Modello di simulazione per l’analisi delle criticità di un nuovo reparto di confezionamento: il caso Orogel Società Cooperativa Agricola

L’elaborato in questione tratta la creazione, lo sviluppo e l’utilizzo di un modello di simulazione volto a simulare il funzionamento futuro di un reparto di confezionamento di vegetali surgelati, ad oggi ancora in fase di costruzione. L’obiettivo di questo modello è quello di individuare ed analizzare a priori le possibili criticità e i possibili colli di bottiglia che potrebbero verificarsi in seguito alla messa in funzione del nuovo impianto. Il modello di simulazione sarà quindi uno strumento di supporto alle decisioni che permetterà, all’azienda Orogel, di indirizzare al meglio i propri investimenti e di risparmiare tempo e costi in fase di avvio dell’impianto. Il modello, creato per mezzo del software Plant Simulation, è stato dapprima validato simulando ordini di produzione realmente realizzati dall’azienda in passato. Successivamente, a seguito di un riscontro positivo sul funzionamento del modello, si è passati al suo utilizzo. Sono state, quindi, eseguite simulazioni riferite sia al funzionamento nominale dell’impianto sia a possibili scenari alternativi come, ad esempio, un aumento delle battute della linea. È seguita una fase di analisi dei risultati nei diversi scenari. Quello che si è riscontrato è che, durante il funzionamento nominale, non vi sono particolari criticità mentre, in determinati scenari alternativi, sono stati individuati alcuni colli di bottiglia. Sono state, dunque, suggerite possibili soluzioni per fronteggiare tali problematiche.

Analisi fem, simulazione e sperimentazione di un azionamento brushless con convertitore boost integrato per DC fast charge

L'elaborato analizza il funzionamento di un integrated boost converter, operante come sistema di interfaccia per la ricarica di un veicolo elettrico operante a 800V con la colonnina di ricarica a 400V. Il convertitore utilizza le fasi dell'azionamento di trazione come induttanze di filtro. Mediante un’analisi agli elementi finiti sono stati estratti i parametri del motore elettrico di un veicolo stradale operante a 800V. Il funzionamento del convertitore è studiato in ciascuna delle configurazioni proposte in ambiente Simulink. Poi, sono state individuate le posizioni che permettono il funzionamento ottimale del sistema ed infine sono state eseguite le prove a banco per verificare le previsioni dei modelli matematici dell'integrated boost converter. Si è quindi ottenuta una configurazione dell'azionamento a bordo del veicolo che permette il trasferimento di energia tra batteria e colonnina di ricarica a tensione inferiore, seppur siano richiesti sviluppi futuri per poter avere una ricarica completa della batteria.

Approccio speditivo per la simulazione di scenari di rotta arginale a supporto della gestione emergenziale

Le aree poste in prossimità di rilevati arginali si trovano esposte ad un rischio idraulico residuale, associato a possibili eventi di piena eccezionali o al cedimento del sistema arginale. La previsione, mitigazione e prevenzione delle conseguenze connesse a questi possibili fenomeni, nonché la loro gestione in tempo reale, rappresentano sfide complesse per le autorità competenti. In questo contesto, l'obiettivo della presente attività di tesi è stato quello di predisporre una metodologia semplificata che, in caso di eventi di piena, potesse offrire una valutazione speditiva del volume esondabile da una ipotetica rotta arginale, senza ricorrere alla modellistica numerica per la quale sono richiesti dati e tempi non sempre disponibili. La metodologia proposta stima un idrogramma sintetico, associato al volume esondabile da una breccia arginale. Le variabili richieste in input sono: l’ipotetica posizione della rotta ed il carico idraulico su di essa (funzione dell’approfondimento della rotta stessa). Lo sviluppo si è basato su dati di scenari di allagamento (con tempo di ritorno 100 anni) associati a brecce analizzate sul fiume Reno mediante modellazione mono- e bi-dimensionale. Gli scenari di allagamento derivanti dagli idrogrammi sintetici sono stati quindi confrontati con le aree di allagamento conseguenti alle rotte precedentemente simulate, in modo da valutarne la corretta riproduzione. I risultati evidenziano una buona riproduzione delle dinamiche e dell’estensione massima degli allagamenti nel caso della stima dell’idrogramma di esondazione semplificato, facendo pertanto apparire la procedura proposta come un valido strumento a sostegno della gestione emergenziale.

