Resine bio-based da oli vegetali: applicazioni industriali in prodotti vernicianti rinnovabili a basso impatto ambientale

La tesi riguarda lo studio di resine polimeriche derivanti da oli vegetali, impiegabili come leganti nei prodotti vernicianti per l’edilizia ed altri settori. I prodotti vernicianti plant-based sono stati confrontati con altri prodotti attualmente commercializzati, provenienti da fonti fossili. Considerata la produzione ingente dei prodotti vernicianti su base mondiale (8,31 kg/persona) sarebbe determinante impiegare delle fonti rinnovabili per garantirne una produzione sostenibile, diminuendo l’inquinamento, ritardando l’esaurimento del petrolio e riducendo le emissioni di CO2 e di conseguenza l’effetto serra ed il cambiamento climatico. Sono state trattate, quindi, alcune vie di sintesi “green” di leganti poliuretanici ed epossidici per prodotti vernicianti ad elevate prestazioni. Gli oli vegetali sono stati scelti come materie prime in quanto relativamente economici e disponibili in grandi quantità, risultando adatti per produzioni su scala industriale. Sono inoltre riportati i metodi di formulazione di uno smalto opaco bio-based per esterni (ad es. infissi e staccionate) e una vernice opaca per parquet (interni). Le formulazioni sperimentali sono state poi caratterizzate e confrontate con altri prodotti fossil-based presenti in commercio. I prodotti vernicianti sono stati sottoposti a test di brillantezza (gloss), adesione, presa di sporco, durezza, resistenza all’abrasione e resistenza chimica.

Sintesi e caratterizzazione di batterie tipo rocking chair basate sugli analoghi del blu di Prussia

La rapida espansione del mercato delle batterie incalza lo sviluppo di materiali elettrodici basati su elementi largamente disponibili sulla crosta terrestre, rispettosi dell'ambiente ed economicamente sostenibili. Nel presente elaborato si effettua lo studio di elettrodi basati sugli analoghi del blu di Prussia (PBA) come una classe di composti inorganici che presenta diverse proprietà elettrochimiche adatte per applicazioni legate all’energy storage. A tal riguardo, la sintesi del PBA ferro esacianocobaltato (FeHCC) è stata effettuata mediante un metodo di coprecipitazione semplice e poco costoso. L’utilizzo di tecniche analitiche quali XAS, PXRD, MP-AES e TGA ha permesso di ricavare la composizione del ferro esacianocobaltato, dell'esacianoferrato di titanio e del manganese esacianoferrato nonché diverse informazioni di carattere strutturale. In seguito, le prestazioni elettrochimiche degli elettrodi sono state valutate mediante voltammetria ciclica, utilizzando come agenti intercalanti gli ioni K+ e Na+ contenuti nel relativo elettrolita acquoso.Infine, grazie ai dati così ottenuti, è stato possibile assemblare e testare diversi layout di coin cell in configurazione rocking chair completamente basate su elettrodi PBA; anche in questo caso, la voltammetria ciclica e le tecniche galvanostatiche sono state utilizzate per valutare le prestazioni elettrochimiche e raccogliere informazioni sulla capacità gravimetrica ottenibile da questi dispositivi.

Intercalazione di grafene ossido in idrossidi doppi a strato per lo sviluppo di capacitori ibridi

In questo lavoro, sono state valutate le prestazioni di quattro tipi di LDH (Co/Al e Co/Fe entrambe con e senza GO nella soluzione di elettrodeposizione) per l'applicazione in stoccaggio di energia, andando a confrontare le capacità specifiche calcolate da voltammetrie cicliche e curve galvanostatiche di carica/scarica. I risultati di tali analisi hanno mostrato come l’LDH a base di Al sia più adatto all’applicazione di accumulo di energia, rispetto a quello con il Fe. Ulteriori caratterizzazioni, come l’XRD ed il SEM accoppiato con l'EDX, hanno confermato la maggior applicabilità dei LDH di Co/Al rispetto a quelli di Co/Fe, in quanto i primi presentano: una struttura più cristallina, una morfologia più uniforme ed un’intercalazione dell’ERGO migliore. Dopo la fase di scelta dell’LDH più performante ci si è dedicati alla caratterizzazione di un capacitore ibrido operante in fase liquida. Concluse le analisi, si è notato come l’ERGO porti all'aumento delle prestazioni del sistema (risultato in linea con quello riscontrato tramite lo studio degli LDH come componenti catodici singoli). Grazie allo studio delle performance a lungo termine è stato possibile verificare come l’ERGO aumenti la stabilità del sistema quando si sottopone quest’ultimo a stress protratto nel tempo. Successivamente, si è proseguito con lo studio di un capacitore ibrido operante in fase solida. Come nel caso del sistema in fase liquida, si è riscontrato un aumento di performance dovuto alla presenza di ERGO nella struttura finale degli LDH.

