139 resultados para Energy Harvesting, Convertitori di potenza, Maximum Power Point Tracking, Applicazioni low power


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Questa tesi tratta dellamplificatore di potenza (PAPower Amplifier) operante in classe E. Si tratta di un convertitore DC/AC ad elevato rendimento che pu trovare impiego in numerose applicazioni in cui il problema della generazione di calore o la necessit di non sprecare energia sono particolarmente stringenti (ad esempio apparati per cui non previsto un impianto di raffreddamento e/o apparati alimentati a batteria). Lelevato rendimento di un amplificatore operante in classe E deriva dalle specifiche forme donda ai capi del dispositivo attivo impiegato, tali per cui la perdita di commutazione durante la fase di accensione dello switch diviene pressoch trascurabile (Zero-Voltage-Switching e Zero-Derivative-Voltage Turn-ON). Il prezzo da pagare per ottenere queste benefiche forme donda quello di avere un valore di cresta della tensione sul dispositivo che commuta assai pi elevato del valore medio, coincidente con la tensione di alimentazione DC. In generale si stima una tensione di picco fra le 3 e le 5 volte pi elevata della tensione DC, in funzione del Duty-Cycle e dellassorbimento di corrente sul carico. Occorre poi tenere presente che in condizioni dinamiche (ad esempio qualora si collegasse direttamente lamplificatore allalimentazione) potrebbero innescarsi dei transitori tali per cui la tensione di picco ecceda anche il range suddetto. Per questo motivo bene porre un limite alla massima tensione di picco adottando dei circuiti di protezione del transistore al fine di evitare la sua distruzione per limiti legati alla tensione di breakdown. Questi circuiti sono denominati clamper: in questa tesi valuteremo le modalit con cui si pu implementare tale protezione; valuteremo, inoltre, i vantaggi e gli svantaggi derivanti dallimpiego di tali circuiti. Questi clamper sono prevalentemente di tipo dissipativo (Zener); nel corso della tesi si studiato la realizzazione di un clamper rigenerativo che utilizza un trasformatore, ma si constatata la irrealizzabilit fisica a causa della inevitabile presenza della induttanza dispersa.

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La materia ordinaria copre soli pochi punti percentuali della massa-energia totale dell'Universo, che invece largamente dominata da componenti oscure. Il modello standard usato per descriverle il modello LambdaCDM. Nonostante esso sembri consistente con la maggior parte dei dati attualmente disponibili, presenta alcuni problemi fondamentali che ad oggi restano irrisolti, lasciando spazio per lo studio di modelli cosmologici alternativi. Questa Tesi mira a studiare un modello proposto recentemente, chiamato Multi-coupled Dark Energy (McDE), che presenta interazioni modificate rispetto al modello LambdaCDM. In particolare, la Materia Oscura composta da due diversi tipi di particelle con accoppiamento opposto rispetto ad un campo scalare responsabile dell'Energia Oscura. L'evoluzione del background e delle perturbazioni lineari risultano essere indistinguibili da quelle del modello LambdaCDM. In questa Tesi viene presentata per la prima volta una serie di simulazioni numeriche zoomed. Esse presentano diverse regioni con risoluzione differente, centrate su un singolo ammasso di interesse, che permettono di studiare in dettaglio una singola struttura senza aumentare eccessivamente il tempo di calcolo necessario. Un codice chiamato ZInCo, da me appositamente sviluppato per questa Tesi, viene anch'esso presentato per la prima volta. Il codice produce condizioni iniziali adatte a simulazioni cosmologiche, con differenti regioni di risoluzione, indipendenti dal modello cosmologico scelto e che preservano tutte le caratteristiche dello spettro di potenza imposto su di esse. Il codice ZInCo stato usato per produrre condizioni iniziali per una serie di simulazioni numeriche del modello McDE, le quali per la prima volta mostrano, grazie all'alta risoluzione raggiunta, che l'effetto di segregazione degli ammassi avviene significativamente prima di quanto stimato in precedenza. Inoltre, i profili radiale di densit ottenuti mostrano un appiattimento centrale nelle fasi iniziali della segregazione. Quest'ultimo effetto potrebbe aiutare a risolvere il problema cusp-core del modello LambdaCDM e porre limiti ai valori dell'accoppiamento possibili.

