Applicazioni tecnologiche e nuovi metodi di valutazione della performance negli sport acquatici

Nello sport di alto livello l���uso della tecnologia ha raggiunto un ruolo di notevole importanza per l���analisi e la valutazione della prestazione. Negli ultimi anni sono emerse nuove tecnologie e sono migliorate quelle pre-esistenti (i.e. accelerometri, giroscopi e software per l���analisi video) in termini di campionamento, acquisizione dati, dimensione dei sensori che ha permesso la loro ���indossabilit����� e l���inserimento degli stessi all���interno degli attrezzi sportivi. La tecnologia �� sempre stata al servizio degli atleti come strumento di supporto per raggiungere l���apice dei risultati sportivi. Per questo motivo la valutazione funzionale dell���atleta associata all���uso di tecnologie si pone lo scopo di valutare i miglioramenti degli atleti misurando la condizione fisica e/o la competenza tecnica di una determinata disciplina sportiva. L���obiettivo di questa tesi �� studiare l���utilizzo delle applicazioni tecnologiche e individuare nuovi metodi di valutazione della performance in alcuni sport acquatici. La prima parte (capitoli 1-5), si concentra sulla tecnologia prototipale chiamata E-kayak e le varie applicazioni nel kayak di velocit��. In questi lavori �� stata verificata l���attendibilit�� dei dati forniti dal sistema E-kayak con i sistemi presenti in letteratura. Inoltre, sono stati indagati nuovi parametri utili a comprendere il modello di prestazione del paddler. La seconda parte (capitolo 6), si riferisce all���analisi cinematica della spinta verticale del pallanuotista, attraverso l���utilizzo della video analisi 2D, per l���individuazione delle relazioni Forza-velocit�� e Potenza-velocit�� direttamente in acqua. Questo studio pilota, potr�� fornire indicazioni utili al monitoraggio e condizionamento di forza e potenza da svolgere direttamente in acqua. Infine la terza parte (capitoli 7-8), si focalizza sull���individuazione della sequenza di Fibonacci (sequenza divina) nel nuoto a stile libero e a farfalla. I risultati di questi studi suggeriscono che il ritmo di nuotata tenuto durante le medie/lunghe distanze gioca un ruolo chiave. Inoltre, il livello di autosomiglianza (self-similarity) aumenta con la tecnica del nuoto.

Progettazione, modellazione e integrazione di risorse rinnovabili per promuovere lo sfruttamento dell'energia da moto ondoso e la Blue Growth.

L���energia da onda potrebbe assumere un ruolo fondamentale per la transizione energetica durante i prossimi decenni, grazie alla sua continuit�� nel tempo molto superiore rispetto ad altre risorse rinnovabili e alla sua vasta distribuzione nello spazio. Tuttavia, l���energia da onda �� ancora lontana dall���essere economicamente sostenibile, a causa di diverse problematiche tecnologiche e alle difficolt�� finanziarie associate. In questa ricerca, si �� innanzitutto affrontata una delle maggiori sfide tecniche, nello specifico la progettazione e modellazione di sistemi di ancoraggio per i dispositivi galleggianti, proponendo possibili soluzioni per la modellazione numerica di sistemi di ancoraggio complessi e per l���ottimizzazione dei dispositivi stessi. Successivamente sono state analizzate le possibili sinergie strategiche di installazioni per lo sfruttamento della energia da onda con altre risorse rinnovabili e la loro applicazione nel contesto di aree marine multiuso. In particolare, una metodologia per la valutazione della combinazione ottimale delle risorse rinnovabili �� stata sviluppata e verificata in due diversi casi studio: un���isola e una piattaforma offshore. Si �� cos�� potuto evidenziare l���importante contributo della risorsa ondosa per la continuit�� energetica e per la riduzione della necessit�� di accumulo. Inoltre, �� stato concepito un metodo di supporto decisionale multicriteriale per la valutazione delle opzioni di riuso delle piattaforme offshore alla fine della loro vita operativa, come alternativa al decommissionamento, nell���ottica di una gestione sostenibile e della ottimizzazione dell���uso dello spazio marino. Sulla base dei criteri selezionati, l���inclusione di attivit�� innovative come la produzione di energia da onda si �� dimostrata essere rilevante per rendere vantaggioso il riuso rispetto al decommissionamento. Numerosi studi recenti hanno infatti sottolineato che, nell���ambito della ���crescita blu���, i mercati come l���oil&gas, le attivit�� offshore e le isole stimoleranno lo sviluppo di tecnologie innovative come lo sfruttamento dell���energia da onda, promuovendo la sperimentazione e fornendo un importante contributo all���avanzamento tecnico e alla commercializzazione.

