, even in such region, the scattering amplitudes have a dilute tail, where the fiuctuations play an important role. Therefore, at least theoretically, the high energy evolution equations have to consider the fiuctuations effects. In this work, the process of interest is the y*p scattering, which is described in the color dipole frame by the dipole-proton scattering. To describe this process, we use the AGBS model for the dipole cross section, which analytically interpolates between the asymptotic solutions of the Balitsky-Kovchegov (BK) evolution equation in momentum space. We extend this model by including the fiuctuations effects and we use them to describe the F2 proton structure function, which was globally fitted to the Hadron Electron Ring Accelerator (HERA) data for this quantity. As a result, we obtain that, through the AGBS model, the fiuctuation effects are not present in the evolution in the energies reached at HERA. Then it can be concluded that a mean field description, based on the solutions of the BK equation only, is sufficient to describe the data at these energies. However, for large energies, like those will be attained at the Large Hadron Collider (LHC), the fiuctuations effects can be important in the description of the processes.

ALVES, Gustavo Henrique de Oliveira Estudo do aproveitamento das espécies vegetais Sabiá (Mimosa caesalpiniaefolia Benth.) e Capim-elefante (Pennisetum purpureum Schum.) para fins energéticos no Estado de Alagoas. 2013. 76 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Centro de Tecnologia, Programa de Pós Graduação em Engenharia Química, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2013. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A busca por fontes de energias alternativas tem-se constituído como um dos principais desafios da sociedade atual. Neste contexto a biomassa vem ganhando espaço, pois é considerada uma fonte energética renovável e de baixo custo. Dentre as espécies vegetais disponíveis no Estado de Alagoas, o Sabiá (Mimosa caesalpiniaefolia Benth.) e o Capim-elefante (Pennisetum purpureum Schum.) mostram-se bastante promissoras. Para tanto, se efetuaram estudos físico-químicos e energéticos dessas espécies, antes e após compactação. As folhas e o caule do Sabiá e os colmos e folhas do Capim-elefante foram triturados e em seguida realizou-se processos de secagem (quando necessário) e análise granulométrica. As folhas e caule demonstraram densidade variando de 0,72 a 0,82 g/cm3. Para as amostras não compactada e compactada a variação dos teores de voláteis foram de 60,62 a 79,09 %, para os teores de cinzas foram de 1,66 a 2,99 %, para os teores de carbono fixo de 19,25 a 36,39 % e os dados de poder calorífico superior (PCS) mostraram valores variando de 17.490,00 a 18.087,50 kJ/kg e de 15.847,64 a 16.455,14 kJ/kg para o poder calorífico inferior (PCI). As folhas e colmos do Capim-elefante (Cameroon e Roxo) apresentaram dados de densidade variando entre 0,51 e 0,71 g/cm3, teor de voláteis entre 66,45 e 77,32 %, teor de cinzas indo de 3,66 a 13,76 % e teor de carbono fixo de 10,08 a 23,39 %. Os PCS’s e PCI’s para as folhas do Capim-elefante forneceram valores mínimos de 16.408,00 kJ/kg e 14.785,40 kJ/kg, respectivamente. Para os colmos verde e roxo o PCS mínimo observado foi de 15.077,50 kJ/kg e o menor valor de PCI correspondeu a 13.428,79 kJ/kg. Desenvolveu-se um estudo simulando o cultivo energético das espécies em um assentamento rural do Estado de Alagoas, localizado próximo a uma cerâmica vermelha. Os resultados demonstraram que a floresta energética de Capim-elefante se mostra mais promissora do ponto de vista econômico/energético em relação à plantação de Sabiá.

