Low Power instrument Transformer: technologies and applications

Instrument transformers serve an important role in the protection and isolation of AC electrical systems for measurements of different electrical parameters like voltage, current, power factor, frequency, and energy. As suggested by name these transformers are used in connection with suitable measuring instruments like an ammeter, wattmeter, voltmeter, and energy meters. We have seen how higher voltages and currents are transformed into lower magnitudes to provide isolation between power networks, relays, and other instruments. Reducing transient, suppressing electrical noises in sensitive devices, standardization of instruments and relays up to a few volts and current. Transformer performance directly affects the accuracy of power system measurements and the reliability of relay protection. We classified transformers in terms of purpose, insulating medium, Voltage ranges, temperature ranges, humidity or environmental effect, indoor and outdoor use, performance, Features, specification, efficiency, cost analysis, application, benefits, and limitations which enabled us to comprehend their correct use and selection criteria based on our desired requirements. We also discussed modern Low power instrument transformer products that are recently launched or offered by renowned companies like Schneider Electric, Siemens, ABB, ZIV, G&W etc. These new products are innovations and problem solvers in the domain of measurement, protection, digital communication, advance, and commercial energy metering. Since there is always some space for improvements to explore new advantages of Low power instrument transformers in the domain of their wide linearity, high-frequency range, miniaturization, structural and technological modification, integration, smart frequency modeling, and output prediction of low-power voltage transformers.

A study of air-sea interaction processes on water mass formation and upwelling in the Mediterranean sea

Air-sea interactions are a key process in the forcing of the ocean circulation and the climate. Water Mass Formation is a phenomenon related to extreme air-sea exchanges and heavy heat losses by the water column, being capable to transfer water properties from the surface to great depth and constituting a fundamental component of the thermohaline circulation of the ocean. Wind-driven Coastal Upwelling, on the other hand, is capable to induce intense heat gain in the water column, making this phenomenon important for climate change; further, it can have a noticeable influence on many biological pelagic ecosystems mechanisms. To study some of the fundamental characteristics of Water Mass Formation and Coastal Upwelling phenomena in the Mediterranean Sea, physical reanalysis obtained from the Mediterranean Forecating System model have been used for the period ranging from 1987 to 2012. The first chapter of this dissertation gives the basic description of the Mediterranean Sea circulation, the MFS model implementation, and the air-sea interaction physics. In the second chapter, the problem of Water Mass Formation in the Mediterranean Sea is approached, also performing ad-hoc numerical simulations to study heat balance components. The third chapter considers the study of Mediterranean Coastal Upwelling in some particular areas (Sicily, Gulf of Lion, Aegean Sea) of the Mediterranean Basin, together with the introduction of a new Upwelling Index to characterize and predict upwelling features using only surface estimates of air-sea fluxes. Our conclusions are that latent heat flux is the driving air-sea heat balance component in the Water Mass Formation phenomenon, while sensible heat exchanges are fundamental in Coastal Upwelling process. It is shown that our upwelling index is capable to reproduce the vertical velocity patterns in Coastal Upwelling areas. Nondimensional Marshall numbers evaluations for the open-ocean convection process in the Gulf of Lion show that it is a fully turbulent, three-dimensional phenomenon.

Utilizzo di sensori a basso costo per la localizzazione indoor

I sistemi di localizzazione, negli ultimi anni, sono stati oggetto di numerose ricerche a livello internazionale.Gli sviluppi più importanti hanno avuto inizio nell’ambito stradale con sistemi di navigazione e localizzazione, possibili grazie alle forti capacità del GPS.Infatti il GPS indica l’intero apparato che permette il funzionamento della maggior parte dei navigatori disponibili in commercio, che, però, non sono utilizzabili in ambito indoor, in quanto la ricezione del segnale proveniente dai satelliti GPS diventa scarsa o pressoché nulla. In questo senso, la localizzazione risulta rilevante nel caso di indoor positioning, ossia quando utenti hanno bisogno di conoscere la propria posizione e quella degli altri membri della squadra di soccorso all’interno di un edificio come, ad esempio, i vigili del fuoco durante un’operazione di salvataggio. Sono questi fattori che portano all’idea della creazione di un sistema di localizzazione indoor basato su smartphone o una qualsiasi altra piattaforma disponibile. Tra le diverse tecnologie e architetture legate al posizionamento indoor/outdoor e inerziale, con questa tesi, si vuole esporre la foot-mounted inertial navigation, un sistema che permette di conoscere la propria posizione, sia all’interno di edifici,sia in campi aperti, tramite l’utilizzo di una rete wireless o GPS e l’aiuto di sensori a basso costo.Tuttavia per conoscere la stima ottimale della posizione, della velocità e dell’orientamento corrente di un utente dotato di sensori sarà necessaria l’integrazione di diversi algoritmi, che permettono di modellare e stimare errori o di conoscere e predire la posizione futura dello stesso. Gli scopi principali di questo lavoro sono: 1)Tracciare i movimenti di un utente usando diversi sensori per ottenere una stima ottimale della posizione dello stesso; 2)Localizzare l’utente in 3 dimensioni con precisione; 3)Ottenere una transizione senza interruzioni per un posizionamento continuo tra aree indoor e outdoor;

