Proprietà meccaniche ottenibili tramite Additive Manufacturing

Da anni è iniziata la quarta rivoluzione industriale che ha portato all’industria 4.0 e che, a differenza delle precedenti, è trainata da diverse tecnologie, tra cui l’Additive Manufacturing (AM). Lo scopo della tesi è quello di analizzare i prodotti ottenuti tramite AM e le loro proprietà meccaniche (resistenza a trazione, durezza, vita a fatica…) per paragonarli con quelli ottenuti tramite metodi convenzionali (fonderia, lavorazione alle macchine utensili…). Il primo capitolo introduttivo presenta le principali caratteristiche del processo, tra cui: i materiali utilizzati, i parametri, i vantaggi e gli svantaggi rispetto ai tradizionali metodi produttivi e l’evoluzione della tecnologia. Il secondo capitolo tratta più in particolare degli acciai, delle leghe di alluminio e di titanio, illustrando le principali tecnologie utilizzate e l’influenza dei parametri di processo e mette, poi, in relazione la microstruttura che si crea in seguito ad AM con le proprietà meccaniche ottenibili, anche in virtù di post-trattamenti. Nel terzo capitolo sono esaminati i materiali polimerici. Vengono illustrate le principali tecnologie utilizzate e le proprietà meccaniche ottenibili in relazione alla materia prima utilizzata e ai parametri di processo. Infine, sono valutati gli effetti del rinforzo in fibra sulle proprietà meccaniche. Nel capitolo finale, si traggono le conclusioni sull’utilità dell’AM per capirne l’importante ruolo all’interno della fabbricazione. Si analizza brevemente il mercato italiano relativo alle tecnologie additive e si fa un accenno a quelli che potrebbero essere gli sviluppi nei prossimi anni.

Effetto del trattamento con acqua attivata al plasma sulla qualita della rucola durante lo stoccaggio

L’acqua attivata al plasma (PAW), ottenuta esponendo una soluzione d’acqua al plasma freddo, è recentemente emersa come un’alternativa promettente per la decontaminazione degli alimenti freschi in sostituzione all’uso dei tradizionali disinfettanti al cloro. Lo scopo della tesi è stato quello di valutare l’effetto dei lavaggi con PAW su foglie di rucola (Eruca sativa), già testati per la decontaminazione microbica, sulle caratteristiche qualitative del prodotto durante lo stoccaggio. La PAW è stata ottenuta tramite un generatore ad alta tensione collegato ad un elettrodo a corona operante con una scarica di 12 kV a 5 Hz su acqua distillata per 60 secondi. I lavaggi con PAW per 2, 5 e 10 minuti sono stati confrontati con dei lavaggi attuati con acqua distillata non trattata ed una soluzione di ipoclorito di sodio (100 ppm). Durante la conservazione è stata monitorata l’evoluzione della composizione dello spazio di testa delle buste, il contenuto di sostanza secca, il grado di appassimento e le modifiche inerenti al colore delle foglie. I risultati hanno mostrato come i principali parametri qualitativi non siano risultati significativamente modificati a seguito dell’ immersione nella PAW, rispetto al trattamento con acqua distillata o con la soluzione di ipoclorito di sodio. Nel complesso, i risultati sperimentali hanno evidenziato come la PAW sia una tecnologia promettente, nonostante ciò, è necessario condurre ulteriori studi al fine di ottimizzare i parametri di processo.

Re-wetting potential of limestone filter cakes under mechanical decompression

During pressure filtration, the filter cake can experience deformation. When the filter cake exhibits elastic rheological behaviour, it expands while the pressure is released and, if adjacent liquid is present, re-wetting may occur. Such an expanding filter cake can pick up liquid already removed, worsening solid-liquid separation performances. Undesired phenomena such as filter cake re-wetting run contrary to solid-liquid separation performances and, specifically, to the separation target of obtaining a high dry solid content. At the industrial level, even a small quantity of liquid that can be additionally removed is beneficial. Re-wetting phenomenon is investigated using two different limestone materials and different filters and felts, respectively. Water storage capacity of filters and felts and elastic properties of filters, felts, and filter cakes are investigated. The elastic tests performed show that the filters and the felts are non-linear viscoelastic materials and can have a potential for re-wetting, while the limestone filter cakes are not showing measurable elastic deformation under decompression. However, during a filtration test an additional felt layer placed under the filter seems to result in a slightly higher cake dryness, i.e., an increase of the cake dryness by around 1% only. This difference may not be attributed to the re-wetting effect.

