Ottimizzazione e validazione sperimentale di una nuova procedura per chirurgia stereotassica

Gli interventi in campo neurologico richiedono un’elevata accuratezza e si basano generalmente su sistemi invasivi. Lo scopo della seguente trattazione è quello di presentare e validare sistemi innovativi per interventi di chirurgia stereotassica caratterizzati da una bassa invasività e una elevata accuratezza. Lo studio, partito dall’analisi dello stato dell’arte, pone la sua attenzione su nuove proposte e le ottimizza, ne ricava dei protocolli attuabili e li valida sperimentalmente. Due sono i punti salienti dell’elaborato: descrivere la procedura innovativa di intervento e i risultati in termini di affidabilità dello stesso. Gli elementi di novità si concentrano sull’ideazione e la realizzazione del sistema di fissaggio al cranio del paziente, elemento fondamentale per un accurato inserimento dell’utensile chirurgico, e sul metodo di verifica dell’accuratezza del sistema proposto. La qualità di tale sistema viene infine decretata dai risultati dei test sperimentali.

Analisi dei regimi di miscelazione in sistemi gas-liquido agitati meccanicamente, mediante tecnica sperimentale della ERT

Nell’industria chimica i processi di miscelazione hanno un impatto considerevole sulla maggior parte delle operazioni unitarie ed è, pertanto, di fondamentale importanza studiarne i meccanismi. Per tale motivo, durante questo lavoro di tesi sono stati investigati i regimi di miscelazione all’interno di reattori agitati meccanicamente, che contengono miscele bifase gas-liquido. In particolare, l’analisi è stata condotta su un fermentatore realizzato in scala di laboratorio in cui è stata installata una girante a pale concave che prende il nome di BT-6, con la tecnica sperimentale della tomografia a resistenza elettrica (ERT). L’obiettivo del presente elaborato consiste nell’esaminare la distribuzione della fase gassosa con l’utilizzo di suddetta tecnica all’interno del liquido, in quanto parametro chiave per la progettazione e la valutazione delle prestazioni di questo tipo di apparecchiature. Attraverso l’utilizzo della tomografia, si misura la distribuzione di conducibilità della sostanza da cui, mediante l’implementazione di un algoritmo, si risale alla frazione di gas dispersa in fase liquida. Infine, i vari regimi di miscelazione analizzati durante questo lavoro di tesi, sono stati confrontati con prove analoghe condotte in una precedente sperimentazione su una girante di tipo Rushton.

Rilevamento della qualità del manto stradale: un approccio sperimentale tramite Machine Learning

Il riconoscimento delle condizioni del manto stradale partendo esclusivamente dai dati raccolti dallo smartphone di un ciclista a bordo del suo mezzo è un ambito di ricerca finora poco esplorato. Per lo sviluppo di questa tesi è stata sviluppata un'apposita applicazione, che combinata a script Python permette di riconoscere differenti tipologie di asfalto. L’applicazione raccoglie i dati rilevati dai sensori di movimento integrati nello smartphone, che registra i movimenti mentre il ciclista è alla guida del suo mezzo. Lo smartphone è fissato in un apposito holder fissato sul manubrio della bicicletta e registra i dati provenienti da giroscopio, accelerometro e magnetometro. I dati sono memorizzati su file CSV, che sono elaborati fino ad ottenere un unico DataSet contenente tutti i dati raccolti con le features estratte mediante appositi script Python. A ogni record sarà assegnato un cluster deciso in base ai risultati prodotti da K-means, risultati utilizzati in seguito per allenare algoritmi Supervised. Lo scopo degli algoritmi è riconoscere la tipologia di manto stradale partendo da questi dati. Per l’allenamento, il DataSet è stato diviso in due parti: il training set dal quale gli algoritmi imparano a classificare i dati e il test set sul quale gli algoritmi applicano ciò che hanno imparato per dare in output la classificazione che ritengono idonea. Confrontando le previsioni degli algoritmi con quello che i dati effettivamente rappresentano si ottiene la misura dell’accuratezza dell’algoritmo.

Fenomeni aeroelastici nelle strutture civili. Inquadramento teorico, quadro normativo e applicazioni.

