Creazione e validazione di un modello per lo sfruttamento dell'idrogeno come vettore di accumulo dell'energia elettrica

Nell���ambito di un progetto di ricerca sui sistemi di accumulo dell���energia elettrica, in corso di avvio al ���Laboratorio di microreti di generazione e accumulo��� di Ravenna, �� stato sviluppato un modello di calcolo in grado di simulare il comportamento di un elettrolizzatore.Il comportamento di un generico elettrolizzatore �� stato modellato mediante una serie di istruzioni e relazioni matematiche, alcune delle quali ricavate tramite un���analisi dettagliata della fisica del processo di elettrolisi, altre ricavate empiricamente sulla base delle prove sperimentali e dei dati presenti nella bibliografia. Queste espressioni sono state implementate all���interno di un codice di calcolo appositamente sviluppato, realizzato in linguaggio Visual Basic, che sfrutta come base dati i fogli di calcolo del software Microsoft Excel per effettuare la simulazione. A partire dalle caratteristiche dell���elettrolizzatore (pressione e temperatura di esercizio, dimensione degli elettrodi, numero di celle e fattore di tuning, pi�� una serie di coefficienti empirici) e dell���impianto generale (potenza elettrica disponibile e pressione di stoccaggio), il modello �� in grado di calcolare l���idrogeno prodotto e l���efficienza globale di produzione e stoccaggio. Il modello sviluppato �� stato testato sia su di un elettrolizzatore alcalino, quello del progetto PHOEBUS, basato su una tecnologia consolidata e commercialmente matura, sia su di un apparecchio sperimentale di tipo PEM in fase di sviluppo: in entrambi i casi i risultati forniti dal modello hanno trovato pieno riscontro coi dati sperimentali.

Modellazione avanzata di un incendio in uno stabilimento industriale secondo i principi della fire safety engineering

Lo sviluppo di un incendio all���interno di depositi di liquidi infiammabili costituisce uno scenario particolarmente critico a causa della rilevanza delle conseguenze che ne possono scaturire. L���incendio causato dalla formazione di grandi pozze sviluppatesi a seguito di forature dei contenitori e il rapido coinvolgimento di tutto lo stoccaggio rappresentano uno scenario di incendio tipico di queste realt��. Si ha quindi la necessit�� di adottare provvedimenti atti a garantire specifici obiettivi di sicurezza tramite l���introduzione di misure antincendio. La prevenzione incendi, sino al 2007, era basata esclusivamente su norme di tipo prescrittivo, in base alle quali si definivano le misure di sicurezza secondo un criterio qualitativo. Successivamente l���ingegneria antincendio si �� sempre pi�� caratterizzata da approcci basati su analisi di tipo prestazionale, in grado di dimostrare il raggiungimento dell���obiettivo di sicurezza sulla base del comportamento reale d���incendio ottenuto mediante un���accurata simulazione del fuoco che ragionevolmente pu�� prodursi nell'attivit��. La modellazione degli incendi �� divenuta possibile grazie allo sviluppo di codici di fluidodinamica computazionale (CFD), in grado di descrivere accuratamente l���evoluzione delle fiamme. Il presente studio si inserisce proprio nell���ambito della modellazione CFD degli incendi, eseguita mediante il software Fire Dynamics Simulator (FDS). L���obiettivo dell���elaborato �� studiare l���azione dell���impianto di spegnimento a schiuma sullo sviluppo di un incendio di pozza in un deposito di liquidi infiammabili, in termini di riduzione della potenza termica rilasciata dal fuoco, al fine di determinare le temperature massime raggiunte, in corrispondenza delle quali valutare il comportamento di resistenza strutturale degli edifici. Il presente lavoro �� articolato in 6 capitoli. Dopo il Capitolo 1, avente carattere introduttivo, vengono richiamati nel Capitolo 2 i principali concetti della chimica e fisica degli incendi. Nel Capitolo 3 vengono esaminate le normative intese ad unificare l���approccio ingegneristico alla sicurezza antincendio. Il Capitolo 4 fornisce una dettagliata descrizione del software di calcolo, FDS - Fire Dynamics Simulator, adoperato per la modellazione dell���incendio. Nel Capitolo 5 si procede alla progettazione prestazionale che conduce alla determinazione della curva naturale d'incendio in presenza degli impianti di spegnimento automatici. Infine nel Capitolo 6 si riportano le considerazioni conclusive.

