Development and Validation of a Thermo-Economic Model for Design Optimisation and Off-Design Performance Evaluation of a Pure Solar Microturbine

The aim of this paper is to present a thermo-economic model of a microturbine for solar dish applications, which demonstrates the applicability and accuracy of the model for off-design performance evaluation and techno-economic optimisation purposes. The model is built using an object-oriented programming approach. Each component is represented using a class made of functions that perform a one-dimensional physical design, off-design performance analysis and the component cost evaluation. Compressor, recuperator, receiver and turbine models are presented and validated against experimental data available in literature, and each demonstrated good accuracy for a wide range of operating conditions. A 7-kWe microturbine and solar irradiation data available for Rome between 2004 and 2005 were considered as a case study, and the thermo-economic analysis of the plant was performed to estimate the levelised cost of electricity based on the annual performance of the plant. The overall energy produced by the plant is 10,682 kWh, the capital cost has been estimated to be EUR 27,051 and, consequently, the specific cost of the plant, defined as the ratio between the cost of components and output power in design condition, has been estimated to be around EUR 3980/kWe. Results from the levelised cost of electricity (LCOE) analysis demonstrate a levelised cost of electricity of EUR 22.81/kWh considering a plant lifetime of 25 years. The results of the present case study have been compared with the results from IPSEpro 7 where the same component characteristic maps and operational strategy were considered. This comparison was aimed to verify the component matching procedure adopted for the present model. A plant sizing optimisation was then performed to determine the plant size which minimises the levelised cost of electricity. The design space of the optimisation variable is limited to the values 0.07–0.16 kg/s. Results of the optimisation demonstrate a minimum LCOE of 21.5 [EUR/kWh] for a design point mass flow rate of about 0.11 kg/s. This corresponds to an overall cost of the plant of around EUR 32,600, with a dish diameter of 9.4 m and an annual electricity production of 13,700 [kWh]

Development of Machine Learning Algorithm for Acquiring Machining Data in Turning Process

Manufacturing cost for machining components is affected by the available machining parameters which include the selection of appropriate cutting material, cutting tools, and machining data of cutting speed, feed, and depth of cut. Computerized machining data systems have been classified into two general types, the mathematical model and the database model. The database model is based on the collection and storage of a large quantity of data from laboratory experiments and workshop experience, which can then simply retrieve recommended cutting speeds and feed. The most widely used source of such data is the Machining Data Handbook (MDH) published by Metcut Research Association, (1980). Although the handbook approach is often a logical and effective solution to the requirement of machining data, but it has limitations. The applications of computational intelligence in manufacturing, in particular, play a leading role in the technological development of intelligent manufacturing systems. In this study an intelligent learning system was developed to automate the collection of the machining data used by the skilled machinist. The Machine Learning Method is utilized for this task, which gives the computer the ability to learn. Artificial Neural Network (ANN) was selected from Machine Learning Algorithms to be the learning algorithm. ANN is a computer-based simulation of the living nervous system which works quite differently from conventional programming. The design network is trained by presenting several target machining data that the network must learn according to a learning rule (algorithm). In designing the network, a combination of back propagation or generalized delta learning rule with sigmoid transfer function has been used. The machining data available in MDH was used to train the designed network. One cutting material (medium carbide steel) with its complete set of cutting tools (High Speed Steel, Brazed Uncoated Carbide, Indexable Uncoated Carbide, and Coated Carbide) discretized into 243 data sets was used in one training session for the designed network. Building knowledge within the network was measured by calculating the total percentage of error between target machining data and the outputs from the network during the training process. The process of building the machining data knowledge (training) was successfully achieved. A Comparison between the learned target machining data and data from MDH shows a low percentage of error. An Intelligent Learning System for the turning process was developed. Visual C++ object-oriented programming language was used to build the Intelligent Learning System for Turning. Live data can be fed into the system from indirect way (Keyboard, Internet) or directly from machine to computer. The developed system may open the door for automating the collection of machining data for all manufacturing processe

Caracterización de la durabilidad del hormigón sometido a ciclos hielo deshielo mediante modelos micromecánicos

En este trabajo se exponen los resultados previos de la caracterización de la durabilidad del hormigón frente a los ciclos hielo-deshielo mediante la micromecánica. Los modelos micromecánicos permiten estudiar las propiedades globales del material en función de las propiedades microestructurales de las fases constituyentes: propiedades elásticas, fracción de volumen, distribución y orientación de las heterogeneidades así como su geometría. El trabajo se divide en dos partes, un estudio teórico y una posterior validación experimental. En el estudio teórico se aborda el comportamiento de la velocidad a partir de la variación de las características microestructurales por este tipo de deterioro. Estas predicciones se han comparado con las medidas de velocidad ultrasónica, mostrando buenos resultados

Evaluación del Deterioro del Hormigón Sometido a Ciclos de Hielo-Deshielo.