Studio dell'attenzione dei conducenti tramite i sistemi neurali

Il presente elaborato ha studiato i sistemi di assistenza avanzata al conducente (ADAS), focalizzandosi sull’Adaptive Cruise Control (ACC). Si sono studiati diversi aspetti comportamentali dei conducenti in funzione del sistema ACC come il visual behaviour dei conducenti, i dati cinematici del veicolo (driving behaviour) e il tempo di percezione-reazione in situazioni critiche. Si è descritta la sperimentazione svolta in sito e le strumentazioni innovative, tra le quali il Mobile eye tracker, utilizzate per la raccolta dati. Per eseguire l’elaborazione dei dati sono state applicate tecniche di machine learning, mediante l’applicazione di una rete neurale artificiale realizzata appositamente per questo studio, risultando uno dei primi nel settore ad utilizzare tale metodologia. Si è descritto il codice della rete e valutate le prestazioni della stessa. Infine sono state eseguite analisi sul comportamento dei conducenti in funzione dello stato (on/off) del sistema.

Sviluppo di YouCrowd: una piattaforma per campagne mobile crowdsensing on-demand

Con il termine "crowdsensing" si intende una tecnica in cui un folto gruppo di individui aventi dispositivi mobili acquisiscono e condividono dati di natura diversa in maniera collettiva, al fine di estrarre informazioni utili. Il concetto di Mobile Crowdsensing è molto recente e derivante dalle ultime innovazioni tecnologiche in materia di connettività online e cattura di dati di vario genere; pertanto non si trova attualmente una vera e propria applicazione in campo reale, la modellazione solo teorica e fin troppo specifica pone un limite alla conoscenza di un ambito che può rivelarsi molto utile ai fini di ricerca. YouCrowd è un piattaforma web che va ad implementare un sistema di crowdsourcing completo, in grado di leggere dati dai numerosi sensori di uno smartphone e condividerli, al fine di ottenere una remunerazione per gli utenti che completano una campagna. La web application vede la sua implementazione di base supportata da NodeJS e si configura come una piattaforma dinamica che varia la propria interfaccia con l'utente in base alle richieste di dati da parte degli administrators. Il test di YouCrowd ha coinvolto un buon numero di partecipanti più o meno esperti nell'utilizzo degli strumenti informatici, rivelando delle buone prestazioni in relazione alla difficoltà del task e alle prestazioni del device in test.

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.

Gestione e analisi di metriche neuroergonomiche EEG-based in cathlab

Il miglioramento dell'assistenza e dei risultati dei pazienti si basano attualmente sullo sviluppo e sulla convalida di nuovi farmaci e tecnologie, soprattutto in campi in rapida evoluzione come la Cardiologia Interventistica. Tuttavia, al giorno d’oggi ancora poca attenzione è rivolta ai professionisti che effettuano tali operazioni, il cui sforzo cognitivo-motorio è essenziale per la riuscita degli interventi. L’ottimizzazione delle prestazioni e dell'organizzazione del lavoro è essenziale in quanto influisce sul carico di lavoro mentale dell'operatore e può determinare l'efficacia dell'intervento e l'impatto sulla prognosi dei pazienti. È stato ampiamente dimostrato che diverse funzioni cognitive, tra cui l'affaticamento mentale comporta alcuni cambiamenti nei segnali elettroencefalografici. Vi sono diversi marcatori dei segnali EEG ciascuno con una determinata ampiezza, frequenza e fase che permettono di comprendere le attività cerebrali. Per questo studio è stato utilizzato un modello di analisi spettrale elettroencefalografica chiamato Alpha Prevalence (AP), che utilizza le tre onde alpha, beta e theta, per mettere in correlazione i processi cognitivi da un lato e le oscillazioni EEG dall’altro. Questo elaborato, condotto insieme all’azienda Vibre, prende in esame il cambiamento dell’AP, all’interno di una popolazione di cardiologi interventisti che effettuano interventi in cath-lab presso l’ospedale universitario di Ferrara, per valutare la condizione di affaticamento mentale o di eccessiva sonnolenza. L’esperimento prevede la registrazione del segnale EEG nei partecipanti volontari durante gli interventi e durante le pause nel corso dell’intero turno di lavoro. Lo scopo sarà quello di rilevare i cambiamenti nella metrica dell’alpha prevalence al variare del carico attentivo: ossia al variare delle risorse attentive richieste dal compito in relazione all’aumentare del tempo.

