Sviluppo di algoritmi avanzati di analisi e diagnosi combustione in tempo reale per motori endotermici alternativi

Increasingly stringent exhaust emission limits and higher fuel economy are the main drivers of the engine development process. As a consequence, the complexity of the propulsion units and its subsystems increase, due to the extensive use of sensors and actuators needed to obtain a precise control over the combustion phase. Since engine calibration process consumes most of the development time, new tools and methodologies are needed to shorten the development time and increase the performance attainable. Real time combustion analysis, based on the in-cylinder pressure signal, can significantly improve the calibration of the engine control strategies and the development of new algorithms, giving instantaneous feedback on the engine behavior. A complete combustion analysis and diagnosis system has been developed, capable of evaluating the most important indicators about the combustion process, such as indicated mean effective pressure, heat release, mass fraction burned and knock indexes. Such a tool is built on top of a flexible, modular and affordable hardware platform, capable of satisfying the requirements needed for accuracy and precision, but also enabling the use directly on-board the vehicle, due to its small form factor.

Multi-pollutants impact on modern cement built heritage

It is well known that the deposition of gaseous pollutants and aerosols plays a major role in causing the deterioration of monuments and built cultural heritage in European cities. Despite of many studies dedicated to the environmental damage of cultural heritage, in case of cement mortars, commonly used in the 20th century architecture, the deterioration due to air multipollutants impact, especially the formation of black crusts, is still not well explored making this issue a challenging area of research. This work centers on cement mortars – environment interactions, focusing on the diagnosis of the damage on the modern built heritage due to air multi-pollutants. For this purpose three sites, exposed to different urban areas in Europe, were selected for sampling and subsequent laboratory analyses: Centennial Hall, Wroclaw (Poland), Chiesa dell'Autostrada del Sole, Florence (Italy), Casa Galleria Vichi, Florence (Italy). The sampling sessions were performed taking into account the height from the ground level and protection from rain run off (sheltered, partly sheltered and exposed areas). The complete characterization of collected damage layer and underlying materials was performed using a range of analytical techniques: optical and scanning electron microscopy, X ray diffractometry, differential and gravimetric thermal analysis, ion chromatography, flash combustion/gas chromatographic analysis, inductively coupled plasma-optical emission spectrometer. The data were elaborated using statistical methods (i.e. principal components analyses) and enrichment factor for cement mortars was calculated for the first time. The results obtained from the experimental activity performed on the damage layers indicate that gypsum, due to the deposition of atmospheric sulphur compounds, is the main damage product at surfaces sheltered from rain run-off at Centennial Hall and Casa Galleria Vichi. By contrast, gypsum has not been identified in the samples collected at Chiesa dell'Autostrada del Sole. This is connected to the restoration works, particularly surface cleaning, regularly performed for the maintenance of the building. Moreover, the results obtained demonstrated the correlation between the location of the building and the composition of the damage layer: Centennial Hall is mainly undergoing to the impact of pollutants emitted from the close coal power stations, whilst Casa Galleria Vichi is principally affected by pollutants from vehicular exhaust in front of the building.

Un piano territoriale per la riduzione della concentrazione di CO2 nell'atmosfera e la produzione energetica da fonti rinnovabili per mezzo della filiera delle biomasse

