Analisi sperimentale di un accumulo con scambiatore alettato immerso in un materiale a cambiamento di fase

Per cercare di ridurre le emissioni inquinanti, soprattutto di CO2, si sta cercando di utilizzare sempre più fonti di energia rinnovabile. Queste non sono costanti, quindi, per ridurre il gap tra energia prodotta e richiesta, si utilizzano accumuli di energia termica, che immagazzinano l'energia quando è prodotta, per poi rilasciarla successivamente all'occorrenza. Gli accumuli termici si distinguono in sensibili, termochimici e latenti. Questa Tesi tratta l’analisi di un’innovativa tipologia di accumulo latente attraverso un materiale a cambiamento di fase (PCM) ed uno scambiatore di calore alettato. I materiali a cambiamento di fase sono in grado di immagazzinare e rilasciare energia sia con lo scambio sensibile, aumentando o diminuendo la propria temperatura, sia con lo scambio di calore latente, durante la propria transizione di fase da solido a liquido e viceversa. L’accumulo in questione è una tasca metallica con all’interno uno scambiatore di calore alettato immerso in un materiale a cambiamento di fase; il tutto è isolato dall’ambiente esterno e collegato con tubi ad un bagno termostatico caldo ed uno freddo. All'inizio l’accumulo è stato riempito con acqua, poi è stato inserito il PCM RT44HC, il cui range di temperatura di transizione di fase è 40-44°C. Nella fase di carica viene inviata acqua calda allo scambiatore per sciogliere il PCM. Nella fase di scarica, inviando acqua fredda si riprende l'energia accumulata e il PCM si solidifica. I set di prove sono stati eseguiti con temperature e portate in massa d'acqua diverse per la carica e per la scarica. I risultati mostrano che si recupera, in scarica, quasi tutta l’energia ceduta nella fase di carica e che la potenza scambiata ha un andamento decrescente nel tempo.

Modello di progettazione di una rete logistica per la consegna last-mile della merce in crowd-shipping

In questo lavoro si studierà un nuovo sistema di consegna merci, denominato crowd-shipping. Questo si propone come soluzione per il trasporto della merce a domicilio, soprattutto per quanto riguarda l’ultimo miglio, con la quale si intendono le consegne che vengono effettuate all’interno dei centri urbani. È una soluzione recente che prevede di appoggiare ai corrieri tradizionali delle persone comuni, definiti corrieri occasionali (OD, Occasional Drivers). Questi ultimi, percorrendo un tratto di strada per motivi personali, sono disposti a consegnare la merce ai destinatari finali effettuando delle deviazioni al loro tragitto originario, in cambio di un compenso. Dopo aver studiato la situazione attuale dell’E-commerce e dello sviluppo delle Sharing Economy, dopo aver appreso il funzionamento di questo nuovo tipo di soluzione logistica, verrà presentato un modello matematico di programmazione lineare per le consegne last mile della merce in crowd-shipping. Questo modello verrà testato nel contesto urbano di Bologna e prevedrà due livelli di consegna rappresentati in primis dai corrieri tradizionali e in secondo luogo dai corrieri occasionali. Modalità possibile grazie all’utilizzo di armadietti automatici come depositi intermedi; si avranno, infatti, dei corrieri classici che riforniscono gli armadietti e dei corrieri occasionali che prelevano la merce dagli armadietti e la consegnano ai destinatari finali. Il modello sarà implementato in scenari diversi, con un differente numero di attori coinvolti, diverse ricompense per gli OD e diverse tipologie di veicoli, più o meno inquinanti. Questo ultimo punto ci anticipa che questa modalità di consegne può portare benefici importanti anche a livello ambientale; e in un mondo dove i cambiamenti atmosferici dovuti all’inquinamento sono sempre più devastanti, il crowd-shipping può portare a benefici concreti. Benefici che si sono dimostrati anche economici, sia per le aziende di spedizioni, sia per i clienti finali.