Simulazione fluidodinamica e fluidostrutturale di un tratto aortico addominale

L'obiettivo di questo lavoro di tesi è quello di simulare il comportamento di un'aorta addominale con e senza aneurismatica, considerando sia la fluidodinamica del flusso sanguigno, sia lo spostamento elastico meccanico dell'aorta, quindi come il primo fattore influisca sul secondo e viceversa. Questo elaborato si propone pertanto di investigare gli strumenti che permettano di intervenire ed evitare situazioni degenerative in ambito cardiovascolare. Partendo dal caso di aneurisma dell'aorta addominale (AAA) e servendosi di una serie di strumenti computazionali è possibile compiere un confronto tra quadri clinici di diversi pazienti per favorire e facilitare il lavoro di medici e chirurghi, stabilendo una rapida correlazione tra la cattura di immagini in tempo reale dei pazienti attraverso TAC (Tomografia Assiale Computerizzata) e i parametri d’interesse nella formazione di aneurismi. Si fornisce in questo modo al professionista che li osserva un’immediata ed efficiente comprensione del quadro clinico sulla base del quale potrà decidere se e come intervenire.

Calcolo strutturale tramite simulazione agli elementi finiti ed analisi delle criticità di macchinari della linea di prodotto Handling

Questa tesi si propone di analizzare due macchinari della linea di “Handling” della divisione Active di IMA S.p.A., ovvero la macchina “Cyclops” e la macchina “Hercules”. Per entrambe le macchine si vuole svolgere un’analisi completa dei rischi strutturali: si vogliono individuare, infatti, i componenti strutturalmente critici al fine di proporre migliorie e soluzioni per evitare problematiche o danneggiamenti alle macchine. Per l’individuazione delle criticità strutturali, la prima cosa effettuata è stata un’analisi del funzionamento dei macchinari, attraverso uno studio dei singoli componenti e dei loro montaggi, a cui è seguita un’analisi dei carichi e delle sollecitazioni agenti su entrambe le macchine in condizioni di lavoro standard. A valle di queste analisi è stato possibile, quindi, individuare i componenti maggiormente sollecitati e, con l’ausilio di un software di nome Creo Simulate, ovvero un’estensione del software PTC Creo, molto diffuso nell’ambito della progettazione 3D di componenti industriali, sono state eseguite delle simulazioni virtuali di calcolo agli elementi finiti. Dall’analisi dei risultati delle simulazioni eseguite al calcolatore si sono evidenziate le eventuali criticità di ogni componente proponendo modifiche di progettazione, sia in termini di modifica della geometria del componente, sia riguardo a possibili modifiche nella scelta dei materiali. In aggiunta alle simulazioni virtuali, per completezza d’analisi, sono state svolte anche analisi strutturali di tipo analitico per la verifica di collegamenti bullonati e collegamenti saldati e per la verifica a fatica di alberi in rotazione.

Modellazione e simulazione di un processo di produzione per l'industria 4.0

In un mondo in continua trasformazione cresce sempre più il numero delle aziende che hanno colto l’importanza della digitalizzazione dei processi produttivi. Alcune di esse si affidano ad esperti capaci di suggerire soluzioni per ottenere servizi di alta qualità e fruibilità con l’integrazione di sistemi gestionali. Il presente lavoro di tesi ha come obiettivo l’analisi del processo produttivo di una azienda che realizza armadi per stazioni di ricarica elettrica serie terra a colonna. Si compone di sei capitoli, il primo affronta il tema della Simulazione e le sue principali caratteristiche per analizzare un processo di produzione; il secondo esamina i linguaggi, le applicazioni e i modelli di simulazione; il terzo analizza e descrive le peculiarità e le caratteristiche del software utilizzato per la simulazione; il quarto capitolo affronta il tema dell’industria 4.0 spingendo all’innovazione nei sistemi produttivi per raggiungere una produzione del tutto automatizzata e interconnessa; nel quinto viene descritto il modello digitale per ottenere in modo preciso un oggetto fisico, così da avere una Simulazione precisa, infine, il sesto esamina la Simulazione e Modellizzazione come strumento per l’ottimizzazione del processo produttivo riguardante armadi per stazioni di ricarica elettrica serie terra a colonna. Il raggiungimento dell’uso della simulazione come supporto all’analisi dinamica di un processo consente di avere una panoramica complessiva di tutte le operazioni, rappresentando, così un vantaggio per le aziende che possono valutare con oggettività soluzioni progettuali alternative, di cui è difficile prevedere il comportamento, le prestazioni e l’impatto su altri sistemi. Questi risultati sono la risposta alle necessità di disporre strumenti per l’anticipazione, il dimensionamento e il contenimento dei rischi di progetto.

