Analisi di una pompa volumetrica ad ingranaggi esterni a basse emissioni acustiche con ruote elicoidali coniugate

Le recenti Normative hanno portato via via all’imposizione di limiti sempre più stringenti circa le emissioni acustiche prodotte da impianti oleodinamici in funzione. In aggiunta a ciò, l’avvento dell’elettrificazione dei motori nel settore dei trasporti e nell’automotive ha reso indispensabile sviluppare nuove soluzioni di pompe più silenziose. Il presente elaborato tratta una nuova tipologia di pompa volumetrica ad ingranaggi esterni sviluppata dall’azienda Marzocchi Pompe S.p.A. con range di cilindrata da 3 a 14 cm3/giro, la quale presenta una coppia di ingranaggi a denti elicoidali con profilo coniugato. A seguito di una descrizione sulla natura delle emissioni sonore all’interno di una pompa ad ingranaggi tradizionale sono state individuate le cause scatenanti del problema. Vengono dunque descritte le procedure e le tecniche costruttive messe in atto per realizzare una soluzione adatta alla riduzione della rumorosità. Al fine di validare tale soluzione, si descrivono i test eseguiti su dedicati banchi di prova. Una volta ottenuti i dati, essi sono stati confrontati con quelli relativi ad altre pompe. Si può dunque concludere che la soluzione proposta garantisce una netta riduzione delle emissioni acustiche avendo efficienze confrontabili con le pompe più tradizionali. Infine, è stato predisposto un metodo sperimentale per valutare, a seguito dello studio di oscillazioni sonore prodotte dalla pompa in questione, se in essa fossero presenti difetti e di quale natura.

Progettazione dell'impianto di climatizzazione a servizio del Museo Nazionale della Resistenza di Milano per mezzo di simulazioni energetiche dinamiche

Il lavoro proposto si pone l’obiettivo di progettare l’impianto di climatizzazione del Museo Nazionale della Resistenza, sito in Milano, sulla base dei criteri di riduzione delle emissioni climalteranti e valorizzando l’utilizzo delle fonti energetiche rinnovabili presenti nel territorio, nella fattispecie attraverso lo sfruttamento dell’acqua di falda e dell’energia solare. Il primo capitolo è dedicato alla descrizione del processo di dimensionamento effettuato ed ai criteri di progettazione adottati. Lo sfruttamento diretto dell’energia solare avviene attraverso un impianto fotovoltaico integrato alla struttura museale; nel secondo capitolo viene stimata la sua capacità di produzione elettrica annuale. Vengono quindi messi a confronto i risultati ottenuti, calcolati sia su base mensile in relazione alla norma UNI 10349, sia attraverso una simulazione energetica di tipo dinamico condotta su base oraria mediante l’utilizzo del software IES VE. Viene inoltre valutata la capacità della cella fotovoltaica nel convertire la radiazione incidente in energia elettrica ed analizzato il suo comportamento al variare delle condizioni operative. Nel terzo capitolo vengono studiati gli effetti dell’irraggiamento estivo sulle pareti opache del museo, valutando la capacità delle murature di ritardare l’onda di flusso termico. È inoltre effettuata una trattazione analitica per il calcolo dei parametri necessari a determinare il comportamento dinamico dell’involucro. Attraverso la simulazione dinamica è stato possibile stimare le richieste energetiche ed elettriche, estive e invernali, della struttura museale. La soluzione impiantistica proposta per la generazione di acqua calda e refrigerata, fa uso di gruppi polivalenti acqua-acqua con possibilità di condensare o evaporare con acqua di falda. Tale soluzione viene poi analizzata e confrontata con una più versatile, ma meno efficiente, una pompa di calore aria-acqua.

Sviluppo di un Intervento di Riqualificazione Energetica per un Edificio ad uso Espositivo

Nel seguente elaborato di tesi si è studiata la riqualificazione energetica di un edificio ad uso espositivo, di notevole volumetria, durante una esperienza di tirocinio svolta presso MoRe Energy s.r.l.. Inizialmente il cliente ha commissionto il lavoro limitandosi al voler sostituire l'attuale impianto ad aria a servizio di una parte dell'immobile ma, in fase di lavoro, si è evidenziato che le notevoli dispersioni in inverno e gli apporti in estate erano tali da non garantire le corrette condizioni di comfort secondo le norme di settore. Si è quindi predisposta una dettagliata analisi dei carichi termici invernali ed estivi, predisponendo degli interventi sull'involucro tali da migliorare il benessere da un punto di vista globale. Per fare questo ci si è avvalsi del software commerciale DesignBuilder, che monta al suo interno EnergyPlus come motore di calcolo, un codice di calcolo dinamico molto performante basato sul metodo Ashrae Heat Balance. Valutati gli interventi sull'involucro si è passati a predisporre una soluzione impiantistica: si è valutato che un impianto ad aria misto con UTA e termoventilanti ad integrazione fosse la soluzione migliore per l'edificio. Infine, si è studiata una possibile canalizzazione dell'aria utilizzando il metodo a perdita di carico unitaria costante.

