analisi delle prestazioni del cluster risc-v: monte cimone

Gli sforzi di ricerca relativi all'High Performance Computing, nel corso degli anni, hanno prodotto risultati importanti inerenti all'incremento delle prestazioni sia in termini di numero di operazioni effettuate per periodo temporale, sia introducendo o migliorando algoritmi paralleli presenti in letteratura. Tali traguardi hanno comportato cambiamenti alla struttura interna delle macchine; si è assistito infatti ad un'evoluzione delle architetture dei processori utilizzati e all'impiego di GPU come risorse di calcolo aggiuntive. La conseguenza di un continuo incremento di prestazioni è quella di dover far fronte ad un grosso dispendio energetico, in quanto le macchine impiegate nell'HPC sono ideate per effettuare un'intensa attività di calcolo in un periodo di tempo molto prolungato; l'energia necessaria per alimentare ciascun nodo e dissipare il calore generato comporta costi elevati. Tra le varie soluzioni proposte per limitare il consumo di energia, quella che ha riscosso maggior interesse, sia a livello di studio che di mercato, è stata l'integrazione di CPU di tipologia RISC (Reduced Instruction Set Computer), in quanto capaci di ottenere prestazioni soddisfacenti con un impiego energetico inferiore rispetto alle CPU CISC (Complex Instruction Set Computer). In questa tesi è presentata l'analisi delle prestazioni di Monte Cimone, un cluster composto da 8 nodi di calcolo basati su architettura RISC-V e distribuiti in 4 piattaforme (\emph{blade}) dual-board. Verranno eseguiti dei benchmark che ci permetteranno di valutare: le prestazioni dello scambio di dati a lunga e corta distanza; le prestazioni nella risoluzione di problemi che presentano un principio di località spaziale ridotto; le prestazioni nella risoluzione di problemi su grafi e, nello specifico, ricerca in ampiezza e cammini minimi da sorgente singola.

Riqualificazione energetica di un edificio plurifamiliare nel comune di Castel Maggiore (BO) con applicazione del Superbonus 110

La tesi propone un esempio di riqualificazione energetica di un edificio residenziale sito a Castel Maggiore (Bologna) con l’applicazione della pratica di detrazione fiscale Bonus 110% introdotta nell’anno 2020 con il Decreto Rilancio. Il lavoro segue l’iter burocratico e progettuale alla base di questa pratica, a partire dalle fasi preliminari di studio dello stato di fatto dell’edificio fino alla realizzazione degli interventi proposti. La tesi si sviluppa come segue. I primi due capitoli definiscono alcuni concetti base della termotecnica e le regole per l’applicazione del Bonus 110. I due capitoli successivi forniscono la situazione dell’edificio allo stato di fatto sia per quanto riguarda la struttura e l’impianto termico sia per quanto riguarda le dispersioni termiche e il fabbisogno energetico. Allo stato di fatto il condominio presenta strutture non coibentate, infissi e impianto termico datati. Il quinto capitolo riporta gli interventi previsti: quelli trainanti sono il rifacimento dell’impianto termico e la coibentazione delle pareti esterne e della copertura; quelli trainati sono la sostituzione degli infissi e l’installazione dell’impianto fotovoltaico. Il sesto capitolo presenta il dimensionamento del generatore di calore e dell’impianto fotovoltaico, nonché i risultati ottenuti con l’analisi energetica dell’edificio in seguito all’esecuzione degli interventi proposti. Il settimo capitolo riporta i dimensionamenti dei vari componenti dell’impianto, mentre nell’ottavo capitolo si esegue l’analisi economica complessiva. Gli interventi effettuati comportano un calo drastico delle dispersioni termiche e dell’indice di prestazione energetica, un maggior comfort all’interno dei locali e un notevole aumento nell’uso di energia primaria rinnovabile. L’edificio passa dalla classe energetica F alla classe energetica A4, realizzando così pienamente gli obiettivi di efficientamento energetico e rientrando ampiamente nei requisiti imposti dalla pratica Bonus 110%.

