The role of quantum measurement in stochastic thermodynamics

This article sets up a new formalism to investigate stochastic thermodynamics in the quantum regime, where stochasticity and irreversibility primarily come from quantum measurement. In the absence of any bath, we define a purely quantum component to heat exchange, that corresponds to energy fluctuations caused by measurement back-action. Energetic and entropic signatures of measurement induced irreversibility are then investigated for canonical experiments of quantum optics, and the energetic cost of counter-acting decoherence is characterized on a simple state-stabilizing protocol. By placing quantum measurement in a central position, our formalism contributes to bridge a gap between experimental quantum optics and quantum thermodynamics

Vivienda autosuficiente

Treball Final de Master Universitari en Eficiència Energètica i Sostenibilitat (Pla de 2013) Codi: SIV034. Curs: 2014/2015Una casa autosuficiente es aquella capaz de generar y autoabastecerse por sí sola de energía y de agua gratuitas para funcionar autónomamente, sin depender de las redes de suministro exterior de pago (agua, luz...). Al ser independiente se alimenta de energías renovables y obtiene y recicla el mayor número de litros de agua para su consumo interno. Este autoabastecimiento permite vivir donde quieras, incluso en zonas deshabitadas. Al no estar conectadas a redes de suministro son una opción para zonas rurales y casas aisladas. Gracias a una generación de energía y de un uso inteligente que incluye unos hábitos ecoamigables, se intenta minimizar el gasto energético y de materiales, al tiempo que se logra un ahorro económico. Es decir, el objetivo es ganar en independencia y cuidar así el bolsillo y también el planeta. Uno de los principales retos a los que hay que enfrentarse en la vivienda objeto de estudio es que se trata de una vivienda ya construida a la cual se le ejecutarán una serie de reformas para alcanzar la autosuficiencia. La dificultad reside que al estar construida habrá que adaptarse a la orientación y distribución ya existente en la vivienda, sin poder seleccionar la opción óptima para una correcta iluminación, ventilación, aislamiento y distribución de huecos y estancias. Construir una casa autosuficiente es posible, si bien todavía hay que superar obstáculos importantes, como el precio de los materiales y equipos. Puesto que no hay un modelo de casa autosuficiente, hay que basarse en una serie de principios claves que ayudarán a diseñar el proyecto para conseguir la tan ansiada autosuficiencia o independencia energética. Salvo loables excepciones que hoy por hoy son anecdóticas, normalmente construir una vivienda ecológica y autosuficiente exige un mayor presupuesto, por lo que los costes se dispararán, aunque su amortización posterior hará más suave este primer golpe. Por otro lado, si se desea reducir el consumo de energía y también generarla, un objetivo común, será decidir de qué modo se va a hacer, recurriendo a unas u otras tecnologías en función de las características de la zona, según sea más o menos lluviosa, ventosa o soleada. A su vez, la casa ha de estar aislada haciendo uso de materiales sostenibles, por ello se intentará seleccionar aislantes de bajo impacto ambiental. En este mismo sentido, la orientación de la casa y la disposición de las habitaciones también se decidirán en función de la climatología (más o menos viento, lluvias, temperaturas, etc.) y del recorrido solar durante todo el año, sin embargo, este condicionante se tendrá ya establecido sin poder optimizarlo. Con estas estrategias se logrará minimizar el uso de la calefacción y la refrigeración en el hogar avanzado en el camino de la autosuficiencia. Mejorar la meta, acercarse a ella un poco más requerirá el uso de energías limpias para cubrir esas necesidades de climatización de la vivienda. Las opciones son numerosas: energía solar fotovoltaica, geotérmica, eólica, calderas de biomasa, generador de biocombustible, energía solar térmica… Cualquiera de ellas tendrá aplicaciones distintas, por lo que se puede obtener agua caliente y calefacción a la par o, por ejemplo, una refrigeración del ambiente y utilizar esa energía limpia como fuente que proporcione electricidad. Depurar el agua, ya sea para hacerla apta para el consumo humano, para el riego, para reciclarla o reutilizarla una vez se ha utilizado admite distintas soluciones según su nivel de polución y usos. Son buenos aliados los barriles que recogen el agua de lluvia o incluso en grandes depósitos que permiten acumular grandes cantidades de agua, ideales para acumularla durante las temporadas de lluvia. Sin embargo, conviene analizarla para garantizar su salubridad, y aun así puede ser necesario darle un tratamiento depurador. Del mismo modo, las aguas residuales precisarán de depuradoras biológicas que no precisan de electricidad. Lo ideal en estos casos es que el agua depurada sirva para su reutilización para el riego, lavar el coche o, por ejemplo, para el mantenimiento de estanques. A la hora de vivir en la vivienda, lógicamente se habrá de hacer una vida acorde con las características ecológicas de la vivienda, por ejemplo siguiendo las tres erres de la sostenibilidad: reducir, reciclar y reutilizar para maximizar la eficiencia de la tecnología, la utilidad de los residuos, por ejemplo transformándolos en abono o depurando aguas residuales. No basta con tener una vivienda autosuficiente, también hay que tener unos hábitos en consonancia. También hará una gran diferencia en este sentido reducir el consumismo, cultivar un huerto o, claro está, utilizar al máximo las energías renovables. Y no sólo mediante células fotovoltaicas o turbinas de viento, sino por ejemplo aprovechando las horas de luz, el viento para secar la ropa. Por lo tanto, a la hora de construir una casa ecológica y autosuficiente es fundamental tener en cuenta nuestro estilo de vida, preferencias y posibilidades reales de que la casa finalmente pueda culminar su objetivo de independencia energética y autosuficiencia en el día a día

