Mechanical characterization of 3D bioprinted meniscus

Le lesioni del menisco sono le più comuni nella società di oggi: si verificano per un trauma meccanico o per cambiamenti degenerativi nella composizione dei tessuti. In caso di rottura o danneggiamento si interviene mediante riparazione del menisco, menisectomia parziale o totale, o allotrapianto, ma tali tecniche portano a degenerazione della cartilagine articolare, aumento dello stress sull'articolazione tibiale e infiammazione. Gli impianti di sostituzione presenti in commercio non riescono a ricreare il tessuto naturale del ginocchio o a prevenire malattie degenerative della cartilagine; si cerca quindi di creare un menisco meccanicamente e chimicamente simile a quello nativo. In questo studio è realizzato, tramite stampante 3D, uno scaffold di alginato e nanocellulosa, con condrociti umani al suo interno. Le cellule sono opportunamente coltivate, raggruppate a formare sferoidi di diverse concentrazioni (5000 e 10000 cellule/sferoide) e inserite all'interno di scaffold caratterizzati rispettivamente da 4000 e 2000 sferoidi/ml di inchiostro. Le loro proprietà meccaniche, insieme a quelle del campione costituito dal solo bio-inchiostro, sono caratterizzate mediante nanoindentazione. Un'analisi statistica (0.05% di significatività), ha appurato una differenza nelle proprietà meccaniche dei campioni con diverse concentrazioni di sferoidi, e tra questi e il campione senza sferoidi. Il modulo elastico e la durezza riscontrati (kPa): E=23.97±13.05, H=3.15±1.23 nel controllo negativo, E=35.34±7.28, H=4.37±0.79 nel campione da 2000 sferoidi/ml e E=49.28±9.75, H=5.44±0.87 nel campione da 4000 sferoidi/ml. In conclusione, la formazione di agglomerati di cellule e la loro introduzione all'interno di uno scaffold è possibile ed è un buon metodo per controllare il numero di cellule inserite, in termini di sferoidi. Gli organoidi contribuiscono al modulo elastico e alla durezza del campione, determinando un incremento e una maggiore equità nelle proprietà meccaniche.

Estro: Rebirth of senses. Redesign di un fan coil attraverso un approccio sinestetico

L’attività di tesi ha come oggetto l’ipotesi di restyling del fan coil appartenente alla gamma Estro. Il progetto è nato durante il percorso di tirocinio curricolare ed è poi proseguito durante quello per tesi presso la Galletti s.p.a. Quando parliamo di restyling si intende inizialmente un intervento sulla parte estetica del prodotto, per poi arrivare ad un’analisi critica ed un ripensamento relativo alle funzionalità ed alle peculiarità che deve avere questo tipo di prodotto. Ciò si rende necessario perché il progetto della gamma Estro è ormai datato e nel corso degli anni le esigenze impiantistiche e le tendenze progettuali si sono notevolmente modificate, ad esempio si è passati da una prevalenza di modelli dotati di mobile di copertura, poiché installati a vista, ad una percentuale crescente di unità desinate ad essere installate a scomparsa ed incasso nei contro soffitti o in vani tecnici. Per l’ipotesi di redesign di Estro si è partiti col ripensare l’estetica del prodotto e affiancare tale cambiamento a nuove funzionalità da implementare attraverso un approccio sinestetico, rendendo così il fan coil capace di interfacciarsi con la sfera sensoriale della persona. Una prima ricerca si è focalizzata infatti sull’approfondimento di quella che la sfera sensoriale delle persone, andando ad individuare e studiare quelli che sono i sensi e gli organi di senso. Si è poi studiato come questa percezione simultanea di sensi avviene e quanto incida sul benessere indoor dell’utente, migliorandone le prestazioni psico-fisiche e aiutando le persone a sentirsi concentrate ed in forma. Infine si è deciso di implementare Estro facendolo interagire con i sensi, scegliendone le modalità adatte, il tutto affiancato anche dallo studio della nuova forma che va ad integrarsi con le nuove funzionalità che mirano al benessere dell’utente.