Il progetto propone uno studio per verificare la fattibilita' di un piano territoriale (ideato per il bacino del Po ma di fatto estendibile a tutti i bacini fluviali) per la creazione di una filiera di colture bioenergetiche (biomasse) che, trasportate per mezzo della navigazione fluviale (uno dei mezzi di trasporto a minore emissione di CO2), alimentino una o piu' centrali a nuova tecnologia che associno alla produzione di calore (teleriscaldamento e raffreddamento) e di energia la separazione dei fumi. La CO2 catturata dalla crescita delle biomasse e recuperata dalla combustione, puo' quindi essere segregata nel sottosuolo di aree costiere subsidenti contrastando il fenomeno dell’abbassamento del suolo. Ricavando benefici in tutti i passaggi di attuazione del piano territoriale (lancio dell'agricoltura bioenergetica, rilancio della navigazione a corrente libera, avvio di una economia legata alla logistica del trasporto e dello stoccaggio delle biomasse, generazione di energia pulita, lotta alla subsidenza) il progetto, di fatto, consente di catturare ingenti quantitativi di CO2 dall'atmosfera e di segregarli nel sottosuolo, riducendo l'effetto serra. Nel corso del Dottorato e' stata sviluppata una metodologia di valutazione della sostenibilita' economica ed ambientale del progetto ad un bacino fluviale, che consta di una modulistica di raccolta dei dati di base e di una procedura informatizzata di analisi.

Tachicardie atriali nel cardiopatico congenito adulto:incidenza, morbilità, e ruolo dell'ablazione transcatetere

PRESUPPOSTI: Le tachicardie atriali sono comuni nei GUCH sia dopo intervento correttivo o palliativo che in storia naturale, ma l’incidenza è significativamente più elevata nei pazienti sottoposti ad interventi che prevedono un’estesa manipolazione atriale (Mustard, Senning, Fontan). Il meccanismo più frequente delle tachicardie atriali nel paziente congenito adulto è il macrorientro atriale destro. L’ECG è poco utile nella previsione della localizzazione del circuito di rientro. Nei pazienti con cardiopatia congenita sottoposta a correzione biventricolare o in storia naturale il rientro peritricuspidale costituisce il circuito più frequente, invece nei pazienti con esiti di intervento di Fontan la sede più comune di macrorientro è la parete laterale dell’atrio destro. I farmaci antiaritmici sono poco efficaci nel trattamento di tali aritmie e comportano un’elevata incidenza di effetti avversi, soprattutto l’aggravamento della disfunzione sinusale preesistente ed il peggioramento della disfunzione ventricolare, e di effetti proaritmici. Vari studi hanno dimostrato la possibilità di trattare efficacemente le IART mediante l’ablazione transcatetere. I primi studi in cui le procedure venivano realizzate mediante fluoroscopia tradizionale, la documentazione di blocco di conduzione translesionale bidirezionale non era routinariamente eseguita e non tutti i circuiti di rientro venivano sottoposti ad ablazione, riportano un successo in acuto del 70% e una libertà da recidiva a 3 anni del 40%. I lavori più recenti riportano un successo in acuto del 94% ed un tasso di recidiva a 13 mesi del 6%. Questi ottimi risultati sono stati ottenuti con l’utilizzo delle moderne tecniche di mappaggio elettroanatomico e di cateteri muniti di sistemi di irrigazione per il raffreddamento della punta, inoltre la dimostrazione della presenza di blocco di conduzione translesionale bidirezionale, l’ablazione di tutti i circuiti indotti mediante stimolazione atriale programmata, nonché delle sedi