Il presente lavoro di tesi illustra lo studio di due fenomeni aeroelastici: il vortex shedding e il flutter. Il primo riguarda le vibrazioni indotte dall’azione del vento su funi in acciaio, il secondo invece riguarda l’instabilità flesso-torsionale tipica di ponti sospesi e strallati e dunque di ponti a grande luce libera e aventi impalcati estremamente flessibili. Questi due fenomeni possono condurre la struttura a gravi danneggiamenti o addirittura al collasso e per tale motivo è necessario eseguire studi approfonditi. Due le applicazioni pratiche riscontrate nel presente elaborato: la prima si focalizza sulle oscillazioni che si hanno in alcuni cavi che sostengono la copertura del nuovo stadio del Cairo in Egitto, la seconda riguarda l’instabilità aeroelastica che può verificarsi in un ponte, quale quello sullo stretto di Messina, quando la campata centrale sospesa raggiunge luci mai tentate prima. Dopo un inquadramento generale dei due fenomeni sopra citati e dopo averli descritti da un punto di vista normativo, si è cercato di capire come intervenire al fine di trovare soluzioni efficienti: si è infatti progettato un dispositivo di smorzamento delle vibrazioni per i cavi e si è proceduto con uno studio sperimentale per individuare una audace e rivoluzionaria soluzione per il famigerato ponte sullo stretto di Messina.

Progettazione di un sistema di taratura per dispositivi di misura delle tensioni residue mediante hole-drilling

Nel seguente elaborato è stato sviluppato un metodo di validazione per dispositivi di misura delle tensioni residue mediante la tecnica dell'hole drilling. Esso si basa sul confronto tra tensioni residue ottenute per via teorica e sperimentale su un provino soggetto a carico imposto. Inizialmente si è proceduto attraverso lo studio della normativa di riferimento ASTM E837-20. In essa viene definito il metodo sperimentale di esecuzione dei test di hole drilling e di calcolo delle tensioni residue. In seguito è stata progettata un'attrezzatura di prova in grado di indurre un gradiente di tensione noto nello spessore del provino sollecitato. L'attrezzatura di prova in questione è stata verificata sia mediante calcoli numerici, che mediante software di simulazione agli elementi finiti. La fase di prototipazione seguente ha consentito di realizzare l'attrezzatura necessaria per l'esecuzione dei test sperimentali. Le forature sono state effettuate prima su provini scarichi, al solo scopo di scongiurare la presenza di tensioni residue e, in seguito, su provini soggetti a momento flettente noto. Le deformazioni ottenute tramite le letture degli estensimetri sono state impiegate per il calcolo delle tensioni secondo normativa ASTM E837-20. infine è stato possibile valutare l'efficacia del metodo paragonando tali risultati con quelli teorici.

Studio e progettazione di edificio industriale in carpenteria metallica

La tesi ha come oggetto lo studio e la progettazione di un edificio industriale in carpenteria metallica localizzato a Bologna. Definizione ed analisi dei carichi con successiva progettazione e verifica del manto di copertura costituito da un doppio laminato in acciaio strutturale zincato preverniciato che racchiude uno strato di poliuretano espanso ad alta densità con funzione isolante. Progettazione e verifica degli arcarecci in base alla larghezza della fascia di loro pertinenza e ai carichi gravanti sulla copertura. Progettazione e verifica della trave reticolare calcolando singolarmente ed in modo distinto le prime 3 capriate come rappresentative di tutte le tipologie di combinazione di carico a seconda che gli arcarecci che gravano sulla capriata appoggino su 2 o 3 capriate. Progettazione e verifica delle aste della trave reticolare che in relazione all’estesa luce di interasse dei portali verrà realizzata in parte tramite l’adozione di saldature ed in parte tramite bullonature.Progettazione e verifica della baraccatura laterale con scelta del pacchetto coibentato, dell’arcareccio di gronda e di parete e dimensionamento del rompitratta. Progettazione e verifica delle colonne laterali sulle quali grava il peso della sovrastante trave reticolare in combinazione all’azione di taglio e momento provocato dal vento. Progettazione e verifica dei montanti di facciata, o false colonne. Verifica della colonna angolare che sarà soggetta ad uno stato di sollecitazione pluriassiale dovuta all’azione del vento. Progetto e verifica del controventamento di falda e dei controventamenti di parete per limitare il più possibile l’inflessione e lo sbandamento dei correnti superiori delle capriate. Verifica di tutti i collegamenti della capriata: per facilitare le operazioni di trasporto e montaggio si è scelto di dividere la capriata in due metà interamente saldate.Verifica del collegamento di base tra pilastro e plinto di fondazione. Progetto e verifica del plinto di fondazione.