Enhancing the reliability of electric transportation motors through insulation coordination and improved qualification

The ambitious goals of increasing the efficiency, performance and power densities of transportation drives cannot be met with compromises in the motor reliability. For the insulation specialists the challenge will be critical as the use of wide-bandgap converters (WBG, based on SiC and GaN switches) and the higher operating voltages expected for the next generation drives will enhance the electrical stresses to unprecedented levels. It is expected for the DC bus in aircrafts to reach 800 V (split +/-400 V) and beyond, driven by the urban air mobility sector and the need for electrification of electro-mechanical/electro-hydraulic actuators (an essential part of the "More Electric Aircraft" concept). Simultaneously the DC bus in electric vehicles (EV) traction motors is anticipated to increase up to 1200 V very soon. The electrical insulation system is one of the most delicate part of the machine in terms of failure probability. In particular, the appearance of partial discharges (PD) is disruptive on the reliability of the drive, especially under fast repetitive transients. Extensive experimental activity has been performed to extend the body of knowledge on PD inception, endurance under PD activity, and explore and identify new phenomena undermining the reliability. The focus has been concentrated on the impact of the WGB-converter produced waveforms and the environmental conditions typical of the aeronautical sector on insulation models. Particular effort was put in the analysis at the reduced pressures typical of aircraft cruise altitude operation. The results obtained, after a critical discussion, have been used to suggest a coordination between the insulation PD inception voltage with the converter stresses and to propose an improved qualification procedure based on the existing IEC 60034-18-41 standard.

Characterization of a 3D-printed low-cost flexible dielectric material for the realization of innovative WPT wearable applications

The aim of this thesis is to demonstrate that 3D-printing technologies can be considered significantly attractive in the production of microwave devices and in the antenna design, with the intention of making them lightweight, cheaper, and easily integrable for the production of wireless, battery-free, and wearable devices for vital signals monitoring. In this work, a new 3D-printable, low-cost resin material, the Flexible80A, is proposed as RF substrate in the implementation of a rectifying antenna (rectenna) operating at 2.45 GHz for wireless power transfer. A careful and accurate electromagnetic characterization of the abovementioned material, revealing it to be a very lossy substrate, has paved the way for the investigation of innovative transmission line and antenna layouts, as well as etching techniques, possible thanks to the design freedom enabled by 3D-printing technologies with the aim of improving the wave propagation performance within lossy materials. This analysis is crucial in the design process of a patch antenna, meant to be successively connected to the rectifier. In fact, many different patch antenna layouts are explored varying the antenna dimensions, the substrate etchings shape and position, the feeding line technology, and the operating frequency. Before dealing with the rectification stage of the rectenna design, the hot and long-discussed topic of the equivalent receiving antenna circuit representation is addressed, providing an overview of the interpretation of different authors about the issue, and the position that has been adopted in this thesis. Furthermore, two rectenna designs are proposed and simulated with the aim of minimizing the dielectric losses. Finally, a prototype of a rectenna with the antenna conjugate matched to the rectifier, operating at 2.45 GHz, has been fabricated with adhesive copper on a substrate sample of Flexible80A and measured, in order to validate the simulated results.