potenziali di rientro identificate alla mappa di voltaggio sono stati considerati requisiti indispensabili per la definizione del successo della procedura. OBIETTIVI: riportare il tasso di efficia, le complicanze, ed il tasso di recidiva delle procedure di ablazione transcatetere eseguite con le moderne tecnologie e con una rigorosa strategia di programmazione degli obiettivi della procedura. Risultati: Questo studio riporta una buona percentuale di efficacia dell’ablazione transcatetere delle tachicardie atriali in una popolazione varia di pazienti con cardiopatia congenita operata ed in storia naturale: la percentuale di successo completo della procedura in acuto è del 71%, il tasso di recidiva ad un follow-up medio di 13 mesi è pari al 28%. Tuttavia se l’analisi viene limitata esclusivamente alle IART il successo della procedura è pari al 100%, i restanti casi in cui la procedura è stata definita inefficace o parzialmente efficace l’aritmia non eliminata ma cardiovertita elettricamente non è un’aritmia da rientro ma la fibrillazione atriale. Inoltre, sempre limitando l’analisi alle IART, anche il tasso di recidiva a 13 mesi si abbassa dal 28% al 3%. In un solo paziente è stato possibile documentare un episodio asintomatico e non sostenuto di IART al follow-up: in questo caso l’aspetto ECG era diverso dalla tachicardia clinica che aveva motivato la prima procedura. Sebbene la diversa morfologia dell’attivazione atriale all’ECG non escluda che si tratti di una recidiva, data la possibilità di un diverso exit point del medesimo circuito o di un diverso senso di rotazione dello stesso, è tuttavia più probabile l’emergenza di un nuovo circuito di macrorientro. CONCLUSIONI: L'ablazione trancatetere, pur non potendo essere considerata una procedura curativa, in quanto non in grado di modificare il substrato atriale che predispone all’insorgenza e mantenimento della fibrillazione atriale (ossia la fibrosi, l’ipertrofia, e la dilatazione atriale conseguenti alla patologia e condizione anatomica di base)è in grado di assicurare a tutti i pazienti un sostanziale beneficio clinico. È sempre stato possibile sospendere l’antiaritmico, tranne 2 casi, ed anche nei pazienti in cui è stata documentata una recidiva al follow-up la qualità di vita ed i sintomi sono decisamente migliorati ed è stato ottenuto un buon controllo della tachiaritmia con una bassa dose di beta-bloccante. Inoltre tutti i pazienti che avevano sviluppato disfunzione ventricolare secondaria alla tachiaritmia hanno presentato un miglioramento della funzione sistolica fino alla normalizzazione o al ritorno a valori precedenti la documentazione dell’aritmia. Alla base dei buoni risultati sia in acuto che al follow-up c’è una meticolosa programmazione della procedura e una rigorosa definizione degli endpoint. La dimostrazione del blocco di conduzione translesionale bidirezionale, requisito indispensabile per affermare di aver creato una linea continua e transmurale, l’ablazione di tutti i circuiti di rientro inducibili mediante stimolazione atriale programmata e sostenuti, e l’ablazione di alcune sedi critiche, in quanto corridoi protetti coinvolti nelle IART di più comune osservazione clinica, pur in assenza di una effettiva inducibilità periprocedurale, sono obiettivi necessari per una procedura efficace in acuto e a distanza. Anche la disponibilità di moderne tecnologie come i sistemi di irrigazione dei cateteri ablatori e le metodiche di mappaggio elettroanantomico sono requisiti tecnici molto importanti per il successo della procedura.