Studio sperimentale di una pompa di calore elio-assistita a CO2 per la climatizzazione e la produzione di acqua calda sanitaria

Il seguente lavoro di tesi ha come obiettivo lo studio delle prestazioni energetiche di una pompa di calore elio-assistita, reversibile e multi-sorgente, la quale combina la tecnologia delle pompe di calore aria-acqua con quella dei collettori solari ibridi termo-fotovoltaici. L’impianto oggetto di studio è situato presso il centro di ricerca ENEA Casaccia ed è stato sviluppato con lo scopo di soddisfare la richiesta di riscaldamento/raffrescamento e produzione di acqua calda di un edificio residenziale o commerciale. In questo elaborato si è analizzato il funzionamento invernale della pompa di calore finalizzato alla produzione di acqua calda sanitaria, confrontando due modalità operative differenti con diverse impostazioni di lavoro della frequenza del compressore e della valvola di laminazione. L’elemento distintivo delle due modalità operative è il componente avente la funzione di evaporatore in quanto in una modalità è stata impiegata una batteria alettata con ventilazione forzata, mentre nell’altra un campo di pannelli termo-fotovoltaici. I risultati ottenuti dalle prove sperimentali hanno evidenziato migliori prestazioni della pompa di calore con i collettori ibridi termo-fotovoltaici, in caso di presenza di elevati valori di irraggiamento solare. Elemento di innovazione dell’impianto sperimentale è l’utilizzo del fluido naturale R744 (CO2) come refrigerante il quale viene sfruttato anche per raffreddare le celle fotovoltaiche comportando in questo modo, un doppio effetto utile all’impianto stesso: miglioramento del rendimento elettrico dei collettori solari e contemporaneamente un incremento della temperatura di evaporazione con conseguente beneficio sulle prestazioni della pompa di calore.

Studio sperimentale dello stoccaggio di idrogeno in idruri metallici

Negli ultimi decenni, il riscaldamento globale, causato dall’emissioni di gas serra in atmosfera, ha spinto i governi ad agire verso una progressiva sostituzione della generazione elettrica da fonte fossile con quella da rinnovabile. La non programmabilità di alcune fonti rinnovabili ha reso necessario l’utilizzo di tecnologie di accumulo dell’energia elettrica. In particolare, la produzione di idrogeno sembra essere una valida soluzione, ma il suo stoccaggio è uno dei principali ostacoli alla sua diffusione. Tra i diversi metodi di stoccaggio, quello più promettente è quello in idruri metallici. Affinché questa tecnologia diventi competitiva, è però necessario migliorare la cinetica della reazione di assorbimento/desorbimento dell’idrogeno nel sito metallico, attraverso una migliore gestione del calore prodotto/richiesto dalla reazione. In questo contesto, la presente tesi ha come obiettivo l’ottimizzazione del processo di carica di bombole agli idruri metallici, situate all’interno di una microgrid per la generazione e l’accumulo di energia da fotovoltaico, attraverso lo sviluppo di un sistema di controllo della temperatura delle bombole, e la realizzazione di prove sperimentali per valutare i reali benefici che esso comporta, in termini di capacità di stoccaggio e velocità di assorbimento dell’idrogeno. Dopo aver presentato il contesto energetico, lo stato dell’arte degli idruri metallici e la microgrid in cui sono situate le bombole, sono state descritte due versioni diverse del sistema ideato: una versione definitiva, che potrà essere realizzata per eventuali studi futuri, e una versione semplificata, che è stata poi realizzata in laboratorio. È stato descritto nel dettaglio il setup sperimentale, realizzato per svolgere le prove sul processo di carica della bombola, e sono stati poi riportati e confrontati i risultati ottenuti nel caso in cui non si è fatto uso del prototipo e quelli ottenuti nel caso in cui viene invece utilizzato per raffreddare la bombola.

Analisi sperimentale dei processi di filtrazione, lavaggio ed essiccamento applicati ad un filtro Nutsche

Nell'industria farmaceutica la necessità di ottenere degli intermedi attivi con un elevato grado di purezza ha portato all'evoluzione di un processo di filtrazione altamente specializzato. Nasce così, negli anni 80, il filtro-essiccatore Nutsche. Si tratta di un'apparecchiatura che permette di integrare in un unico processo le operazioni di filtrazione, lavaggio ed essiccamento del pannello solido. Scopo di questo lavoro di tesi è stato quello di valutare le prestazione del filtro Nutsche definendo delle procedure per la valutazione dell'efficienza della fase di filtrazione e successiva fase di lavaggio ed essiccamento.

