Progettazione di un pannello solare termico

Il tema principale della tesi é l'energia rinnovabile e in particolare l'energia solare. Una parte introduttiva é incentrata sul ruolo del rinnovabile in ambito italiano, europeo e internazionale, per poi andare a considerare possibili sviluppi in futuro. Successivamente mi sono focalizzato sull'energia proveniente dal Sole, sulle sue caratteristiche intrinseche e su come può essere utilizzato con alti rendimenti. Nella seconda parte della tesi ho sviluppato il tema del pannello solare termico, descrivendo nei particolari tutti i suoi componenti e le sue possibili applicazioni in base alla variazione dei suoi parametri fondamentali. Infine, ho concluso la tesi descrivendo alcune soluzioni innovative che in qualche modo cercano di superare i difetti intrinseci del pannello termico, e che guidano l'avanguardia e la ricerca nell'ambito energetico solare.

Rilevamento satellitare di cicli in percorsi urbani

Lo scopo di questo lavoro è sperimentare l’impiego di ricevitori a basso costo per il posizionamento di cicli in ambito urbano. Questo tipo di rilievo trova ampio impiego nello studio e verifica delle funzionalità del reticolo delle piste ciclabili. Il rilievo effettuato in condizioni di scarsa visibilità verso la costellazione satellitare e in presenza di riflessioni multiple indotte da superfici verticali, quali quelle degli edifici in ambito urbano, risulta affetto da specifiche problematiche che si è cercato di affrontare nella presente tesi. In particolare si è analizzato l’effetto del “multipath”, nel posizionamento GPS, di un ciclista in movimento su percorsi caratterizzati da “canyon urbano”, nel centrostorico di Bologna. La strumentazione sperimentata è consistita da un tablet Smasung Note 10.1, uno smartphone Samsung S4 e un ricevitore GNSS (U-blox Neo-7P) collegato ad una Raspberry Pi 2. Anche a livello software è stato sperimentato per le unità Samsung sia il software Strava, che il Blackcountry Navigator. Mentre l’acquisizione del sensore U-blox è avvenuta direttamente tramite connessione seriale in un file di testo. Nel primo capitolo verrà presentato il sistema GPS nella sua generalità. Nel secondo, invece, verrà descritta la parte del sistema GPS, che si è utilizzato per questo lavoro. Nel terzo si mostreranno gli strumenti e le apparecchiature utilizzate durante il lavoro. Nel quarto si procederà alla presentazione del caso di studio. Nell’ultimo capitolo verranno riportate le conclusioni di tutto il lavoro svolto.

L'elettromiografia: principio di funzionamento e applicazioni in ambito sportivo

Il sistema muscolare scheletrico è l'insieme di organi adibiti al movimento, il quale è permesso dalla contrazione muscolare. L’elettromiografia è un esame di tipo funzionale che analizza il funzionamento di uno o più muscoli attraverso i potenziali elettrici che si sviluppano in esso durante la contrazione. Patologie del sistema muscolare o del sistema nervoso possono compromettere il comportamento fisiologico che il corpo richiede e l’elettromiografia può aiutare nella diagnosi. Oltre al campo medico, l’elettromiografia può dimostrarsi utile in ambito sportivo, valutando come il sistema muscolare evolve nella sua risposta quando sottoposto a cicli di lavoro o di recupero. Obiettivo dell’elaborato è descrivere e comprendere il principio di funzionamento dell’indagine elettromiografica, analizzando lo strumento elettromiografo e il segnale elettromiografico, e come può essere applicata in ambito sportivo. È fornita una breve descrizione del sistema muscolare, dal punto di vista strutturale e meccanico, e del sistema nervoso, dal punto di vista elettrico. Tali principi permettono di comprendere come la forza muscolare viene prodotta e come il segnale mioelettrico si propaga. Dell’elettromiografo sono presentati gli elementi utilizzati per la registrazione e l’elaborazione del segnale. Per quanto riguarda il segnale, invece, vengono esposti i metodi di acquisizione, interpretazione ed elaborazione digitale dello stesso. In un’ultima parte si confrontano alcune specifiche tecniche di elettromiografi commerciali in funzione della specifica applicazione. È infine affrontato l’utilizzo dell’elettromiografia in ambito sportivo, esponendo alcuni articoli riguardanti il nuoto e il rugby. Nel caso del nuoto è esaminato come alcuni muscoli reagiscono lavorando ad intensità diverse e tra atleti di livello agonistico differente. Invece, nel caso del rugby viene fatto un confronto su come alcuni muscoli si attivano in un soggetto sano e in un soggetto patologico.