Study and characterization of low molecular weight polymer solutions for application in lubricating oils

The aim of this thesis is to evaluate the possibility of using short linear polymer chains as additives in lubricating oil applications. Through previous works, it has been seen that they are particularly resistant to mechanical degradation, which is the main reason why lubricating oils need to be changed after a while. This is the main reason why they could be proposed as alternatives in the market. The results of this work have been split into two major phases: the first concentrated on characterizing a target product obtained through thermal degradation, starting from the original long chain parent polymer, and the second focused on the technological advancement of heat exchangers. Through the studies carried out, we’ve characterized our innovative polymers and the solutions made with them and base oil at different concentrations. The most promising result is that these short random coiled polymeric chains obey to a more general universal function which express the value of specific viscosity as function of a dimensionless quantity c/c*. For the design of the unit operation, several alternatives were proposed and these all shared the same final goal: cooling the polymer without the presence of oxygen to avoid oxidation and formation of unwanted substances. We’ve analyzed the main difficulties related to the presence of these highly viscous substances and, more importantly, how to deal with this situation (e.g. by considering radial static mixer or even more complex conformations).

Effetto della sabbiatura sul comportamento a fatica della lega AlSi10Mg prodotta con Laser Powder Bed Fusion e trattata termicamente

La tesi in oggetto ha lo scopo di determinare l’effetto della sabbiatura sul comportamento a fatica della lega AlSi10Mg prodotta mediante Laser Powder Bed Fusion e trattata termicamente. I parametri di processo e di trattamento termico (T5 e T6) sono stati precedentemente ottimizzati. Al fine di determinare l’effetto della sabbiatura su topografia superficiale e microstruttura dei campioni, si sono condotte molteplici analisi avvalendosi di strumenti quali profilometria, microscopia ottica ed in scansione, analisi di tensioni residue con diffrazione a raggi X e prove di durezza. Attraverso prove di fatica per flessione rotante, eseguite secondo il metodo Stair-Case per la determinazione della resistenza a fatica, e successiva caratterizzazione delle superfici di frattura si vuole correlare il difetto killer, ossia quello responsabile del cedimento per fatica, alle caratteristiche morfologiche e microstrutturali. Il difetto killer viene caratterizzato in termini di dimensione e distanza dalla superficie e per mostrare la relazione fra la dimensione del difetto killer e la resistenza a fatica si adotta il diagramma di Kitagawa-Takahashi con modellazione di Murakami ed EL Haddad. Si è evidenziato che tutti i difetti killer sono riconducibili a lack-of-fusion con dimensione superiore ai 100 μm ad una profondità compresa fra i 150 e i 200 μm, indipendentemente dal trattamento termico o meccanico applicato. In termini di fatica si osserva che il trattamento T6 conferisce al materiale migliori proprietà rispetto a quello T5. Il processo di sabbiatura, confrontato con quello di lucidatura superficiale, ha portato a miglioramenti in termini di durezza e tensioni residue di compressione, ma si è rivelato quasi ininfluente sulla resistenza a fatica. Sulla base di quanto sopra, si conferma la possibilità di applicazione della sabbiatura in ambito industriale a componenti meccanici, anche in sostituzione della lucidatura, ottenendo un beneficio anche economico.

Consequences associated to the boiling liquid expanding vapour explosion for liquid hydrogen tanks: assessment and mitigation

Nowadays the urgency to address climate change and global warming is growing rapidly: the industry and the energy sector must be decarbonized. Hydrogen can play a key role in the energy transition: it is expected to progressively replace fossil fuels, penetrating economies and gaining interest from the public. However, this new possible energy scenario requires further investigation on safety aspects, which currently represent a challenge. The present study aims at making a little contribution to this field. The focus is on the analysis and modeling of hazardous scenarios concerning liquid hydrogen. The investigation of BLEVEs (Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion) consequences lies at the core of this research: among various consequences (overpressure, radiation), the interest is on the generation and projection of fragments. The goal is to investigate whether the models developed for conventional fuels and tanks give good predictions also when handling hydrogen. The experimental data from the SH2IFT - Safe Hydrogen Fuel Handling and Use for Efficient Implementation project are used to validate those models. This project’s objective was to increase competence within safety of hydrogen technology, especially focusing on consequences of handling large amounts of this substance.