Uno studio sulla massima deflessione degli ultra-high-energy cosmic rays da parte dei campi magnetici primordiali

Gli Ultra-High-Energy Cosmic Rays sono dei raggi cosmici-dotati di energia estremamente elevata-che raggiungono la Terra con un bassissimo rateo e dei quali abbiamo pochi dati a riguardo; le incertezze riguardano la loro composizione, la loro sorgente, i metodi di accelerazione e le caratteristiche dei campi magnetici che li deviano durante il loro cammino. L���obiettivo di questo studio �� determinare quali modelli di campo magnetico possano descrivere correttamente la propagazione degli UHECRs, andando a fare un confronto con i dati sperimentali a disposizione; infatti, quello che osserviamo �� una distribuzione isotropa nel cielo e, di conseguenza, i modelli teorici di propagazione, per poter essere accettati, devono rispecchiare tale comportamento. Sono stati testati nove modelli di campo magnetico tratti da simulazioni cosmologiche, andando a considerare due diverse composizione per i CRs (simil-ferro e simil-protone) e il risultato ha dato delle risposte positive solo per tre di essi. Tali modelli, per cui troviamo accordo, sono caratterizzati da una scala di inomegeneit�� pi�� ampia rispetto a quella dei modelli scartati, infatti, analizzando il loro spettro di potenza, il maggior contributo �� dato da fluttuazioni di campo magnetico su scale di 10 Mpc. Ci�� naturalmente, viste anche le poche informazioni riguardo ai campi magnetici intergalattici, ci porta a pensare che campi di questo tipo siano favoriti. Inoltre, per tali modelli, gli esiti sono risultati particolarmente in accordo con i dati sperimentali, considerando CRs con composizione simile al ferro: ci�� fa pensare che tale composizione possa essere quella effettiva.

Transizioni di fase: da Ising alla ferroelettricit��

La ferroelettricit�� �� la propriet�� di alcuni materiali solidi di presentare una polarizzazione elettrica in assenza di campo elettrico. Tutti i materiali ferroelettrici sin'ora studiati esibiscono anche propriet�� piezoelettriche, ossia si deformano in maniera elastica quando sottoposti ad un campo elettrico e, viceversa, si polarizzano se soggetti a deformazioni meccaniche. Questa sensibilit�� a stimoli elettrici e meccanici rende questi materiali particolarmente interessanti da un punto di vista pratico: applicazioni importanti si trovano nella nanotecnologia (e.g. memory devices), nella sensoristica e nell'energy harvesting. Lo scopo dell'elaborato �� fornire un'introduzione allo studio delle transizioni ferroelettriche. Inizialmente il fenomeno delle transizioni di fase viene affrontato utilizzando come riferimento il caso standard dei materiali ferromagnetici: a tal riguardo viene presentato il modello di Ising, che rappresenta il paradigma per la descrizione di fenomeni collettivi in numerosi ambiti. In seguito viene presentata la teoria fenomenologica di Landau, dove si interpreta il fenomeno sulla base delle simmetrie del sistema, utilizzando un approccio di campo medio. Successivamente viene introdotto il tema centrale dell'elaborato, ossia le transizioni ferroelettriche, analizzando similitudini e differenze dal caso ferromagnetico; in particolare si presenta un' applicazione della teoria fenomenologica di Landau-Devonshire allo studio della transizione ferroelettrica del BaTiO3, un cristallo del gruppo delle perovskiti. L'ultima parte dell'elaborato ha lo scopo di introdurre un approccio pi�� moderno allo stesso fenomeno, che utilizza la teoria quantistica del funzionale densit�� (DFT): utilizzando il pacchetto software VASP viene esposto un semplice calcolo a primi principi dell'energia del sistema in funzione degli spostamenti atomici, mettendone in luce la centralit�� nella transizione in esame.