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In questo lavoro di tesi sono state evidenziate alcune problematiche relative alle macchine exascale (sistemi che sviluppano un exaflops di Potenza di calcolo) e all'evoluzione dei software che saranno eseguiti su questi sistemi, prendendo in esame principalmente la necessit del loro sviluppo, in quanto indispensabili per lo studio di problemi scientifici e tecnologici di pi grandi dimensioni, con particolare attenzione alla Material Science, che uno dei campi che ha avuto maggiori sviluppi grazie all'utilizzo di supercomputer, ed ad uno dei codici HPC pi utilizzati in questo contesto: Quantum ESPRESSO. Dal punto di vista del software sono state presentate le prime misure di efficienza energetica su architettura ibrida grazie al prototipo di cluster EURORA sul software Quantum ESPRESSO. Queste misure sono le prime ad essere state pubblicate nel contesto software per la Material Science e serviranno come baseline per future ottimizzazioni basate sull'efficienza energetica. Nelle macchine exascale infatti uno dei requisiti per l'accesso sar la capacit di essere energeticamente efficiente, cos come oggi un requisito la scalabilit del codice. Un altro aspetto molto importante, riguardante le macchine exascale, la riduzione del numero di comunicazioni che riduce il costo energetico dell'algoritmo parallelo, poich in questi nuovi sistemi coster di pi, da un punto di vista energetico, spostare i dati che calcolarli. Per tale motivo in questo lavoro sono state esposte una strategia, e la relativa implementazione, per aumentare la localit dei dati in uno degli algoritmi pi dispendiosi, dal punto di vista computazionale, in Quantum ESPRESSO: Fast Fourier Transform (FFT). Per portare i software attuali su una macchina exascale bisogna iniziare a testare la robustezza di tali software e i loro workflow su test case che stressino al massimo le macchine attualmente a disposizione. In questa tesi per testare il flusso di lavoro di Quantum ESPRESSO e WanT, un software per calcolo di trasporto, stato caratterizzato un sistema scientificamente rilevante costituito da un cristallo di PDI - FCN2 che viene utilizzato per la costruzione di transistor organici OFET. Infine stato simulato un dispositivo ideale costituito da due elettrodi in oro con al centro una singola molecola organica.

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Le tematiche relative alla compatibilit elettromagnetica (EMC) dei dispositivi elettronici (sia per il trasferimento dell'informazione che per trasmissione e conversione di potenza) sono di grande attualit a causa di molteplici fattori. Il primo la larga diffusione di apparecchiature elettroniche e delle telecomunicazioni in svariati ambienti. Secondariamente tali dispositivi sono sempre pi suscettibili al rumore per ragioni tecniche: -tensioni di alimentazione sempre pi basse (alimentazione a batterie); -aumento della velocit dei dispositivi; -miniaturizzazione; -connettivit wireless (spesso con diversi protocolli sullo stesso device). All'interno di questa tesi vengono trattate le interferenze elettromagnetiche (EMI) con riferimento ad una categoria specifica di prodotti (i caricabatterie)ed approfondendo in particolare le cause e le principali tecniche per limitarne l'effetto, al fine di ottenere la compatibilit dei dispositivi. Le tecniche per abbattere le EMI presentate sono poi applicate a dispositivi commerciali per valutarne gli effetti. Il lavoro stato svolto presso la Deca di San Marino che ha messo a disposizione un laboratorio EMC (dotato di LISN PMM L3-64, Ricevitore PMM 9010/30P full-compliance e AbsorbingClamp TESEQ) ed alcuni propri prodotti.

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Progettazione di un motore Diesel 2 tempi sulla base commerciale di un TM100Kb a benzina di derivazione karting. Il motore capace di 5kW di potenza ad un peso contenuto. La progettazione orientata agli aspetti sia termodinamici che dinamici. Si effettua una serie di verifiche per capire l'efficienza e l'uso di componenti originali.