Sviluppo di un modello Simulink per la gestione termica di un veicolo elettrico a batteria

Obiettivo di questo progetto di tesi è la realizzazione di un modello per la gestione termica di un veicolo elettrico a batteria: l’elettrificazione in ambito automotive richiede un approfondito studio delle problematiche termiche allo scopo di incrementare l’efficienza del veicolo, le performance e la vita della batteria. In particolare, l’oggetto di ricerca consiste nella modellazione di una pompa di calore. Partendo dalla definizione dei requisiti e degli obiettivi del sistema di gestione termica, ogni componente della pompa di calore viene analizzato modellato e connesso all’intero sistema. La modellazione è stata affrontata mediante l’utilizzo dell’ambiente MATLAB/Simulink. Il primo passo è stato avanzato nell’analisi del ciclo termodinamico ideale, analizzando il comportamento di vari fluidi frigorigeni, la funzionalità dei singoli componenti e l’interazione di quest’ultimi al variare delle condizioni di funzionamento, principalmente potenze scambiate, pressioni, temperature e portata massica di refrigerante. Il principale lavoro di simulazione è legato alla realizzazione di un modello configurabile dell’intero apparato di gestione termica della batteria per un veicolo elettrico. Per mezzo dello studio delle relazioni termodinamiche dei componenti principali del ciclo frigorifero sono state valutate tutte le grandezze che variano durante le trasformazioni che compie il fluido refrigerante all’interno del ciclo frigorifero. L’attività di validazione del modello implementato è stata svolta mediante il confronto tra le condizioni del fluido refrigerante determinate mediante le relazioni termodinamiche e quelle ottenute valutando le trasformazioni sui diagrammi di stato dei fluidi frigorigeni trattati. Il modello implementato è da ritenersi primordiale nel contesto legato alla modellazione e controllo dei sistemi di gestione termica per i sistemi propulsivi dei veicoli elettrici a batteria.

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.

Il Paziente Oncologico: dalla Valutazione Nutrizionale alla Supplementazione Orale

La malattia oncologica è caratterizzata da una complessa rete di processi di alterazioni replicative, infiammatorie e metaboliche che, se non adeguatamente corrette, possono compromettere lo stato nutrizionale del paziente, aumentando esponenzialmente il rischio di incorrere in una condizione di malnutrizione. L’equilibrio tra energia, composizione corporea e funzioni dell’organismo può essere ripristinato soltanto con un corretto intervento nutrizionale: è il dietista che, adoperando il Nutrition Care Process, interverrà per garantire al paziente un corretto supporto nutrizionale, ricorrendo al counseling per fornirgli le strategie necessarie a superare le cause di scarso apporto nutrizionale o, qualora le misure dietetiche fossero insufficienti, tramite l’uso di Supplementi Nutrizionali Orali. In questo contesto, la ricerca scientifica ha introdotto l’immunonutrizione, una modalità di nutrire il paziente e allo stesso tempo di modulare l’attività immunitaria a favore del processo di guarigione. Le evidenze si mostrano a favore anche della fornitura extra di amminoacidi a catena ramificata che, oltre a colmare il deficit proteico-energetico, forniscono precursori per ridurre il catabolismo muscolare, promuovendo l’anabolismo. Come terapia adiuvante nel trattamento del cancro sta emergendo in letteratura anche la Dieta Chetogenica, la cui efficacia risiederebbe nella capacità di instaurare un ambiente sfavorevole alla sopravvivenza delle cellule neoplastiche deprivandole del loro unico nutrimento, il glucosio. Alla fine di educare la popolazione ad una corretta prevenzione, risulta necessario diffidare da qualsiasi dieta “miracolosa” e “antitumorale” che, per quanto accattivanti, non fanno altro che generare falsa informazione. Quindi cosa dice la scienza? La nutrizione non ha il potere di guarire dalle malattie oncologiche, ma uno stile di vita sano e un’alimentazione di impronta Mediterranea rappresentano sicuramente la chiave per una corretta prevenzione.