Mycelium tectonics: studio di comportamenti morfologico-costruttivi attraverso sistemi biologici e simulazioni al computer

Mycelium Tectonics �� un lavoro multidisciplinare che interseca l���architettura con la biologia e con la tecnologia. Il concetto di tettonica - qui definito come il territorio in cui si costruiscono le relazioni tra l���organizzazione formale e i processi di funzionamento endogeni - viene indagato partendo da un punto di vista materico, dai limiti fisici e meccanici della materia e dalle differenze che ne possono emergere attraverso il cambio di scala. Procedendo dunque dal basso, sono stati studiati fenomeni quali l���auto-organizzazione e le intelligenze collettive, costituite da elementi con comportamenti autonomi, in cui l���organizzazione globale non �� pianificata a priori ma emerge dalle interrelazioni degli elementi stessi. Si �� tentato di descrivere una tettonica in cui fosse proprio la differenziazione e la variazione, di cui il sistema �� intrinsecamente capace, a produrre una propria forma di organizzazione tettonica ed estetica su cui la funzionalit�� potesse essere mappata in modi non convenzionali. La biologia fornisce in questo diversi stimoli circa il concetto di costruire in termini di articolazione spaziale e adattabilit��: in natura ogni struttura viene generata mediante processi di crescita intrinsecamente coerenti, e le relazioni che la regolano rendono impossibile scindere le parti dal tutto; una logica profondamente differente dai processi produttivi - e costruttivi ��� odierni, che racchiude in questo il potenziale per superarne i limiti. L���esperienza di laboratorio ha permesso un��� indagine approfondita sulle capacit�� esplorative e di morfogenesi del micelio: un organismo pluricellulare molto semplice formato da numerosi filamenti (ife), capaci di ramificarsi e riconnettersi tra loro per formare una rete biologica di trasporto. Le strategie messe in atto durante la crescita, poi simulate digitalmente, si sono evidenziate durante tutto il percorso di ricerca pratica, fornendo non solo motivo di dibattito teorico, quanto stimoli e possibilit�� a livello operativo. Partendo dagli esperimenti in vitro, lo studio si �� poi soffermato sulla possibilit�� di far crescere il micelio (della specie Pleurotus Ostreatus) su strutture fibrose di canapa. Queste sono state simulate ed indagate digitalmente, al fine di costruire prototipi fisici da far colonizzare attraverso una crescita controllata del micelio. I modelli, lasciati essiccare, mostrano caratteristiche e performance emergenti, coerentemente alle premesse architettoniche. Considerando i risultati - seppur parziali - dell���attivit�� teorico-sperimentale condotta, diviene necessario considerare un significato pi�� esteso del termine sostenibilit��, oltre ad un esame pi�� approfondito delle ripercussioni a scala ecologica conseguenti l���applicazione di soluzioni qui soltanto ipotizzate.

Sviluppo di un tool per lo studio di configurazioni architetturali nell'ambito di un simulatore orbitale e di assetto per microsatelliti

La realizzazione della componentistica satellitare �� una disciplina innovativa e sempre in aggiornamento, capitanata dall���obiettivo di minimizzare il peso e il volume delle componenti e concretizzare cos�� missioni satellitari affidabili ma sempre pi�� economiche. Questo lavoro di tesi viene svolto nell���ambito di strumenti per la simulazione di sistemi di controllo di assetto di un satellite in orbita bassa terrestre. Il lavoro �� volto ad ottenere uno strumento per compiere studi preliminari di missioni di microsatelliti, che sia dotato della possibilit�� di scegliere pi�� combinazioni di attuatori e sensori e che permetta di valutare la bont�� e i vantaggi derivanti dalla scelta di tali configurazioni scelte. Il punto di partenza �� stato un simulatore realizzato in ambiente Matlab/Simulink per il monitoraggio di uno specifico microsatellite, ALMASat-1 dell���Universit�� di Bologna. Vi sono stati aggiunti dei tools allo scopo di aggiornare il simulatore a nuove tecnologie e di consentire di realizzare diverse combinazioni di determinazione e controllo in assetto. Si presenter�� inizialmente l���interfaccia grafica realizzata per facilitare l���utilizzo del simulatore e si mostreranno successivamente le modifiche apportate in concomitanza con l���aggiornamento del simulatore. Tra le innovazioni applicate al simulatore si annoverano la possibilit�� di far iniziare la simulazione in precisi stadi di assetto, permettendo all���utente di discriminare solo le fasi ad egli utili, e il miglioramento del sistema di determinazione dell���assetto, compiuto aggiungendo al sistema un simulatore di sensore di stelle, il pi�� accurato tra tutti i sensori e il cui utilizzo, tipicamente riservato a missioni ad elevato budget, si �� reso recentemente compatibile, in termini di dimensioni peso e costi, anche a piattaforme satellitari di dimensioni ridotte. Per entrambi gli aspetti verranno mostrate le rispettive modalit�� di realizzazione, ponendo particolare attenzione all���analisi posta per l���implementazione di uno strumento di misura. Infine sar�� presente una discussione sui vantaggi offerti dal simulatore rinnovato.