Progettazione di un modulo di rinnovo dell'aria ambiente con recupero termico. Applicazione ad un caso reale

L’elaborato riguarda la progettazione di un modulo di rinnovo dell’aria ambiente con recupero termico, che integri anche la funzione di climatizzazione invernale ed estiva. L’applicazione è partita dall’analisi di un caso reale, ossia la palazzina uffici dell’azienda Galletti S.p.A. Per tutti gli uffici interessati si è proceduto alla verifica del carico termico invernale, nonché dei fabbisogni di aria di rinnovo sulla base dei tassi di occupazione previsti dalle norme e parallelamente dei tassi di occupazione reali. In tale elaborato vengono illustrate le due normative relative alla ventilazione applicabili in Italia, quella italiana (UNI 10339) e quella europea (UNI EN 16798-1), le quali permetteranno di ottenere i valori di ricambi d’aria necessari per i singoli ambienti. Per effettuare i ricambi di aria si è scelto di dimensionare un sistema di VMC puntuale. Successivamente si sono analizzati i principali inquinanti indoor e tra questi è stata scelta come indice di qualità dell’aria interna la concentrazione di CO2, in quanto il controllo della sua concentrazione permette di avere un indice di un corretto ricambio dell’aria ambiente. Per effettuare il dimensionamento della macchina si sono presi come locali tipo undici uffici dello stabilimento Galletti. Nel lavoro di selezione sono stati individuati i recuperatori a piastre in alluminio e i ventilatori necessari. Si è poi applicato un modello dinamico di accumulo di CO2 in ambienti chiusi creato in Galletti per monitorare l’andamento della concentrazione di CO2 nel tempo con diversi valori di portata di rinnovo, considerando tre livelli di isolamento dell’involucro. Il modello fornisce indicazioni sul tipo di regolazione che si prevede per la macchina. Per ciascun ambiente è stata formulata una proposta di sostituzione dell’unità di climatizzazione presente (fan coil) con una nuova unità in grado di fare fronte al tasso di rinnovo richiesto ed alla climatizzazione invernale in condizioni di progetto.

Implementazione di algoritmi Tiny Machine Learning per il monitoraggio strutturale basato su emissioni acustiche

Il monitoraggio basato su emissioni acustiche (AE) guidate si è confermato tra le tecniche più affidabili nel campo del Non-Destructive Testing delle strutture planari, vista anche la sua semplicità implementativa, i bassi costi che lo caratterizzano, la non invasività e la possibilità di realizzare un sistema che agisca in maniera continuativa ed in tempo reale sfruttando reti di sensori permanentemente installati, senza la necessità di ispezioni periodiche. In tale contesto, è possibile sfruttare l’abilità dell’apprendimento automatico nell’individuazione dei pattern nascosti all’interno dei segnali grezzi registrati, ottenendo così informazioni utili ai fini dell’applicazione considerata. L’esecuzione on-edge dei modelli, ovvero sul punto di acquisizione, consente di superare le limitazioni imposte dal processamento centralizzato dei dati, con notevoli vantaggi in termini di consumo energetico, tempestività nella risposta ed integrità degli stessi. A questo scopo, si rivela però necessario sviluppare modelli compatibili con le stringenti risorse hardware dei dispositivi a basso costo tipicamente impiegati. In questo elaborato verranno prese in esame alcune tipologie di reti neurali artificiali per l’estrazione dell’istante di arrivo (ToA) di un’emissione acustica all’interno di una sequenza temporale, in particolare quelle convoluzionali (CNNs) ed una loro variante più recente, le CapsNet basate su rounting by agreement. L’individuazione dei ToA relativi al medesimo evento su segnali acquisiti in diverse posizioni spaziali consente infatti di localizzare la sorgente da cui esso è scaturito. Le dimensioni di questi modelli permettono di eseguire l’inferenza direttamente su edge-device. I risultati ottenuti confermano la maggiore robustezza delle tecniche di apprendimento profondo rispetto ai metodi statistici tradizionali nel far fronte a diverse tipologie di disturbo, in particolare negli scenari più critici dal punto di vista del rapporto segnale-rumore.