Innovazioni in diagnostica endoscopica: nuove tecnologie e loro gestione

Il seguente lavoro ha l’obiettivo di mettere in evidenza le varie metodiche che vengono utilizzate per la diagnosi di tutte le malattie che riguardano l’apparato digerente, esaminando le varie tecnologie, la loro manutenzione e il ruolo che l’ingegnere clinico assume in questa tecnologia. In particolare, ho approfondito la video capsula endoscopica, l’ultima tecnologia all’avanguardia verso la quale si stanno concentrando gli studi. La tematica affrontata riguarda la strumentazione utilizzata nell’Endoscopia Digestiva, che utilizza attualmente endoscopi flessibili per visualizzare il sistema digerente. Gli endoscopi fanno parte dell’area diagnostica per bioimmagini, utilizzano quindi apparecchiature biomediche per catturare immagini delle strutture biologiche, potendo così valutare le diverse patologie o le condizioni degli organi stessi. Grazie agli studi e al progredire della scienza, è oggi possibile catturare immagini dinamiche e radiologiche, non più solo statiche e unicamente anatomiche. Alcune di queste tecnologie, così come gli endoscopi e gli ecografi, oltre alla capacità diagnostica, hanno sviluppato la possibilità di intervenire direttamente durante l’esame endoscopico, aiutando la terapia di alcune patologie. Per quanto riguarda la video capsula endoscopica, la possibilità di eseguire biopsie si sta sviluppando, e sono già presenti modelli concreti per il raggiungimento di questo obiettivo. Col passare del tempo si è ridotta notevolmente anche l’invasività dell’esame, che ha portato ad un aumento del numero di prestazioni, dotazione di endoscopi e di tutte le altre attrezzature ad esso associate. Lo sviluppo di queste tecnologie ha portato benefici anche alla qualità della prevenzione e del trattamento di queste patologie. Attualmente queste tecnologie sono indispensabili all’interno di un complesso ospedaliero, ed è per questo che è diventata necessaria anche una loro manutenzione continua, che comporta fattori organizzativi e gestionali.

Verifiche di sicurezza delle apparecchiature elettromedicali

La struttura di un ospedale è notevolmente complessa nella sua organizzazione e conduzione, ed è per di più sollecitata a continue trasformazioni di carattere tecnologico ed organizzativo. Pertanto è essenziale, in una struttura sanitaria, il ruolo svolto dall’Ingegneria Clinica, che è quello dell’applicazione dei metodi e delle competenze specifiche proprie dell’ingegneria all’organizzazione, alla gestione e all’uso sicuro ed appropriato della strumentazione biomedica. Il seguente elaborato tratta le verifiche di sicurezza delle apparecchiature elettromedicali (EM) con una particolare attenzione agli aspetti normativi che le contraddistinguono e al ruolo dell’ingegnere clinico. Parlare di sicurezza per le tecnologie biomediche, significa garantire l’utilizzo delle stesse in assenza di rischi per l’utilizzatore e per il paziente, perciò il concetto di rischio è analizzato accuratamente. Oltre alla manutenzione correttiva è compito dell’ingegnere clinico programmare strategie di manutenzione preventiva per ottimizzare la durata fisiologica degli apparecchi EM e garantirne la qualità delle prestazioni erogate a lungo termine. L’utilizzo o il semplice invecchiamento di una qualsiasi apparecchiatura ne provoca infatti l’usura dei materiali e la deriva delle caratteristiche, aumentando la probabilità di guasto ed avaria. Pertanto la definizione di procedure di verifica elettrica periodica diventa fondamentale per l’individuazione di gran parte di quelle situazioni di compromissione della sicurezza che sono causa di danni e incidenti. Il loro scopo è quello di accertarsi che un’apparecchiatura abbia mantenuto nel tempo le caratteristiche di sicurezza dichiarate dal produttore e certificate dalla marcatura di conformità CE. Per completare l’iter di verifica di sicurezza e definirne il livello minimo accettabile è essenziale eseguire, oltre alle verifiche elettriche, le verifiche funzionali per valutare l’efficacia delle singole funzioni e prestazioni.