Mechanical characterization of 3D bioprinted meniscus

Le lesioni del menisco sono le più comuni nella società di oggi: si verificano per un trauma meccanico o per cambiamenti degenerativi nella composizione dei tessuti. In caso di rottura o danneggiamento si interviene mediante riparazione del menisco, menisectomia parziale o totale, o allotrapianto, ma tali tecniche portano a degenerazione della cartilagine articolare, aumento dello stress sull'articolazione tibiale e infiammazione. Gli impianti di sostituzione presenti in commercio non riescono a ricreare il tessuto naturale del ginocchio o a prevenire malattie degenerative della cartilagine; si cerca quindi di creare un menisco meccanicamente e chimicamente simile a quello nativo. In questo studio è realizzato, tramite stampante 3D, uno scaffold di alginato e nanocellulosa, con condrociti umani al suo interno. Le cellule sono opportunamente coltivate, raggruppate a formare sferoidi di diverse concentrazioni (5000 e 10000 cellule/sferoide) e inserite all'interno di scaffold caratterizzati rispettivamente da 4000 e 2000 sferoidi/ml di inchiostro. Le loro proprietà meccaniche, insieme a quelle del campione costituito dal solo bio-inchiostro, sono caratterizzate mediante nanoindentazione. Un'analisi statistica (0.05% di significatività), ha appurato una differenza nelle proprietà meccaniche dei campioni con diverse concentrazioni di sferoidi, e tra questi e il campione senza sferoidi. Il modulo elastico e la durezza riscontrati (kPa): E=23.97±13.05, H=3.15±1.23 nel controllo negativo, E=35.34±7.28, H=4.37±0.79 nel campione da 2000 sferoidi/ml e E=49.28±9.75, H=5.44±0.87 nel campione da 4000 sferoidi/ml. In conclusione, la formazione di agglomerati di cellule e la loro introduzione all'interno di uno scaffold è possibile ed è un buon metodo per controllare il numero di cellule inserite, in termini di sferoidi. Gli organoidi contribuiscono al modulo elastico e alla durezza del campione, determinando un incremento e una maggiore equità nelle proprietà meccaniche.

Illuminazione pubblica: caso studio del comune di Sesto San Giovanni

Il presente elaborato finale ha lo scopo di illustrare tutti i parametri necessari alla progettazione di un “buon” impianto di illuminazione stradale, dotato di tutte le nuove tecnologie, per un maggior risparmio energetico incentrato alla valorizzazione e riqualificazione urbana. L’illuminazione pubblica negli ultimi decenni ha ricoperto un’importanza sempre maggiore all’interno della città e del territorio aumentando in modo esponenziale la presenza di corpi illuminanti e formando spesso una vera e propria macchia di luce durante la notte. L’implementazione degli apparecchi di illuminazione ha portato ad una maggiore sicurezza e, a volte, un maggiore comfort nelle zone cittadine, ma anche un notevole aumento di costi energetici a carico delle amministrazioni comunali. Pertanto, alla luce degli ultimi mesi, è necessario incrementare i servizi tecnologici basati sull’efficientamento energetico degli impianti, in particolare, adottando sempre di più la sorgente a LED e sistemi di riduzione del flusso luminoso, in sostituzione alle lampade obsolete esistenti con un basso rendimento energetico. Con lo sviluppo del traffico veicolare degli ultimi anni, l’illuminazione urbana ha modificato il suo aspetto nelle città, concentrandosi sul rispetto dei valori prescritti per consentire una maggiore sicurezza e scorrevolezza del traffico motorizzato durante le ore notturne a discapito della valorizzazione urbana. Infatti, le statistiche hanno mostrato che il tasso degli incidenti notturni, ossia il rapporto tra gli incidenti e il numero di veicoli in circolazione, è più elevato rispetto agli incidenti durante le ore diurne.