Characterization Of Single Use Reactor Used For The Manufacturing Of Formulated Products Within The Pharmaceutical Industry

Mixing is a fundamental unit operation in the pharmaceutical industry to ensure consistent product quality across different batches. It is usually carried out in mechanically stirred tanks, with a large variety of designs according to the process requirements. A key aspect of pharmaceutical manufacturing is the extensive and meticulous cleaning of the vessels between runs to prevent the risk of contamination. Single-use reactors represent an increasing trend in the industry since they do not require cleaning and sterilization, reducing the need for utilities such as steam to sterilize equipment and the time between production batches. In contrast to traditional stainless steel vessels, single-use reactors consist of a plastic bag used as a vessel and disposed of after use. This thesis aims to characterize the fluid dynamics features and the mixing performance of a commercially available single-use reactor. The characterization employs a combination of various experimental techniques. The analysis starts with the visual observation of the liquid behavior inside the vessel, focusing on the vortex shape evolution at different impeller speeds. The power consumption is then measured using a torque meter to quantify the power number. Particle Image Velocimetry (PIV) is employed to investigate local fluid dynamics properties such as mean flow field and mean and rms velocity profiles. The same experimental setup of PIV is exploited for another optical measurement technique, the Planar Laser-Induced Fluorescence (PLIF). The PLIF measurements complete the characterization of the reactor with the qualitative visualization of the turbulent flow and the quantitative assessment of the system performance through the mixing time. The results confirm good mixing performances for the single-use reactor over the investigated impeller speeds and reveal that the filling volume plays a significant role in the fluid dynamics of the system.

Verification of rupture disc sizing of Acrylic Reactor

The primary goal of this thesis is to verify the rupture disc sizing of the acrylic reactor. Primarily the test to check the sizing was divided into several stages. It went on to examine ideas to explain the concern and ethical ways, as well as remedies and suggestions to solve the issues and difficulties that were discovered. This thesis will highlight the gathering and arranging of reaction data (recipe composition, enthalpies, reaction temperature, and catalyst feeding times) of the products to be chosen, in accordance with pre-established criteria. To collaborate with the research and development team in the lab to carry out calorimetric testing for the important recipes that have been identified. The verification of the currently installed Rupture Discs in the plant based on the calorimetric test findings is the final stage. This thesis used two separate calorimetry techniques: Phi-TEC II adiabatic calorimetry and differential scanning calorimetry (DSC). The target of the experiment is to check and confirm the correct size of the reactor rupture disc. Arkema (Boretto/Coatex) plant (Emilia romagna) provided a recipe and a scenario following multiple meetings and discussions. The purpose of this technical paper is to describe the outcomes of adiabatic calorimetry performed at the lab scale so that the computation of the vents for a particular recipe and scenario can be verified.

Effect of Pulsed Electric Field in combination with Vacuum Drying on quality of Thai basil leaves.

Il progetto di questa tesi ha l’obiettivo di analizzare l’effetto dei Campi Elettrici Pulsati (PEF) sulla qualità delle foglie di basilico tailandese, essiccate sottovuoto. Nell’esperimento sono stati utilizzati i Campi Elettrici Pulsati a elettroporazione reversibile, come pretrattamento di essiccazione, e si è visto come questi influenzino la durata del trattamento di essiccazione. Dai risultati si può notare che essi riducono il tempo di processo in campioni sottoposti a 20°C, ma all’aumentare della temperatura tale effetto sembra essere meno significativo, come si può osservare già a 40°C. Una volta che le foglie sono state esposte ai Campi Elettrici Pulsati, vengono lasciate a riposo per 24 ore in un ambiente umido a temperatura ambiente prima di essere essiccate, per raggiungere buoni risultati qualitativi. I campioni, così analizzati, hanno una buona capacità di reidratazione, una bassa conduttività durante il processo di reidratazione e preservano meglio il colore durante l’esperimento, rispetto alle foglie che non sono state sottoposte ai Campi Elettrici Pulsati, né alle successive 24 ore di riposo.