Modeling, simulation, and control of a formation of multirotor aircraft for cooperative transportation of suspended loads

The work presented in this thesis aims to contribute to innovation in the Urban Air Mobility and Delivery sector and represents a solid starting point for air logistics and its future scenarios. The dissertation focuses on modeling, simulation, and control of a formation of multirotor aircraft for cooperative load transportation, with particular attention to environmental sustainability. First, a simulation and test environment is developed to assess technologies for suspended load stabilization. Starting from the mathematical model of two identical multirotors, formation-flight-keeping and collision-avoidance algorithms are analyzed. This approach guarantees both the safety of the vehicles within the formation and that of the payload, which may be made of people in the very near future. Afterwards, a mathematical model for the suspended load is implemented, as well as an active controller for its stabilization. The key focus of this part is represented by both analysis and control of payload oscillatory motion, by thoroughly investigating load kinetic energy decay. At this point, several test cases were introduced, in order to understand which strategy is the most effective and safe in terms of future applications in the field of air logistics.

Experimental analysis of the aerodynamic and mixing performance of a ventilation device

Numerous types of acute respiratory failure are routinely treated using non-invasive ventilatory support (NIV). Its efficacy is well documented: NIV lowers intubation and death rates in various respiratory disorders. It can be delivered by means of face masks or head helmets. Currently the scientific community’s interest about NIV helmets is mostly focused on optimising the mixing between CO2 and clean air and on improving patient comfort. To this end, fluid dynamic analysis plays a particularly important role and a two- pronged approach is frequently employed. While on one hand numerical simulations provide information about the entire flow field and different geometries, they exhibit require huge temporal and computational resources. Experiments on the other hand help to validate simulations and provide results with a much smaller time investment and thus remain at the core of research in fluid dynamics. The aim of this thesis work was to develop a flow bench and to utilise it for the analysis of NIV helmets. A flow test bench and an instrumented mannequin were successfully designed, produced and put into use. Experiments were performed to characterise the helmet interface in terms of pressure drop and flow rate drop over different inlet flow rates and outlet pressure set points. Velocity measurements by means of Particle Image Velocimetry were performed. Pressure drop and flow rate characteristics from experiments were contrasted with CFD data and sufficient agreement was observed between both numerical and experimental results. PIV studies permitted qualitative and quantitative comparisons with numerical simulation data and offered a clear picture of the internal flow behaviour, aiding the identification of coherent flow features.

Correlation between urban form and PM2.5 concentration — Evidence from the New York metropolitan Area and Shanghai city

With the development of the economy and society, air pollution has posed a huge threat to public health around the world, especially to people who live in urban areas. Typically, urban development patterns can be roughly divided into compact cities and urban sprawl. In recent years, the relationship between urban form and air quality (especially PM2.5) is gaining more and more attention from urban planners, environmentalists, and governments. This study is focusing on The New York metropolitan area and Shanghai city, which are both megacities but with different urban spatial forms. For both study areas,there are five main variables to measure the urban form metrics, naming Population Density, Artificial Land Area Per Ten Thousand People, Road Density, Green Land Area Ratio and Artificial Land Area Ratio. In addition, considering the impact of economic activities and public transportation, GDP per capita, Number of bus stop and Number of subway station are used as control variables. Based on the results of regression, a megacity like the New York metropolitan area with urban sprawl shows a low spatial correlation on PM2.5 concentration. Meanwhile, almost all the spatial form indicators effect on PM2.5 concentration is not significant. However, a compact megacity like Shanghai shows a diametrically opposite result. Urban form, especially population density, has a strong relationship with PM2.5 concentration. It can be predicted that a reduction in population density would lead to significant improvements on decrease the PM2.5 concentration in Shanghai. Meanwhile, increasing the ratio of green land and construction area per capita will get a positive influence on reducing PM2.5 concentration as well. Road density is not a significant factor for a megacity in both two urban forms. The way and type of energy used by vehicles on megacities maybe more critical.