Progettazione ed Implementazione Front-End di un Sistema Integrato di Customer Assistance in ambito Industry 4.0

Al giorno d'oggi, l'industry 4.0 è un movimento sempre più prominente che induce ad equipaggiare gli impianti industriali con avanzate infrastrutture tecnologiche digitali, le quali operano sinergicamente con l'impianto, al fine di controllare ed aumentare la produttività, monitorare e prevenire i futuri guasti, ed altro ancora. In questo ambito, gli utenti sono parte integrante della struttura produttiva, in cui ricoprono ruoli strategici e flessibili, collaborano fra loro e con le macchine, con l’obiettivo di affrontare e risolvere proattivamente una vasta gamma di problemi complessi. In particolare, la customer assistance nel settore industriale può certamente variare in relazione a molteplici elementi: il tipo di produzione e le caratteristiche del prodotto; l'organizzazione ed infrastruttura aziendale interna; la quantità di risorse disponibili che possono essere impiegate; il grado di importanza ricoperto dalla customer assistance nel settore industriale di riferimento; altri eventuali fattori appartenenti ad un dominio specifico. Per queste ragioni, si è cercato di individuare e categorizzare nel modo più accurato possibile, il lavoro svolto in questo elaborato ed il contesto nel quale è stato sviluppato. In questa tesi, viene descritta un'applicazione web per erogare assistenza al cliente in ambito di industria 4.0, attraverso il paradigma di ticketing o ticket di supporto/assistenza. Questa applicazione è integrata nel sistema Mentor, il quale è attivo già da anni nel settore industriale 4.0. Il progetto Mentor è una suite di applicazioni cloud-based creata dal gruppo Bucci Industries, una multinazionale attiva nell'industria e nell'automazione con sede a Faenza. In questo caso di studio, si presenta la progettazione ed implementazione della parte front-end del suddetto sistema di assistenza, il quale è integrato ed interconnesso con un paio di applicazioni tipiche di industria 4.0, presenti nella stessa suite di applicazioni.

Analisi di alternative progettuali per la riqualificazione energetica di un condominio

Obiettivo della tesi è quello di ipotizzare una serie di interventi volti al miglioramento energetico di un condominio sito nel comune di Modena, raggrupparli in possibili scenari e fare una valutazione di analisi costi-benefici al fine di individuare la convenienza degli scenari proposti. Verrà fatto un inquadramento del caso studio, presentando l’edifico oggetto di intervento e le sue caratteristiche e condizioni nello stato di fatto rilevate a seguito di sopralluogo. Si procede con l’inserimento dei dati all’interno di un software certificato, e con la diagnosi energetica, illustrandone i vari risultati e criticità immediatamente rilevabili da questa analisi. Sulla base delle problematiche rilevate si sono ipotizzati una serie di interventi volti al raggiungimento di risultati prestazionali migliori nell’edificio, combinandoli tra loro per formare quattro possibili scenari realizzabili. Oltre ad indicare i risultati relativi al condominio nella sua totalità sono stati scelti tre appartamenti tipo, collocati in piani diversi, per analizzare in che modo gli interventi proposti influissero su ciascuno di essi in base alla loro posizione. Si è poi passati alla diagnosi energetica dei possibili scenari mettendoli a confronto con lo stato di fatto. In conclusione, in prima analisi sono stati calcolati i costi annuali relativi all’energia richiesta dagli impianti presenti per gli scenari di intervento, paragonandoli con quelli dello stato di fatto, e quindi valutandone il risparmio. Si è poi tenuto conto dell’investimento complessivo per ciascuno scenario, sommando il costo dei singoli interventi. Questi risultati sono stati poi messi a confronto per valutare la convenienza economica dei quattro scenari a fronte dei benefici ottenibili e dei costi da sostenere.

Analisi della prestazione di un sistema di irrigazione agricola

Esistono diversi metodi per irrigare: il sistema con auto-avvolgente ed irrigatore è il più versatile e flessibile. Solitamente l'acqua è messa in pressione da una motopompa della quale si può regolare il numero di giri e, quindi, prevalenza e portata. Il quesito che l'elaborato si pone riguarda la distanza e la superficie bagnabile, impostato il numero di giri a cui ruota la pompa centrifuga.