Neste trabalho investigamos a produçaõ de pares de leptons( lepton-antil epton) em colisões proton-proton e proton-núcleo para energias dos aceleradores Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) e Large Hadron Collider (LHC). Estes processos de colisão podem ser dividos entre antes e depois do espalhamento, portanto, pode-se analisar os efeitos de estado inicial e de estado nal. No estado nal do processo de colisão, para os aceleradores aqui apresentados, a quantidade de part culas produzidas e muito grande, de forma que uma part cula produzida no processo de espalhamento, que participe da interação forte, pode interagir com este meio antes de ser detectada. Entretanto, e fundamental uma determinação precisa do estado inicial do processo de colisão para que assim a investigação da produção de particulas no estado nal possa ser realizada. Neste contexto, a produção de pares de leptons (dileptons Drell-Yan) possui grande relevância, tendo em vista que não participa da interaçaõ forte, logo pode ser detectada sem sofrer efeitos de estado nal, carregando informações claras do estado inicial do processo de colisão. Para energias de RHIC e LHC, a densidada de quarks e gl uons nos h adrons colisores e muito grande, de tal forma que efeitos de estado inicial de alta densidade podem ser percebidos na produçaõ de partículas no estado nal. Este e o principal objetivo desta tese, utilizar os dileptons como observ avel para investigar os efeitos de alta densidade, ou seja, efeitos de unitariedade em colis~oes pr oton-pr oton, efeitos de saturação partônica descritos pelo Condensado de Vidros de Cor em colisões próton-núcleo. Além destes efeitos, os efeitos nucleares de baixa densidade, presentes em colisões próton-núcleo, também são investigados. Ou seja, utiliza-se um observável eletromagnético, para investigar as propriedades da QCD em colisões hadrônicas. Mais especi camente, as distribuições de momentum transverso e rapidez são investigadas para energias de RHIC e LHC. A produção de dileptons e calculada utilizando o formalismo de dipolos de cor e tamb em a teoria do Condensado de Vidros de cor. Os resultados obtidos nesta tese mostram a potencialidade deste observ avel para se investigar a QCD de alta densidade e indicam a urgente necessidade de medidas com relação a este observável nos experimentos existentes em colisões hadrônicas para altas energias. / In this work, the lepton pair production (lepton-antilepton) in proton-proton and protonnucleus collisions is investigated for Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) and Large Hadron Collider (LHC) colliders energies. These collisions processes can be classi ed between before and after the scattergins, therefore, initial and nal states e ects can be analyzed. In the nal stare, for the colliders here presented, the number of produced particles is large, then a particle produced in the scattering process, which interact strogly, could interact with the medium before being detected. However, it is very important to determine the initial state of the collision process, thus to determine the particle production in the nal state. In this context, the lepton pair production (dileptons Drell-Yan), which does not interact strolgly, should carry indisturbed information about the inicial state system of the collision process. For RHIC and LHC, the quarks and gluons hadrons densities in the initial state of the collision processes is large, such that high density initial state e ects should a ect the particle production in the nal state. This is the main goal of this thesis, use the dilepron production to investigate the high density e exts. This implies in to investigate the unitarity e ects in the proton-proton collisions, the Color Glass Condensate in the proton-nucleus collisions. Moreover, the low density e ects in proton-nucleus collisions are under investigation in this thesis. The main point of this thesis, is that a eletromagnetic observable is considered to investigare the properties of the QCD in hadronic collisions. Speci cally, the transverse momentum and the rapidity distributions are investigated. The dilepton production is evaluated by means of the dipole picture and through the Color Glass Condensate theory. The results obtained in this thesis show that dilepton production is an observable that deserves to be measured in the hadronic colliders at high energies, once it carries clear informations about the QCD system at high density.