Illuminazione pubblica: caso studio del comune di Sesto San Giovanni

Il presente elaborato finale ha lo scopo di illustrare tutti i parametri necessari alla progettazione di un “buon” impianto di illuminazione stradale, dotato di tutte le nuove tecnologie, per un maggior risparmio energetico incentrato alla valorizzazione e riqualificazione urbana. L’illuminazione pubblica negli ultimi decenni ha ricoperto un’importanza sempre maggiore all’interno della città e del territorio aumentando in modo esponenziale la presenza di corpi illuminanti e formando spesso una vera e propria macchia di luce durante la notte. L’implementazione degli apparecchi di illuminazione ha portato ad una maggiore sicurezza e, a volte, un maggiore comfort nelle zone cittadine, ma anche un notevole aumento di costi energetici a carico delle amministrazioni comunali. Pertanto, alla luce degli ultimi mesi, è necessario incrementare i servizi tecnologici basati sull’efficientamento energetico degli impianti, in particolare, adottando sempre di più la sorgente a LED e sistemi di riduzione del flusso luminoso, in sostituzione alle lampade obsolete esistenti con un basso rendimento energetico. Con lo sviluppo del traffico veicolare degli ultimi anni, l’illuminazione urbana ha modificato il suo aspetto nelle città, concentrandosi sul rispetto dei valori prescritti per consentire una maggiore sicurezza e scorrevolezza del traffico motorizzato durante le ore notturne a discapito della valorizzazione urbana. Infatti, le statistiche hanno mostrato che il tasso degli incidenti notturni, ossia il rapporto tra gli incidenti e il numero di veicoli in circolazione, è più elevato rispetto agli incidenti durante le ore diurne.

Progettazione ed Implementazione Front-End di un Sistema Integrato di Customer Assistance in ambito Industry 4.0

Al giorno d'oggi, l'industry 4.0 è un movimento sempre più prominente che induce ad equipaggiare gli impianti industriali con avanzate infrastrutture tecnologiche digitali, le quali operano sinergicamente con l'impianto, al fine di controllare ed aumentare la produttività, monitorare e prevenire i futuri guasti, ed altro ancora. In questo ambito, gli utenti sono parte integrante della struttura produttiva, in cui ricoprono ruoli strategici e flessibili, collaborano fra loro e con le macchine, con l’obiettivo di affrontare e risolvere proattivamente una vasta gamma di problemi complessi. In particolare, la customer assistance nel settore industriale può certamente variare in relazione a molteplici elementi: il tipo di produzione e le caratteristiche del prodotto; l'organizzazione ed infrastruttura aziendale interna; la quantità di risorse disponibili che possono essere impiegate; il grado di importanza ricoperto dalla customer assistance nel settore industriale di riferimento; altri eventuali fattori appartenenti ad un dominio specifico. Per queste ragioni, si è cercato di individuare e categorizzare nel modo più accurato possibile, il lavoro svolto in questo elaborato ed il contesto nel quale è stato sviluppato. In questa tesi, viene descritta un'applicazione web per erogare assistenza al cliente in ambito di industria 4.0, attraverso il paradigma di ticketing o ticket di supporto/assistenza. Questa applicazione è integrata nel sistema Mentor, il quale è attivo già da anni nel settore industriale 4.0. Il progetto Mentor è una suite di applicazioni cloud-based creata dal gruppo Bucci Industries, una multinazionale attiva nell'industria e nell'automazione con sede a Faenza. In questo caso di studio, si presenta la progettazione ed implementazione della parte front-end del suddetto sistema di assistenza, il quale è integrato ed interconnesso con un paio di applicazioni tipiche di industria 4.0, presenti nella stessa suite di applicazioni.