Tecniche di group testing per il rilevamento di SARS-CoV-2

Oggigiorno l'individuazione diagnostica precoce della SARS-CoV-2 attraverso tamponi molecolari è fondamentale per interrompere la trasmissione del virus. Tuttavia, il monitoraggio della diffusione virale attraverso il test standard di RT-qPCR individuale comporta un elevato costo per ciascun tampone nasofaringeo analizzato e i reagenti chimici per l’estrazione dell’RNA virale sono sempre meno disponibili. Per ovviare a tali ostacoli, è stata ripresa la tecnica di group testing, sviluppata per la prima volta da Dorfman nel 1943 per individuare i soggetti affetti da sifilide prima del loro arruolamento. Questa strategia minimizza il numero di test condotti su un insieme di campioni: se un gruppo di n campioni risulta negativo, allora la condizione di ciascuno di essi è stata determinata mediante un solo test invece che con n test individuali. Negli ultimi due anni sono state sviluppate strategie in grado di migliorare le prestazioni del test di gruppo: per scenari a bassa prevalenza l’algoritmo dell’ipercubo rileva un singolo campione positivo in pool con dimensioni fino a 100 campioni attraverso due o più turni di test; invece, il P-BEST utilizza un solo turno di analisi, ma le dimensioni massime dei pool sono più ridotte. Per scenari ad alta prevalenza (10%) il team italiano dell’Università di Bologna ha progettato un metodo che identifica e rileva i membri infetti con un solo turno di test. Tuttavia, affinché il group testing sia efficace come l’analisi individuale dei tamponi molecolari, è necessario minimizzare l’effetto di diluizione, correlato alla dimensione del pool e causa di insorgenza di falsi negativi, nonché di un calo nella sensibilità nei test. I dati ottenuti da questi studi hanno dimostrato che questa strategia offre grandi potenzialità. Essa è essenziale per le indagini di routine della popolazione e concede vantaggi amplificati soprattutto se vengono testati soggetti quotidianamente in contatto tra loro, come famiglie o colleghi di lavoro.

Simulazione CFD di incendio in galleria: confronto tra modello e test in scala reale

Le tecniche di fluidodinamica computazionale vengono utilizzate in numerosi settori dell’ingegneria per risolvere in modo efficiente i problemi di flusso e di termodinamica nei fluidi. Uno di questi settori in cui si è diffuso l’utilizzo delle tecniche CFD (Computational Fluid Dynamics) è il settore dell’ingegneria antincendio. Tra i vari software di simulazione presenti, FDS (Fire Dynamics Simulator) è quello più diffuso nella comunità antincendio e utilizzato all’interno della presente analisi. L’elaborato introduce le basi dell’ingegneria antincendio spiegando le varie fasi attraverso il quale passa la metodologia prestazionale, passando poi ad approfondire le dinamiche d’incendio, in particolare nelle gallerie stradali e le tecniche di modellazione termo fluidodinamica degli incendi. L’analisi tratta il confronto tra delle prove d’incendio in scala reale effettuate all’interno di una galleria e le relative simulazioni fluidodinamiche realizzate al fine di verificare la corrispondenza tra la modellazione con software e l’effettiva evoluzione dell’incendio. Nell’analisi verranno confrontati diversi metodi di modellazione, evidenziando i vantaggi e i limiti incontrati nel corso delle simulazioni, confrontandoli al tempo stesso con i risultati ottenuti dai test in scala reale. I modelli ottenuti hanno permesso di estendere le simulazioni a focolari di potenza maggiore al fine di effettuare un’analisi delle prestazioni antincendio della galleria oggetto di studio.

Utilizzo della metodologia Life Cycle Assessment combinata al modello RothC per valutare gli impatti ambientali in aziende vitivinicole a diverso regime di conduzione