Investigamos os efeitos desempenhados pelas flutuações no número de glúons sobre a evolução dos hádrons em altas energias, sob o referencial de dipolos de cor. Entendemos por flutuações o seu significado estatístico, ou seja, desvios em torno da média. A evolução na presença destes efeitos se torna estocástica, fazendo com que diferentes realizações de uma dada evolução resultem em diferentes realizações do alvo a ser estudado. Desta forma, são originadas diferentes amplitudes - as chamadas amplitudes evento-por-evento - para um mesmo valor da variável de evolução. As distribuições destas amplitudes apresentam uma relação de dispersão, relacionada ao coeficiente de difusão que define a existência das flutuações. O regime de altas energias significa que o número de partículas no interior dos hádrons é suficientemente grande e, portanto, efeitos de saturação tornam-se necessários na descrição dos processos. A união dos efeitos de saturação e flutuações é que torna a evolução estocástica - originando as chamadas equações de evolução de laços de pomerons. As flutuações influem fortemente no comportamento diluído da evolução, e poderíamos esperar que na região de altas densidades partônicas (região de saturação), tais efeitos não sejam importantes. Entretanto, mesmo nesta região, as amplitudes de espalhamento devem apresentar uma cauda diluta, onde as flutuações desempenhariam importante papel. Assim, ao menos teoricamente, a evolução em altas energias deve considerar efeitos de flutuações no número de partículas. O processo de interesse neste trabalho é o espalhamento y*p,que é descrito no referencial de dipolos de cor pelo espalhamento dipolo-próton. Para descrever tal processo, utilizamos o modelo AGBS para a seção de choque de dipolos, o qual interpola analiticamente as soluções assintóticas da equação de evolução de Balitsky e Kovchegov (BK) no espaço de momentum. Estendemos tal modelo incluindo os efeitos de flutuações e então o usamos para descrever a função de estrutura do próton, a qual foi ajustada globalmente aos dados do colisor Hadron Electron Ring Accelerator (HERA) para esta quantidade. Como resultado, obtemos que, através do modelo AGBS, os efeitos de flutuações não estão presentes na evolução, pelo menos nas energias atingidas em HERA. Assim, pode-se concluir que uma descrição de campo médio, baseada somente nas soluções da equação BK, é suficiente para a descrição dos dados nestas energias. Entretanto, para energias maiores, como as que serão alcançadas no Large Hadron Collider (LHC), os efeitos de flutuações podem ser importantes na descrição dos processos. / We investigate the effects of the fiuctuations in the gluon number in the high energy hadron evolution, using the color dipole frame. We understand by fiuctuations its statistical meaning, i.e., deviations around the mean value. In the presence of these effects, the evolution becomes stochastic, so that different realizations of the evolution result in different realizations of the target under investigation. In this way, for a given value of the evolution variable, different amplitudes are created - the so called event-by-event amplitudes. The distributions of these amplitudes present a dispersion, related to the dispersion coefficient which defines the existence of the fiuctuations. The high energy regime means that the number of particles inside the hadron is sufficiently large, so that the saturation effects become necessary. in the description of the processes. Together, saturation and fiuctuation effects make the evolution a stochastic process- giving rise to the so called pomeron loop evolution equations. The fiuctuations have a strong infiuence on the behavior in the dilute regime of the evolution and we could expect that in the high density region (saturation region), these effects are not important. However, even in such region, the scattering amplitudes have a dilute tail, where the fiuctuations play an important role. Therefore, at least theoretically, the high energy evolution equations have to consider the fiuctuations effects. In this work, the process of interest is the y*p scattering, which is described in the color dipole frame by the dipole-proton scattering. To describe this process, we use the AGBS model for the dipole cross section, which analytically interpolates between the asymptotic solutions of the Balitsky-Kovchegov (BK) evolution equation in momentum space. We extend this model by including the fiuctuations effects and we use them to describe the F2 proton structure function, which was globally fitted to the Hadron Electron Ring Accelerator (HERA) data for this quantity. As a result, we obtain that, through the AGBS model, the fiuctuation effects are not present in the evolution in the energies reached at HERA. Then it can be concluded that a mean field description, based on the solutions of the BK equation only, is sufficient to describe the data at these energies. However, for large energies, like those will be attained at the Large Hadron Collider (LHC), the fiuctuations effects can be important in the description of the processes.