Development of a High-Efficiency Inverter with SiC Technology for Photovoltaic Applications

I convertitori elettronici di potenza sono da anni largamente diffusi sul mercato, poich�� necessari per pilotare motori elettrici a velocit�� variabile in ambito industriale e a interfacciare alla rete elettrica i generatori da fonti di energia rinnovabili, in particolare eolica e fotovoltaica. In tutti i casi �� richiesto che i convertitori siano efficienti, ovvero che l���energia persa durante la conversione sia minima. Considerando che il cuore di un convertitore �� costituito da interruttori statici, �� fondamentale una stima accurata dell���efficienza di questi ultimi per definire le prestazioni di un convertitore. Il materiale pi�� diffuso per la realizzazione di questi componenti �� il silicio (Si), ma esistono oggi altri semiconduttori che permettono prestazioni migliori, quali il carburo di silicio (SiC) e il nitruro di gallio (GaN). A causa del loro elevato costo di produzione rispetto ai componenti tradizionali, �� divenuto sempre pi�� importante stimare l���efficienza dei convertitori che montano queste tecnologie innovative, per trovare una giustificazione al loro impiego. In questa tesi, in particolare, l���efficienza di un convertitore con tecnologia SiC �� stata prima calcolata analiticamente e poi testata a banco. Infine, �� proposta un���architettura per un inverter trifase che possa essere impiegata per un���applicazione fotovoltaica. Questo lavoro �� parte delle attivit�� assegnate a Raw Power S.r.l. nell���ambito del progetto Europeo YesVGaN, il cui scopo ultimo entro i prossimi anni, �� la realizzazione di componenti GaN commercialmente appetibili, che necessiteranno di essere testati e confrontati con i dispositivi al silicio e al carburo di silicio.

Piezoaeroelastic Modeling and Analysis of a Generator Wing with Continuous and Segmented Electrodes

Unmanned air vehicles (UAVs) and micro air vehicles (MAVs) constitute unique application platforms for vibration-based energy harvesting. Generating usable electrical energy during their mission has the important practical value of providing an additional energy source to run small electronic components. Electrical energy can be harvested from aeroelastic vibrations of lifting surfaces of UAVs and MAVs as they tend to have relatively flexible wings compared to their larger counterparts. In this work, an electromechanically coupled finite element model is combined with an unsteady aerodynamic model to develop a piezoaeroelastic model for airflow excitation of cantilevered plates representing wing-like structures. The electrical power output and the displacement of the wing tip are investigated for several airflow speeds and two different electrode configurations (continuous and segmented). Cancelation of electrical output occurs for typical coupled bending-torsion aeroelastic modes of a cantilevered generator wing when continuous electrodes are used. Torsional motions of the coupled modes become relatively significant when segmented electrodes are used, improving the broadband performance and altering the flutter speed. Although the focus is placed on the electrical power that can be harvested for a given airflow speed, shunt damping effect of piezoelectric power generation is also investigated for both electrode configurations.

Laser phototherapy effect on protein metabolism parameters of rat salivary glands

The aim of this study was to evaluate the effects of infrared diode laser phototherapy (LP) on tissues of the submandibular gland (SMG) and parotid gland (PG). Wistar rats were randomly divided into experimental (A and B) and control (C) groups. A diode laser, 808 nm wavelength, in continuous wave mode, was applied to the PG, SMG and sublingual gland in the experimental groups on two consecutive days. The doses were 4 J/cm(2) and 8 J/cm(2), and total energy was 7 J and 14 J, respectively. The power output (500 mW) and power density (277 mW/cm(2)) were the same for both experimental groups. In order to visualize the area irradiated by the infrared laser, we used a red pilot beam (650 nm) with 3 mW maximum power for the experimental groups. For the control group, the red pilot beam was the only device used. The SMG and PG were removed after 1 week of the first irradiation. Total protein concentration, amylase, peroxidase, catalase and lactate dehydrogenase assays were performed, as well as histological analysis. Statistical tests revealed significant increase in the total protein concentration for groups A and B in the parotid glands (P < 0.05). Based on the results of this study, LP altered the total protein concentration in rats` parotid glands.

