Studio e ottimizzazione di un generatore eolico a velocità autolimitante

Studio e ottimizzazione di un rotore monopala a resistenza aerodinamica che, tramite deformazioni strutturali causate dal carico del vento, limiti autonomamente la propria velocità in caso di vento troppo forte.

Progettazione preliminare di un velivolo regionale a ridotto impatto ambientale

In questo elaborato è presentata la progettazione preliminare di un velivolo di classe regionale di generazione N+3/+4 da 90 posti passeggeri, realizzata in collaborazione con Alenia Aermacchi. Tale velivolo, allo scopo di ridurre i consumi e le emissioni, è dotato di ala laminare, ingestione strato limite e, visto il posizionamento dei propulsori, di propulsione ibrida. Attraverso la riduzione del Finess Ratio di fusoliera, grazie alla possibilità di ridurre la resistenza di scia attraverso l'ingestione strato limite, si è ottenuta una notevole riduzione del peso del velivolo che, insieme alla riduzione di resistenza globale e l'uso del propulsore ibrido, hanno permesso di ottenere un risparmio del 30% sui consumi di carburante, rispetto agli attuali velivoli della stessa categoria.

Dispersione di sostanze odorigene nell'atmosfera e modellizzazione mediante software dedicato (un'applicazione del software LAPMOD)

Gli odori rappresentano uno degli elementi di disturbo che la popolazione avverte maggiormente e, anche nel caso in cui non siano associati a sostanze tossiche, sono causa di conflitti e di intolleranza, sia nei confronti delle aziende che li diffondono nel territorio, sia nella scelta del sito di localizzazione di nuovi impianti. La valutazione del disturbo olfattivo e la sua regolamentazione (esistono linee guida, ma non una legislazione di riferimento) rappresentano aspetti caratterizzati da elevata complessità, dal momento che l’inquinamento olfattivo è strettamente associato alla percezione umana. Nella tesi vengono valutate le emissioni odorigene e le relative immissioni, dovute ad un comparto per la gestione integrata dei rifiuti. Per caratterizzare le emissioni sono stati prelevati dei campioni di aria presso le principali sorgenti individuate e quantificate utilizzando la tecnica dell’olfattometria dinamica. Una volta caratterizzate le sorgenti, i dati di emissione ottenuti dalla campagna di misura e dall’analisi olfattometrica sono stati utilizzati come dati di input del modello LAPMOD (LAgrangian Particle MODel). LAPMOD è stato implementato con un modulo specifico per la determinazione delle concentrazioni massime orarie che utilizza un peak-to-mean variabile nel tempo, a differenza di altri modelli che usano un valore costante per la determinazione. Dall'elaborazione dei dati è emerso che, utilizzando il modulo specifico per gli odori, le concentrazioni come 98° percentile riferite al giorno tipico hanno un andamento opposto rispetto all’uso di un peak-to-mean costante. Dal confronto della simulazione in cui le emissioni sono indipendenti dalla variazione della portata di odore in funzione della velocità del vento, con quella che invece simula tale dipendenza (nelle sorgenti che presentano paratie laterali e tettoia) è emerso che la simulazione che mitiga completamente l’effetto del vento è più coerente con la realtà.

Analisi di fattibilità della conversione del velivolo V-173 per il volo ad alta quota

Studio di fattibilità della conversione del Vought V-173 per il volo ad alta quota. Per realizzare l'intero lavoro si è adoperato il software di fluidodinamica computazionale Flow Simulation di SolidWorks e si è scelto l'ambiente Matlab per la fase di elaborazione e presentazione dati. A partire dal modello tridimensionale in SolidWorks del V-173 si sono ricreate le curve CL e CD a partire dai punti ottenuti dalle simulazioni per diverse configurazioni del velivolo. Si è valutata l'aerodinamica del velivolo senza la presenza di eliche e di ipersostentatori e successivamente si sono seguite due strade diverse per valutare il comportamento del velivolo: nel primo caso si sono eseguiti studi dell'aerodinamica del Pancake in presenza degli ipersostentatori già presenti sul velivolo originario (i plain flap). In secondo luogo, tenendo in considerazione che il Pancake è un aeroplano bielica, si è voluta studiare l'influenza delle due eliche sulla sua aerodinamica: dopo aver riprodotto nel modo più verosimile entrambe le eliche utilizzando SolidWorks si è fatto uno studio di massima ricavando risultati che potessero indicare la compatibilità tra elica e velivolo a seguito dei risultati sperimentali ottenuti con Flow Simulation. Questa parte è stata realizzata per lo stesso tipo di elica tripala, ma prendendo in considerazione due diversi diametri, una di 4:9m e una da 2:5m.