Sviluppo di un ambiente per il progetto di strutture aerospaziali basate su elementi a forbice

L'obiettivo di questo elaborato �� sviluppare un ambiente Matlab per il progetto ed il disegno di strutture utilizzabili in campo aerospaziale, basate su elementi a forbice. Questi elementi presentano la possibilit�� di espandersi cos�� che una struttura con ridotto ingombro in posizione retratta pu�� espandersi fino ad aumentare le sue dimensioni di diverse volte. Per la progettazione di questo ambiente �� stato necessario studiare le relazioni geometriche che regolano i movimenti di questi elementi. Sono poi state implementate delle funzioni in ambiente Matlab�� per studiare il movimento di questi elementi, partendo dalla simulazione del singolo elemento, per poi passare a strutture sempre pi�� complicate realizzate come assemblaggio di pi�� strutture elementari. Inoltre �� stata progettata e implementata un���interfaccia grafica intuitiva con lo scopo di facilitare il compito del progettista. L���ambiente realizzato permette il progetto e il disegno di alcune semplici strutture, ma pu�� essere ulteriormente sviluppato per implementare un numero sempre maggiore di strutture basate su elementi a forbice. Grazie all���ambiente realizzato, inserendo pochi parametri di progetto nell���apposita interfaccia, si pu�� ottenere il dimensionamento di una struttura, la sua visualizzazione e simulare la sua espansione. Anche se l���ambiente �� stato pensato per gestire una grande variet�� di soluzioni costruttive, ne sono state implementate due: una struttura piana basata sulla ripetizione circolare di un elemento a forbice e una struttura tridimensionale basata su una serie di corone circolari disposte nello spazio. Queste, seppur non riconducibili a precise realizzazioni aerospaziali, possono essere la base per la progettazione di reali applicazioni come ad esempio satelliti espandibili nel caso 3D. La tesi presenta quindi: un���analisi delle relazioni geometriche che stanno alla base del movimento degli elementi a forbice, una descrizione delle funzioni implementate per simulare le due strutture prese in esame, la presentazione di quali caratteristiche sono state implementate nell���interfaccia grafica e come questa �� stata implementata in Matlab, un cenno alle conclusioni che si possono trarre e ad alcuni possibili sviluppi.

Modellazione della combustione di endoreattori a solido in presenza di difettosit�� interne al grano

Il presente lavoro di tesi, nell���ambito della simulazione della prestazione di endoreattori a propellente solido, �� volto all���indagine di particolari metodologie che permettano di considerare la presenza di inclusioni d���aria nel grano. In particolare saranno presentate procedure di gestione della triangolazione, che nel codice utilizzato rappresenta la superficie di combustione, in modo che essa possa ricalcare la superficie del difetto una volta pervenuta nell���area interessata da quest���ultimo. Infine si mostreranno risultati di simulazioni relative a motorizzazioni complete e a porzioni di queste in maniera da evidenziare effetti sulla balistica, dinamiche d���interazione fra pi�� cavit�� vicine e variazione sul normale tempo di esposizione delle protezioni termiche ai gas caldi. Le conclusioni saranno tratte in relazione al modello balistico utilizzato.

Studio di un trasformatore trifase ad alta frequenza per convertitori switching

Studio di un trasformatore trifase ad alta frequenza per convertitori switching con prove a vuoto e cortocircuito tramite simulazione software.