Il contributo del restauro critico-conservativo alla ricostruzione e restituzione della memoria degli edifici gravemente colpiti dal sisma: San Bartolomeo di Villafranca (MO).

Obiettivo della Tesi è indagare il ruolo del Restauro critico-conservativo nella ricostruzione degli edifici gravemente colpiti dal sisma. Nella chiesa di San Bartolomeo di Villafranca, crollata durante il sisma del 2012, le esigenze strutturali di ricostruzione si scontrano con le esigenze figurative di conservazione. Non si può ignorare la necessità della ricostruzione e della restituzione della memoria dell’edificio, visto il valore devozionale che possiede per il paese. Tuttavia le gravi problematiche strutturali portano la necessità di ricostruire la maggior parte delle strutture, con il rischio di perdere parte del “testo storico”. Il progetto prova a coniugare le due diverse esigenze, studiando il rapporto tra forma, figura e struttura, senza trascurare il problema del palinsesto. Inoltre le preesistenze emerse conducono davanti alla scelta tra conservare o rimuovere le aggiunte postume, la quale definirà quale immagine della chiesa verrà restituita: è possibile privilegiare l’immagine ricordata dai cittadini, senza ignorare la storia dell’edificio? Un progetto di Restauro consapevole non può prescindere da uno studio preliminare del contesto storico, territoriale e sociale e dell’edificio in sé, sotto gli aspetti morfologici, strutturali e materici, affiancato a comparazioni con edifici simili e a un’analisi attenta di alcuni elementi architettonici significativi (pilastri, archi e volte). Il campanile, crollato in buona parte, è oggetto di uno studio approfondito, basato sulla catalogazione dei frammenti rinvenuti a terra, a cui segue una ricostruzione ipotetica con il ricollocamento di ogni frammento rinvenuto. La proposta progettuale si concentra da un lato sul consolidamento delle strutture esistenti, senza alterare l’immagine architettonica, dall’altro sulla ricostruzione delle parti crollate, con l’obiettivo di ristabilire l’unità dell’opera, dove il nuovo è un valore aggiunto con consapevolezza critica, che dialoga e serve l’architettura del passato.

Nuovi trattamenti protettivi autopulenti a base di biossido di titanio per i materiali cementizi nel restauro dell’architettura del XX secolo: risultati di uno studio sperimentale in laboratorio

La presente tesi di laurea è finalizzata allo sviluppo di nuovi trattamenti protettivi autopulenti a base di biossido di titanio (TiO2) per la conservazione dei materiali cementizi storici tipici dell’architettura del XX secolo. Tale studio nasce dal crescente interesse verso i temi del restauro del Moderno così come testimoniato dalla recente pubblicazione del “Documento di Madrid – New Delhi” redatto dall’ICOMOS. Vengono analizzati i caratteri peculiari del restauro del Moderno, trovando punti di unione e di divergenza con il restauro tradizionale dell’architettura. In particolare, ci si concentra sulla descrizione delle attuali tecnologie in uso per il restauro dei materiali cementizi storici e sulle problematiche connesse alla scarsa considerazione di cui ancora godono tali materiali nell’ambito del restauro dell’architettura. In tale contesto, i trattamenti fotocatalitici sviluppati si propongono come soluzioni per la conservazione delle superfici architettoniche cementizie con pregio decorativo. Vista la scarsa presenza in letteratura di applicazioni a base di TiO2 su substrati cementizi, sono stati messi a punto alcuni trattamenti innovativi che vedono la dispersione di nanoparticelle di TiO2 in matrici inorganiche di silicato di etile e idrossiapatite. Tali consolidanti sono tra i più affermati nell’ambito del restauro dei materiali e la loro compatibilità con i substrati cementizi è stata attestata da precedenti studi. I trattamenti così elaborati vengono valutati in termini di efficacia autopulente e compatibilità coi substrati.

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.

Studio sperimentale sull'efficacia e la compatibilità di trattamenti idrorepellenti su materiali da costruzione

La principale causa di degrado diretta e indiretta delle murature storiche è l’acqua e, per questo motivo, l’ultima fase di un intervento di restauro consiste nel proteggere la muratura superficialmente, ad esempio attraverso l'applicazione di trattamenti idrorepellenti. Questo elaborato presenta i risultati di una campagna sperimentale volte a testare l’efficacia e la compatibilità di quattro trattamenti idrorepellenti presenti in commercio, applicati a spray e pennello su tre tipi di materiale (due tipi di laterizi e una malta). Particolare attenzione è stata prestata a valutare la reale capacità di evaporazione dell'acqua eventualmente presente all'interno del muratura, un parametro importantissimo per scongiurare distacchi e difetti a valle dell'intervento di restauro.

