Controllo della combustione nei motori alimentati a idrogeno

L’idrogeno utilizzato nei motori a combustione interna potrebbe rappresentare il ponte in grado di fornire tempo e spazio per la completa transizione all’elettrico. L’idrogeno ha tutte le carte in regola per assumere un ruolo di primaria importanza nel contesto odierno: infatti, miscelandosi con l’aria e affrontando la combustione, elimina tutte le emissioni di CO, CO2 e HC, lasciando solo le emissioni di NOx. In più permetterebbe di utilizzare una tecnologia già conosciuta e studiata, cioè il motore a combustione interna. In questo elaborato sono trattate le caratteristiche dell’idrogeno come combustibile e confrontate le due possibili configurazioni per un motore a idrogeno con accensione comandata (DI e PFI), arrivando così ad affrontare l’aspetto principale dell’elaborato, cioè il controllo della combustione in questo tipo di motore.

Metodologie per la progettazione di eliche aeronautiche

Studio dei metodi di progettazione per lo sviluppo di eliche aeronautiche. Come caso di studio è stata scelta la progettazione di un’elica che ottimizzi le prestazioni del Risen, prodotto dalla Porto Aviation Group. Questo ultraleggero monta motore Rotax915IS, che eroga una potenza considerevolmente maggiore rispetto ai motori adottati in precedenza: sono state, quindi, progettate una serie di eliche in grado di convertire in maniera efficiente la coppia ricevuta in spinta nelle diverse fasi di volo del velivolo. E' incluso nella tesi uno studio di sensitività in cui è stato verificato come varia la spinta in funzione dei diversi parametri costruttivi dell'elica aeronautica. Lo sviluppo dell’elica avviene attraverso il seguente percorso: 1) definizione parametri di volo e funzionamento motore del velivolo a cui accoppiare l'elica, 2) studio delle prestazioni dell'aereo con le eliche già disponibili così da potere validare i calcoli, 3) stima delle prestazioni dell'aereo in seguito a variazioni delle caratteristiche geometriche della pala; 4) sintesi caratteristiche costruttive per ottenere una pala in grado di fornire prestazioni soddisfacenti in ogni fase del volo. Gli studi sono stati supportati da analisi su codici software commerciali, al fine di valutare l’influenza dei parametri costruttivi sulle prestazioni del velivolo a cui viene accoppiata l'elica. Lo studio ha condotto allo sviluppo di cinque pale, una delle quali presenta ottime prestazioni.

Sviluppo di un modello matematico per il controllo della massa iniettata da un iniettore GDI benzina ad alta pressione

Una delle principali sfide odierne è la volontà di ridurre l’impatto ambientale, causato dalle attività umane, riducendo le emissioni inquinanti. Per questo motivo, negli ultimi anni, i requisiti di omologazione dei motori a combustione interna sono diventati sempre più selettivi, evidenziando la necessità di utilizzare nuove e più avanzate tecnologie. Tra le possibili alternative, le nuove tecnologie che forniscono i risultati più promettenti sono le cosiddette Low Temperature Combustions (LTC). Una di esse è la Gasoline Compression Ignition (GCI) che è caratterizzata da una combustione mediante il processo di auto-accensione di un carburante tipo benzina ed è in grado di ottenere un’elevata efficienza con ridotte emissioni inquinanti. Per poter controllare correttamente una combustione GCI, è necessario realizzare un pattern di iniezioni consecutive al fine di raggiungere le condizioni termodinamiche nel cilindro per garantire l’auto-accensione della benzina. I principali problemi dovuti alla realizzazione di un’iniezione multipla sono la generazione di onde di alta pressione nel condotto di iniezione e, nel caso di iniettori Gasoline Direct Injection (GDI) solenoidali, la magnetizzazione residua dei coil dello stesso. Sia le onde di pressione che la magnetizzazione residua comportano una variazione di massa iniettata rispetto al valore previsto. In questo elaborato è presentato un modello matematico realizzato per compensare le variazioni di massa che avvengono durante un pattern di due iniezioni consecutive in un iniettore GDI benzina ad alta pressione. Con tale modello, è possibile correggere i parametri che caratterizzano le iniezioni per introdurre il quantitativo desiderato di benzina indipendentemente dal pattern selezionato.