Progettazione e modellazione numerica di un elemento strutturale per il telaio dell’auto solare Emilia 5

Nel seguente elaborato viene ripercorso il lavoro svolto per la progettazione di un box batterie in materiale composito e in particolare il relativo sistema di fissaggio al telaio che verrà utilizzato per l’auto solare Emilia 5. Questo prototipo di veicolo, che viene sviluppato dai membri del team Onda Solare presso l’azienda Metal TIG a Castel San Pietro Terme (BO), è un’auto completamente elettrica che sfrutta l’energia solare attraverso pannelli fotovoltaici e la cui propulsione è garantita dalla sola energia accumulata nelle batterie. Emilia 5 gareggerà all’evento World Solar Challenge 2023 in Australia, competizione riservata alle auto solari che vede impegnati teams da tutto il mondo. L’elaborato mostra inizialmente la modellazione geometrica tridimensionale delle parti sviluppata attraverso il software Solidworks, analizzandone i dettagli funzionali. In seguito, tramite il software Ansys Workbench, vengono eseguite simulazioni agli elementi finiti verificando che i componenti, considerati in alluminio, rispondano correttamente ai carichi imposti. Per ultimo, vengono menzionati i materiali compositi in fibra di carbonio e si analizza la sequenza di laminazione relativa alla scatola delle batterie. I risultati ottenuti saranno utilizzati dal team Onda Solare come punto di riferimento per la realizzazione dei componenti di Emilia 5.

Sviluppo di un metodo termoanalitico per la quantificazione di microplastiche in matrici complesse

Microplastics (MPs) are highly debated emerging contaminants that are widespread on Earth. Nowadays, assessment of the risk that MPs pose on human health and environment were not developed yet, and standardized analytical methods for their quantification in complex matrices do not exist. Therefore, the formulation of standards which regulating MPs emission in the environment is not possible. The purpose of this study was to develop and apply a method for the analysis of MPs in sewage sludges and water from a wastewater treatment plant (WWTP), due to the relevance of those matrices as important pathway for MPs to enter the environment. Seven polymers were selected, because of their relevance on market production and their frequency of occurrence in such plants: polyethylene terephthalate (PET), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS), polycarbonate (PC), polyvinyl chloride (PVC), and nylon 6 (PA-6). In the study, a pre-treatment procedure was optimised using Fenton’s reagent and analyses carried out by combining thermochemolysis with Py-GC-MS after sample filtration on quartz (0.3 µm). Polymer quantification was performed with solid polymer mixture in silica and good correlations were obtained with internal calibration. As main results, Fenton's reagent negatively affected the recovery of some polymers (PP, PE, PS, PA-6) and a possible matrix interference was noticed, especially for PET and PVC. The WWTP allowed a good abatement of PS, PE, PP and PVC (on average 90 %) and comparable results were hypothesised for the other polymers. Polymer concentrations is sewage sludges ranged between < 2 μg/gdry and 3.5 mg/ gdry, for PC and PVC, respectively. Possible overestimations for PET and PVC, due to matrix interreferences, were taken into account and discussed.

Modello di ottimizzazione per l’analisi di più comunità energetiche nella stessa rete di distribuzione con diversi fornitori

La tesi descrive un modello AIMMS di ottimizzazione dei flussi di potenza tra gli utenti di una comunità energetica rinnovabile. Il modello considera la presenza nella stessa rete di distribuzione di più comunità energetiche. Ogni utente può scegliere un fornitore diverso dagli altri anche se partecipa ad una comunità. Sono considerati generatori fotovoltaici e sistemi di accumulo. Per i carichi sono stati generati profili tipici di utenze domestiche. Il modello è in grado di valutare i prezzi delle transazioni di energia interne a ciascuna comunità, in base alle tariffe orarie dei fornitori di energia. Per la rete di distribuzione test IEEE a 123 nodi, la tesi presenta una analisi di sensitività al variare della taglia dei sistemi di accumulo, della potenza di picco dei generatori fotovoltaici, della potenza richiesta dai carichi, del numero di comunità energetiche e dei fornitori.

Analisi tecnica ed economica di un sistema di storage elettrochimico accoppiato ad un parco eolico

L'elaborato si occupa di analizzare diverse tecnologie di accumulo elettrochimico con lo scopo di dimensionare un sistema di accumulo che verrà accoppiato ad un parco eolico, collocato in Sicilia. Lo standard di connessione sarà in AT a 36 kV, un nuovo standard di Terna che permette di snellire le connessioni di impianti rinnovabili con potenza inferiore a 100 MW. A seguito di un primo dimensionamento analitico e di un confronto con i fornitori, si è optato per l'utilizzo della tecnologia Litio-ione, meno costosa e più performante e il cui impatto ambientale risulta essere controllato. Infine, si è realizzata una valutazione economica del sistema, ipotizzando tre diverse destinazioni di utilizzo del sistema di accumulo, che può offrire servizi ancillari alla rete o partecipare al nuovo mercato delle capacità di Terna, con lo scopo di creare una riserva di energia e partecipare al controllo e alla stabilità della rete. Si è quindi stimato un possibile tempo di ritorno dell'investimento, tenendo conto anche dell'aumento dei prezzi legato all'attuale condizione politico-economica.