Valutazione sperimentale degli effetti della pressione d'iniezione dell'AdBlue sull'efficienza di abbattimento degli NOx nei sistemi SCR

In questo lavoro vengono indagati i benefici dell’aumento della pressione d’iniezione dell’AdBlue nei sistemi SCR. Dopo aver esposto le ipotesi teoriche a supporto della tesi, si passa all’allestimento del veicolo dimostrativo impiegato per l’attività sperimentale. In questa fase viene illustrato tutto il processo di preparazione, che comprende: la messa a punto del circuito idraulico, la caratterizzazione degli iniettori impiegati, la strumentazione della linea di scarico, e il software INCA impiegato per il comando delle centraline. Dopodiché vengono descritti nel dettaglio i test, condotti con il veicolo sperimentale, sul banco a rulli. Attraverso le prove, eseguite su due differenti punti motore, si è potuto dimostrare l’effettivo aumento di efficienza di abbattimento degli NOx, da parte del sistema SCR, all’aumentare della pressione d’iniezione dell’AdBlue. Inoltre si hanno effetti positivi anche in merito al fenomeno dell’ammonia slip, che viene sensibilmente ridotto ai livelli di pressione più alti.

Studio sull'impronta eolica nel Sangiovese di Modigliana

Il concetto di terroir risulta molto importante al fine di caratterizzare un determinato prodotto e sottolinearne le tipicità, soprattutto considerando la vastità del mondo enologico. La rilevanza del vento sulle proprietà sensoriali delle uve e del vino, pur oggetto di narrazioni enologiche, è stata sorprendentemente trascurata dall’investigazione scientifica. Il lavoro di Tesi ha studiato la possibile influenza del vento sul Sangiovese coltivato nell’areale viticolo di Modigliana. Lo stato dell’arte sul ruolo del vento in Viticoltura indica che esso può influenzare la fisiologia delle viti nonché la composizione delle uve modificando la composizione amminoacidica. Le strette interazioni tra vite, suolo, bosco, valli e fenomeni atmosferici, che caratterizzano il territorio di Modigliana, giocano un ruolo importante sulle proprietà sensoriali e sulla tipicità delle uve e dei vini. L'elaborato finale ha evidenziato la possibile azione del vento nell’espressione del terroir. che potrebbe estrinsecarsi attraverso l’amplificazione delle relazioni tra sistemi viticoli e matrice paesaggistica coinvolgendo il trasporto aereo di composti volatili e, probabilmente, anche di microrganismi di rilevanza enologica. Il lavoro avviato in campo in un vigneto circondato da boschi, con la messa a punto di un modello sperimentale per lo studio del vento, consentirà di approfondire le conoscenze scientifiche sull’impronta eolica sul Sangiovese di Modigliana. L’approccio multidisciplinare adottato è risultato prezioso per comprendere appieno le interazioni tra le diverse componenti del terroir, la biodiversità dei paesaggi e la cultura collettiva, e cogliere i meccanismi che alimentano la diversità enologica. Vivere e lavorare dentro il paesaggio hanno trasmesso la complessità e la reale potenzialità di un agroecosistema che si estende alla matrice paesaggistica, anche in virtù del vento, e il fascino di decodificare scientificamente eccellenze enologiche e narrazioni eoliche.