Analisi di alternative progettuali per la riqualificazione energetica di un condominio

Obiettivo della tesi è quello di ipotizzare una serie di interventi volti al miglioramento energetico di un condominio sito nel comune di Modena, raggrupparli in possibili scenari e fare una valutazione di analisi costi-benefici al fine di individuare la convenienza degli scenari proposti. Verrà fatto un inquadramento del caso studio, presentando l’edifico oggetto di intervento e le sue caratteristiche e condizioni nello stato di fatto rilevate a seguito di sopralluogo. Si procede con l’inserimento dei dati all’interno di un software certificato, e con la diagnosi energetica, illustrandone i vari risultati e criticità immediatamente rilevabili da questa analisi. Sulla base delle problematiche rilevate si sono ipotizzati una serie di interventi volti al raggiungimento di risultati prestazionali migliori nell’edificio, combinandoli tra loro per formare quattro possibili scenari realizzabili. Oltre ad indicare i risultati relativi al condominio nella sua totalità sono stati scelti tre appartamenti tipo, collocati in piani diversi, per analizzare in che modo gli interventi proposti influissero su ciascuno di essi in base alla loro posizione. Si è poi passati alla diagnosi energetica dei possibili scenari mettendoli a confronto con lo stato di fatto. In conclusione, in prima analisi sono stati calcolati i costi annuali relativi all’energia richiesta dagli impianti presenti per gli scenari di intervento, paragonandoli con quelli dello stato di fatto, e quindi valutandone il risparmio. Si è poi tenuto conto dell’investimento complessivo per ciascuno scenario, sommando il costo dei singoli interventi. Questi risultati sono stati poi messi a confronto per valutare la convenienza economica dei quattro scenari a fronte dei benefici ottenibili e dei costi da sostenere.

Analisi della prestazione di un sistema di irrigazione agricola

Esistono diversi metodi per irrigare: il sistema con auto-avvolgente ed irrigatore è il più versatile e flessibile. Solitamente l'acqua è messa in pressione da una motopompa della quale si può regolare il numero di giri e, quindi, prevalenza e portata. Il quesito che l'elaborato si pone riguarda la distanza e la superficie bagnabile, impostato il numero di giri a cui ruota la pompa centrifuga.

Sviluppo di un metodo termoanalitico per la quantificazione di microplastiche in matrici complesse

Microplastics (MPs) are highly debated emerging contaminants that are widespread on Earth. Nowadays, assessment of the risk that MPs pose on human health and environment were not developed yet, and standardized analytical methods for their quantification in complex matrices do not exist. Therefore, the formulation of standards which regulating MPs emission in the environment is not possible. The purpose of this study was to develop and apply a method for the analysis of MPs in sewage sludges and water from a wastewater treatment plant (WWTP), due to the relevance of those matrices as important pathway for MPs to enter the environment. Seven polymers were selected, because of their relevance on market production and their frequency of occurrence in such plants: polyethylene terephthalate (PET), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS), polycarbonate (PC), polyvinyl chloride (PVC), and nylon 6 (PA-6). In the study, a pre-treatment procedure was optimised using Fenton’s reagent and analyses carried out by combining thermochemolysis with Py-GC-MS after sample filtration on quartz (0.3 µm). Polymer quantification was performed with solid polymer mixture in silica and good correlations were obtained with internal calibration. As main results, Fenton's reagent negatively affected the recovery of some polymers (PP, PE, PS, PA-6) and a possible matrix interference was noticed, especially for PET and PVC. The WWTP allowed a good abatement of PS, PE, PP and PVC (on average 90 %) and comparable results were hypothesised for the other polymers. Polymer concentrations is sewage sludges ranged between < 2 μg/gdry and 3.5 mg/ gdry, for PC and PVC, respectively. Possible overestimations for PET and PVC, due to matrix interreferences, were taken into account and discussed.

Analisi tecnica ed economica di un sistema di storage elettrochimico accoppiato ad un parco eolico

L'elaborato si occupa di analizzare diverse tecnologie di accumulo elettrochimico con lo scopo di dimensionare un sistema di accumulo che verrà accoppiato ad un parco eolico, collocato in Sicilia. Lo standard di connessione sarà in AT a 36 kV, un nuovo standard di Terna che permette di snellire le connessioni di impianti rinnovabili con potenza inferiore a 100 MW. A seguito di un primo dimensionamento analitico e di un confronto con i fornitori, si è optato per l'utilizzo della tecnologia Litio-ione, meno costosa e più performante e il cui impatto ambientale risulta essere controllato. Infine, si è realizzata una valutazione economica del sistema, ipotizzando tre diverse destinazioni di utilizzo del sistema di accumulo, che può offrire servizi ancillari alla rete o partecipare al nuovo mercato delle capacità di Terna, con lo scopo di creare una riserva di energia e partecipare al controllo e alla stabilità della rete. Si è quindi stimato un possibile tempo di ritorno dell'investimento, tenendo conto anche dell'aumento dei prezzi legato all'attuale condizione politico-economica.