The prediction of flash evaporation in superheated fuel injections for automotive applications

In gasoline Port Fuel Injection (PFI) and Direct Injection (GDI) internal combustion engines, the liquid fuel might be injected into a gaseous ambient in a superheated state, resulting in flash boiling of the fuel. The importance to investigate and predict such a process is due to the influence it has on the liquid fuel atomization and vaporization and thus on combustion, with direct implications on engine performances and exhaust gas emissions. The topic of the present PhD research involves the numerical analysis of the behaviour of the superheated fuel during the injection process, in high pressure injection systems like the ones equipping GDI engines. Particular emphasis is on the investigation of the effects of the fuel superheating degree on atomization dynamics and spray characteristics. The present work is a look at the flash evaporation and flash boiling modeling, from an engineering point of view, addressed to keep the complex physics involved as simple as possible, however capturing the main characteristics of a superheated fuel injection.

Regolazione delle prestazioni indispensabili e poteri della Commissione di garanzia

La legge n. 146 del 1990 ha istituito la Commissione di garanzia per l’attuazione della legge sullo sciopero nei servizi pubblici essenziali, un’authority deputata al controllo dell’effettivo bilanciamento del diritto di sciopero con gli altri diritti della persona di rango costituzionale nel caso dei servizi pubblici essenziali. Ad essa spettano alcuni poteri tra di loro eterogenei. Accanto a poteri propulsivi e sanzionatori, essa possiede poteri di tipo normativo. La legge prevede, infatti, che le prestazioni indispensabili e le altre misure necessarie al contemperamento siano determinate da accordi tra il datore di lavoro e le associazioni sindacali, mentre per il lavoro autonomo da codici di autoregolamentazione forniti da ognuna delle categorie interessate. Gli accordi e i codici di autoregolamentazione devono essere, comunque, sottoposti al vaglio della Commissione di garanzia la quale in ultimo stabilisce se essi siano idonei a realizzare il bilanciamento dei diritti in questione. Quando i soggetti indicati dalla legge non provvedano alla redazione dei suddetti atti, la Commissione interviene con l’emanazione di una provvisoria regolamentazione, la quale possiede natura di regolamento, giacchè partecipa dei caratteri della generalità ed astrattezza propri delle norme di legge. In effetti, anche altre authorities possiedono un potere normativo, che si sostanzia alle volte in un regolamento indipendente, altre in un regolamento simile ai regolamenti delegati ed altre al regolamento esecutivo. Poiché la legge n. 146 del 1990 prevede quali siano gli istituti idonei a realizzare il bilanciamento (preavviso, proclamazione scritta, procedure di raffreddamento e conciliazione, intervallo minimo, misure indicative delle prestazioni indispensabili), la provvisoria regolamentazione possiede i caratteri del regolamento esecutivo.

Analisi sperimentale dell'influenza dei parametri di processo sulla resistenza di contatto tra polimero e stampo durante la formatura

Con gli strumenti informatici disponibili oggi per le industrie, in particolar modo coi software CAE, le possibile simulare in maniera più che soddisfacente i fenomeni fisici presenti in natura. Anche il raffreddamento di un manufatto in polimero può venire simulato, a patto che si conoscano tutti i dati dei materiali e delle condizioni al contorno. Per quanto riguarda i dati dei materiali, i produttori di polimeri sono molto spesso in grado di fornirli, mentre le condizioni al contorno devono essere padroneggiate dal detentore della tecnologia. Nella pratica, tale conoscenza è al più incompleta, quindi si fanno ipotesi per colmare le lacune. Una tra le ipotesi più forti fatte è quella di una perfetta conduzione all'interfaccia tra due corpi. Questo è un vincolo troppo forte, se paragonato alla precisione di tutti gli altri dati necessari alla simulazione, e quindi si è deciso di eseguire una campagna sperimentale per stimare la resistenza al passaggio flusso termico all'interfaccia polimero-stampo ovvero determinare la conduttanza termica di contatto. L'attività svolta in questa tesi di dottorato ha come scopo quello di fornire un contributo significativo allo sviluppo e al miglioramento dell'efficienza termica degli stampi di formatura dei polimeri termoplastici con tecnologia a compressione.

Sviluppo di sistemi per l'analisi della combustione in tempo reale per motori endotermici alternativi

I moderni motori a combustione interna diventano sempre più complessi L'introduzione della normativa antinquinamento EURO VI richiederà una significativa riduzione degli inquinanti allo scarico. La maggiore criticità è rappresentata dalla riduzione degli NOx per i motori Diesel da aggiungersi a quelle già in vigore con le precedenti normative. Tipicamente la messa a punto di una nuova motorizzazione prevede una serie di test specifici al banco prova. Il numero sempre maggiore di parametri di controllo della combustione, sorti come conseguenza della maggior complessità meccanica del motore stesso, causa un aumento esponenziale delle prove da eseguire per caratterizzare l'intero sistema. L'obiettivo di questo progetto di dottorato è quello di realizzare un sistema di analisi della combustione in tempo reale in cui siano implementati diversi algoritmi non ancora presenti nelle centraline moderne. Tutto questo facendo particolare attenzione alla scelta dell'hardware su cui implementare gli algoritmi di analisi. Creando una piattaforma di Rapid Control Prototyping (RCP) che sfrutti la maggior parte dei sensori presenti in vettura di serie; che sia in grado di abbreviare i tempi e i costi della sperimentazione sui motopropulsori, riducendo la necessità di effettuare analisi a posteriori, su dati precedentemente acquisiti, a fronte di una maggior quantità di calcoli effettuati in tempo reale. La soluzione proposta garantisce l'aggiornabilità, la possibilità di mantenere al massimo livello tecnologico la piattaforma di calcolo, allontanandone l'obsolescenza e i costi di sostituzione. Questa proprietà si traduce nella necessità di mantenere la compatibilità tra hardware e software di generazioni differenti, rendendo possibile la sostituzione di quei componenti che limitano le prestazioni senza riprogettare il software.