Sviluppo ed ingegnerizzazione di nuovi sistemi ibridi a base di nanoparticelle inorganiche e bio-tensioattivi

In questo lavoro di tesi è stata investigata la sintesi di compositi a base di nano particelle di biossido di titanio rivestite da un bio-tensioattivo naturale. Il noto fotocatalizzatore (Nano-TiO2) è stato accoppiato ad un bio-tensioattivo dalle riconosciute proprietà antibatteriche, antivirali e anti-tumorali per ottenere un materiale composito multifunzionale. Diverse opzioni di design sono state investigate e la sintesi ottimizzata attraverso una caratterizzazione sistematica dei materiali prodotti, sia sulle sospensioni (DLS, ELS, TEM) sia sui prodotti granulati e calcinati (XRD, FT-IR, SEM, UV-Vis., BET). Per comprendere il ruolo del bio-tensioattivo e i potenziali effetti sinergici che il materiale composito potesse generare, si sono effettuate diverse caratterizzazioni funzionali testando il materiale per la realizzazione di nano-fasi fotocatalitiche da impiegare in processi di adsorbimento/degradazione di inquinanti acquosi, per la realizzazione di rivestimenti tessili antibatterici e come composito utile per l’assorbimento di metalli pesanti.

Studio dell'anisotropia magnetica di bistrati ibridi ferromagnete-organico

L’anisotropia magnetica di film sottili ferromagnetici è un parametro fondamentale nel campo della spintronica. Recenti lavori hanno dimostrato che la formazione di un’interfaccia tra film sottili ferromagnetici e materiali organici è in grado di modificare, l’anisotropia magnetica del costituente inorganico. Questa specifica interfaccia è stata definita spinterface ed è di grande interesse in un’ottica di ingegnerizzazione delle proprietà magnetiche di dispositivi spintronici. Pertanto, in questo lavoro di tesi ho analizzato l’anisotropia magnetica di un film policristallino di Cobalto ricoperto da una molecola organica largamente utilizzata in dispositivi spintronici e optoelettronici, la Gallio-chinolina (Gaq3), con l’obiettivo di verificare il ruolo della molecola nella definizione delle proprietà magnetiche dello strato di Cobalto. Per valutare l’impatto della formazione di spinterface, ho confrontato i risultati sperimentali con quelli ottenuti per un bistrato di riferimento Cobalto/Alluminio (Co/Al). Per comprendere i risultati sperimentali introdurrò nel primo capitolo i concetti fondamentali del magnetismo di film sottili, in particolare i vari contributi di anisotropia magnetica, il concetto di dominio magnetico e il modello di Stoner Wohlfarth. Il secondo capitolo verrà dedicato alla descrizione del concetto di spinterface e come questa interfaccia possa modificare le proprietà magnetiche dei film sottili. Nel terzo capitolo verranno descritte le tecniche di deposizione in Ultra Alto Vuoto con cui sono stati realizzati i bistrati Co/Gaq3 e Co/Al mentre nel quarto capitolo descriver`o il funzionamento del magnetometro MOKE, lo strumento con cui ho studiato l’anisotropia magnetica dei campioni prodotti. I dati sperimentali e la loro discussione saranno presentati nel quinto capitolo dove ho verificato la presenza di effetti di spinterface attraverso l’osservazione di un aumento della coercitività del campione Co/Gaq3.

Analisi termodinamica di eventi meteorologici estremi nell'Artico

Il sistema terra è soggetto ad un aumento di temperatura causato in larga parte dall'intervento umano. Il riscaldamento nell'Artico avviene ad un velocità doppia rispetto a quella del resto del globo e induce lo scioglimento dei ghiacci polari oceanici e terrestri. Lo studio della variabilità meteorologica delle regioni polari e subpolari può aiutarci a comprendere il ruolo di eventi meteorologici estremi nel determinare forti variazioni di temperatura superficiale della calotta polare. Questo lavoro di tesi discute la fenomenologia degli eventi di blocco meteorologico, regime di circolazione anticiclonica persistente, nella troposfera delle alte latitudini ed il loro legame con estremi di temperatura superficiale nelle regioni artiche. Successivamente, una metodologia di analisi termodinamica per i suddetti è descritta ed applicata ad un caso studio descritto nella letteratura scientifica un blocco alle alte latitudini coincide con la propagazione di una perturbazione ciclonica dalle medie latitudini fino alla calotta artica. Questa particolare configurazione sinottica ha prodotto una variazione della temperatura della calotta artica di circa 7 K in 4 giorni. Sulla base dell’analisi termodinamica è possibile evidenziare una combinazione di processi fisici, diabatici e adiabatici, che concorrono nel determinare il repentino riscaldamento dell’Artico. L’applicazione di simili metodologie su ulteriori casi studio potrebbe contribuire alla definizione di un paradigma dinamico per il fenomeno delle ondate di calore artiche.