Numerical and experimental analysis of 3D printed smart structures and systems

Three dimensional (3D) printers of continuous fiber reinforced composites, such as MarkTwo (MT) by Markforged, can be used to manufacture such structures. To date, research works devoted to the study and application of flexible elements and CMs realized with MT printer are only a few and very recent. A good numerical and/or analytical tool for the mechanical behavior analysis of the new composites is still missing. In addition, there is still a gap in obtaining the material properties used (e.g. elastic modulus) as it is usually unknown and sensitive to printing parameters used (e.g. infill density), making the numerical simulation inaccurate. Consequently, the aim of this thesis is to present several work developed. The first is a preliminary investigation on the tensile and flexural response of Straight Beam Flexures (SBF) realized with MT printer and featuring different interlayer fiber volume-fraction and orientation, as well as different laminate position within the sample. The second is to develop a numerical analysis within the Carrera' s Unified Formulation (CUF) framework, based on component-wise (CW) approach, including a novel preprocessing tool that has been developed to account all regions printed in an easy and time efficient way. Among its benefits, the CUF-CW approach enables building an accurate database for collecting first natural frequencies modes results, then predicting Young' s modulus based on an inverse problem formulation. To validate the tool, the numerical results are compared to the experimental natural frequencies evaluated using a digital image correlation method. Further, we take the CUF-CW model and use static condensation to analyze smart structures which can be decomposed into a large number of similar components. Third, the potentiality of MT in combination with topology optimization and compliant joints design (CJD) is investigated for the realization of automated machinery mechanisms subjected to inertial loads.

Fenomeni aeroelastici nelle strutture civili. Inquadramento teorico, quadro normativo e applicazioni.

Il presente lavoro di tesi illustra lo studio di due fenomeni aeroelastici: il vortex shedding e il flutter. Il primo riguarda le vibrazioni indotte dall’azione del vento su funi in acciaio, il secondo invece riguarda l’instabilità flesso-torsionale tipica di ponti sospesi e strallati e dunque di ponti a grande luce libera e aventi impalcati estremamente flessibili. Questi due fenomeni possono condurre la struttura a gravi danneggiamenti o addirittura al collasso e per tale motivo è necessario eseguire studi approfonditi. Due le applicazioni pratiche riscontrate nel presente elaborato: la prima si focalizza sulle oscillazioni che si hanno in alcuni cavi che sostengono la copertura del nuovo stadio del Cairo in Egitto, la seconda riguarda l’instabilità aeroelastica che può verificarsi in un ponte, quale quello sullo stretto di Messina, quando la campata centrale sospesa raggiunge luci mai tentate prima. Dopo un inquadramento generale dei due fenomeni sopra citati e dopo averli descritti da un punto di vista normativo, si è cercato di capire come intervenire al fine di trovare soluzioni efficienti: si è infatti progettato un dispositivo di smorzamento delle vibrazioni per i cavi e si è proceduto con uno studio sperimentale per individuare una audace e rivoluzionaria soluzione per il famigerato ponte sullo stretto di Messina.

Studio e progettazione di edificio industriale in carpenteria metallica

La tesi ha come oggetto lo studio e la progettazione di un edificio industriale in carpenteria metallica localizzato a Bologna. Definizione ed analisi dei carichi con successiva progettazione e verifica del manto di copertura costituito da un doppio laminato in acciaio strutturale zincato preverniciato che racchiude uno strato di poliuretano espanso ad alta densità con funzione isolante. Progettazione e verifica degli arcarecci in base alla larghezza della fascia di loro pertinenza e ai carichi gravanti sulla copertura. Progettazione e verifica della trave reticolare calcolando singolarmente ed in modo distinto le prime 3 capriate come rappresentative di tutte le tipologie di combinazione di carico a seconda che gli arcarecci che gravano sulla capriata appoggino su 2 o 3 capriate. Progettazione e verifica delle aste della trave reticolare che in relazione all’estesa luce di interasse dei portali verrà realizzata in parte tramite l’adozione di saldature ed in parte tramite bullonature.Progettazione e verifica della baraccatura laterale con scelta del pacchetto coibentato, dell’arcareccio di gronda e di parete e dimensionamento del rompitratta. Progettazione e verifica delle colonne laterali sulle quali grava il peso della sovrastante trave reticolare in combinazione all’azione di taglio e momento provocato dal vento. Progettazione e verifica dei montanti di facciata, o false colonne. Verifica della colonna angolare che sarà soggetta ad uno stato di sollecitazione pluriassiale dovuta all’azione del vento. Progetto e verifica del controventamento di falda e dei controventamenti di parete per limitare il più possibile l’inflessione e lo sbandamento dei correnti superiori delle capriate. Verifica di tutti i collegamenti della capriata: per facilitare le operazioni di trasporto e montaggio si è scelto di dividere la capriata in due metà interamente saldate.Verifica del collegamento di base tra pilastro e plinto di fondazione. Progetto e verifica del plinto di fondazione.