A causa del riscaldamento globale, tutti i settori produttivi sono incentivati ad attuare strategie e tecnologie volte a ridurre le emissioni climalteranti. Per il settore agricolo, una gestione più sostenibile del suolo permetterebbe di rimuovere CO2 dall’atmosfera, stoccandola come C organico nel suolo. Il presente studio si pone l’obiettivo di quantificare gli impatti della produzione dell’uva e del vino imbottigliato dal punto di vista degli aspetti ambientali più rilevanti, approfondendo particolarmente il cambiamento climatico attraverso la metodologia Life Cycle Assessment (LCA). Inoltre, attraverso la determinazione delle dinamiche del C organico nel suolo mediante il modello RothC, lo studio cerca di capire se l'integrazione dei risultati di uno studio LCA con quelli del modello RothC possano fornire informazioni aggiuntive utili a un miglioramento della performance ambientale del prodotto agricolo. Il caso studio riguarda due aziende vitivinicole, situate in Emilia-Romagna che attuano due diverse tipologie di gestione (naturale e convenzionale). La metodologia LCA è stata applicata ad entrambi gli scenari selezionando i parametri metodologici più appropriati a seconda dello scenario in esame, e.g. i confini del sistema e l’unità funzionale, mentre, il modello RothC è stato applicato unicamente alla fase di coltivazione dell’uva. I risultati LCA mostrano le migliori prestazioni per la produzione dell’uva dell’azienda naturale per quasi tutte le categorie d’impatto, incluso il cambiamento climatico. Nella produzione del vino imbottigliato, la fase di coltivazione e quella di imbottigliamento risultano le più impattanti. I risultati di RothC evidenziano invece migliori prestazioni da parte dell’azienda convenzionale. L’integrazione dei risultati LCA con quelli di RothC rappresentano dunque un’operazione cruciale nel determinare quale sia l’effettivo impatto delle aziende agricole sul cambiamento climatico e come migliorarlo in futuro.

Modelli PLI per la pianificazione di attività di satelliti

Questo lavoro è incentrato sulla pianificazione delle acquizioni e scaricamento del satellite PLATiNO. Le operazioni permesse a questo satellite sono vincolate da varie attività tra cui acquisizioni, manovre e scaricamento di dati. L'obiettivo finale è quello di soddisfare più richieste possibili massimizzando le operazioni del satellite senza però violare i vincoli imposti. A questo scopo, è stato sviluppato un modello in formulazione MILP per una versione rilassata del problema. In questa Tesi vengono innanzitutto trattati i principali argomenti di programmazione lineare e intera in modo da poter affrontare il modello matematico inerente al problema di downlink di PLATiNO. Successivamente viene descritto nel dettaglio il problema da modellizzare, con particolare attenzione alla strategia di downlink, che costituisce l'aspetto più problematico nella costruzione del modello. Si opta, infatti, per una formulazione mista rilassando i vincoli inerenti allo scaricamento dei dati. Infine, vengono valutate le prestazioni del modello rilassato confrontandolo con la sua versione esatta.

Studio e sperimentazione di missioni autonome di un veicolo terrestre controllato con sistemi inerziali e satellitari

L'argomento del lavoro di tesi svolto ha lo scopo di testare le prestazioni di dispositivi riceventi per Global Navigation Satellite System (GNSS) che utilizzano la tecnologia di posizionamento Real-Time Kinematics (RTK) e valutarne le prestazioni rispetto alle tradizionali riceventi GNSS, nello sviluppo di missioni autonome per veicoli di terra di piccole dimensioni. Per questi esperimenti è stato usato un rover di piccole dimensioni alimentato a batteria, su cui è stato installato un autopilota Pixhawk Cube Orange con firmware Ardupilot, nello specifico Ardurover. Attraverso il software Mission Planner è stato richiesto al rover di effettuare completamente in autonomia delle missioni per testare sia le prestazioni dei sistemi GNSS tradizionali sia dei sistemi RTK. Attraverso i dati raccolti durante le sperimentazioni è stato fatto un confronto tra GNSS e RTK. I dati raccolti sono stati utilizzati per valutare le prestazioni in termini di precisione dei sistemi e non sono state rilevate significative differenze durante l'utilizzo del dispositivo RTK per lo svolgimento della missione richiesta al rover, con l'architettura hardware proposta.

Rimozione e recupero di ammonio da acque reflue tramite adsorbimento e scambio ionico utilizzando materiali innovativi

Presso i laboratori del DICAM dell’Università di Bologna, partner del progetto FIT4REUSE, si studiano materiali adsorbenti innovativi per la rimozione ed il recupero di ammonio e fosfato dalle acque reflue municipali, mediante processo di scambio ionico in continuo su letto fisso, con l’obbiettivo di separare e concentrare l’azoto e il fosforo al fine di ottenere prodotti utilizzabili come fertilizzanti. Nello specifico questo elaborato di tesi riporta lo studio di due geopolimeri per l’adsorbimento di azoto, il geopolimero Na1.2G e il K1.2G, e li confronta con il geopolimero G13 che finora ha mostrato le prestazioni migliori.