Theoretical and Experimental Analysis of micro-CHP Energy Systems

In the framework of the micro-CHP (Combined Heat and Power) energy systems and the Distributed Generation (GD) concept, an Integrated Energy System (IES) able to meet the energy and thermal requirements of specific users, using different types of fuel to feed several micro-CHP energy sources, with the integration of electric generators of renewable energy sources (RES), electrical and thermal storage systems and the control system was conceived and built. A 5 kWel Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC) has been studied. Using experimental data obtained from various measurement campaign, the electrical and CHP PEMFC system performance have been determinate. The analysis of the effect of the water management of the anodic exhaust at variable FC loads has been carried out, and the purge process programming logic was optimized, leading also to the determination of the optimal flooding times by varying the AC FC power delivered by the cell. Furthermore, the degradation mechanisms of the PEMFC system, in particular due to the flooding of the anodic side, have been assessed using an algorithm that considers the FC like a black box, and it is able to determine the amount of not-reacted H2 and, therefore, the causes which produce that. Using experimental data that cover a two-year time span, the ageing suffered by the FC system has been tested and analyzed.

Sviluppo e caratterizzazione di bulk superconduttori in MgB2 per sistemi di levitazione

Superconduttori bulk in MgB2, ottenuti con tecnologia Mg-RLI brevettata da Edison Spa, sono stati oggetto di un'approfondita analisi in termini di forze di levitazione. Questo studio è stato preliminare per la progettazione di un innovativo sistema di levitazione lineare. I risultati ottenuti sperimentalmente sono stati validati attraverso modelli numerici sviluppati ad hoc. I campioni oggetto dello studio sono tre bulk in MgB2 rappresentativi delle tipiche forme usate nelle applicazioni reali: un disco, un cilindro, una piastra. I bulk sono stati misurati con un sistema di misura per le forze di levitazione realizzato a tale scopo. Un protocollo sperimentale è stato seguito per la caratterizzazione di base, sia in condizioni Field Cooling sia Zero Field Cooling, al quale sono state affiancate prove specifiche come la possibilità di mantenere inalterate le proprietà superconduttive attraverso la giunzione di più campioni con la tecnologia Mg-RLI. Un modello numerico è stato sviluppato per convalidare i risultati sperimentali e per studiare l'elettrodinamica della levitazione. Diverse configurazioni di rotori magnetici sono state accoppiate con un cilindro in MgB2 con lo scopo di valutare la soluzione ottimale; questo tema è stato apporofondito attraverso lo sviluppo di un software di simulazione che può tenere conto sia del numero di magneti sia della presenza di anelli in materiale magneti intercalati fra di essi. Studi analoghi sono stati portati avanti su una piastra di MgB2 per simulare il comportamento di una geometria piana. Un sistema di raffreddamento innovativo basato sull'azoto solido è stato studiato per poterlo accoppiare con un sistema di levitazione. Il criostato progettato è costituito da due dewar, uno dentro l'altro; quello interno ha lo scopo di raffreddare l'MgB2 mentre quello esterno di limitare delle perdite verso l'esterno. Il criopattino così ottenuto è accoppiato in condizioni FC ad una rotaia formata da magneti permanenti in NdFeB.