Studio del ciclo geochimico del Mercurio all'interfaccia aria-neve nel plateau Antartico

Lo studio si basa sull’analisi di campioni di neve superficiale (0-3 cm) e sub-superficiale (3-6 cm) raccolti nei pressi della “clean area” di Concordia Station, nel plateau Antartico, e di campioni di deposizione raccolti a seguito di eventi di precipitazione nello stesso sito. Il sito di campionamento “clean area” è designato allo studio dei valori di fondo nel plateau antartico, poiché ritenuto privo di contaminazione antropica. L’obiettivo è la quantificazione delle concentrazioni in ultra-tracce di mercurio per lo studio di eventuali patterns relativi al ciclo geochimico dell’elemento nei periodi interessati da radiazione solare. Inoltre, per studiare i processi che controllano il ciclo del mercurio nel plateau Antartico sono stati considerati sia i parametri meteorologici che le variazioni di elementi chimici usati per tracciare le possibili sorgenti emissive ed i meccanismi di scambio che avvengono per il mercurio all’interfaccia aria-neve. Le analisi sono state svolte con ICP-SFMS, una tecnica di spettrometria in grado di rilevare concentrazioni nell’ordine del ppt. A causa dei limiti di rilevazione molto bassi, tutte le provette usate per le analisi e la conservazione dei campioni sono state trattate al fine di minimizzare la contaminazione. I campioni destinati alle analisi di mercurio sono stati trattati con acido, seguendo la procedura per la stabilizzazione di metalli volatili. Il lavoro svolto non ha identificato particolari processi di trasporto e di scambio mentre invece riporta episodi di contaminazione della “clean area” dovuti in parte alla non usuale provenienza del vento ed in parte al crescente impatto antropico dovuto alle attività delle stazioni di ricerca. Lo studio ha messo in luce le problematiche legate al possibile impatto della base di ricerca Concordia Station sui processi naturali evidenziando la necessità di ulteriori studi e approfondimenti sul tema della contaminazione della designata “area pulita” per il campionamento di neve.

Caratterizzazione e simulazione di un generatore eolico di piccole dimensioni

Durante gli ultimi anni sta avendo sempre più rilevanza il problema del cambiamento climatico, dovuto principalmente all’emissione in atmosfera di gas serra. Una delle soluzioni da adottare è una transizione energetica verso fonti di energia rinnovabili e una progressiva elettrificazione di tutte le tecnologie che utilizzano ancora combustibili fossili. L’obiettivo di questa tesi di Laurea è analizzare e implementare un semplice modello in MATLAB/Simulink di una turbina eolica, conoscendo solo i dati di targa del generatore, la curva di potenza della turbina e avendo a disposizione dei dati reali di velocità del vento, potenza prodotta e velocità di rotore. Il progetto quindi consiste in un lavoro di reverse engineering in cui, partendo dai componenti reali, si cerca di ricavare, in maniera empirica e sperimentale, i parametri che ne caratterizzano il modello matematico. Successivamente è stato implementato un modello su Simulink, partendo da un modello già esistente, in cui si è simulato il comportamento della macchina, ottenendo una stima della potenza prodotta.