Le tecniche di irradiazione corporea totale per il trattamento della leucemia linfoblastica acuta

La radioterapia è una terapia medica molto utilizzata in campo oncologico. I diversi tipi di radiazione e di tecniche permettono di trattare, con diversi fini, una vasta gamma di neoplasie. Secondo i dati dell’AIRO, l’Associazione Italiana di Radioterapia e Oncologia clinica, nel 2020 sono stati trattati con la radioterapia circa 100mila pazienti in Italia, che conta 183 centri di radioterapia tra pubblici e privati, cioè circa 3 centri per milione di abitanti. La Società Europea di Radioterapia Oncologica, basandosi sullo studio ESTRO-HERO del 2014, suggerisce come parametro di confronto a livello nazionale o internazionale il numero di apparecchiature di radioterapia per milione di abitanti, e le Direttive Europee ne raccomandano un valore minimo di 7 unità. In questo elaborato, espongo l’evoluzione della radioterapia tramite la presentazione delle sue diverse tipologie, per poi concentrarmi sulla irradiazione corporea totale (Total Body Irradiation – TBI) nel caso studio della leucemia linfoblastica acuta (LLA). Il Capitolo 1 introduce la radioterapia e la sua principale suddivisione in esterna e interna, con i relativi sottogruppi. Viene poi spiegato come si valuta il volume bersaglio e vengono presentati il personale e le fasi del trattamento. Il Capitolo 2 introduce alla leucemia e alla LLA. Viene poi spiegato il trattamento di trapianto e quello di condizionamento. Infine, espongo la tecnica della TBI, le sue prestazioni ed i suoi limiti. Nelle conclusioni e future direzioni, valuto il problema della tossicità ed espongo le principali evoluzioni nell’uso della TBI.

Analisi sperimentale di un accumulo con scambiatore alettato immerso in un materiale a cambiamento di fase

Per cercare di ridurre le emissioni inquinanti, soprattutto di CO2, si sta cercando di utilizzare sempre più fonti di energia rinnovabile. Queste non sono costanti, quindi, per ridurre il gap tra energia prodotta e richiesta, si utilizzano accumuli di energia termica, che immagazzinano l'energia quando è prodotta, per poi rilasciarla successivamente all'occorrenza. Gli accumuli termici si distinguono in sensibili, termochimici e latenti. Questa Tesi tratta l’analisi di un’innovativa tipologia di accumulo latente attraverso un materiale a cambiamento di fase (PCM) ed uno scambiatore di calore alettato. I materiali a cambiamento di fase sono in grado di immagazzinare e rilasciare energia sia con lo scambio sensibile, aumentando o diminuendo la propria temperatura, sia con lo scambio di calore latente, durante la propria transizione di fase da solido a liquido e viceversa. L’accumulo in questione è una tasca metallica con all’interno uno scambiatore di calore alettato immerso in un materiale a cambiamento di fase; il tutto è isolato dall’ambiente esterno e collegato con tubi ad un bagno termostatico caldo ed uno freddo. All'inizio l’accumulo è stato riempito con acqua, poi è stato inserito il PCM RT44HC, il cui range di temperatura di transizione di fase è 40-44°C. Nella fase di carica viene inviata acqua calda allo scambiatore per sciogliere il PCM. Nella fase di scarica, inviando acqua fredda si riprende l'energia accumulata e il PCM si solidifica. I set di prove sono stati eseguiti con temperature e portate in massa d'acqua diverse per la carica e per la scarica. I risultati mostrano che si recupera, in scarica, quasi tutta l’energia ceduta nella fase di carica e che la potenza scambiata ha un andamento decrescente nel tempo.

Studio e progettazione di un impianto di riscaldamento radiante con lampade catalitiche alimentate a gas naturale a servizio di un capannone industriale

Oggetto di studio della tesi è la riqualificazione energetica di un capannone industriale. Dati gli elevati costi della materia prima combustibile, è stata sviluppata una soluzione che possa ridurre il consumo di gas naturale. Nel capannone sono attualmente installati dei sistemi costituiti da caldaie ed aerotermi. Il sistema studiato prevede invece l'impiego di lampade catalitiche. Esse sono dispositivi in grado di generare calore e scaldare gli oggetti circostanti tramite irraggiamento. L'impianto esistente lavora per convezione; data la grande volumetria del locale tale modalità di trasmissione del calore risulta poco efficiente. Nello studio vengono presentati vantaggi e criticità di entrambe le tecnologie. Particolare attenzione viene rivolta all'aspetto legato alla sicurezza, dato che le lampade catalitiche richiedono che la rete del gas cammini per alcuni tratti all'interno della struttura. A completamento dello studio è stata effettuata un'analisi tecnico-economica per valutare l'effettivo vantaggio del nuovo impianto. Durante ogni fase di verifica e progettazione è stata rispettata la normativa vigente.