Una de las causas principales de la degradación del hormigón en regiones frías es el efecto provocado por los ciclos hielo-deshielo. La transición del hielo al deshielo está acompañada por cambios dimensionales y cambio de la tensión interna y pudiendo causar la pérdida de la capacidad resistente del hormigón. El objetivo de este trabajo es relacionar la dosificación y las condiciones de curado del hormigón con los daños producidos por los ciclos de hielo-deshielo. El trabajo presenta la evaluación del deterioro de las probetas de hormigón mediante medidas de velocidad ultra sónicas, haciendo un estudio comparativo con la pérdida de peso, la variación de longitud y la evaluación de las propiedades mecánicas (resultados antes y después los ciclos). De los resultados obtenidos se concluye que las medidas ultrasónicas predicen adecuadamente el deterioro de los hormigones debido al efecto de los ciclos hielo-deshielo, anticipándose a las medidas obtenidas de pérdida de peso y cambios de longitud

Estudio de los efectos del hielo-deshielo en hormigones para tableros de puentes

En este trabajo se presenta el estudio de la influencia de las condiciones del curado en la durabilidad del hormigón para tableros de puente sometido a ciclos hielo-deshielo. Se pretende simular las condiciones de curado de puentes hormigonados in situ en la región centro de España. Para ello se ha realizado una campaña experimental estudiando dos tipos de condiciones de curado (buenas y malas) para un hormigón HA-30. Además, se estudian dos tipos de hormigón, sin aireante y con aireante, para analizar la influencia de estos aditivos en la durabilidad del hormigón. Se han realizado ensayos de penetración de agua bajo presión, de permeabilidad al gas, de porosimetría por intrusión de mercurio, ensayos de ATD (para medida del grado de de hidratación e identificación de los productos hidratados) y ensayos de difusión de cloruros, así como los de caracterización mecánica del hormigón, antes y después de los ciclos hielo-deshielo. Se presenta la evaluación del deterioro de las probetas de hormigón mediante medidas ultrasónicas, haciendo un estudio comparativo con la pérdida de peso y longitud que proponen la mayoría de las normativas

Durabilidad del hormigón frente a los ciclos hielo-deshielo. Evaluación de dos tipos de hormigón.

El presente trabajo estudia el comportamiento de dos hormigones frente al ensayo de resistencia al hielo-deshielo de hormigones endurecidos. La incorporación de un aditivo aireante mejora de forma sensible el comportamiento del hormigón frente a este ensayo. Sin embargo, en hormigón pretensado con cordón adherente está prohibido el uso de aditivos aireantes. Una estrategia adecuada es emplear humo de sílice para mejorar la impermeabilidad del hormigón. En este trabajo se compara el comportamiento de un hormigón con aditivo aireante y otro con humo de sílice frente al ensayo de resistencia al hielo-deshielo. Además, estudia la viabilidad de emplear técnicas alternativas de medida del deterioro superficial: modificación de la velocidad de pulso ultrasónico y medida de la deformación superficial con galgas extensométricas. Ambas técnicas se muestran viables y aportan ventajas frente al peso de la masa superficial desprendida por descascarillamient

Influencia del espesor de la junta de mortero en muros de ladrillo sometidos a esfuerzos de compresión

En este trabajo se analiza la influencia del espesor de la junta de mortero en la resistencia a compresión de la fábrica de ladrillo cerámico bajo esfuerzos de compresión uniaxial. Además se estudia el progresivo agrietamiento del material durante el proceso de carga. Se han ensayado nueve muros y nueve pilares, combinando tres espesores de junta de mortero relizando medidas con ultrasonidos, además se han realizado medidas con extensómetros y esclerómetro. Los resultados obtenidos muestran que a menor espesor de junta mayor carga de rotura y mayor valor de la velocidad de pulso ultrasónico. La medida con ultrasonidos muestra una buena correlación con las medidas extensométricas y permite una eficaz detección del agrietamiento interior del material durante el proceso de rotur

Evaluation offreeze-thaw damage in concrete by ultrasonic imaging

This work studies the use of ultrasonic imaging as an evaluation tool in concrete subjected to freeze–thaw (F–T) cycles. To evaluate the damage in this deterioration process, ultrasonic velocity and attenuation images have been generated from concrete specimens with and without air-entraining agents. Two parameters have been proposed from these ultrasonic images according to our experimental setup: the non-assessable area proportion (NAAP) and a weighted average velocity in terms of the NAAP. The proposed parameters have been compared with the recommended failure criteria of the ASTM and Rilem standards, which employ ultrasonic contact measurements. The principal advantage of the use of ultrasonic images and the proposed methodology in comparison with the ultrasonic velocity measurements by contact is the possibility of detection of incipient damage caused by accelerated freeze–thaw cycles

Evaluation of the stability of exenatide in aqueous solutions

Exenatide is an Incretin Mimetic which stimulates insulin secretion, suppresses glucagon secretion and inhibits gastric emptying. This study aimed to evaluate the stability of exenatide in aqueous solutions. Exenatide was most stable at pH 6 and the reaction rate was highly temperature dependent. Exenatide degradation followed first order kinetics under all conditions employed. Future studies should aim at investigating a more stable exenatide formulation and a more convenient route of administration