Salume arricchito in acidi grassi polinsaturi omega-3: controllo delle caratteristiche sensoriali in relazione ad un possibile incremento di ossidabilità della frazione lipidica durante la shelf-life.

Questa relazione finale è stata frutto di un lavoro sperimentale svolto in collaborazione con un’azienda del territorio ed ha avuto come obiettivo principale quello di verificare i parametri qualitativi e compositivi di una nuova tipologia di salume in fase di studio. L’azienda sta studiando una nuova tipologia di “prodotto funzionale” addizionando componenti ad attività nutraceutica al salame ottenuto da sole parti magre di suino. L’intenzione dell’azienda è di arricchire il proprio prodotto con acidi grassi polinsaturi della serie omega-3 (da olio di semi di lino), noti per gli effetti benefici che possono esercitare sulla salute umana. A questo scopo, sul prodotto di nuova formulazione (ed in parallelo sul prodotto a formulazione classica e su un prodotto del tutto simile commercializzato da un’altra azienda) sono state effettuate sia la determinazione della percentuale lipidica, al fine di individuare il quantitativo totale di grasso, che una caratterizzazione gascromatografica del profilo quali-quantitativo in acidi grassi, analsi fondamentale per verificare la conformità con i requisiti indicati dal Reg. 1924/06, e successive modifiche, previsti per le indicazioni da inserire in etichetta (claims). Inoltre, è stato importante controllare che la concentrazione voluta di acido alfa-linolenico si mantenga tale durante tutto il periodo di shelf-life del prodotto (45 gg), perciò per soddisfare quest’ultima finalità, le analisi sono state eseguite sia all’inizio (T0) che alla fine (T1) della vita commerciale del prodotto. E’ apparso poi fondamentale monitorare un possibile decadimento/modifica della qualità organolettica del prodotto di nuova formulazione, a causa del possibile aumento di ossidabilità della frazione lipidica causata da una maggiore presenza di acidi grassi polinsaturi; ed infine, con l’intento di verificare se la nuova formulazione potesse comportare una variazione significativa delle caratteristiche sensoriali del prodotto, sono stati condotti un test descrittivo quantitativo (QDA), in grado di descrivere il profilo sensoriale del prodotto ed un test discriminante qualitativo (metodo triangolare) capace di valutare l’eventuale comparsa di cambiamenti in seguito alle modifiche apportate al prodotto; per ultimo è stato poi eseguito un test affettivo quantitativo (test di preferenza, condotto su scala di laboratorio) in grado fornire informazioni sul gradimento e di evidenziare i principali vettori che guidano le scelte dei consumatori. I risultati delle analisi chimiche e sensoriali, eseguite per soddisfare tali richieste, hanno evidenziato come il salume presenti un quantitativo di tali acidi grassi polinsaturi in linea con il claim “Alimento fonte di acidi grassi omega-3”, (requisiti indicati dal Reg. 1924/06 e successive modifiche), risultato confermato sia all’inizio che al termine della vita commerciale del prodotto (pari a circa 45 giorni). Inoltre, esso risulta essere piuttosto interessante dal punto di vista nutrizionale, poiché caratterizzato da un contenuto di grasso per la categoria dei salumi, relativamente limitato, pari a circa il 15%, con percentuali più favorevoli in acidi grassi insaturi. L’analisi del profilo sensoriale condotta ad inizio shelf-life ha invece evidenziato come questa tipologia di prodotto sia caratterizzata sia al gusto che all’olfatto da note più sapide e speziate , oltre ad una maggiore consistenza della fetta, rispetto agli altri campioni analizzati, mentre i risultati relativi al termine della shelf-life hanno evidenziato come esso tenda ad essere soggetto ad alterazioni sensoriali rilevabili proprio al termine della fase di conservazione dovute nello specifico alla formazione di composti responsabili dell’odore di rancido. I test discriminanti, condotti con giudici non allenati, non hanno invece fatto registrare differenze sensoriali significative tra il prodotto con formulazione classica e quello di nuova formulazione, confrontati ad inizio e a fine shelf-life. Riassumendo, dai risultati ottenuti da questo lavoro sperimentale, il prodotto di nuova formulazione, arricchito in acidi grassi polinsaturi della serie omega-3, risulta essere in linea con il claim “Alimento fonte di acidi grassi omega-3”, presenta in generale un contenuto di grasso totale inferiore a quello di altre tipologie di salumi ed un rapporto più favorevole tra acidi grassi insaturi e saturi, per questo può essere considerato un prodotto interessante dal punto di vista della salute e della nutrizione. Proprio per la sua formulazione più ricca in acidi grassi polinsaturi, tende però a fine shelf-life a presentare una leggera nota di rancido, riconducibile ad una maggiore ossidabilità della frazione lipidica. Tale variazione sensoriale è risultata comunque percepita solo da un panel allenato, mentre un test di tipo discriminante, condotto con giudici non allenati, non ha messo in luce differenze significative tra il salume di nuova formulazione e quello con formulazione classica né all’inizio, né al termine della vita commerciale del prodotto.