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.

Analisi tecnico-economica di soluzione impiantistiche volte all’efficientamento energetico de "Il Pastaio di Maffei S.&.C. s.r.l."

L’obiettivo principale dell'elaborato è quello di fornire al Pastaio Maffei la mappatura dei sistemi energetici a servizio del processo produttivo, funzionale ad un'analisi preliminare tecnico-economica degli impianti di servizio. Attraverso lo studio dei processi tecnologici che caratterizzano la produzione di pasta alimentare fresca e alla definizione di KPI relativi alle prestazioni energetiche, è stato possibile porre le basi per l'individuazione di alcune soluzioni impiantistiche volte all'efficientamento dell'impianto. In particolare, la prima proposta consiste in un'applicazione avente ad oggetto una pompa di calore, per ridurre il carico termico assolto dal generatore di vapore, e la seconda in un impianto frigorifero ad assorbimento per creare un sistema di trigenerazione, volto al miglioramento delle prestazioni di un gruppo turbogas.

Soluzioni per i sistemi di post-trattamento dei gas di scarico in vista della nuova normativa antinquinamento EURO7

Nel presente elaborato sono state analizzate delle soluzioni per i sistemi di post-trattamento che permettano ai veicoli di rispettare la futura norma Euro7. In particolare è stato affrontato il principale problema dell'avviamento a freddo dei veicoli che produce la maggior parte degli inquinanti emessi. Sono stati vagliati diversi studi scientifici al fine di trovare soluzioni efficaci per rendere le emissioni dei veicoli sotto i limiti imposti dalla futura normativa, i cui valori sono stati proposti dal consorzio CLOVE. Dopo aver analizzato uno studio sul confronto di varie configurazioni di sistemi di post-trattamento, sono state prese in considerazione due soluzioni. La prima prevede l'introduzione di un bruciatore nel sistema al fine di mantenerlo alla temperatura ottimale di funzionamento, ovvero alla temperatura a cui avvengono le reazioni di ossidazione e di riduzione delle sostanze inquinanti. La seconda soluzione prevede, invece, l'aggiunta nel sistema di un riscaldatore elettrico accoppiato ad un generatore termoelettrico: il primo ha lo stesso scopo del bruciatore, mentre il secondo serve per convertire il calore di scarto dei gas di scarico in energia elettrica da fornire al riscaldatore. Infine, dopo aver analizzato le due soluzioni attraverso i test riportati dagli articoli scientifici studiati, si è concluso che entrambe le strategie permettono un'efficace riduzione delle emissioni anche per avviamento a freddo del veicolo e, quindi, possono essere considerate valide per permettere ai veicoli di rientrare all'interno dei limiti imposti dalla nuova normativa Euro7.

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.

Campi magnetici in astrofisica

Si pensa che i campi magnetici siano presenti in qualsiasi oggetto celeste, e nel mezzo tra di essi. Non siamo capaci di misurare questi campi in modo diretto, ma possiamo derivare delle misure da metodi indiretti, osservando e analizzando gli effetti che essi hanno sulla radiazione. Questi possono riguardare sia come la radiazione si propaga sia come essa viene generata. I campi magnetici esercitano una forza sul plasma cosmico, e possono influenzare in maniera più o meno marcata il moto di questo. Essi non possono competere con le interazioni gravitazionali in gioco nelle galassie, o in scale ancora più grandi, ma giocano un ruolo fondamentale nei moti del gas sulle piccole scale. In questo scritto analizzeremo per prima cosa i principali metodi utili per la rilevazione dei campi magnetici in astrofisica senza entrare eccessivamente nel dettaglio, ma riportando gli aspetti essenziali sia dal punto di vista descrittivo dell’effetto fisico sul quale si basano, sia dal punto di vista delle formule. Dopodiché si passera ad analizzare i principali scenari ipotizzati per l’origine dei campi magnetici di una galassia. Si accennerà anche all’amplificazione di piccoli campi originari per raggiungere i valori osservati oggigiorno. Al fine di trattare questo particolare aspetto, si spenderà un capitolo per parlare del congelamento del campo nella materia. Infine nell’ultimo capitolo si affronterà il campo magnetico della Via Lattea. Ci si concentrerà in tre regioni diverse della galassia: l’halo, il disco e la zona centrale. Per questi si riporteranno i risultati ottenuti utilizzando i vari metodi precedentemente descritti, al fine di ottenere un’idea di quale sia la struttura a larga scala del campo magnetico della galassia.