Progettazione e ottimizzazione di un Turbo Encoder parallelo su dispositivo FPGA

In questi anni, c’è stato un grande sviluppo negli standard wireless nel mondo della televisione, della radio e delle comunicazioni mobili. Questo ha portato con sé problemi di compatibilità tra le reti wireless e ha limitato lo sviluppo di nuove funzionalità e servizi. La Software Defined Radio rappresenta una soluzione di flessibilità per affrontare questa serie di problematiche. In un sistema di comunicazione digitale, le informazioni viaggiano su un canale che è soggetto a rumore ed interferenza; perciò, per garantire robustezza e affidabilità alle applicazioni nella comunicazione digitale, i sistemi richiedono l’uso di codici di correzione degli errori, basati su schemi di codifica di canale. Esistono diverse tipologie di codici per la correzione degli errori, tra le quali il turbo codice, utilizzato nei sistemi LTE. Questo lavoro presenta la progettazione e la successiva ottimizzazione di un turbo encoder per sistemi LTE su una scheda FPGA, la quale, a differenza di altri dispositivi, meglio si presta a questo scopo, grazie alla caratteristica di riprogrammabilità. Dapprima viene presentato un turbo encoder sequenziale, il quale viene ottimizzato creandone una versione parallela. I risultati mostrano che l’architettura parallela presenta prestazioni, in termini di throughput, quattro volte migliori di quella sequenziale, a fronte di un lieve aumento dell’uso delle risorse della scheda. Confrontando questo turbo encoder ottimizzato con un progetto presente in letteratura, si nota che l’efficienza d’area risulta maggiore con un fattore circa pari a 3.

Arricchimento di colture microbiche anaerobiche su acido perfluoroottanoico (PFOA) e diversi accettori finali di elettroni

Nel presente elaborato è stata studiata la capacità biodegradativa di cinque differenti set di colture microbiche miste in anaerobiosi, rispetto all’acido perfluoroottanoico (PFOA). Quest’ultimo è un contaminante riconosciuto dalla comunità scientifica internazionale come persistente, tossico, bioaccumulante e ubiquitario, tipicamente trasportato nell’ecosistema acquatico. Le colture studiate sono state realizzate in microcosmi di acqua di falda, a partire da colture ottenute in uno studio di biodegradazione precedente, condotto su acque di falda contaminate da sostanze perfluoroalchiliche (PFASs), arricchendole in PFOA a una concentrazione di 50 mg/L in presenza di diversi accettori finali di elettroni (Fe(III), NO3— e SO42-) e donatori di elettroni (H2, NH4+, CH3-CHOH-COO- e CH3COO-) La prova sperimentale ha evidenziato una crescita microbica in alcune delle condizioni realizzate (NO3—-riduzione con ossidazione di CH3COO-, Fe(III)-riduzione con ossidazione di NH4+, SO42—-riduzione con ossidazione di CH3-CHOH-COO-). Sebbene sia stato osservato un consumo di metaboliti talvolta notevole nelle suddette condizioni, non è stata riscontrata una rimozione significativa dell’acido perfluoroottanoico ad esso correlata.

Soluzioni per i sistemi di post-trattamento dei gas di scarico in vista della nuova normativa antinquinamento EURO7

Nel presente elaborato sono state analizzate delle soluzioni per i sistemi di post-trattamento che permettano ai veicoli di rispettare la futura norma Euro7. In particolare è stato affrontato il principale problema dell'avviamento a freddo dei veicoli che produce la maggior parte degli inquinanti emessi. Sono stati vagliati diversi studi scientifici al fine di trovare soluzioni efficaci per rendere le emissioni dei veicoli sotto i limiti imposti dalla futura normativa, i cui valori sono stati proposti dal consorzio CLOVE. Dopo aver analizzato uno studio sul confronto di varie configurazioni di sistemi di post-trattamento, sono state prese in considerazione due soluzioni. La prima prevede l'introduzione di un bruciatore nel sistema al fine di mantenerlo alla temperatura ottimale di funzionamento, ovvero alla temperatura a cui avvengono le reazioni di ossidazione e di riduzione delle sostanze inquinanti. La seconda soluzione prevede, invece, l'aggiunta nel sistema di un riscaldatore elettrico accoppiato ad un generatore termoelettrico: il primo ha lo stesso scopo del bruciatore, mentre il secondo serve per convertire il calore di scarto dei gas di scarico in energia elettrica da fornire al riscaldatore. Infine, dopo aver analizzato le due soluzioni attraverso i test riportati dagli articoli scientifici studiati, si è concluso che entrambe le strategie permettono un'efficace riduzione delle emissioni anche per avviamento a freddo del veicolo e, quindi, possono essere considerate valide per permettere ai veicoli di rientrare all'interno dei limiti imposti dalla nuova normativa Euro7.