Simulazione numerica di un flusso turbolento bifase

Nel seguente elaborato è stata trattata l’analisi di un flusso bifase, newtoniano, incomprimibile, turbolento attraverso i dati ricavati tramite una simulazione numerica diretta (DNS) del flusso. I due fluidi, aventi le stesse caratteristiche di densità e viscosità, sono stati separati da un’interfaccia caratterizzata da una tensione superficiale costante. Sono quindi stati paragonati i risultati ottenuti da tale simulazione con quelli ricavati da una DNS di flusso bifase precedentemente svolta, avente stesse proprietà dei fluidi ma diversa altezza dell’interfaccia. Attraverso tale confronto, si è notato come la presenza di un’interfaccia abbia modificato in maniera rilevante il comportamento della turbolenza nei pressi di quest’ultima, incrementando la portata volumetrica del flusso. In particolare si è osservato come, ad un maggiore spessore del fluido lubrificante (fluido avente spessore minore tra i due), seguisse una portata volumetrica maggiore.

Development and testing of a virtual energy meter using the Labview Environment

The quantity of electric energy utilized by a home, a business, or an electrically powered device is measured by an electricity meter, also known as an electric meter, electrical meter, or energy meter. Electric meters located at customers' locations are used by electric providers for billing. They are usually calibrated in billing units, with the kilowatt hour being the most popular (kWh). Typically, they are read once each billing cycle. When energy savings are sought during specific times, some meters may monitor demand, or the highest amount of electricity used during a specific time. Additionally, some meters feature relays for load shedding in response to responses during periods of peak load. The amount of electrical energy consumed by users is measured by a Watt-hour meter, also known as an energy meter. To charge the electricity usage by loads like lights, fans, and other appliances, utilities put these gadgets everywhere, including in households, businesses, and organizations. Watts are a fundamental power unit. A kilowatt is equal to one thousand watts. One kilowatt is regarded as one unit of energy used if used for one hour. These meters calculate the product of the instantaneous voltage and current readings and provide instantaneous power. This power is distributed over a period and is used during that time. Depending on the supply used by home or commercial installations, these may be single or three phase meters. These can be linked directly between line and load for minor service measurements, such as home consumers. However, step-down current transformers must be installed for greater loads to handle their higher current demands.

Simulazione e controllo di un motore brushless sinusoidale

Nel presente elaborato si prende in esame il modello di un motore sincrono a magneti permanenti alimentato in bassa tensione, avente BEMF sinusoidale, ed il suo sistema di controllo. Nella trattazione, viene studiato il comportamento del motore sulla base delle equazioni caratteristiche della macchina e del controllo ad orientamento di campo, così da poter mettere in luce i parametri che influenzano direttamente le prestazioni oggetto di interesse in ambito industriale e di ricerca. Si illustra, inoltre, la costruzione di un modello del motore e del suo controllo, considerando il motore s602b402 prodotto da SIBONI, in ambiente di simulazione. Tale modello permetterà di osservare la risposta della macchina ai più comuni ingressi forniti dall’utente, quali posizione e velocità, sulla base della taratura dei regolatori del sistema di controllo. A questo proposito, l'elaborato spiega come ottenere i parametri di macchina, necessari per la simulazione e per identificare il modello del motore, attraverso le prove sperimentali e quali differenze emergono tra i risultati ottenuti dall’ambiente di simulazione e quelli al banco. Questo consente, infine, di verificare l’attendibilità del modello e di fornire spunti per poterne migliorare i risultati in vista di sviluppi futuri.

Simulazione numerica di un getto di idrogeno sottoespanso mediante OpenFOAM

Questa tesi tratta lo studio e l’applicazione di una metodologia per la simulazione di getti gassosi sottoespansi, nello specifico getti di idrogeno in aria. La necessità di questo lavoro nasce dall’esigenza, nel mondo dei trasporti, di abbandonare i combustibili fossili derivati dal petrolio. L’idrogeno, come il metano, viene iniettato in fase gassosa, quindi occorre studiare bene i fenomeni e i meccanismi in gioco per ottimizzare la miscelazione con l’aria. La parte iniziale della tesi riguarda lo studio teorico e generale della letteratura sui getti sottoespansi, con l’obiettivo di capire cosa sono, come si formano, da cosa sono governati e quali sono i loro parametri principali. Successivamente si passa alla loro analisi numerica tramite il software CFD open source OpenFOAM. Le analisi condotte hanno permesso di valutare l’impiego di diversi approcci di modellazione al fine di trovare quello ottimale. Sono stati testati differenti risolutori (rhoCentralFoam, rhoPimpleFoam e reactingFoam), diverse configurazioni della mesh (wedge 2-D, empty 2-D e cyclic 3-D) e diversi modelli di turbolenza (k − ϵ, RNG k − ϵ e k − ω SST).

