Analisi numerica per l'evoluzione non lineare di perturbazioni di energia oscura

L'elaborato tratta lo studio dell’evoluzione delle perturbazioni di densità non lineari, confrontando modelli con costante cosmologica (wΛ = −1) e modelli alternativi in cui l’energia oscura sia caratterizzata da un’equazione di stato con w diverso da −1, considerando sia il caso con energia oscura costante, sia quello in cui ha fluttuazioni. La costante cosmologica presenta infatti due problemi teorici attualmente senza soluzione: il problema del suo valore e il problema della coincidenza. Per analizzare l’evoluzione delle perturbazioni di materia ed energia oscura, sia nel caso delle sovradensità che nel caso delle sottodensità primordiali, si implementano numericamente le equazioni differenziali non lineari ricavate a partire dalla teoria del collasso sferico. Per parametrizzare il problema, si fa riferimento ai valori critici del contrasto di densità δc e δv che rappresentano, rispettivamente, la soglia lineare per il collasso gravitazionale e la soglia per l’individuazione di un vuoto cosmico. I valori di δc e δv sono importanti poich´e legati agli osservabili cosmici tramite la funzione di massa e la void size function. Le soglie critiche indicate sono infatticontenute nelle funzioni citate e quindi, cambiando δc e δv al variare del modello cosmologico assunto, è possibile influenzare direttamente il numero e il tipo di oggetti cosmici formati, stimati con la funzione di massa e la void size function. Lo scopo principale è quindi quello di capire quanto l’assunzione di un modello, piuttosto che di un altro, incida sui valori di δc e δv. In questa maniera è quindi possibile stimare, con l’utilizzo della funzione di massa e della void size function, quali sono gli effetti sulla formazione delle strutture cosmiche dovuti alle variazioni delle soglie critiche δc e δv in funzione del modello cosmologico scelto. I risultati sono messi a confronto con il modello cosmologico standard (ΛCDM) per cui si assume Ω0,m = 0.3, Ω0,Λ = 0.7 e wΛ = −1.

Studio di sistemi di navigazione biologici per il controllo della traiettoria di volo in alcune specie di uccelli

Sapersi muovere con efficienza è fondamentale per tutti gli esseri viventi. Gli uccelli sono abili navigatori del cielo e, per orientarsi, utilizzano diversi tipi di bussole naturali e un orologio circadiano che gli consente di compensare i cambiamenti giornalieri dovuti alla rotazione terrestre. Essi sono in grado di immagazzinare, in una mappa cognitiva, le informazioni percepite durante i vari voli effettuati; queste possono derivare da riferimenti sia di tipo visivo, che di altro genere, come odori e geomagnetismo, e consentono ai volatili di ritrovare facilmente la strada di casa. Gli uccelli, inoltre, sono in grado di percepire il flusso ottico proveniente da un paesaggio pieno di irregolarità (come può esserlo una foresta o una superficie ondosa marina); grazie ad esso possono controllare con precisione l'altitudine di volo a bassa quota e possono individuare ostacoli nelle immediate vicinanze in modo da evitare collisioni. Durante le migrazioni capita di volare a quote più elevate per cercare di risparmiare energie e, in questo caso, gli uccelli possono controllare la loro altitudine con un errore all'incirca di 10m, poiché sono in grado di percepire direttamente le variazioni di pressione atmosferica. Per risparmiare energie sono molto abili nello sfruttare la forza dei venti e nel compensarne la deriva. Gli uccelli possiedono diverse abilità che spiegano la loro impressionante capacità di navigazione e quindi rappresentano un ottimo spunto per apprendere diverse tecniche in modo da migliorare i nostri metodi di orientamento ed elaborazione dei dati.

Consumo energetico dei forni elettrici ad uso domestico: rassegna dei modelli matematici