Laboratory verification of predicted permanent deformation in asphalt materials following climate change.

In the past a change in temperature of 5°C most often occurred over intervals of thousands of years. According to estimates by the IPCC, in the XXI century is expected an increase in average temperatures in Europe between 1.8 and 4.0°C in the best case caused by emissions of carbon dioxide and other GHG from human activities. As well as on the environment and economic context, global warming will have effects even on road safety. Several studies have already shown how increasing temperature may cause a worsening of some types of road surface damages, especially rutting, a permanent deformation of the road structures consisting in the formation of a longitudinal depression in the wheelpath, mostly due to the rheological behavior of bitumen. This deformation evolves during the hot season because of the heating capacity of the asphalt layers, in fact, the road surface temperature is up to 24°C higher than air. In this thesis, through the use of Wheeltrack test, it was studied the behavior of some types of asphalt concrete mixtures subjected to fatigue testing at different temperatures. The objectives of this study are: to determine the strain variation of different bituminous mixture subjected to fatigue testing at different temperature conditions; to investigate the effect of aggregates, bitumen and mixtures’ characteristics on rutting. Samples were made in the laboratory mostly using an already prepared mixtures, the others preparing the asphalt concrete from the grading curve and bitumen content. The same procedure was performed for each specimen: preparation, compaction using the roller compactor, cooling and heating before the test. The tests were carried out at 40 - 50 - 60°C in order to obtain the evolution of deformation with temperature variation, except some mixtures for which the tests were carried out only at 50°C. In the elaboration of the results were considered testing parameters, component properties and the characteristics of the mixture. Among the testing parameters, temperature was varied for each sample. The mixtures responded to this variation with a different behavior (linear logarithmic and exponential) not directly correlated with the asphalt characteristics; the others parameters as load, passage frequency and test condition were kept constant. According to the results obtained, the main contribution to deformation is due to the type of binder used, it was found that the modified bitumen have a better response than the same mixtures containing traditional bitumen; to the porosity which affects negatively the behavior of the samples and to the homogeneity ceteris paribus. The granulometric composition did not seem to have interfered with the results. Overall has emerged at working temperature, a decisive importance of bitumen composition, than the other characteristics of the mixture, that tends to disappear with heating in favor of increased dependence of rutting resistance from the granulometric composition of the sample considered. In particular it is essential, rather than the mechanical characteristics of the binder, its chemical properties given by the polymeric modification. To confirm some considered results, the maximum bulk density and the air voids content were determined. Tests have been conducted in the laboratories of the Civil Engineering Department at NTNU in Trondheim according to European Standards.

Monitoraggio di rilasci accidentali di sostanze pericolose in un impianto chimico

Il monitoraggio dei rilasci può essere indoor o outdoor; l’attenzione del presente lavoro è rivolta a sistemi di monitoraggio di gas infiammabili e/o tossici in ambienti esterni di stabilimenti onshore. L’efficacia dei sistemi di Gas Detection è profondamente influenzata dalla disposizione dei sensori nelle aree di rischio. Esistono codici e standard che forniscono informazioni molto dettagliate per la progettazione dei sistemi di Fire Detection e linee guida per la scelta, l’installazione ed il posizionamento ottimale dei sensori di incendio. La stessa affermazione non si può fare per i sistemi di Gas Detection, nonostante dall’individuazione tempestiva di un rilascio dipendano anche le successive azioni antincendio. I primi tentativi di sviluppare linee guida per il posizionamento dei sensori di gas sono stati effettuati per le applicazioni off-shore, dove l’elevato livello di congestione e il valore delle apparecchiature utilizzate richiedono un efficiente sistema di monitoraggio dei rilasci. Per quanto riguarda gli impianti on-shore, i criteri di posizionamento dei rilevatori di gas non sono ufficialmente ed univocamente definiti: il layout dei gas detectors viene in genere stabilito seguendo criteri di sicurezza interni alle compagnie affiancati da norme di “buona tecnica” e regole empiriche. Infatti, nonostante sia impossibile garantire l’individuazione di ogni rilascio, vi sono linee guida che propongono strategie di posizionamento dei gas detectors in grado di massimizzare la probabilità di successo del sistema di monitoraggio. Il presente lavoro è finalizzato alla verifica del corretto posizionamento dei gas detectors installati presso l’impianto pilota SF2 dello stabilimento Basell Poliolefine Italia di Ferrara.