Sviluppo di modelli dinamici per la simulazione del volo di aerei leggeri elettrici

Il presente lavoro di tesi si pone come obiettivo l’individuazione di modelli matematici che possano essere utilizzati per la configurazione di simulatori di volo aerei elettrici dell’aviazione generale. In particolare, sono state trovate in letteratura delle formule da utlizzare per modellare eliche, motori elettrici di varie tipologie e batterie. Per meglio comprendere l’impatto dell’adozione dei motori elettrici sui velivoli dell’aviazione generale sono stati effettuati dei confronti di dati, in cui si è preso come riferimento il motore a combustione interna Continental O-300 montato sui Cessna C172. Successivamente, sono stati implementati i modelli dinamici in Simulink di motori elettrici che potrebbero sostituire il motore a combustione interna sopra citato. Sono, poi, state eseguite alcune comparazioni tra i risultati ottenuti in termini di spinte ottenibili, potenze e autonomie, e numero di giri di rotazione dell’elica per diversi motori elettrici. Per effettuare le simulazioni è stato utilizzato il software Simulink: ambiente in cui sono stati sviluppati modelli dinamici di propulsione sia tradizionale che elettrica. Nella parte conclusiva della tesi, sono riportate alcune considerazioni volte a stimare l'autonomia di un velivolo simile al Cessna C172, in cui si sotituisce il motore a combustione interna con un motore elettrico a parità di peso massimo al decollo e l’andamento di quest'ultimo in funzione dell’autonomia per un velivolo elettrico. I risultati ottenuti da queste ultime simulazioni suggeriscono che la conversione ad elettrico è attualmente critica in quanto la ridotta densità di energia delle batterie porta ad un significativo decadimento dell'autonomia generale.

Development of instrumentation for amperometric and coulometric detection using ultramicroelectrodes

In this work it is presented the development of a simple, portable and inexpensive instrumentation for amperometric and coulometric detection in different analytical instrumentation systems utilizing ultramicroelectrodes. The software, developed in LabVIEW 7.1TM, is capable to carry out three main detection techniques (amperometric, pulsed amperometric and coulometric detection) and a voltammetric technique (cyclic voltammetry). The instrumentation was successfully evaluated using the following systems: cyclic voltammograms of metallic electrodes in alkaline solutions, flow electrochemical detection of glucose and glycine and direct determination of herbicide glyphosate (electrochemical detection coupled to HPLC).

A fieldbus simulator for training purposes

This article presents a fieldbus simulation platform and its remote access interface that enables a wide range of experiments, where users can configure operation sequences and procedures typical of Foundation Fieldbus systems. The simulation system was developed using LabVIEW, with requisites of deterministic execution, and a course management work frame web server called Moodle. The results were obtained through three different evaluations: schedule table execution, simulator functionality and finally, simulator productivity and achievement. The evaluation attests that this new tool is feasible, and can be applied for fieldbus automation systems training purposes, considering the robustness and stability in tests and the positive feedback from users. (C) 2008 ISA. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Mock circulatory system for the evaluation of left ventricular assist devices, endoluminal prostheses, and vascular diseases

A new digital computer mock circulatory system has been developed in order to replicate the physiologic and pathophysiologic characteristics of the human cardiovascular system. The computer performs the acquisition of pressure, flow, and temperature in an open loop system. A computer program has been developed in Labview programing environment to evaluate all these physical parameters. The acquisition system was composed of pressure, flow, and temperature sensors and also signal conditioning modules. In this study, some results of flow, cardiac frequencies, pressures, and temperature were evaluated according to physiologic ventricular states. The results were compared with literature data. In further works, performance investigations will be conducted on a ventricular assist device and endoprosthesis. Also, this device should allow for evaluation of several kinds of vascular diseases.

Cardiovascular Simulator Improvement: Pressure Versus Volume Loop Assessment

This article presents improvement on a physical cardiovascular simulator (PCS) system. Intraventricular pressure versus intraventricular volume (PxV) loop was obtained to evaluate performance of a pulsatile chamber mimicking the human left ventricle. PxV loop shows heart contractility and is normally used to evaluate heart performance. In many heart diseases, the stroke volume decreases because of low heart contractility. This pathological situation must be simulated by the PCS in order to evaluate the assistance provided by a ventricular assist device (VAD). The PCS system is automatically controlled by a computer and is an auxiliary tool for VAD control strategies development. This PCS system is according to a Windkessel model where lumped parameters are used for cardiovascular system analysis. Peripheral resistance, arteries compliance, and fluid inertance are simulated. The simulator has an actuator with a roller screw and brushless direct current motor, and the stroke volume is regulated by the actuator displacement. Internal pressure and volume measurements are monitored to obtain the PxV loop. Left chamber internal pressure is directly obtained by pressure transducer; however, internal volume has been obtained indirectly by using a linear variable differential transformer, which senses the diaphragm displacement. Correlations between the internal volume and diaphragm position are made. LabVIEW integrates these signals and shows the pressure versus internal volume loop. The results that have been obtained from the PCS system show PxV loops at different ventricle elastances, making possible the simulation of pathological situations. A preliminary test with a pulsatile VAD attached to PCS system was made.