Metamorfosi di una fabbrica: Indoor environmental quality nella riqualificazione di un settore delle ex officine reggiane

La nostra tesi propone un progetto di riqualificazione funzionale ed energetica di una porzione dell���area dismessa delle Ex Officine Reggiane a Reggio Emilia che comprende uno spazio scoperto di circa 42.500 m2 e un fabbricato, nel quale proponiamo di realizzare il museo delle officine, spazi per esposizioni temporanee e il nuovo polo archivistico di Reggio Emilia. Le Officine Meccaniche Reggiane sono state un polo industriale di particolare rilevanza a livello nazionale ed internazionale, diventando negli anni ���40 la quarta potenza industriale italiana dopo Fiat,Ansaldo e Breda. Dismesse dal 2009, si presentano oggi come un���area abbandonata di ben 260.000 m2 nella quale convivono la memoria e la speranza futura di rilancio della citt�� di Reggio Emilia nel panorama europeo. Sulle tracce dei progetti gi�� messi in atto dall���Amministrazione comunale, abbiamo fornito una proposta progettuale che consideri le vocazioni funzionali dell���area e le strategie energetiche possibili per rendere il progetto sostenibile sia dal punto di vista ambientale che dal punto di vista economico. Il lavoro �� partito dalla definizione di un quadro conoscitivo dell���area attraverso una prima fase di analisi a livello territoriale e microclimatico servendosi per queste ultime del software di simulazione in regime dinamico ENVI-met. Questa prima fase si �� conclusa con l���elaborazione di un masterplan, in seguito al quale ci siamo soffermate sul progetto di riqualificazione del capannone 15 e del grande spazio vuoto antistante ad esso. L���intervento sul costruito si pu�� riassumere in tre parole chiave: conservare, aggiornare, integrare. Abbiamo scelto infatti di mantenere la robusta e ritmata struttura in acciaio, ripensare l���involucro edilizio in termini di una maggiore efficienza energetica e confinare i locali climatizzati in volumi autoportanti, garantendo, nell���atrio, condizioni di comfort termico accettabili unicamente attraverso strategie energetiche passive. Per verificare l���effettiva opportunit�� della soluzione ipotizzata ci siamo servite del software di simulazione fluidodinamica IES VE, il quale, attraverso la simulazione oraria del cambiamento dei parametri ambientali pi�� rilevanti e degli indicatori di benessere (PMV, Comfort index, PPD..), ha confermato le nostre aspettative verificando che non �� necessario intervenire con l���introduzione di sistemi di climatizzazione convenzionale. Per quanto riguarda i padiglioni entro i quali sono pensate le attivit�� di servizio e supporto al museo e l���archivio, �� stata verificata la soddisfacente prestazione energetica raggiunta attraverso l���utilizzo del software Termolog Epix5, il quale ha attestato che essi rientrano nella classe A con un consumo energetico di 4,55 kWh/m3annuo.

Outdoor e indoor: Abitare il comfort. Strategie di riqualificazione del quartiere Pilastro a Bologna