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Nella tesi si studiata una macchina automatica per l'industria farmaceutica: l'Adapta 100, un'opercolatrice (macchina riempi-capsule) prodotta da IMA SpA. Gli scopi della tesi erano chiarire il flusso di potenza dei vari assi e valutare un possibile risparmio energetico. La macchina infatti ha diversi motori: uno, collegato all'asse master, che comanda i gruppi non rimovibili e gli altri che comandano i gruppi di dosaggio. Tali motori in generale, per qualche tratto del ciclo della macchina, potranno lavorare come generatori, anche considerando il solo funzionamento a regime: si avr cio, in qualche istante, che le forze esterne tendono ad accelerare il motore, che cos assorbe energia meccanica e produce energia elettrica. Attualmente tale energia viene dissipata in apposite resistenze collegate ai motori; ci si chiesti se non si potesse invece immagazzinare l'energia prodotta, ad esempio per usarla in caso di black-out, per frenare delicatamente la macchina senza che gli assi perdano la fase. Un'alternativa quella di ridistribuire la potenza generata istante per istante collegando i motori a un comune bus DC. Prima per necessario conoscere gli andamenti di coppia e velocit di ciascun motore: per questo ci si ricondotti al modello della macchina a 1 gdl, riducendo tutte le coppie e le inerzie all'asse motore. Si sono studiati i due assi pi importanti in termini di coppie e potenze di picco: questi sono l'asse master e l'asse di dosaggio della polvere farmaceutica. Il modello stato concretamente implementato con degli script MATLAB. Il modello risulta flessibile, per considerare le varie modalit di funzionamento della macchina, e considera i principali termini di coppia, inclusi attriti (inseriti sotto forma di rendimenti) e forze esterne di lavorazione. Tra queste particolarmente importante la forza di compattazione della polvere, che stata modellata con la formula di Kawakita, nota dalla letteratura.

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In questa tesi vengono valutati gli effetti sui modelli di regressione lineare da parte di troncature deterministiche dei dati analizzati, e viene proposto un metodo alternativo per effettuare queste regressioni, che rimuova queste distorsioni. In particolare vengono discussi questi effetti nel campo della ricerca biologica, come nel progetto Mark-Age. Il progetto Mark-Age ha come obiettivo quello di ottenere un set di biomarcatori per l'invecchiamento, attraverso l'uso di metodi di data learning in analisi di tipo trasversale; elaborando cio diverse variabili misurate sulle popolazioni esaminate riguardanti pi sistemi fisiologici contemporaneamente e senza escludere interazioni locali fra queste. E' necessario tenere conto in queste analisi che questi dati sono deterministicamente troncati per via dei criteri di selezione sullet dei partecipanti, e che questo ha un effetto rilevante sui metodi di analisi standard, i quali invece ipotizzano che non vi sarebbe alcuna relazione fra lassenza di un dato ed il suo valore, se questo fosse misurato. In questa tesi vengono studiati gli effetti di questa troncatura sia per quanto riguarda la selezione di modelli ottimali, che della stima dei parametri per questi modelli. Vengono studiati e caratterizzati questi effetti nell'ambito di un toy model, che permette di quantificare la distorsione e la perdita di potenza dovuta alla troncatura. Viene inoltre introdotto un appropriato metodo di regressione, chiamato Tobit, che tenga conto di questi effetti. Questo metodo viene infine applicato ad un sottoinsieme dati del progetto Mark-Age, dimostrando una notevole riduzione del bias di predizione, ottenendo anche una stima della precisione di queste predizioni.