Un forno è un oggetto costituito da una camera vuota, definita cavità, che espone in maniera controllata i materiali posti al suo interno ad un ambiente caldo. Esistono diversi tipi di forni (a gas, elettrici, a microonde, a legna) e sono utilizzati con diversi scopi a seconda delle dimensioni e di come generano il calore. Il prodotto alimentare viene cotto in forno attraverso la trasmissione di calore per irraggiamento, per convezione o per una combinazione di entrambi. Questo processo di riscaldamento richiede un elevato dispendio di energia, di cui solo il 20-25% è utilizzato per riscaldare il cibo in preparazione. I forni nello specifico sono responsabili di circa il 10-12% dell’impatto ambientale complessivo degli edifici civili, collocandosi tra i peggiori elettrodomestici in termini di efficienza energetica. A ragione di ciò, l’industria dei forni è stimolata a sviluppare tecnologie sempre più efficienti, attraverso la ricerca di un miglior controllo della temperatura interna del forno. Sono state redatte due normative europee, EN 60350 e EN 50304, che stabiliscono procedure di raccolta dati e calcolo dell’efficienza energetica di un forno per guidare i costruttori verso una progettazione a minor impatto energetico, che permetta loro di restare competitivi sul mercato. L’obiettivo del seguente lavoro bibliografico è stato quello di descrivere in maniera dettagliata le normative inerenti la determinazione dell’efficienza energetica dei forni domestici. Inoltre, è stata redatta una rassegna sistematica degli studi scientifici riguardanti la valutazione del consumo energico mediante modelli matematici.

Energia gravitazionale in astrofisica

In questa trattazione, sarà data una definizione di energia potenziale partendo dal modello della gravità Newtoniana, e verranno illustrati - molto brevemente, e senza entrare troppo nei dettagli - alcuni fenomeni astrofisici nei quali l’interazione gravitazionale tra corpi (e dunque il concetto di energia gravitazionale) gioca un ruolo fondamentale. In particolare, verrà introdotto il concetto di buco nero, per poi accennare alla fisica dell’accrescimento caratteristica dei nuclei galattici attivi. In seguito, verrà esposto il teorema del Viriale in forma scalare, se ne accennerà il ruolo nella catastrofe gravotermica riguardante gli ammassi globulari, e quello nella nascita di nuove stelle tramite l’instabilità di Jeans. Infine, verrà trattata la curva di rotazione delle galassie a spirale, e si parlerà del ragionamento che ha portato all’intuizione della materia oscura, di cui l’Universo è pervaso.

Valutazione del ciclo antropogenico del neodimio in Italia, mediante metodologie MFA e LCA

Per raggiungere gli obiettivi di neutralità climatica del 2050 stabiliti dal Green Deal europeo, l’approvvigionamento sicuro e sostenibile di materie prime critiche è considerato essenziale e l’attuale crisi energetica ne ha rimarcato l’importanza. Tra queste materie prime, il neodimio risulta essere fondamentale per un ampio numero di applicazioni tecnologiche di interesse crescente come la mobilità elettrica e la generazione di energia elettrica da fonti rinnovabili. La produzione mondiale di neodimio è dominata dalla Cina e l’Italia dipende completamente dalle importazioni per soddisfare la propria domanda. Il riciclo dei prodotti a fine vita potrebbe coprire parte della domanda nazionale di neodimio e ridurre la dipendenza dalle importazioni cinesi. Ma, attualmente, la percentuale di riciclo del metallo è inferiore all’1% globalmente con attività di riciclo spesso inesistenti su scala industriale a livello nazionale. Per dare chiarezza sulla catena del valore di neodimio in Italia e dimostrare le potenzialità del suo riciclo, in questa tesi sono state applicate le metodologie di MFA e di LCA. Un modello dinamico retrospettivo di MFA è stato sviluppato col fine di investigare il ciclo antropogenico del neodimio, identificando e valutando i flussi e le riserve nazionali dal 1995 al 2020. Attraverso un modello di distribuzione dei tempi di vita è stata quantificata la riserva in uso del metallo, che ammonta a 3,3 kt Nd o 56 g Nd pro capite. Un riciclo della riserva in uso potrebbe soddisfare l’attuale domanda di neodimio oltre al 2030. I risultati dell’MFA sono stati integrati con i fattori LCA di caratterizzazione di impatto ambientale, dimostrando che il riciclo potrebbe ridurre più dell’80% delle emissioni di gas serra e della energia richiesta associate alla produzione di neodimio primario. Si prevede che lo studio possa contribuire all’implementazione di politiche e strategie di rafforzamento della catena di approvvigionamento del neodimio.