Salume arricchito in acidi grassi polinsaturi omega-3: controllo di parametri chimici qualitativi e compositivi in relazione ad un possibile incremento di ossidabilita’ della frazione lipidica durante la shelf-life

Questa relazione finale è incentrata sul lavoro sperimentale richiesto dalla collaborazione con l’azienda Natural Salumi ed ha come obiettivo principale quello di verifica dei parametri qualitativi e compositivi di una nuova tipologia di salume in fase di studio. L’azienda ha infatti messo a punto un nuovo “prodotto funzionale” addizionando componenti aventi attività nutraceutica al salame ottenuto da sole parti magre di suino (tipo NaturalFetta) e si propone di arricchire il proprio prodotto con acidi grassi polinsaturi della serie omega-3 (da olio di semi di lino), noti per gli effetti benefici esercitati sulla salute umana. Sul prodotto di nuova formulazione si effettueranno sia la determinazione della percentuale lipidica mediante metodo ufficiale Soxhlet ed automatizzato Soxtec, al fine di individuare il quantitativo totale della parte grassa, che una caratterizzazione del profilo quali-quantitativo in acidi grassi, fondamentale per verificare la conformità con i requisiti indicati dal Reg. 1924/06 (e successivi come il Reg. UE 432/2012) previsti per le indicazioni da inserire in etichetta (claims) per i prodotti arricchiti con acidi grassi polinsaturi (PUFA). La determinazione del profilo in acidi grassi e, nello specifico, del contenuto in acido -linolenico, sarà realizzata mediante gascromatografia previa estrazione della frazione lipidica dei salumi con metodo di Folch modificato, che prevede un'estrazione solido-liquido. La concentrazione di acido alfa-linolenico sarà inoltre monitorata durante tutto il periodo di shelf-life del prodotto (45 gg) al fine di valutare eventuali variazioni durante la conservazione. Per soddisfare quest’ultima finalità, le analisi saranno eseguite sia all’inizio (T0) che alla fine (T1) della vita commerciale del prodotto. Le stesse analisi verranno inoltre condotte sia sul prodotto a formulazione classica che su un prodotto del tutto simile, commercializzato da un’altra azienda e considerato come leader di mercato. In relazione ad un possibile aumento di ossidabilità della frazione lipidica, sarà realizzato un controllo dei parametri chimici, qualitativi e compositivi, con particolare riferimento ai prodotti di ossidazione del colesterolo (date le loro implicazioni in ambito biomedico). La maggiore presenza in formulazione di acidi grassi polinsaturi potrebbe infatti favorire un incremento dei COPs (Cholesterol Oxidation Products), che saranno separati, identificati e quantificati mediante la procedura SPE/GC-MS (estrazione e purificazione in fase solida accoppiata ad analisi gascromatografica con rivelazione mediante spettrometria di massa).