Mean anisotropy of homogeneous Gaussian random fields and anisotropic norms of linear translation-invariant operators on multidimensional integer lattices

Sensitivity of output of a linear operator to its input can be quantified in various ways. In Control Theory, the input is usually interpreted as disturbance and the output is to be minimized in some sense. In stochastic worst-case design settings, the disturbance is considered random with imprecisely known probability distribution. The prior set of probability measures can be chosen so as to quantify how far the disturbance deviates from the white-noise hypothesis of Linear Quadratic Gaussian control. Such deviation can be measured by the minimal Kullback-Leibler informational divergence from the Gaussian distributions with zero mean and scalar covariance matrices. The resulting anisotropy functional is defined for finite power random vectors. Originally, anisotropy was introduced for directionally generic random vectors as the relative entropy of the normalized vector with respect to the uniform distribution on the unit sphere. The associated a-anisotropic norm of a matrix is then its maximum root mean square or average energy gain with respect to finite power or directionally generic inputs whose anisotropy is bounded above by a���0. We give a systematic comparison of the anisotropy functionals and the associated norms. These are considered for unboundedly growing fragments of homogeneous Gaussian random fields on multidimensional integer lattice to yield mean anisotropy. Correspondingly, the anisotropic norms of finite matrices are extended to bounded linear translation invariant operators over such fields.

Energy and reserve provision dispatch considering distributed generation and demand response

In competitive electricity markets with deep concerns at the efficiency level, demand response programs gain considerable significance. In the same way, distributed generation has gained increasing importance in the operation and planning of power systems. Grid operators and utilities are taking new initiatives, recognizing the value of demand response and of distributed generation for grid reliability and for the enhancement of organized spot market��s efficiency. Grid operators and utilities become able to act in both energy and reserve components of electricity markets. This paper proposes a methodology for a joint dispatch of demand response and distributed generation to provide energy and reserve by a virtual power player that operates a distribution network. The proposed method has been computationally implemented and its application is illustrated in this paper using a 32 bus distribution network with 32 medium voltage consumers.

Virtual power players dealing with excessive wind power situations using real time pricing

The increasing importance given by environmental policies to the dissemination and use of wind power has led to its fast and large integration in power systems. In most cases, this integration has been done in an intensive way, causing several impacts and challenges in current and future power systems operation and planning. One of these challenges is dealing with the system conditions in which the available wind power is higher than the system demand. This is one of the possible applications of demand response, which is a very promising resource in the context of competitive environments that integrates even more amounts of distributed energy resources, as well as new players. The methodology proposed aims the maximization of the social welfare in a smart grid operated by a virtual power player that manages the available energy resources. When facing excessive wind power generation availability, real time pricing is applied in order to induce the increase of consumption so that wind curtailment is minimized. The proposed method is especially useful when actual and day-ahead wind forecast differ significantly. The proposed method has been computationally implemented in GAMS optimization tool and its application is illustrated in this paper using a real 937-bus distribution network with 20310 consumers and 548 distributed generators, some of them with must take contracts.

Estudo da efici��ncia de sistemas fotovoltaicos

Mestrado em Engenharia Qu��mica. Ramo optimiza����o energ��tica na ind��stria qu��mica

Urubu: energy scavenging in wireless sensor networks

For the past years wireless sensor networks (WSNs) have been coined as one of the most promising technologies for supporting a wide range of applications. However, outside the research community, few are the people who know what they are and what they can offer. Even fewer are the ones that have seen these networks used in real world applications. The main obstacle for the proliferation of these networks is energy, or the lack of it. Even though renewable energy sources are always present in the networks environment, designing devices that can efficiently scavenge that energy in order to sustain the operation of these networks is still an open challenge. Energy scavenging, along with energy efficiency and energy conservation, are the current available means to sustain the operation of these networks, and can all be framed within the broader concept of ���Energetic Sustainability���. A comprehensive study of the several issues related to the energetic sustainability of WSNs is presented in this thesis, with a special focus in today���s applicable energy harvesting techniques and devices, and in the energy consumption of commercially available WSN hardware platforms. This work allows the understanding of the different energy concepts involving WSNs and the evaluation of the presented energy harvesting techniques for sustaining wireless sensor nodes. This survey is supported by a novel experimental analysis of the energy consumption of the most widespread commercially available WSN hardware platforms.