Automotive diesel engine transient operation: modeling, optimization and control

Traditionally, the study of internal combustion engines operation has focused on the steady-state performance. However, the daily driving schedule of automotive engines is inherently related to unsteady conditions. There are various operating conditions experienced by (diesel) engines that can be classified as transient. Besides the variation of the engine operating point, in terms of engine speed and torque, also the warm up phase can be considered as a transient condition. Chapter 2 has to do with this thermal transient condition; more precisely the main issue is the performance of a Selective Catalytic Reduction (SCR) system during cold start and warm up phases of the engine. The proposal of the underlying work is to investigate and identify optimal exhaust line heating strategies, to provide a fast activation of the catalytic reactions on SCR. Chapters 3 and 4 focus the attention on the dynamic behavior of the engine, when considering typical driving conditions. The common approach to dynamic optimization involves the solution of a single optimal-control problem. However, this approach requires the availability of models that are valid throughout the whole engine operating range and actuator ranges. In addition, the result of the optimization is meaningful only if the model is very accurate. Chapter 3 proposes a methodology to circumvent those demanding requirements: an iteration between transient measurements to refine a purpose-built model and a dynamic optimization which is constrained to the model validity region. Moreover all numerical methods required to implement this procedure are presented. Chapter 4 proposes an approach to derive a transient feedforward control system in an automated way. It relies on optimal control theory to solve a dynamic optimization problem for fast transients. From the optimal solutions, the relevant information is extracted and stored in maps spanned by the engine speed and the torque gradient.

Caratterizzazione e simulazione di processi di colata in sabbia di ghise sferoidali

L’oggetto principale delle attività di tesi è la caratterizzazione numerico-sperimentale di processi di colata in sabbia di ghisa sferoidale. Inizialmente è stata effettuata un’approfondita indagine bibliografica per comprendere appieno le problematiche relative all’influenza dei parametri del processo fusorio (composizione chimica, trattamento del bagno, velocità di raffreddamento) sulle proprietà microstrutturali e meccaniche di getti ottenuti e per valutare lo stato dell’arte degli strumenti numerici di simulazione delle dinamiche di solidificazione e di previsione delle microstrutture. Sono state definite, realizzate ed impiegate attrezzature sperimentali di colata per la caratterizzazione di leghe rivolte alla misura ed alla differenziazione delle condizioni di processo, in particolare le velocità di raffreddamento, ed atte a validare strumenti di simulazione numerica e modelli previsionali. Inoltre sono stati progettati ed impiegati diversi sistemi per l’acquisizione ed analisi delle temperature all’interno di getti anche di grandi dimensioni. Lo studio, mediante analisi metallografica, di campioni di materiale ottenuto in condizioni differenziate ha confermato l’effetto dei parametri di processo considerati sulle proprietà microstrutturali quali dimensioni dei noduli di grafite e contenuto di ferrite e perlite. In getti di grandi dimensioni si è riscontrata anche una forte influenza dei fenomeni di macrosegregazione e convezione della lega su microstrutture e difettologie dei getti. Le attività si sono concentrate principalmente nella simulazione numerica FEM dei processi fusori studiati e nell’impiego di modelli empirico-analitici per la previsione delle microstrutture. I dati misurati di temperature di processo e di microstrutture sono stati impiegati per la validazione ed ottimizzazione degli strumenti numerici previsionali impiegati su un ampio intervallo di condizioni di processo. L’impiego di strumenti affidabili di simulazione del processo fusorio, attraverso l’implementazione di correlazioni sperimentali microstrutture-proprietà meccaniche, permette la valutazione di proprietà e difettologie dei getti, fornendo un valido aiuto nell’ottimizzazione del prodotto finito e del relativo processo produttivo.