Il sistema Geocall a supporto dei processi di conduzione e manutenzione e di pronto intervento in ambito del servizio idrico integrato: il caso Gruppo Hera S.p.A.

All’interno dell'elaborato verrà approfondito il Servizio Idrico Integrato, in particolare saranno descritti i processi di trattamento dell’acqua dalla captazione fino al rilascio in ambiente e introdotte le Autorità che regolano il Servizio Idrico con la relativa normativa. In particolare, oggetto di questa tesi è l’applicativo Geocall, implementato dalla Direzione Acqua del Gruppo Hera S.p.A. nel 2018, a supporto dei processi di Pronto Intervento e di Conduzione e Manutenzione delle reti e impianti idrici. In seguito alla descrizione delle modalità di gestione di questi processi da parte del Gruppo prima dell’implementazione di Geocall, la piattaforma, messa a confronto con gli strumenti a disposizione del Gruppo prima della sua introduzione, verrà approfondita nelle sue applicazioni e nelle sue funzionalità all’interno dei processi coinvolti dall’analisi, con l’obbiettivo di mettere in luce le differenze con le modalità di gestione passate e in particolare i vantaggi e gli eventuali svantaggi ottenuti con l’utilizzo del nuovo software.

Analisi e progettazione di un sistema di accumulo per applicazioni in ambito industriale

"Electrification" è il concetto su cui è stata fondata l’idea del progetto trattato nell’elaborato. Si sente spesso parlare di elettrificazione e di transizione energetica, specialmente nell’ambito in cui ho avuto occasione di svolgere il tirocinio in preparazione della tesi. L’azienda con cui ho lavorato sull’attività di ricerca e analisi è, infatti, incentrata sul mercato Oil & Gas, per cui, in particolar modo in questo periodo storico, risente di un’enorme spinta all’ electrification e all’ottimizzazione degli impianti. A tal proposito, si sta dirigendo verso soluzioni che possano fornire supporto alla rete ed anche ridurre le emissioni di gas inquinanti in atmosfera. L’attività di ricerca si è basata su quelle che sono le tecnologie e le disponibilità sul mercato per sistemi di accumulo di energia all’interno dell’ambito industriale, con particolare attenzione ad aspetti quali sicurezza e innovazione. Le applicazioni di un sistema di accumulo sono svariate, per cui nell’elaborato ne sono state trattate due in particolare: peak shaving e sistema di backup. Sono stati sviluppati, quindi, tre progetti in parallelo: uno relativo al caso di peak shaving e due riguardanti sistemi di backup all’interno di una control cabin. Nel primo caso si è partiti da un progetto ex novo, mentre negli altri due casi si è fatto riferimento a due casi studio già ben definiti relativi a due impianti già esistenti a cui è stata sostituita la tecnologia alla base delle celle elettrochimiche che costituiscono il rack di batterie. L’obiettivo principale della tesi è stato dunque quello di progettare il sistema di accumulo per i relativi casi studio e di verificarne la fattibilità.

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.

Progettazione di un modulo di rinnovo dell'aria ambiente con recupero termico. Applicazione ad un caso reale