Caratterizzazione dopo invecchiamento termico e igroscopico di compositi FRP realizzati con differenti resine epossidiche

L'elaborato tratta, inizialmente, delle generalità dei materiali compositi, facendo particolare riferimento agli elementi che contraddistinguono i materiali protagonisti di questa campagna sperimentale (resine epossidiche, fibre, IMR, binder). Successivamente si passa alla trattazione delle varie tecniche usate per produrre un componente in materiale composito, soffermandosi maggiormente sulla tecnica dell’HP-RTM. Inoltre, poichè nell’elaborazione dei risultati ottenuti sono utilizzati curve gaussiane e istogrammi, è inserito un capitolo con informazioni generali sulla statistica e sulle principali distribuzioni di probabilità. Sono, infine, elencati e spiegati i vari materiali utilizzati, con le varie apparecchiature e i due metodi di invecchiamento, igroscopico e termico.

La certificazione energetica applicata alla sede della Facoltà di Ingegneria di Ravenna e ipotesi di intervento per il miglioramento termico dell'involucro edilizio

valutare le performance di un edificio scolastico in termini energetici e di vivibilità attraverso l’analisi di alcuni parametri derivanti dalla certificazione energetica dello stesso. Verranno presentate anche ipotesi di intervento migliorative.

Trattamento termico dei tumori

Il tumore non è altro che una massa abnorme di tessuto che cresce in eccesso ed in modo scoordinato rispetto ai tessuti normali, e che persiste in questo stato dopo la cessazione degli stimoli che hanno indotto il processo. Questa patologia può presentarsi all’interno del corpo umano in svariate posizioni e forme; la più diffusa forma di tumore è quello epatico, particolarmente discusso in questo studio. Dato il continuo sviluppo di questa malattia, la ricerca ha richiesto un altrettanto miglioramento della tecnologia per eliminarla. Gli studi hanno portato a sviluppare quello che viene definito “trattamento termico dei tumori”, che consiste nell’applicazione di elevate o basse temperature nella posizione desirata per creare necrosi e quindi l’eliminazione della neoplasia. L’obiettivo di questo lavoro è presentare i diversi trattamenti termici utilizzati nella pratica clinica, i modelli matematici utilizzati dalla tecnologia attuale per predire la distribuzione di temperatura nel tessuto e quindi l’efficacia di una determinata tecnologia; infine verranno presentate le ricerche che si pensa potrebbero migliorare l’efficienza della terapia. Per ogni tecnica sono state presentate le dinamiche di utilizzo, i macchinari, i limiti e i vantaggi che la caratterizzano. Ci si è soffermati anche sulla presentazione dell’equazioni matematiche che regolano gli scambi di calore, nonché sui danni provocati ai tessuti da fattori ipertermici o ipotermici, con un particolare esempio sui fattori ipertermici generati da campi elettromagnetici vicini e lontani. Si è cercato, quindi, di fare un quadro generale di questo trattamento toccando i diversi aspetti che lo distinguono dalle altre terapie.