Studio di fattibilità e simulazione termodinamica di un prototipo di pompa di calore a R290 di potenza nominale pari a 35 kW

L’elaborato presenta nel dettaglio le fasi di progettazione di un prototipo di unità idronica reversibile condensata ad aria avente come fluido refrigerante l’R290 ed una capacità frigorifera nominale in freddo di circa 35 kW partendo dalla struttura di una macchina già realizzata La progettazione è stata eseguita servendosi di un foglio di calcolo realizzato ad-hoc, presentando i metodi di bilancio per una macchina operante sia in regime di riscaldamento che raffrescamento, nonché il calcolo degli indici di efficienza puntuali e stagionali in accordo alla normativa vigente. In parallelo sono state eseguite le medesime simulazioni al calcolatore mediante l’impiego di un software tecnico di configurazione, mostrato nel dettaglio, con lo scopo di appurare l’accuratezza del software e capire se i bilanci energetici fossero stati condotti correttamente. Pertanto, nell'elaborato sono esposte le modalità con cui tale software è strutturato e come esso interagisce con i vari componenti costituenti la macchina modellata e simulata.

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.

Analisi fluidodinamica di reattori gas-liquido operanti con giranti multiple

La miscelazione di sistemi gas-liquido all’interno di recipienti meccanicamente agitati ritrova molte applicazioni industriali. I recipienti meccanicamente agitati rappresentano la scelta più conveniente poiché consentono una dispersione ottimale della fase dispersa all’interno della fase continua ed uno scambio di materia e di calore efficiente. I parametri chiave sono il consumo di potenza, l’hold-up di gas ed il regime gas-impeller. La fase sperimentale è stata sviluppata mediante l’utilizzo di un reattore pilota operante con tre turbine Rushton. Il consumo di potenza è stato valutato ed i risultati ottenuti dalle analisi di laboratorio sono stati confrontati con la correlazione empirica di Warmoeskerken (1986). Le tecniche impiegate in passato per la caratterizzazione dei sistemi gas-liquido sono caratterizzate da diversi svantaggi quali la possibilità di essere utilizzate solo per lo studio di sistemi trasparenti, l’intrusività ed i costi alti. Attualmente, la tomografia a resistenza elettrica (ERT) è una delle tecniche di ispezione più utilizzate grazie alla sua potenzialità di fornire informazioni qualitative e quantitativi. Uno degli obiettivi di questo lavoro di tesi è quello di validare una metodologia da seguire per la caratterizzazione dei sistemi gas-liquido. L’ERT è stata utilizzata per la valutazione dell’hold-up di gas e per l’identificazione del regime instaurato all’interno dell’apparecchiatura. I risultati sono stati confrontati con le valutazioni visive e le correlazioni proposte dalla letteratura. La strumentazione dell’ERT comprende un sistema di sensori, un sistema di acquisizione dati (DAS) ed un computer sul quale è installato il software per la ricostruzione dell’immagine, il quale, generalmente, è basato sull’algoritmo linear back - projection. Ulteriore obiettivo di questo lavoro di tesi è quello di investigare sulla convenienza di adoperare un software più sofisticato per la ricostruzione dell’immagine.

Confronto di sistemi di attuazione variabile delle valvole per motori ad accensione comandata

Nell'elaborato si descrivono i benefici dei sistemi VVA e si approfondiscono il funzionamento e le caratteristiche di alcuni di essi: Multiair, VTEC, Valvetronic, Variocam e Freevalve.