Generazione di osservabili radiometriche per navigazione deep space tramite reti neurali convoluzionali

Grazie all’evoluzione degli strumenti di calcolo e delle strutture digitali, le intelligenze artificiali si sono evolute considerevolmente negli ultimi anni, permettendone sempre nuove e complesse applicazioni. L’interesse del presente progetto di tesi è quello di creare un modello di studio preliminare di intelligenza artificiale definita come Rete Neurale Convoluzionale, o Convolutional Neural Network (CNN), al fine di essere impiegata nel campo della radioscienza e dell’esplorazione planetaria. In particolare, uno degli interessi principali di applicazione del modello è negli studi di geodesia compiuti tramite determinazione orbitale di satelliti artificiali nel loro moto attorno ai corpi celesti. Le accelerazioni causate dai campi gravitazionali planetari perturbano le orbite dei satelliti artificiali, queste variazioni vengono captate dai ricevitori radio a terra sottoforma di shift Doppler della frequenza del segnale, a partire dalla quale è quindi possibile determinare informazioni dettagliate sul campo di gravità e sulla struttura interna del corpo celeste in esame. Per poter fare ciò, occorre riuscire a determinare l’esatta frequenza del segnale in arrivo, il quale, per via di perdite e disturbi durante il suo tragitto, presenterà sempre una componente di rumore. Il metodo più comune per scindere la componente di informazione da quella di rumore e ricavarne la frequenza effettiva è l’applicazione di trasformate di Fourier a tempo breve, o Short-time Fourier Transform (STFT). Con l’attività sperimentale proposta, ci si è quindi posto l’obiettivo di istruire un CNN alla stima della frequenza di segnali reali sinusoidali rumorosi per avere un modello computazionalmente rapido e affidabile a supporto delle operazioni di pre-processing per missioni di radio-scienza.

Formulazione di particolato atmosferico sintetico e sviluppo di una tecnica di deposizione per studi di corrosione

Ad oggi il particolato (PM) viene considerato come uno dei principali inquinanti atmosferici e costituisce un fattore dannoso sia per la salute sia per l’ambiente essendo in grado di interagire sia con gli organismi che con i materiali. I rischi per l’uomo sono stati e sono tutt’ora studiati, mentre l’interazione del PM con le superfici non è stata ancora indagata completamente. L’obbiettivo di questo lavoro è quello di formulare un particolato sintetico rappresentativo e sviluppare una tecnica di deposizione artificiale per via secca che possa simulare quella reale, con lo scopo di indagare poi, attraverso invecchiamento accelerato, l’influenza del PM sulla corrosione del bronzo. I composti scelti per ottenere una formulazione di particolato rappresentativa di siti urbani e non sono stati macinati ad una granulometria compatibile con quella del PM reale, poi sono stati miscelati. Successivamente, la deposizione secca è stata simulata con l’ausilio di un aerografo. Infine, l’invecchiamento accelerato è stato condotto in una camera climatica impostando un ciclo che simulava condizioni giorno-notte con parametri ambientali che fossero rappresentativi di giornate invernali ed estive. L’avanzamento dello stato di corrosione è stato valutato principalmente tramite analisi SEM-EDS e Raman. I risultati ottenuti fino ad ora sono promettenti per lo studio del ruolo del particolato nella corrosione del bronzo.

Studio e design di una molla elicoidale in materiale composito utilizzando tecnologie FDM

Al giorno d'oggi le molle in commercio più utilizzate sono sicuramente quelle in acciaio, ciò è dovuto al fatto che la loro realizzazione è sicuramente la più semplice, in quanto si può automatizzare, ed economica. In applicazioni speciali però non ci si limita al solo utilizzo di molle in acciaio ma da tempo si sono trovate soluzioni alternative quali per esempio le molle in titanio che permettono di avere una riduzione di peso notevole a parità di caratteristiche meccaniche con il particolare svantaggio del costo molto elevato che richiedono per la loro realizzazione. Negli ultimi anni però, sopratutto nell'ambito dei veicoli leggeri, si è cercato di creare molle ancora più leggere utilizzando materiali composito: ciò si è reso necessario, ad esempio nel caso dell'automotive, in quanto la riduzione di peso dei componenti utilizzati genera un effetto benefico sui consumi delle vetture e quindi anche sulle loro emissioni, fattore che sta diventando sempre più importante in virtù delle politiche addottate atte alla riduzione di inquinanti emessi in atmosfera. Le molle in composito più utilizzate sono sicuramente quelle in fibra di vetro, più semplici da realizzare ma diversi studi dimostrano come la fibra di carbonio sia più efficiente dal punto di vista delle proprietà meccaniche. In questo elaborato quindi si va a studiare una soluzione alternativa alle molle in acciaio tradizionali e alle molle in titanio andando a studiare una molla in composito con fibra di carbonio, partendo dal dimensionamento della stessa fino a proporre un metodo di realizzazione della stessa.