Il caso studio affrontato nella tesi �� il complesso residenziale Pilastro, costruito tra gli anni 1962 e 1985 a Bologna. Collocato nella parte nord-est della citt��, all���interno del quartiere San Donato, il quartiere si presenta come una delle periferie pi�� adatte ad ospitare i nuovi progetti di sviluppo urbano, in virt�� della sua posizione strategica rispetto ai diversi poli e alla rete infrastrutturale principale. Questo studio consiste in una serie di analisi, effettuate al fine di giungere a trattare gli aspetti progettuali, che rispondono a una serie di problematiche riscontrate nella parte conosciuta come ���Primo Impianto���. Le criticit�� affrontate sono: - Fenomeno di Canyon Urbano dovuto al rapporto tra la morfologia urbana e il microclima; - Limiti nella fruibilit�� degli spazi esterni (outdoor), a causa della presenza di spazi non caratterizzati, dotati di uno scarso livello di comfort termico durante il periodo estivo; - Problemi riguardo l���aspetto viabilistico e le sezioni stradali; - Bassa prestazione energetica correlata alla vetust�� degli edifici; - Basso livello di comfort interno (indoor) degli edifici. La Tesi ha come obiettivo la definizione di diverse strategie progettuali che tengano conto delle condizioni climatiche relative al benessere termico come criterio per la riqualificazione degli spazi esterni e degli edifici esistenti. Quest���ultima terr�� altres�� conto della prestazione energetica dei fabbricati. Un aspetto complementare �� quello del ragionamento sull���incidenza della progettazione degli spazi esterni (outdoor) sugli aspetti relativi al benessere negli spazi interni (indoor). Metodo L���approccio seguito nel trattare le problematiche ha come punto di partenza lo studio degli spazi esterni, che continua anche al livello del costruito. Attraverso diverse analisi a livello urbanistico, sono stati indagati una serie di aspetti come la morfologia urbana, i servizi, gli spazi aperti, la popolazione e la mobilit��, etc. Il comparto studio, collocato nella parte nord-est del Primo Impianto in Via Lodovico Frati, �� composto da edifici residenziali in linea e lo spazio ���in between��� che si affaccia alla strada. Al fine di considerare le condizioni climatiche e la loro incidenza nel comfort urbano, sono stati studiati diversi parametri fisici incidenti, valutati con l���ausilio del software di simulazione Envi-met, con l���output di cui, �� stato possibile ottenere mappe di valori del comfort outdoor, sia della condizione esistente che in quella dopo l���intervento progettuale. Per quanto riguarda gli edifici, per valutare il livello di comfort negli ambienti interni �� stato usato il software di simulazione EnergyPlus, mentre per valutare la prestazione energetica �� stato usato il software Termolog Epix 5. L���output dei risultati ottenuti dai software di simulazione �� uno strumento importante di verifica per le diverse scelte progettuali.

Identificazione di modelli estrinseci di dispositivi elettronici ad effetto di campo in Nitruro di Gallio

In questa tesi descrive un modello per l'estrazione di modelli estrinseci "Parassiti" di dispositivi attivi per l'elettronica delle telecomunicazione. Trovare un modello accurato di un transistore implementabile in un CAD di simulazione. Inoltre ho descritto il comportamento del dispositivo intrinseco.

Stochastic modeling of bacterial protein domains distribution to predict horizontal gene transfer

In questo elaborato, abbiamo tentato di modellizzare i processi che regolano la presenza dei domini proteici. I domini proteici studiati in questa tesi sono stati ottenuti dai genomi batterici disponibili nei data base pubblici (principalmente dal National Centre for Biotechnology Information: NCBI) tramite una procedura di simulazione computazionale. Ci siamo concentrati su organismi batterici in quanto in essi la presenza di geni trasmessi orizzontalmente, ossia che parte del materiale genetico non provenga dai genitori, e assodato che sia presente in una maggiore percentuale rispetto agli organismi pi�� evoluti. Il modello usato si basa sui processi stocastici di nascita e morte, con l'aggiunta di un parametro di migrazione, usato anche nella descrizione dell'abbondanza relativa delle specie in ambito delle biodiversit�� ecologiche. Le relazioni tra i parametri, calcolati come migliori stime di una distribuzione binomiale negativa rinormalizzata e adattata agli istogrammi sperimentali, ci induce ad ipotizzare che le famiglie batteriche caratterizzate da un basso valore numerico del parametro di immigrazione abbiano contrastato questo deficit con un elevato valore del tasso di nascita. Al contrario, ipotizziamo che le famiglie con un tasso di nascita relativamente basso si siano adattate, e in conseguenza, mostrano un elevato valore del parametro di migrazione. Inoltre riteniamo che il parametro di migrazione sia direttamente proporzionale alla quantit�� di trasferimento genico orizzontale effettuato dalla famiglia batterica.

Studio ed ottimizzazione di un sistema di sovralimentazione per un motore a 2 tempi aeronautico

Implementazione di un sistema di sovralimentazione per un motore due tempi tramite supercharger, eseguito con metodo classico e monodimensionale col software GT-POWER.