Profilo psicopatologico e qualità della vita in bambini e adolescenti narcolettici: studio caso-controllo

Scopo del nostro lavoro è stato descrivere ed inquadrare gli aspetti psico-comportamentali e la qualità di vita della narcolessia in età evolutiva. Metodi: Abbiamo pertanto disegnato uno studio caso-controllo comprendente 30 pazienti narcolettici, 39 epilettici, e 39 controlli sani, appaiati per sesso e età. Risultati: La nostra popolazione di bambini e adolescenti affetti da narcolessia mostra un aumento delle problematiche internalizzanti. I due gruppi patologici hanno in comune punteggi più elevati rispetto ai controlli per i disturbi d’ansia, le difficoltà attentive e di socializzazione, i disturbi oppositivo-provocatori. Ciò che distingue, invece, i pazienti narcolettici, sono gli aspetti di ritiro e depressione, la tendenza alla somatizzazione, i problemi del pensiero ed i disturbi affettivi. Fattori di rischio psicopatologici per i giovani narcolettici sono risultati essere l’esordio precoce, il ritardo diagnostico, il sonno notturno disturbato, la minor latenza di sonno all’addormentamento, un maggior numero di SOREMP all’MSLT. Dall’altro lato la terapia farmacologica, un maggior numero di sonnellini spontanei e la durata di malattia, sembrano influenzare positivamente l’evoluzione comportamentale. La salute psicosociale dei giovani narcolettici, inoltre, risulta essere peggiore rispetto ai controlli sani, mentre la salute fisica non mostra differenze. I problemi internalizzanti influenzano negativamente tutti gli ambiti della salute di questi ragazzi, mentre la durata di malattia sembra migliorare il funzionamento scolastico. Conclusioni: Il nostro lavoro conferma che i giovani narcolettici presentano un maggior rischio psicopatologico sia rispetto ai controlli sani sia rispetto un’altra patologia neurologica cronica. Se da un lato alcuni aspetti comportamentali possono essere giustificati come una reazione adattativa verso una patologia neurologica invalidante, dall’altro un quadro distimico caratterizzato da ritiro e lamentele somatiche, sembra essere tipico dei bambini ed adolescenti narcolettici.

Progettazione di un circuito per il controllo delle correnti nelle batterie ricaricabili

La tesi in oggetto affronta il problema di realizzare un circuito per la gestione della corrente di una batteria ricaricabile. Il circuito esegue fasi di carica e scarica a corrente costante e programmabile. La batteria impiegata nel sistema è considerata carica a 5 V e scarica a 3 V. Un'alimentazione di 15 V viene fornita da una fonte esterna. Per la progettazione del circuito di carica, viene studiato il transitorio della batteria da 3 V a 5 V. Il circuito di scarica effettua invece il comportamento opposto, facendo fluire corrente dalla batteria, che decresce da 5 V a 3 V, con il flusso di potenza diretto verso l'alimentazione esterna. Entrambe le fasi vengono effettuate in maniera programmabile: variando la tensione di un MOSFET a canale p viene fornita la corrente costante scelta in un intervallo che varia da 100 mA a 5 A, come richiesto dalle specifiche di progetto. Per selezionare in quale modalità deve operare il circuito, si è utilizzata una rete a pass transistor. I convertitori posti a monte del circuito e la logica pass transistor sono stati impiegati nel circuito per la loro semplicità di impiego. Tali scelte, in un secondo momento, potranno esser riviste per impiegare soluzioni migliori e più efficienti. Il circuito realizzato soddisfa le specifiche di progetto.

Caratterizzazione tribologica in regime lubrificato di laminati d’alluminio

Il presente elaborato si focalizza sulla tribologia delle leghe di alluminio nell’ambito dei processi di laminazione a freddo. Si analizzano in primo luogo la meccanica sollecitativa, i campi deformativi e le velocità del processo produttivo. Viene descritto dunque il fenomeno dell’attrito e i relativi meccanismi, per poi procedere con la contestualizzazione di tali concetti nell’ambito della tribologia della laminazione. Contestualmente si identificano le caratteristiche e i requisiti dei lubrificanti impiegati in questo settore industriale. Si procede infine con indagini tribologiche di tipo pin-on-disk su diverse tipologie di lubrificanti e in differenti regimi di temperatura. È possibile in questo modo valutare l’effetto dei fluidi lubrificanti sul coefficiente d’attrito e sull’addensamento dei detriti di usura.