Una rassegna sui sistemi di geolocalizzazione per dispositivi mobili

La geolocalizzazione è il processo tramite il quale è possibile mettere in relazione una certa informazione con un punto specifico della superficie terrestre, individuato tramite metodi di localizzazione (quindi il reperimento delle coordinate latidudinali e longitudinali) di un apparato elettronico, sfruttandone le caratteristiche fisiche o ricevendo informazioni dettagliate dallo strumento stesso. Nello specifico il concetto di geolocalizzazione enfatizza l’aspetto dinamico, riferendosi ad informazioni che possono essere aggiornate di frequente come la posizione e la velocità. La possibilità di rendere dinamico il reperimento di tali informazioni e di poterle rilevare in maniera sempre più dettagliata deriva dalla combinazione di diverse tecnologie che si sono sviluppare nel ventunesimo secolo e che danno ora la possibilità ad ogni dispositivo di poterle comunicare in tempo reale. Grazie alle caratteristiche sopracitate di correlare con immediatezza le informazioni al singolo dispositivo e alla sua posizione geografica, è considerata tra i più rivoluzionari campi di sviluppo in ambito sociale ed economico, pur avendo potenziali problemi legati alla privacy e libertà individuale di non semplice soluzione. In questa tesi analizzerò i vari metodi di posizionamento fino ad oggi studiati, sia indoor (all’interno di edifici) che outdoor (all’esterno). Nel primo capitolo il documento presenta una riflessione storica sull’evoluzione del concetto di localizzazione, partendo dai primi tentativi di navigazione, fino ad arrivare ai più moderni sistemi tecnologici. Nel terzo e quarto capitolo esploro le tecniche esistenti rispettivamente per situazioni indoor e outdoor, tra cui GPS, localizzazione cellulare, sistemi a infrarossi, sistemi a onde radio e a ultrasuoni.Mi soffermerò inoltre sui vantaggi offerti da nuovi dispositivi con gli smartphones. Nel quinto capitolo analizzerò le caratteristiche di ogni istema, comparandole tra di loro. Farò poi riferimento ad alcuni casi reali di utilizzo di tali tecnologie, prima di concludere con alcune considerazioni personali.

Le officine reggiane: Memoria ed evoluzione di un'area industriale

Le ex Officine Reggiane si trovano nell’Area Nord di Reggio Emilia e si inseriscono all’interno del progetto di riqualificazione indetto dall’Amministrazione Comunale e descritto nel Piano Strutturale Comunale 2011. Il tema affrontato in questa tesi, elaborato all’interno del Laboratorio di laurea in Architettura sostenibile, si sviluppa su due scale: quella urbana e quella architettonica. In primo luogo il progetto definisce delle strategie di intervento per la riqualificazione della ‘area Reggiane, esplicitate attraverso un masterplan; poi approfondisce parte di un fabbricato e lo spazio aperto adiacente. Attività svolte e risultati conseguiti. Per prima cosa si sono svolte delle analisi morfologiche e geografiche di Reggio Emilia e una lettura approfondita del PSC 2011 al fine di comprendere le strategie dell’Amministrazione e le principali linee di sviluppo della città. In un secondo momento si è passati all’analisi diretta dell’area ex Officine Reggiane, acquisendo informazioni sulla sua storia e sulla sua conformazione. Questo è stato possibile attraverso la lettura di documenti e alle visite in loco. Sulla base dei dati ottenuti e constatata la vocazione dell’area è stato possibile formulare un’idea di masterplan. Successivamente abbiamo approfondito parte del fabbricato 15 a, uno degli edifici a sud-ovest dell’area. Il progetto vero e proprio è stato proceduto da una fase di rilievo ed è sfociato nell’ideazione di una biblioteca e di spazi di coworking inseriti all’interno del fabbricato esistente; parallelamente abbiamo dato una possibile configurazione allo spazio aperto ad est del blocco analizzato. L’edificio della biblioteca è stato approfondito al dettaglio. In ogni fase siamo state supportate da strumenti per la valutazione del comfort indoor e outdoor.