Studio della struttura locale di droganti in quantum dots mediante spettroscopia di assorbimento di raggi X

La capacit�� della spettroscopia di assorbimento di riuscire a determinare la struttura locale di campioni di ogni tipo e concentrazione, dagli elementi puri ai pi�� moderni materiali nanostrutturati, rende lo studio dei meccanismi di incorporazione di droganti in matrici di semiconduttori il campo che meglio ne esprime tutto il potenziale. Inoltre la possibilit�� di ottenere informazioni sulla struttura locale di un particolare elemento in traccia posto in sistemi senza ordine a lungo raggio risulta, ovviamente, nello studio dei semiconduttori di grandissimo interesse. Tuttavia, la complessit�� di determinate strutture, generate dalla incorporazione di elementi eterovalenti che ne modificano la simmetria, pu�� far si che all���analisi sperimentale si debbano affiancare dei metodi avanzati ab-initio. Questi approcci garantiscono, attraverso la simulazione o di strutture atomiche o dello stesso spettro XAS, di ottenere una pi�� completa e precisa interpretazione dei dati sperimentali. Nella fase preliminare di questo elaborato si illustrer�� la fenomenologia della spettroscopia di assorbimento e i fondamenti teorici che stanno alla base dell���analisi della struttura fine di soglia. Si introdurranno contemporaneamente le tecniche sperimentali con cui si realizzano le misure di spettri di assorbimento su una beamline che sfrutta sorgente di radiazione di sincrotrone facendo riferimento agli strumenti montati sulla linea LISA (o BM08) presso l���European Synchrotron Radiation Facility di Grenoble su cui si sono realizzati gli esperimenti di questo lavoro. Successivamente si realizzer�� una rassegna di alcuni esperimenti simbolo della analisi della struttura locale di droganti in semiconduttori mediante XAFS, andando ad approfondire i metodi sperimentali associati. Nella parte principale della tesi verranno descritti alcuni tipi di analisi avanzate effettuate su Colloidal Quantum Dots a base di solfuro di piombo drogati con antimonio. Tali sistemi, particolarmente interessanti per potenziali applicazioni in campo optoelettrico, sono stati analizzati mediante misure di fluorescenza ottenute sulla beamline LISA. La fase di analisi ha visto la progettazione di una suite di programmi in C++ per realizzare simulazioni di uno spettro XAS teorico completo basato su strutture ottenute (anche esse) da metodi ab-initio.

Sistemi dinamici stocastici su network

L'obiettivo della tesi �� studiare la dinamica di un random walk su network. Essa �� inoltre suddivisa in due parti: la prima �� prettamente teorica, mentre la seconda analizza i risultati ottenuti mediante simulazioni. La parte teorica �� caratterizzata dall'introduzione di concetti chiave per comprendere i random walk, come i processi di Markov e la Master Equation. Dopo aver fornito un esempio intuitivo di random walk nel caso unidimensionale, tale concetto viene generalizzato. Cos�� pu�� essere introdotta la Master Equation che determina l'evoluzione del sistema. Successivamente si illustrano i concetti di linearit�� e non linearit��, fondamentali per la parte di simulazione. Nella seconda parte si studia il comportamento di un random walk su network nel caso lineare e non lineare, studiando le caratteristiche della soluzione stazionaria. La non linearit�� introdotta simula un comportamento egoista da parte di popolazioni in interazioni. In particolare si dimostra l'esistenza di una Biforcazione di Hopf.

Valutazione della fluenza fotonica di un tubo a raggi X tramite metodi semiempirici basati su simulazioni Montecarlo

Il lavoro svolto in questa tesi si inserisce in una ricerca iniziata pochi anni fa dal Dott. Bontempi. Riguarda la stima della fluenza fotonica tramite due metodi diversi da quelli adottati nella letteratura. I metodi proposti dalla letteratura valutano operativamente la fluenza fotonica ad alta intensit��. Sono basati sulla correlazione tra fluenza fotonica e quantit�� dosimetriche, come l���esposizione o l���Air Kerma. Altre correlano la valutazione dell���HVL con la fluenza dei fotoni. Sebbene queste metodologie siano semplici da implementare, la valutazione della fluenza dei fotoni �� ottenuta tramite il concetto di equivalenza del fascio monocromatico. Questo causa discrepanze nella valutazione della reale quantit�� di fotoni emessa dalla sorgente di raggi X. Il Dott. Bontempi ha sviluppato due diverse metodologie per il calcolo della fluenza: il primo metodo �� basato sul calcolo del Kerma unito ad un modello semi empirico per il computo dello spettro dei raggi X. Il secondo metodo �� invece basato sulla valutazione della funzione nNPS registrata in un���immagine a raggi X e quella ottenuta simulando il sistema sorgente-rivelatore.