Valorizzazione di acque reflue mediante recupero di fosfati per adsorbimento

Visto l’attuale fabbisogno di fosforo, è fondamentale, in un’ottica di sostenibilità ambientale, mettere a punto un trattamento che consenta di ottenere un efficiente recupero del fosforo. Il seguente lavoro di tesi si pone come obbiettivo quello di caratterizzare la prestazione di un adsorbente utilizzato in un impianto pilota presso l’università di Cranfield per il recupero del fosforo da acque reflue municipali dopo 2 anni di utilizzo, corrispondenti a 66 cicli di adsorbimento/desorbimento. In particolare sono state confrontate le prestazioni ottenibili dalla resina usata rigenerata con la procedura standard (mediante NaOH 2%) e con una procedura di ricondizionamento mediante un trattamento più forte (mediante NaOH 2% + NaCl 5%) con quelle della resina vergine. Le due tipologie di soluzione rigenerante serviranno a valutare il contributo all’adsorbimento totale delle nanoparticelle di HFO e dei gruppi funzionali presenti sulla resina. I test sono stati condotti sia in soluzioni sintetiche di fosfato (acqua demineralizzata a cui viene aggiunto un determinato quantitativo di sali di fosfato), sia in soluzioni reali (wastewaters, fornite dalla multiutility HERA). Lo studio è stato condotto mediante isoterme di adsorbimento e test in continuo (curve di breakthrough). I risultati ottenuti confermano che la resina, dopo due anni, mantiene ottime prestazioni, molto simili alla vergine. Il materiale ha mostrato una ottima resistenza meccanica, durabilità e facilità di rigenerazione, dimostrandosi un eccellente adsorbente per gli ortofosfati anche alle basse concentrazioni tipiche degli effluenti secondari di scarto. I test in continuo hanno inoltre mostrato come, alle tipiche concentrazioni delle acque reflue, la rigenerazione dei gruppi funzionali della resina mediante sodio cloruro non porti ad un significativo miglioramento delle proprietà adsorbenti. Dai dati ottenuti si può affermare con certezza che il ciclo vitale della resina risulta essere ben oltre i 2 anni.

Produzione di sfere composite geopolimero-idrotalcite e loro utilizzo nell'adsorbimento dei coloranti

Una tra le maggiori problematiche ambientali è la presenza di numerosi composti chimici nelle riserve e nei corsi d’acqua, provocando un impatto molto dannoso per l'ambiente e l'uomo, con quantità in costante aumento a causa della crescente industrializzazione. Un forte contributo deriva dai coloranti, molto impiegati dall’industria; in letteratura sono riportate numerose metodologie di rimozione come: scambio ionico, filtrazione su membrana, trattamento elettrochimico o termico. Tra tutte, lo scambio ionico risulta il più efficiente ed economico. Negli studi effettuati presso ISTEC-CNR (Faenza RA) si è valutata la capacità adsorbente di sfere geopolimeriche ottenute tramite diverse tecnologie di processo, usando blu di metilene come colorante modello di tipo cationico. L’utilizzo dell’adsorbente in forma di sfere con diametro di 2–3mm ne favorisce l’applicabilità su scala industriale. Per estenderne il campo di applicazione dei geopolimeri (adsorbono cationi) è necessario produrre compositi con l’aggiunta di cariche in grado di adsorbire altre specie chimiche. L’idrotalcite viene usata come adsorbente per specie anioniche, grazie alla sua elevata capacità di scambio. Scopo del presente lavoro è stato ampliare il campo di applicazione di adsorbenti geopolimero-idrotalcite, approfondendo la letteratura relativa ai processi di adsorbimento nei materiali di partenza e nei loro compositi. I compositi geopolimero-idrotalcite sono stati prodotti in forma sferica sfruttando la gelazione ionotropica dell’alginato di sodio, fornendo un composito ibrido organico (alginato)/ inorganico (geopolimero). Dopo la formatura e la caratterizzazione dei compositi, è stato studiato l’adsorbimento del Blu di metilene (cationico), dell’Acid Blue 9 (zwitterionico) e dell’Acid Black 194 (anionico), per valutare la variazione della capacità di adsorbimento in seguito all’aggiunta di idrotalcite e la funzione adsorbente del composito nei confronti di coloranti cationici e anionici.

Analisi del non-equilibrio termico locale nella conduzione non-stazionaria in uno strato poroso