Life cycle assessment of drinking water: comparing conventional water treatment, reverse osmosis and mineral water in glass and plastic bottles

This study evaluated the environmental impacts caused by drinking water consumption in Barcelona (Spain) using the Life Cycle Assessment (LCA) methodology. Five different scenarios were compared: 1) tap water from conventional drinking water treatment; 2) tap water from conventional drinking water treatment with reverse osmosis at the water treatment plant; 3) tap water from conventional drinking water treatment with domestic reverse osmosis; 4) mineral water in plastic bottles, and 5) mineral water in glass bottles. The functional unit was 1 m3 of water. The water treatment plant considered in scenarios 1, 2 and 3, treats around 5 m3 s-1 of surface water. The water bottling plants considered in scenarios 4 and 5 have a production capacity of 200 m3 of bottled water per day. The LCA was performed with the software SimaPro®, using the CML 2 baseline method. The results showed how tap water consumption was the most favourable alternative, while bottled water presented the worst results due to the higher raw materials and energy inputs required for bottles manufacturing, especially in the case of glass bottles. The impacts generated by domestic reverse osmosis were between 10 and 24% higher than tap water alternative depending on the impact category. It was due to the higher electricity consumption. Reverse osmosis at the water treatment plant showed impacts nearly twice as high as domestic reverse osmosis systems scenario, mainly because of the higher energy inputs. Water treated by domestic reverse osmosis equipment was the most environmentally friendly solution for the improvement of tap water organoleptic characteristics. An economic analysis showed that this solution was between 8 and 19 times cheaper than bottled water.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Structural Theorems for Holomorphic Self-Maps of the Punctured Plane

This thesis concerns the iteration of transcendental self-maps of the punctured plane C*:=C\{0}, that is, functions f : C*→C* that are holomorphic on C* and for which both zero and infinity are essential singularities. We focus on the escaping set of such functions, which consists of the points whose orbit accumulates to zero and/or infinity under iteration. The escaping set is closely related to the structure of the phase space due to its connection with the Julia set. We introduce the concept of essential itinerary of an escaping point, which is a sequence that describes how its orbit accumulates to the essential singularities, and plays a very important role throughout the thesis. This allows us to partition the escaping set into uncount-ably many non-empty subsets of points that escape in non-equivalent ways, the boundary of each of which is the Julia set. We combine the iterates of the maximum and minimum modulus functions to define the fast escaping set for functions in this class and, for such functions, construct orbits with several types of annular itinerary, including fast escaping and arbitrarily slowly escaping points. Next we proceed to study in detail the class B* of bounded-type transcendental self-maps of C*, for which the escaping set is a subset of the Julia set, so such functions do not have escaping Fatou components. We show that, for finite compositions of transcendental self-maps of C* of finite order (and hence in B*), every escaping point can be joined to one of the essential singularities by a curve of points that escape uniformly. Moreover, we prove that, for every essential itinerary, the corresponding escaping set contains a Cantor bouquet and, in particular, uncountably many such curves. Finally, in the last part of the thesis we direct our attention to the functions that do have escaping Fatou components. We give the first explicit examples of transcendental self-maps of C* with Baker domains and escaping wandering domains and use approximation theory to construct functions with escaping Fatou components that have any prescribed essential itinerary