L’elaborato riguarda la progettazione di un modulo di rinnovo dell’aria ambiente con recupero termico, che integri anche la funzione di climatizzazione invernale ed estiva. L’applicazione è partita dall’analisi di un caso reale, ossia la palazzina uffici dell’azienda Galletti S.p.A. Per tutti gli uffici interessati si è proceduto alla verifica del carico termico invernale, nonché dei fabbisogni di aria di rinnovo sulla base dei tassi di occupazione previsti dalle norme e parallelamente dei tassi di occupazione reali. In tale elaborato vengono illustrate le due normative relative alla ventilazione applicabili in Italia, quella italiana (UNI 10339) e quella europea (UNI EN 16798-1), le quali permetteranno di ottenere i valori di ricambi d’aria necessari per i singoli ambienti. Per effettuare i ricambi di aria si è scelto di dimensionare un sistema di VMC puntuale. Successivamente si sono analizzati i principali inquinanti indoor e tra questi è stata scelta come indice di qualità dell’aria interna la concentrazione di CO2, in quanto il controllo della sua concentrazione permette di avere un indice di un corretto ricambio dell’aria ambiente. Per effettuare il dimensionamento della macchina si sono presi come locali tipo undici uffici dello stabilimento Galletti. Nel lavoro di selezione sono stati individuati i recuperatori a piastre in alluminio e i ventilatori necessari. Si è poi applicato un modello dinamico di accumulo di CO2 in ambienti chiusi creato in Galletti per monitorare l’andamento della concentrazione di CO2 nel tempo con diversi valori di portata di rinnovo, considerando tre livelli di isolamento dell’involucro. Il modello fornisce indicazioni sul tipo di regolazione che si prevede per la macchina. Per ciascun ambiente è stata formulata una proposta di sostituzione dell’unità di climatizzazione presente (fan coil) con una nuova unità in grado di fare fronte al tasso di rinnovo richiesto ed alla climatizzazione invernale in condizioni di progetto.

La stima dell'inerzia nelle reti elettriche

Negli ultimi anni, la rete elettrica ha subito importanti cambiamenti dovuti principalmente al fatto che vi è stato un sensibile sviluppo di impianti di produzione da fonti rinnovabili. Questo aspetto ha però influenzato in modo considerevole il funzionamento della rete ed in particolare la risposta inerziale che essa ha a fronte di uno squilibrio della potenza attiva. In particolare, nella rete si è registrata una importante riduzione dell’inerzia disponibile in quanto molte delle fonti rinnovabili attualmente installate sono connesse tramite inverter, macchine statiche, che non sono in grado di fornire alcuna risposta inerziale in modo intrinseco. Si sta perciò rendendo sempre più necessario possedere degli strumenti volti a fornire una stima dell’inerzia a disposizione della rete, in modo tale da facilitare e migliorare la gestione del Sistema Elettrico. In tale contesto, in questa tesi ci si è concentrati sulla realizzazione di un modello EMTP della rete di distribuzione benchmark europea Cigrè, che permettesse di includere tutte le caratteristiche dinamiche della rete, dei generatori di produzione e in particolare, ci si è soffermati sulla modellizzazione dei carichi, eseguendo un’analisi e un confronto sulle possibili modalità di modellizzazione dei carichi in forma aggregata. Nella seconda parte, sono stati poi sviluppati degli algoritmi che permettessero dai dati raccolti attraverso le simulazioni di ricavare il valore della costante d’inerzia nei differenti scenari.

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.

Definizione linee PIPING di vapore e condensa per impianto di riscaldamento dell'acqua ad uso industriale

In questo elaborato vengono descritte le modalità ed i criteri di progettazione di un impianto di riutilizzo di vapore surriscaldato residuo, per un’applicazione industriale di riscaldamento di acqua desalinizzata. Il vapore, che si trova stanziato in linee di accumulo considerate preesistenti, verrà successivamente spillato e canalizzato verso uno scambiatore termico a fascio tubiero controcorrente. A valle di quest’ultimo, si sviluppa una linea di ritorno di condensa che si conclude con il collegamento della stessa ad una linea di accumulo di condensa, anch'essa considerata preesistente. L’obiettivo principale dell’elaborato è la progettazione delle linee piping necessarie per la corretta e completa realizzazione dell’impianto sopracitato, sia a livello operativo che di sicurezza. A tale scopo, quindi, viene descritto il layout generale d’impianto, vengono stabiliti gli approcci da seguire, come la supportazione delle linee stesse ed i metodi di smorzamento delle tensioni termiche accumulate, ed, una volta introdotte le normative e gli standard utilizzati in fase di progettazione, viene fatta una verifica mediante utilizzo di software di calcolo a elementi finiti (Caesar 2), i cui risultati andranno a giustificare le scelte progettuali ed a convalidare l’attuale installazione del progetto.