Redazione del Documento di Valutazione dei rischi (DVR) di un'azienda nel settore servizi: il caso Energy Multiservizi s.n.c.

Vista la preoccupante situazione infortuni sul lavoro in Italia che non accenna a migliorare, in questo elaborato è possibile trovare uno standard di DVR da potere applicare e adeguare alle aziende presenti nel territorio italiano. In particolare è stato esaminato il caso di Energy Multiservizi, azienda multiservizio con sede operativa a Castiglione dei Pepoli (BO). L’obiettivo è la redazione del DVR per tale impresa. I dati raccolti sono frutto di collaborazione tra Datore di Lavoro (DL), Responsabile dei Lavoratori per la Sicurezza (RLS), Responsabile del Servizio di Prevenzione e Protezione (RSPP) e del Medico Competente (MC) i quali si sono impegnati nel corso dei sopralluoghi per avere misurazioni il più affidabili possibile e di discutere riguardo le proposte di miglioramento riportate nel corso dell’intero elaborato. Nel documento è possibile trovare riferimenti normativi, richiami a norme tecniche, metodi di valutazione quantitativi e qualitativi per il calcolo dei rischi maggiormente presenti nei luoghi di lavoro. I rischi che verranno stimati e calcolati per l’azienda in esame sono: Rischio stress Lavoro Correlato, Rischio al Videoterminale e Postazioni di lavoro, Rischio chimico, Rischio Elettrico, Rischio Meccanico, Rischio da Rumore, Rischio da Vibrazioni, Rischio da sovraccarico Biomeccanico ed infine il Rischio Microclimatico. Applicando le metodologie presenti nell’elaborato è stato possibile fornire ad Energy Multiservizi un DVR aggiornato, completo, che utilizzi norme e metodologie ancora in vigore e che abbia stimato tutti i rischi a cui sono sottoposti i lavoratori in azienda

Sviluppo di modelli dinamici per la simulazione del volo di aerei leggeri elettrici

Il presente lavoro di tesi si pone come obiettivo l’individuazione di modelli matematici che possano essere utilizzati per la configurazione di simulatori di volo aerei elettrici dell’aviazione generale. In particolare, sono state trovate in letteratura delle formule da utlizzare per modellare eliche, motori elettrici di varie tipologie e batterie. Per meglio comprendere l’impatto dell’adozione dei motori elettrici sui velivoli dell’aviazione generale sono stati effettuati dei confronti di dati, in cui si è preso come riferimento il motore a combustione interna Continental O-300 montato sui Cessna C172. Successivamente, sono stati implementati i modelli dinamici in Simulink di motori elettrici che potrebbero sostituire il motore a combustione interna sopra citato. Sono, poi, state eseguite alcune comparazioni tra i risultati ottenuti in termini di spinte ottenibili, potenze e autonomie, e numero di giri di rotazione dell’elica per diversi motori elettrici. Per effettuare le simulazioni è stato utilizzato il software Simulink: ambiente in cui sono stati sviluppati modelli dinamici di propulsione sia tradizionale che elettrica. Nella parte conclusiva della tesi, sono riportate alcune considerazioni volte a stimare l'autonomia di un velivolo simile al Cessna C172, in cui si sotituisce il motore a combustione interna con un motore elettrico a parità di peso massimo al decollo e l’andamento di quest'ultimo in funzione dell’autonomia per un velivolo elettrico. I risultati ottenuti da queste ultime simulazioni suggeriscono che la conversione ad elettrico è attualmente critica in quanto la ridotta densità di energia delle batterie porta ad un significativo decadimento dell'autonomia generale.