Le startup sport tech in Italia: struttura dell'ecosistema e il caso dell'acceleratore WeSportUp

L'ecosistema dello sport tech, caratterizzato dalle complesse relazioni che avvengono tra chi sviluppa innovazione per lo sport, chi ne usufruisce e chi investe su di essa, ha vissuto una vera e propria impennata negli ultimi 5 anni, sia in termini di investimenti che di nascita di nuove realtà. Nel corso degli ultimi 3 anni in particolare, lo sport tech ha saputo fronteggiare in maniera ottimale la crisi pandemica, che avrebbe potuto destabilizzare il sistema causandone un forte rallentamento, mentre in realtà ha permesso alle startup di dimostrare alle organizzazioni sportive e agli investitori le proprie capacità di innovare i modelli di business per rispondere a cambiamenti improvvisi e imprevedibili degli scenari. Nonostante la svolta vissuta a livello globale, in Italia le startup dello sport tech si trovano in una condizione singolare: nonostante operino in un settore di grande interesse per il Paese (muove circa il 3% del Pil) caratterizzato da un forte interesse, trovano difficoltà importanti nel momento in cui si trovano a dover rendere scalabile il proprio business, fondamentalmente per la mancanza di un ecosistema strutturato che regoli le interazioni tra i vari attori. Lo scopo di questa tesi è quello di fornire, in primo luogo, una contestualizzazione dell'ecosistema a livello globale, attraverso l'analisi di report e di alcuni successi di startup internazionali, e successivamente di analizzare la situazione italiana, evidenziando i motivi per cui non si può ancora parlare di ecosistema sport tech nonostante la presenza di diversi casi di successo, e documentando gli sforzi attualmente in essere finalizzati alla creazione del suddetto ecosistema, ovvero l'incubatore di startup sport tech Wylab e l'acceleratore WeSportUp. Per la ricostruzione delle attività di questi ultimi, si è fatto ricorso a dichiarazioni di addetti ai lavori ed esperti del settore, rilasciate durante video interviste sul web, masterclass o colloqui con i diretti interessati.

Histochemical characterization of 3D bioprinted meniscus

La cartilagine ad oggi rappresenta ancora una sfida per la medicina rigenerativa a causa della sua scarsa capacità di rigenerarsi quando sottoposta a gravi lesioni tissutali. Inoltre, la sua struttura complessa e l'ambiente biologico che offre sono ancora difficili da riprodurre con precisione mediante l’utilizzo di strutture bioartificiali e biomimetiche. Sebbene gli interventi per riparare i danni al tessuto cartilagineo siano ancora prevalentemente di stampo chirurgico, si stanno aprendo nuove strade nel campo dell'ingegneria tissutale volte a ricreare una struttura simile a quella originaria, che possa indurre la rigenerazione o sostituire direttamente il tessuto danneggiato. Lo studio condotto e discusso in questo elaborato mira a soddisfare quest'ultimo intento, ponendo le basi per un'eventuale evoluzione sperimentale della stampa del menisco. La ricerca si è basata sulla biostampa 3D di campioni di menisco, di dimensioni pari a circa 1 cm2, realizzati mediante un bioinchiostro a base di alginato e nanocellulosa, al cui interno sono stati immersi sferoidi/microtessuti di condrociti con diversa concentrazione. La stampa dei campioni è avvenuta in tre diverse condizioni: i) solo bioinchiostro, ii) bioinchiostro contenente sferoidi da 5000 cellule, iii) bioinchiostro contenente sferoidi da 10000 cellule. Al termine della stampa sono stati analizzati i campioni per verificare la sopravvivenza delle cellule e investigare l'attitudine di queste di ricreare matrice extracellulare cartilaginea nelle condizioni ambientali in cui sono state introdotte. A questo proposito, sono state eseguite delle analisi istochimiche, quali la RT-PCR e l’analisi istologica. Inoltre, a partire dalle immagini al microscopio degli sferoidi a seguito della loro formazione e dalle sezioni istologiche, sono state analizzate le dimensioni dei campioni per confrontare l'eventuale variazione volumetrica di questi prima della stampa e a seguito del processo di estrusione.