Dimensionamento de uma central de miniprodu����o fotovoltaica para uma explora����o agr��cola direcionada �� ind��stria de latic��nios

Este documento apresenta o trabalho desenvolvido no ��mbito da disciplina de ���Disserta����o/Projeto/Est��gio���, do 2�� ano do Mestrado em Energias Sustent��veis. O crescente consumo energ��tico das sociedades desenvolvidas e emergentes, associado ao consequente aumento dos custos de energia e dos danos ambientais resultantes, promove o desenvolvimento de novas formas de produ����o de energia, as quais t��m como prioridade a sua obten����o ao menor custo poss��vel e com reduzidos impactos ambientais. De modo a poupar os recursos naturais e reduzir a emiss��o com gases de efeito de estufa, �� necess��ria a diminui����o do consumo de energia produzida a partir de combust��veis f��sseis. Assim, devem ser criadas alternativas para um futuro sustent��vel, onde as fontes renov��veis de energia assumam um papel fundamental. Neste sentido, a produ����o de energia el��trica, atrav��s de sistemas solares fotovoltaicos, surge como uma das solu����es. A presente disserta����o tem como principal objetivo a realiza����o do dimensionamento de uma central de miniprodu����o fotovoltaica, com liga����o �� rede el��trica, em uma explora����o agr��cola direcionada �� ind��stria de latic��nios, e o seu respetivo estudo de viabilidade econ��mica. A explora����o agr��cola, que serve de objeto de estudo, est�� localizada na Ilha Graciosa, A��ores, sendo a pot��ncia m��xima a injetar na Rede El��trica de Servi��o P��blico, pela central de miniprodu����o, de 10 kW. Para o dimensionamento foi utilizado um software apropriado e reconhecido na ��rea da produ����o de energia el��trica atrav��s de sistemas fotovoltaicos ��� o PVsyst ���, compreendendo as seguintes etapas: a) defini����o das carater��sticas do local e do projeto; b) sele����o dos m��dulos fotovoltaicos; c) sele����o do inversor; d) defini����o da pot��ncia de liga����o �� rede el��trica da unidade de miniprodu����o. Posteriormente, foram estudadas diferentes hip��teses de sistemas fotovoltaicos, que se distinguem na op����o de estrutura de fixa����o utilizada: dois sistemas fixos e dois com eixo incorporado. No estudo de viabilidade econ��mica foram realizadas duas an��lises distintas a cada um dos sistemas fotovoltaicos considerados no dimensionamento, nomeadamente: uma an��lise em regime remunerat��rio bonificado e uma an��lise em regime remunerat��rio geral. Os resultados obtidos nos indicadores econ��micos do estudo de viabilidade econ��mica realizado, serviram de apoio �� decis��o pelo sistema fotovoltaico mais favor��vel ao investimento. Conclui-se que o sistema fotovoltaico com inclina����o adicional �� a op����o mais vantajosa em ambos os regimes remunerat��rios analisados. Comprova-se, assim, que o sistema fotovoltaico com maior valor de produ����o de energia el��trica anual, que corresponde ao sistema fotovoltaico de dois eixos, n��o �� a op����o com maior rentabilidade em termos econ��micos, isto porque a remunera����o proveniente da sua produ����o excedente n��o �� suficiente para colmatar o valor do investimento mais acentuado de modo a obter indicadores econ��micos mais favor��veis, que os do sistema fotovoltaico com inclina����o adicional. De acordo com o estudo de viabilidade econ��mica efetuado independentemente do sistema fotovoltaico que seja adotado, �� recuperado o investimento realizado, sendo a remunera����o efetiva superior �� que foi exigida. Assim, mesmo tendo em considera����o o risco associado, comprova-se que todos os sistemas fotovoltaicos, em qualquer dos regimes remunerat��rios, correspondem a investimentos rent��veis.