Analisi delle prestazioni energetiche di un impianto HVAC basato su un chiller con eiettore a geometria variabile mediante il software TRNSYS

Il lavoro svolto nella seguente Tesi ha avuto come obiettivo principale quello di modificare il precedente modello TRNSYS dell’impianto innovativo solare/biomassa studiato nell’ambito del progetto Hybrid-BioVGE, impianto che utilizza un gruppo chiller VGE con eiettore a geometria variabile, aggiungendo il circuito per la produzione di ACS, composto da un serbatoio di accumulo un campo di collettori solari dedicato ed una pompa di circolazione, modificando la circuitazione idraulica complessiva, modellando la configurazione finale. Sono state modificate e migliorate anche le logiche di controllo dei vari componenti dell’impianto, in particolare della caldaia a biomassa, del connettore tra accumulo caldo da un lato e circuito di riscaldamento ed accumulo per la produzione di ACS dall’altro lato, del gruppo chiller VGE e dell’accumulo di energia frigorifera con PCM. In ultima istanza, è stata implementata per la stagione estiva un’ulteriore logica di controllo che favorisce il funzionamento del gruppo chiller VGE quando è disponibile un alto contributo di energia solare ed in presenza di una temperatura ambiente in condizioni favorevoli. Attraverso il software TRNSYS 18 sono stati riprodotti in maniera fedele e accurata l'edificio, l'impianto innovativo ad esso associato e sono state svolte delle simulazioni in periodi temporali dell'anno precisi. Tali simulazioni hanno mostrato: un miglioramento nell’efficienza dell’impianto durante la stagione di riscaldamento per alimentare i pannelli radianti al servizio dell’edificio e la produzione di ACS, con valori di Solar Fraction pari al 70% e quota di energia rinnovabile del 90%; prestazioni migliori durante la stagione di raffrescamento con incremento dell'energia termica emessa dai fan-coils del 3%, della Solar Fraction pari al 50% e Seasonal Performance Factor di sistema migliori. Annualmente si è vista una quota di energia rinnovabile molto elevata (84.2%).

Progettazione degli interventi di efficientamento energetico di un edificio condominiale con ausilio degli incentivi statali del Superbonus 110%

Il tema centrale di questo elaborato è lo studio completo di un caso di ristrutturazione edilizia le cui spese vengono agevolate mediante l’incentivo denominato “Superbonus 110 %”. Partendo dalla descrizione dello sfondo normativo e legislativo vigente che regola l’applicazione di questa agevolazione (in continuo e costante aggiornamento) si procede all’analisi del caso di ristrutturazione edilizia scelto, ovvero un edificio condominiale, composto da 12 unità immobiliari distinte, sito nel comune di Patti (ME). Verranno studiati in una prima fase gli interventi applicabili all’edificio, ai sensi del DI 06/08/2020, per poi procedere ad una selezione in funzione dei risultati di una diagnosi energetica. Gli interventi scelti verranno poi approfonditi sotto l’aspetto tecnico affinché possano soddisfare i requisiti minimi per accedere all’agevolazione e affinché possano garantire le migliori prestazioni possibili all’edificio in funzione dei suoi parametri energetici. Verrà poi stimato il costo totale della ristrutturazione suddividendo le spese da effettuare nei capitoli degli interventi migliorativi studiati. Verrà redatto l’Attestato di Prestazione Energetica post-intervento e dimostrato il salto di classe necessario per ottenere l’agevolazione del Superbonus 110 %. Infine, verrà redatta l’asseverazione delle spese, la quale attesta la congruità delle spese effettuate e la regolarità degli interventi previsti e mostra il risparmio di energia primaria complessivo conseguito in seguito all’applicazione degli interventi migliorativi effettuati.

Analisi sulla sostenibilità e sicurezza di combustibili innovativi

Al fine di mitigare gli impatti ambientali legati alla produzione energetica, lo sviluppo di tecnologie per l’utilizzo di carburanti carbon-free risulta essere essenziale. Si confida che la sostituzione di combustibili convenzionali con sorgenti di energia rinnovabili e bio-combustibili possa ridurre le emissioni di gas serra. Tuttavia, l’intermittenza della maggior parte delle sorgenti di energia rinnovabile comporta problemi di stoccaggio dell’energia. Pertanto, risulta necessaria l’introduzione di opportuni vettori energetici quali l’idrogeno. Nonostante l’elevata reattività dell’idrogeno, gli elevati costi per raggiungere standard di sicurezza opportuni nella fase di trasporto e stoccaggio limitano il suo uso estensivo. Per tale motivo, sono state vagliate sostanze alternative, quali l’ammoniaca, caratterizzate da processi produttivi collaudati oltreché di facile stoccaggio e trasporto. Considerando i processi produttivi di entrambe le sostanze, la possibile presenza di metano ha suggerito lo studio di miscele ternarie costituite da metano, idrogeno e ammoniaca. Sulla base di queste premesse, il presente lavoro di tesi è stato incentrato sull’analisi cinetica e sulla valutazione dei principali parametri di sicurezza di alcune miscele gassose in presenza di aria e aria arricchita. Tale analisi ha permesso una valutazione preliminare della sostenibilità delle miscele ternarie in esame al variare delle condizioni operative. Infatti, sono state quantificate le prestazioni ambientali e gli standard di sicurezza al fine di confrontare la sostenibilità e la convenienza delle alternative di processo.