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Un ambito di largo interesse nel campo dellelettronica, quello delle misure di corrente a larga banda, in cui la richiesta per sistemi a basso costo aumentata sensibilmente nel corso del tempo. La causa di questo interessamento dovuto al pi frequente utilizzo di sistemi switched power ad alta frequenza, che necessitano di sensori di correnti isolati e ad alte prestazioni. Lintero lavoro prende in considerazione un sensore di nuova generazione per le misure di corrente, capace di raggiungere prestazioni oltre lo stato dellarte. Lelaborato presentato vede, quindi, come obiettivo la creazione di un setup stabile per effettuare misure sui chip prodotti. Partendo dallo studio di fattibilit, della componentistica necessaria e dei compromessi per mantenere i costi, si giunge ad una soluzione flessibile e adatta alle misurazioni richieste. Lelaborato partir con una introduzione sugli effetti fisici e la descrizione del componente fondamentale, passando a test funzionali effettuati su setup provvisori atti a ottenere informazioni basilari per la prosecuzione del lavoro. Infine verranno concepite e realizzate due schede a circuiti stampati per rispondere alle esigenze di progetto.

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Nell'ottica di un futuro riprogetto, totale o parziale, del ventilatore della galleria del vento del progetto CICLoPE dell'Universit di Bologna, stato messo a punto, grazie a modelli matematici di letteratura, un algoritmo per la determinazione della geometria delle pale di un fan. La procedura si basa su ipotesi di incompressibilit e assenza di vortici di estremit ed in grado di fornire la geometria del ventilatore una volta che sono state fissate: le condizioni richieste nella sezione di test, l'efficienza del tunnel e alcune propriet del ventilatore stesso (ad esempio tipologia di profilo aerodinamico e numero di pale). L'algoritmo in grado di lavorare solamente con la configurazione ventilatore seguito da profili raddrizzatori, ma in previsione un'estensione che consentir di studiare anche la configurazione a fan controrotanti (come quella del CICLoPE). Con questo software sono state progettate numerose soluzioni diverse per studiare il legame tra rendimento e geometria del ventilatore. Inoltre sono stati individuati i parametri che permettono di ottenere una pala con rastremazione e svergolatura trascurabili, con lo scopo di abbassare i costi del manufatto. In particolare stato dimostrato come le configurazioni con diametro della nacelle grande (superiore al 65\% del diametro della sezione di potenza) siano particolarmente adatte a fornire rendimenti alti con la minima complicatezza della pala. Per quanto riguarda l'efficienza aerodinamica del profilo, i test comparativi indicano che questo parametro influisce relativamente poco sul rendimento del macchinario ma modifica profondamente la geometria della pala. Efficienze elevate tendono, secondo lo studio, a richiedere pale estremamente rastremate e poco svergolate; questo porta a preferire l'adozione di profili mediamente efficienti ma dall'ampio intervallo operativo in termini di angolo di attacco.

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Studio di fattibilit di un sistema di cogenerazione termico ed elettrico stand-alone sfruttando il fenomeno dell'effetto Seebeck. In particolare stata esaminata la sezione di produzione di potenza elettrica. Nella prima parte trattata l'analisi della tecnologia riguardante i moduli TEG esplicitandone ogni aspetto caratteristico ed stato inserito un riepilogo delle maggiori sperimentazioni in questo ambito. Nella seconda parte affrontata la fase di studio preliminare. Sulla base dei dati di progetto ci si soffermati sui vincoli dimensionali dei componenti direttamente interessati da scambi termodinamici. Nella terza parte descritta la struttura del prototipo ed mostrata una analisi economica preliminare di carattere indicativo. I risultati ottenuti mostrano il campo di applicabilit al quale questa soluzione tecnologica deve riferirsi per risultare conveniente.