Simulazioni preliminari per la conversione di un motore turboalbero aeronautico al funzionamento ad idrogeno

Nella presente tesi si è realizzato uno sviluppo di base per l'implementazione di un motore turboalbero aeronautico all’utilizzo ad idrogeno. La parte iniziale dell'elaborato descrive le caratteristiche e i benefici dell’utilizzo di questo combustibile innovativo e riporta, poi, le principali modifiche hardware, presenti in letteratura, necessarie per l’implementazione voluta su un motore fisico. Vengono, poi, illustrati i modelli di combustori necessari per un corretto funzionamento del sistema propulsivo, oltre all’eventuale necessità di uno scambiatore di calore. Nella parte centrale della tesi, invece, é descritta la conversione di un modello MatLab Simulink del motore Allison 250 c18, esplicando e documentando le principali modifiche apportate riguardo alla creazione delle mappe del modello dinamico utile a ricavare le caratteristiche termodinamiche del flusso in camera di combustione e all'uscita da essa. Viene inoltre mostrato il metodo di utilizzo degli script CEA forniti dalla NASA, valido per desumere le proprietà dei gas post combustione, oltre che per la creazione delle funzioni di interpolazioni. Sono state svolte, infine, diverse simulazioni, con lo scopo di ricavare le portate corrette di combustibile ed osservare gli andamenti dei parametri fondamentali del sistema propulsivo, come: le portate elaborate, le potenze generate, le temperature e le pressioni ottenute.

Analisi delle caratteristiche dei motori endotermici da competizione

L'elaborato illustra le basi teoriche di funzionamento di un motore endotermico ad accensione comandata e gli interventi fatti sui suoi parametri caratteristici per aumentarne le prestazioni, con riferimento ai motori impiegati nelle competizioni sportive.

Studio e analisi dei principali metodi di correzione del bloccaggio in galleria del vento

Le gallerie del vento a pareti chiuse non permettono di ottenere risultati fedeli alla realtà a causa di numerosi effetti di interferenza. In questa tesi si provvede ad elencare i fenomeni di maggior rilievo che contribuiscono al bloccaggio e successivamente si presentano le principali formule correttive da applicare ai risultati per renderli più vicini a quelli ottenuti nei test su strada. I metodi di correzione ottenuti sono poi confrontati fra loro grazie al supporto di simulazioni in cui vengono fatte variare sia la geometria del modello, sia le condizioni al contorno, al fine di comprendere quali formule siano più efficienti in certe situazioni. Infine, sono proposti metodi alternativi alle soluzioni numeriche, in particolare sono illustrate le gallerie del vento a pareti aperte, con i loro vantaggi e svantaggi rispetto a quelle con pareti chiuse. Riguardo a queste ultime, inoltre, nell'elaborato sono esposti due metodi per limitare il bloccaggio, agendo, cioè, sulla loro geometria: le gallerie del vento a pareti fessurate e quelle con le pareti regolabili.

Propriedades dinâmicas de fluidos por simulação computacional: métodos híbridos atomístico-contínuo

Computational methods for the calculation of dynamical properties of fluids might consider the system as a continuum or as an assembly of molecules. Molecular dynamics (MD) simulation includes molecular resolution, whereas computational fluid dynamics (CFD) considers the fluid as a continuum. This work provides a review of hybrid methods MD/CFD recently proposed in the literature. Theoretical foundations, basic approaches of computational methods, and dynamical properties typically calculated by MD and CFD are first presented in order to appreciate the similarities and differences between these two methods. Then, methods for coupling MD and CFD, and applications of hybrid simulations MD/CFD, are presented.

Continuous monitoring of ascorbate transport through neuroblastoma cells with a ruthenium oxide hexacyanoferrate modified microelectrode

The uptake of ascorbate by neuroblastoma cells using a ruthenium oxide hexacyanoferrate (RuOHCF)-modified carbon fiber disc (CFD) microelectrode (r = 14.5 mu m) was investigated. By use of the proposed electrochemical sensor the amperometric determination of ascorbate was performed at 0.0 V in minimum essential medium (MEM, pH = 7.2) with a limit of detection of 25 mu mol L(-1). Under the optimum experimental conditions, no interference from MEM constituents and reduced glutathione (used to prevent the oxidation of ascorbate during the experiments) was noticed. The stability of the RuOHCF-modified electrode response was studied by measuring the sensitivity over an extended period of time (120 h), a decrease of around 10% being noticed at the end of the experiment. The rate of ascorbate uptake by control human neuroblastoma SH-SY5Y cells, and cells transfected with wild-type Cu,Zn-superoxide dismutase (SOD WT) or with a mutant typical of familial amyotrophic lateral sclerosis (SOD G93A), was in agreement with the level of oxidative stress in these cells. The usefulness of the RuOHCF-modified microelectrode for in vivo monitoring of ascorbate inside neuroblastoma cells was also demonstrated.