Implementazione di un sistema di accumulo dell'energia prodotta da FER in ambito portuale

L'elaborato analizza concretamente le possibilità di implementazione di un sistema di accumulo di energia elettrica prodotta da FER all'interno del terminal portuale della ditta Sapir. Vengono analizzate le tecnologie disponibili attualmente sul mercato valutandone l'efficienza e soprattutto la capacità di produrre un riscontro economico positivo per l'azienda in un tempo contenuto. Sono state infine valutate le varie proposte di miglioramento, considerando di implementare una gru elettrica alimentata almeno in parte dal sistema di accumulo.

ENERGETICA. Agenzia per la promozione e costituzione delle Comunità Energetiche.

ENERGETICA è un servizio dedicato ai cittadini del Comune di Bologna che fornisce supporto sui temi dell’energia per facilitare e accelerare il processo di adesione alle Comunità Energetiche Rinnovabili (CER) da parte dei cittadini stessi. Il servizio si configura come uno sportello energetico phygital: un luogo fisico e digitale (una piattaforma dedicata) attraverso il quale i cittadini vengono coinvolti e informati in merito ai vantaggi delle comunità energetiche, al loro funzionamento e alle modalità con cui entrare a farne parte. I consulenti - figure chiave del servizio - forniscono le informazioni richieste e svolgono un’azione di sensibilizzazione riguardo al tema delle comunità energetiche. Il trattamento dei dati personali dei singoli cittadini e la cessione del loro consenso permette ai consulenti di creare le liste di comunità, cioè liste di interesse attraverso le quali i cittadini vengono associati tra di loro allo scopo di costituire piccole comunità energetiche sul territorio. La piattaforma serve da strumento per programmare le consulenze, attraverso, ad esempio, videochiamate o appuntamenti in sede presso l’agenzia. Si possono quindi conoscere gli altri cittadini appartenenti alla propria comunità energetica e stabilire un contatto che duri nel tempo. L’obiettivo della costruzione di una rete sociale è inoltre quello di sensibilizzare sul tema e condividere con altri la propria esperienza. Lo sportello svolge anche un ruolo di promozione di eventi legati a ENERGETICA, con momenti di partecipazione e condivisione per la comunità. La scoperta e l’attuazione di realtà come quelle delle CER risulta importante per il raggiungimento di obiettivi sostenibili ormai inderogabili. L’adesione a progetti comunitari, che agevolano la condivisione e la partecipazione ad azioni comuni da parte dei cittadini, come nel caso delle CER, gettano le basi per una concreta inversione di rotta e per il raggiungimento di obiettivi sostenibili.

Applicazione allo scenario italiano di un modello di costo dinamico per l'ottimizzazione del mix energetico e la gestione della rete elettrica

Nell’attuale contesto energetico di forte instabilità, prezzi e produttività subiscono continue variazioni a causa di fattori politici ed economici. Il sistema elettrico è chiamato a rispondere velocemente ai cambiamenti garantendo continuamente il soddisfacimento del fabbisogno di energia elettrica. Nel presente elaborato viene utilizzato un modello di costo dinamico, estratto dalla letteratura scientifica, con lo scopo di gestire efficientemente i flussi energetici e garantire una programmazione ottimale del mix produttivo. Viene analizzato lo scenario italiano mettendo in relazione produzione, trasmissione e domanda energetica. I dati utilizzati fanno riferimento, quanto più possibile, al contesto attuale. Coerentemente con la situazione reale i risultati ottenuti mettono in risalto le criticità e i punti di forza principali del sistema elettrico italiano delineando i possibili cambiamenti attuabili a medio termine.