Valutazioni per il dimensionamento degli impianti di condizionamento aria-acqua-olio in un banco prova motore

Il lavoro svolto, inizialmente, si proponeva di ricercare e approfondire gli strumenti fondamentali per il funzionamento di una sala prova, con l’obbiettivo di riunire in un unico elaborato informazioni sia sulla teoria che sul dimensionamento. A tal fine, sono stati presi in esame il ventilatore cella, l’aspiratore dei gas di scarico, l’unità di trattamento aria, la torre di raffreddamento e gli scambiatori di calore. Successivamente, l’attività di tesi si è focalizzata sulla creazione di un modello tramite Microsoft Excel che, in base ai dati di partenza selezionati, restituisse un dimensionamento delle componenti precedentemente analizzate. Questo modello è stato poi impiegato durante l’allestimento di una nuova sala di prova presso l’azienda AlmaAutomotive. La scelta delle condizioni di esercizio è stata fatta sulla base delle specifiche richieste dell’azienda. I risultati ottenuti dal modello sono stati quindi confrontati con i dati di dimensionamento presenti su preventivi richiesti ad aziende terze e con i dati di targa di apparecchiature montate su celle, analoghe a quella in realizzazione, presenti in azienda. Questo confronto, nei casi esaminati, ha evidenziato una buona correlazione. È stato inoltre creato un modello Simscape che rappresentasse il funzionamento dei due scambiatori (liquido motore e olio motore) in condizione stazionaria a regime. I risultati ottenuti dal modello sono stati paragonati con i dati ottenuti dalle formule teoriche (utilizzando Matlab): il confronto ha evidenziato che il modello Simscape è stato strutturato e definito correttamente.

Consumo energetico dei forni elettrici ad uso domestico: rassegna dei modelli matematici

Un forno è un oggetto costituito da una camera vuota, definita cavità, che espone in maniera controllata i materiali posti al suo interno ad un ambiente caldo. Esistono diversi tipi di forni (a gas, elettrici, a microonde, a legna) e sono utilizzati con diversi scopi a seconda delle dimensioni e di come generano il calore. Il prodotto alimentare viene cotto in forno attraverso la trasmissione di calore per irraggiamento, per convezione o per una combinazione di entrambi. Questo processo di riscaldamento richiede un elevato dispendio di energia, di cui solo il 20-25% è utilizzato per riscaldare il cibo in preparazione. I forni nello specifico sono responsabili di circa il 10-12% dell’impatto ambientale complessivo degli edifici civili, collocandosi tra i peggiori elettrodomestici in termini di efficienza energetica. A ragione di ciò, l’industria dei forni è stimolata a sviluppare tecnologie sempre più efficienti, attraverso la ricerca di un miglior controllo della temperatura interna del forno. Sono state redatte due normative europee, EN 60350 e EN 50304, che stabiliscono procedure di raccolta dati e calcolo dell’efficienza energetica di un forno per guidare i costruttori verso una progettazione a minor impatto energetico, che permetta loro di restare competitivi sul mercato. L’obiettivo del seguente lavoro bibliografico è stato quello di descrivere in maniera dettagliata le normative inerenti la determinazione dell’efficienza energetica dei forni domestici. Inoltre, è stata redatta una rassegna sistematica degli studi scientifici riguardanti la valutazione del consumo energico mediante modelli matematici.