Il sistema Geocall a supporto dei processi di conduzione e manutenzione e di pronto intervento in ambito del servizio idrico integrato: il caso Gruppo Hera S.p.A.

All’interno dell'elaborato verrà approfondito il Servizio Idrico Integrato, in particolare saranno descritti i processi di trattamento dell’acqua dalla captazione fino al rilascio in ambiente e introdotte le Autorità che regolano il Servizio Idrico con la relativa normativa. In particolare, oggetto di questa tesi è l’applicativo Geocall, implementato dalla Direzione Acqua del Gruppo Hera S.p.A. nel 2018, a supporto dei processi di Pronto Intervento e di Conduzione e Manutenzione delle reti e impianti idrici. In seguito alla descrizione delle modalità di gestione di questi processi da parte del Gruppo prima dell’implementazione di Geocall, la piattaforma, messa a confronto con gli strumenti a disposizione del Gruppo prima della sua introduzione, verrà approfondita nelle sue applicazioni e nelle sue funzionalità all’interno dei processi coinvolti dall’analisi, con l’obbiettivo di mettere in luce le differenze con le modalità di gestione passate e in particolare i vantaggi e gli eventuali svantaggi ottenuti con l’utilizzo del nuovo software.

Analisi e progettazione di un sistema di accumulo per applicazioni in ambito industriale

"Electrification" è il concetto su cui è stata fondata l’idea del progetto trattato nell’elaborato. Si sente spesso parlare di elettrificazione e di transizione energetica, specialmente nell’ambito in cui ho avuto occasione di svolgere il tirocinio in preparazione della tesi. L’azienda con cui ho lavorato sull’attività di ricerca e analisi è, infatti, incentrata sul mercato Oil & Gas, per cui, in particolar modo in questo periodo storico, risente di un’enorme spinta all’ electrification e all’ottimizzazione degli impianti. A tal proposito, si sta dirigendo verso soluzioni che possano fornire supporto alla rete ed anche ridurre le emissioni di gas inquinanti in atmosfera. L’attività di ricerca si è basata su quelle che sono le tecnologie e le disponibilità sul mercato per sistemi di accumulo di energia all’interno dell’ambito industriale, con particolare attenzione ad aspetti quali sicurezza e innovazione. Le applicazioni di un sistema di accumulo sono svariate, per cui nell’elaborato ne sono state trattate due in particolare: peak shaving e sistema di backup. Sono stati sviluppati, quindi, tre progetti in parallelo: uno relativo al caso di peak shaving e due riguardanti sistemi di backup all’interno di una control cabin. Nel primo caso si è partiti da un progetto ex novo, mentre negli altri due casi si è fatto riferimento a due casi studio già ben definiti relativi a due impianti già esistenti a cui è stata sostituita la tecnologia alla base delle celle elettrochimiche che costituiscono il rack di batterie. L’obiettivo principale della tesi è stato dunque quello di progettare il sistema di accumulo per i relativi casi studio e di verificarne la fattibilità.

Studio e progettazione di un impianto di riscaldamento radiante con lampade catalitiche alimentate a gas naturale a servizio di un capannone industriale

Oggetto di studio della tesi è la riqualificazione energetica di un capannone industriale. Dati gli elevati costi della materia prima combustibile, è stata sviluppata una soluzione che possa ridurre il consumo di gas naturale. Nel capannone sono attualmente installati dei sistemi costituiti da caldaie ed aerotermi. Il sistema studiato prevede invece l'impiego di lampade catalitiche. Esse sono dispositivi in grado di generare calore e scaldare gli oggetti circostanti tramite irraggiamento. L'impianto esistente lavora per convezione; data la grande volumetria del locale tale modalità di trasmissione del calore risulta poco efficiente. Nello studio vengono presentati vantaggi e criticità di entrambe le tecnologie. Particolare attenzione viene rivolta all'aspetto legato alla sicurezza, dato che le lampade catalitiche richiedono che la rete del gas cammini per alcuni tratti all'interno della struttura. A completamento dello studio è stata effettuata un'analisi tecnico-economica per valutare l'effettivo vantaggio del nuovo impianto. Durante ogni fase di verifica e progettazione è stata rispettata la normativa vigente.