Lo scopo di questo lavoro di tesi si focalizza sullo studio, sia dal punto di vista analitico che da quello numerico, della conduzione del calore non stazionaria di un mezzo poroso rettangolare saturo di fluido. Per descrivere tale fenomeno sono state adoperate le equazioni di bilancio dell’energia modellate tramite la teoria del non-equilibrio termico locale, cioè una coppia di equazioni di bilancio dell’energia sia per la fase solida sia per la fase fluida, dipendenti l’una dall’altra in quanto legate dal termine generativo di interfase. La necessità di avere due equazioni di bilancio dell’energia è dovuta a una caratteristica importante dei processi di trasferimento del calore in una schiuma metallica. In questo elaborato verranno risolte numericamente le equazioni di biliancio dell’energia del non-equilibrio termico locale, tramite l’ausilio del programma di calcolo MATLAB e il suo solutore “pdepe”, indagando e proponendo una soluzione al “paradosso” introdotto da Vadazs* nel suo articolo. Tale paradosso si presenta quando si risolvono analiticamente le equazioni di bilancio dell’energia del non-equilibrio termico locale applicando due metodi differenti: il metodo di sostituzione delle variabili e il metodo di separazione delle variabili dipendenti. Dai risultati ottenuti da Vadasz emerge una discrepanza tra i due metodi in quanto uno dei due porta a predire un comportamento di equilibrio termico tra le due fasi a ogni istante di tempo, mentre l’altro predirebbe un comportamento di non-equilibrio termico locale tra le due fasi, particolarmente evidente nei primi istanti di tempo. Successivamente si è analizzato il problema di conduzione studiandone la variazione dei transitori termici del campo di temperatura della fase solida e dalla fase fluida al mutare dei parametri adimensionali che caratterizzano le equazioni di bilancio dell’energia nella sue forme adimensionalizzate.

Valutazione dell'effetto dei campi elettrici pulsati sulle cinetiche di salagione di branzino fresco

In questo studio è stato valutato l'impatto dei campi elettrici pulsati applicati a diverse intensità (0.3, 0.9 e 1.5 kV/cm) su campioni di branzino fresco prima del processo di salamoiatura. Dopo 24, 96, 144 e 92 ore sono stati determinati il peso, il contenuto in acqua, la percentuale di NaCl, l'attività dell'acqua e il contenuto in TBARS nei campioni allo scopo di verificare la possibilità di accelerare il trasferimento di massa nella matrice, e in secondo luogo per valutare l'effetto dei campi elettrici pulsati sull'ossidazione lipidica.

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.

Analisi energetica al variare dello state of charge di propulsori ibridi e plug-in operanti nel ciclo WLTP con propulsore termico a punto fisso stechiometrico

Il presente lavoro propone la stesura di un codice in ambiente MATLAB per l'analisi energetica di powertrain ibridi operanti nel ciclo WLTP con il particolare funzionamento del motore termico benzina a punto fisso stechiometrico. Nello specifico, il codice prende dei dati in input tramite un'interfaccia grafica ed avvia una simulazione, i cui risultati principali corrispondono ad emissioni di anidride carbonica per chilometro percorso ed ai chilometri percorsi con un litro di carburante. Queste sono le due grandezze che questo lavoro si prefigge di ottimizzare, dalle quali proviene la scelta del particolare funzionamento del motore termico. Sono state implementate due differenti strategie di controllo, una generale ed una più particolare. La simulazione con la strategia generale è stata applicata a tre differenti scenari reali, con le caratteristiche tecniche di tre veicoli realmente esistenti che vengono inserite nell'interfaccia grafica. I risultati provenienti da queste simulazioni sono stati poi analizzati e discussi nel dettaglio, anche con l'ausilio di grafici a supporto della spiegazione. La strategia di controllo particolare non è stata applicata a scenari reali ma ha portato alla definizione di una ipotetica architettura di powertrain ibrido, alla quale la sopracitata strategia si adatta al meglio. Dopo aver proposto miglioramenti e possibili ulteriori sviluppi di questo lavoro, sono state tratte le conclusioni generali, allargando il tutto al contesto più ampio in cui si va ad inserire.

Analisi delle prestazioni di un sistema di accumulo termico

Analisi termofluidodinamica di un accumulatore di calore che utilizza materiali a cambiamento di fase (PCM). I campi di velocità, di temperatura e di titolo, in regime termico non stazionario, relativi al singolo canale, vengono calcolati con un programma basato sul metodo dei volumi finiti, scritto in ambiente di lavoro Matlab. Vengono proposte diverse ottimizzazioni delle performance di accumulo termico, basate su un algoritmo genetico. Le ottimizzazioni sono fatte sia con differenti tipi di parametri di valutazione, sia con differenti gradi del polinomio che descrive la parete del canale; per ogni ottimizzazione l’algoritmo genetico è stato, quindi, utilizzato per determinare i parametri geometrici del canale ottimali. A partire dai risultati ottenuti dalle ottimizzazioni, vengono poi analizzate le prestazioni di canali della stessa geometria, ai quali viene aggiunta un’intelaiatura metallica. Vengono, infine, mostrati i risultati delle simulazioni numeriche fatte.