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Loggetto di studio della presente tesi una macchina utensile ad altra produttivit con tavola rotante (transfer) che presenta numerosi elementi di innovazione rispetto a versioni precedenti. In particolare stata ottimizzata la scelta dei materiali che compongono i vari elementi della struttura, sono stati ripensati gli impianti di servizio e, infine, stato reso possibile limpiego di tecnologie di lavorazione che permettono una notevole riduzione del consumo elettrico. Il transfer costituito da una stazione di carico/scarico e da numerose stazioni di lavoro equipaggiate con moduli a tre assi che permettono di eseguire le diverse operazioni da realizzare sul componente in lavorazione. Le unit a tre assi vengono impiegate per movimentare gli elettromandrini che mettendo in rotazione gli utensili permettono lesecuzione delle diverse lavorazioni. Lattivit svolta stata suddivisa in diverse fasi: nella prima stata realizzata unanalisi funzionale che ha permesso di valutare (i) la rigidezza dellunit a tre assi che equipaggia ogni stazione di lavoro e (ii) lerrore di posizionamento indotto dal riscaldamento delle viti di manovra che permettono la movimentazione dei tre assi della macchina. Nella seconda fase sono state valutate le potenzialit della tecnologia Minimum Quantity Lubrication (MQL) come alternativa ecologica ed economica alla tradizionale tecnica di lubrorefrigerazione con emulsione. La tecnica MQL consiste nel nebulizzare nella zona di taglio un aerosol composto da aria e olio. In particolare stato calibrato il sistema di generazione dellaerosol stesso ed stata indagata linfluenza dei diversi parametri di taglio sulla qualit della lavorazione. Infine stata effettuata unanalisi economica che ha permesso di valutare il vantaggio economico in termini di potenza installata e consumo di energia elettrica del transfer in relazione ad una macchina utensile di pari taglia che presenta le soluzioni costruttive standard per questa tipologia di dispositivo.

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Grazie alla costante evoluzione tecnologica, negli ultimi anni sempre pi oggetti di vita quotidiana stanno accedendo ad Internet. Il proliferare dei dispositivi smart ha dato il via ad una nuova rivoluzione tecnologica: quella di Internet of Things (IoT), che sta portando nelle mani degli utenti un elevatissimo numero di informazioni in grado di offrire notevoli benefici alla vita di ogni giorno. Per poter accedere ai dati messi a disposizione risulter necessario realizzare un servizio in grado di consentire la scoperta, laccesso e linterazione con i nodi della rete che si occuperanno della gestione delle informazioni. In letteratura sono gi disponibili alcuni di questi meccanismi, ma essi presentano dei difetti che verrebbero ancor pi accentuati dalle ridotte capacit computazionali dei terminali IoT. In questo progetto di tesi verr presentato un servizio di discovery per gateway IoT Kura-based, pensato, grazie allutilizzo del protocollo di messaggistica MQTT, per operare con terminali dalle performance limitate ed in situazioni di scarsa connettivit. Il servizio realizzato prevede che degli smartphone Android richiedano a tutti i gateway in una determinata localit i parametri per entrare nel loro network. La richiesta verr inviata mediante un messaggio MQTT pubblicato in un topic location-specific su un broker remoto. I gateway che riceveranno il messaggio, se interessati alle caratteristiche del client, gli risponderanno comunicando i dati di accesso al network in modo che il dispositivo possa auto-configurarsi per accedervi. Ad accesso avvenuto client e gateway comunicheranno in modo diretto attraverso un broker locale. In fase di testing si valuteranno le performance del servizio analizzando i tempi di risposta e lutilizzo di risorse lato gateway, e lassorbimento di potenza lato client.

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La tesi il risultato di uno studio condotto sulle reti distribuzione dellenergia termica, elettrica e frigorifera; queste reti possono essere sviluppate per aumentare la diffusione della microgenerazione e generazione diffusa con lobiettivo di renderle autonome elettricamente, termicamente e in alcuni casi indipendenti dal punto di vista del combustibile sfruttando possibilmente cogeneratori integrati e sistemi a fonte rinnovabile. In particolare la tesi si sofferma sullanalisi di criteri di gestione di una rete di teleriscaldamento esistente in modo da ridurne al minimo le dispersioni di energia termica in ambiente e gli scambi di energia elettrica con la rete nazionale. Lo sviluppo della tesi stato suddiviso sostanzialmente in tre parti: la prima riguarda la caratterizzazione del comportamento di una rete di teleriscaldamento reale nel comprensorio urbano di Corticella a Bologna con determinati sistemi di produzione dellenergia elettrica e termica in centrale; nella seconda parte vengono analizzati nuovi sistemi in centrale di produzione e presso le utenze; infine la terza parte riguarda lanalisi economica ed energetica di tutte le soluzioni di gestione esaminate. Quindi ogni configurazione, data da nuovi sistemi di produzione delle fonti energetiche richieste e di gestione della rete, viene prima analizzata in riferimento a tre tipologie di scambio termico presso le utenze e poi valutata in termini di consumo di combustibile e di scambi di energia elettrica con la rete nazionale attraverso il costo di acquisto del gas naturale, il costo dacquisto dellenergia elettrica dalla rete e il prezzo di vendita dellenergia elettrica alla rete. Sebbene le utenze vengano considerate sempre in assetto passivo allinterno di alcune configurazioni viene sfruttata la delocalizzazione della produzione di energia termica e la gestione della rete a bassa temperatura per ridurre il pi possibile limpatto ambientale della centrale e della rete di teleriscaldamento.

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Lo scopo della tesi collaudare un inverter trifase per trazione elettrica stradale al fine di determinarne le specifiche nominali e di massima. Il lavoro stato organizzato procedendo inizialmente con lindividuazione delle parti principali che concorrono alla formazione del convertitore, studiandone il principio di funzionamento e i diversi valori di tensione e di corrente che ne caratterizzano le prestazioni. Successivamente si passati al collaudo della parte di potenza del convertitore con lobiettivo di determinarne le prestazioni in relazione alla massima temperatura consentita di funzionamento. Questo tipo di prova ha richiesto lindividuazione di una sorgente di alimentazione dellinverter in grado di fornire i picchi di potenza necessari durante la fase di sovraccarico (si tratta di diversi kW per alcune decine di secondi) e contemporaneamente di un carico trifase in grado di assorbire queste potenze senza danneggiarsi. E molto importante tenere presente che la prova per la determinazione delle prestazioni nominali dellinverter, richiede una durata di diverse decine di minuti cio fin tanto che linverter non ha raggiunto lequilibrio termico e quindi la temperatura non varia apprezzabilmente nel tempo. Allo scopo si impiegata come sorgente di alimentazione un pacco di batterie Litio-Ioni costituito da 32 celle da 160Ah collegate in serie per una tensione nominale di 105V, mentre come carico si utilizzato un motore asincrono trifase collegato direttamente in uscita dellinverter.

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Questa tesi tratta nello specifico lo studio di un impianto micro-ORC, capace di sfruttare acqua alla temperatura di circa 70-90C come sorgente termica. Questo sistema presenta una potenza dichiarata dal costruttore pari a 3kW e un rendimento del 9%. In primo luogo, si descrivono le caratteristiche principali dei fluidi organici, in particolare quelle del freon R134a, impiegato nel banco prova. Vengono illustrati dettagliatamente limpianto e la sensoristica utilizzata per le misurazioni delle varie grandezze fisiche. Tramite esse, con lutilizzo di un programma di acquisizione dati appositamente relizzato in ambiente LabVIEW, stato possibile calcolare in tempo reale tutti i parametri di funzionamento, necessari per la caratterizzazione del sistema. Per una veloce ed efficiente elaborazione dei dati registrati durante le prove in laboratorio, stato realizzato un programma in linguaggio VBA. Lutilizzo di questo codice ha permesso, in primo luogo, di individuare e correggere eventuali errori di calcolo e acquisizione presenti in ambiente LabVIEW e, in secondo luogo, si reso indispensabile per comprendere il funzionamento dellimpianto nelle varie fasi, come accensione, spegnimento e produzione di potenza. Sono state inoltre identificate le modalit di risposta del sistema al variare dei comandi impostabili dallutente, quali il numero di giri della pompa e la variazione della temperatura della sorgente calda. Si sono poi osservate le risposte del sistema al variare delle condizioni esterne, come ad esempio la temperatura dellacqua di condensazione. Una specifica prova stata analizzata in questo elaborato. Durante tale prova il sistema ha lavorato in forte off-design, erogando una potenza elettrica pari a 255 W, raggiungendo un basso valore del rendimento (pari a 1.8%). Lanalisi dei dati ha portato ad identificare nuovi limiti di funzionamento, legati ad esempio alla quantit di fluido interna al sistema.