Caratterizzazione e miglioramento del sistema isolante per macchine elettriche per autotrazione

La forte espansione del mercato della mobilità elettrica degli ultimi anni ha portato sotto i riflettori nuove esigenze, tecnologie e problematiche per il Power Train di questi veicoli. L’attenzione all’affidabilità del motore elettrico è ormai al pari di quella verso prestazioni, efficienza e costi. Al fine di garantire una vita utile al motore congrua con quella del veicolo, che si attesta tra mediamente tra i 5 e i 10 anni, è necessario conoscere attentamente quali sono le criticità del sistema isolante (EIS) della macchina. All’interno di questo ambito, questa tesi si è concentrata sull’analisi dei diversi componenti che costituiscono l’EIS dello statore di un motore elettrico impiegato in una super car ibrida. Il primo passo è stato caratterizzare i sottocomponenti dello statore, a partire dai fili (Litz Wires) con cui sono realizzati i suoi avvolgimenti. I tempi di endurance dei fili sotto attività di scarica parziale (PD) nell'ordine dei minuti hanno dimostrato la necessità di operare in assenza di scariche. Per questo motivo è stato studiato l'andamento del PDIV sotto diverse forme d'onda e per provini invecchiati termicamente. Lo studio è stato poi esteso allo statore completo, sottoponendo l’EIS a cicli di invecchiamento, al fine di diagnosticare, attraverso prove elettriche, se le sue prestazioni restano accettabili per l’interezza della vita prevista dall’applicazione. In conclusione, sono state trattate le problematiche della qualifica dell’EIS completo di un motore elettrico. È stata proposta una soluzione per realizzare un sistema idoneo a sottoporre lo statore da invecchiare a stress elettrico e termico contemporaneamente. Gli studi effettuati in merito hanno dimostrato la fattibilità ed i benefici di questo sistema, permettendo di rispecchiare al meglio le condizioni di servizio della macchina, con l’obiettivo di perfezionare le attuali procedure di qualifica.

Studio di progettazione di un sistema vite-madrevite per cilindri di sollevamento elettrici per applicazioni navali.

L’attività di tirocinio è iniziata con lo studio dei sottomarini e dei loro apparati. Una volta individuate le criticità del caso di studio è stata avviata una fase di ricerca bibliografica sui materiali e sui relativi processi tribologici coinvolti nello strisciamento tra vite e madrevite. La ricerca si è poi concentrata sui fenomeni di corrosione e sui materiali adatti a contrastarla; in base ai dati raccolti ne è stata selezionata una coppia per vite e madrevite. A questo punto è stata effettuata la modellazione CAD 3D del sistema di sollevamento, modellando i principali elementi del meccanismo, cioè la vite, la madrevite e i componenti che ospitano cuscinetti e guarnizioni. Contemporaneamente alla fase di disegno è stato effettuato il dimensionamento del sistema vite-madrevite e dei dispositivi necessari al suo funzionamento. Durante questa fase è stata progettata una legge di moto della vite tale da consentire prestazioni equivalenti o migliori del sistema idraulico da sostituire. Per la vite, oltre alle verifiche statiche e a fatica, è stato necessario effettuare le verifiche a carico di punta e di velocità critica. Durante i calcoli riguardanti la fatica, sono stati valutati gli effetti dovuti alla presenza della filettatura, calcolando i coefficienti di concentrazione delle tensioni grazie ad apposite simulazioni FEM. Inoltre, è stato dimensionato il collegamento tramite linguetta al motoriduttore. Dopo aver effettuato il dimensionamento statico della madrevite ed eseguito una verifica dei parametri che ne determinano l’usura, sono stati scelti i componenti commerciali come cuscinetti, guarnizioni e tenute. Terminata la fase di dimensionamento dei componenti è stato effettuato un approfondimento relativo al gruppo motoriduttore e al meccanismo frenante. Nei capitoli conclusivi sono stati valutati aspetti come la gestione dei carichi radiali, i test necessari ad ultimare la progettazione e i possibili sviluppi futuri.