Ultrafast Echocardiography

Grâce à son accessibilité, sa polyvalence et sa sécurité, l'échocardiographie est devenue la technique d'imagerie la plus utilisée pour évaluer la fonction cardiaque. Au vu du succès de l'échographie ultrarapide par ondes planes des techniques similaires pour augmenter la résolution temporelle en échocardiographie ont été mise en oeuvre. L’augmentation de la résolution temporelle de l’échographie cardiaque au-delà des valeurs actuellement atteignables (~ 60 à 80 images par secondes), pourrait être utilisé pour améliorer d’autres caractéristiques de l'échocardiographie, comme par exemple élargir la plage de vitesses détectables en imagerie Doppler couleur limitées par la valeur de Nyquist. Nous avons étudié l'échocardiographie ultrarapide en utilisant des fronts d’ondes ultrasonores divergentes. La résolution temporelle atteinte par la méthode d'ondes divergentes a permis d’améliorer les capacités des modes d’échocardiographie en mode B et en Doppler couleur. La résolution temporelle de la méthode mode B a été augmentée jusqu'à 633 images par secondes, tout en gardant une qualité d'image comparable à celle de la méthode d’échocardiographie conventionnelle. La vitesse de Nyquist de la méthode Doppler couleur a été multipliée jusqu'à 6 fois au delà de la limite conventionnelle en utilisant une technique inspirée de l’imagerie radar; l’implémentation de cette méthode n’aurait pas été possible sans l’utilisation de fronts d’ondes divergentes. Les performances avantageuses de la méthode d'échocardiographie ultrarapide sont supportées par plusieurs résultats in vitro et in vivo inclus dans ce manuscrit.

Analisi termo-strutturale dell'impianto di scarico di un motoveicolo ad elevate prestazioni

Il lavoro svolto, in collaborazione con “Ducati Motor Holding”, si propone l’analisi, mediante l’applicazione di un software FEM (HyperWorks 9.0), della struttura rappresentata dai condotti di un girotubi di scarico motociclistico. Il primo obiettivo consiste nell’ottenimento di un modello agli elementi finiti della struttura. In questo senso si è anche compiuta un’indagine sperimentale per la caratterizzazione di un componente chiave del sistema (un supporto antivibrante in gomma). Le simulazioni di calcolo strutturale vogliono coinvolgere gli effetti che i carichi termici hanno nell’alterare le proprietà meccaniche dei materiali e nell’indurre sollecitazioni derivate dalle dilatazioni termiche. Si svolgono inoltre analisi di tipo dinamico per determinare i modi di vibrare della struttura e come le frequenze naturali vengano influenzate dagli effetti termici. Sulla base di ulteriori simulazioni sulla risposta in frequenza del sistema e di un riscontro sperimentale (prova accelerometrica), si è inoltre tentata una prima validazione del modello dal punto di vista dinamico. La finalità del lavoro risiede dunque nella determinazione delle criticità strutturali che il girotubi può manifestare durante il funzionamento, ma anche nell’esplorazione e applicazione delle potenzialità del software applicato, per l’analisi degli aspetti sopra esposti.

Un museo per la vela

Il MUV, ovvero il Museo della Vela di Ravenna vuole ripercorrere la storia della navigazione a vela dai primordi ai giorni nostri. La quantità di materiale ed il tema di enormi dimensioni richiedono la semplificazione dell’apparato museologico. La vela, come la ruota, è stata probabilmente una delle più grandi invenzioni nella storia dell’umanità considerando che la maggior parte del globo è composta da acqua, permetteva di muoversi, emigrare, esplorare, scappare, procacciare cibo, comunicare, conquistare e commerciare. In questo museo si vuole ripercorrere la storia della vela attraverso i cambiamenti significativi delle tre parti fondamentali di una imbarcazione a vela: scafo, timone e vela. Infatti, ognuno di questi componenti è stato, durante la storia dell’uomo, ottimizzato e trasformato per poter sfruttare al massimo l’energia del vento. Le sezioni espositive saranno divise per grandi periodi significativi della storia, cercando di creare un filo conduttore. Dapprima la vela era utilizzata per muoversi più velocemente e per cercare cibo, poi per il trasporto e la vendita di materie prime e successivamente per andare alla scoperta del mondo e per combattere mentre ora è anche strumento di diletto o competizione sportiva. Tutti questi casi sono accumunati dalla volontà dell’uomo di arrivare sempre per primo, a prescindere dall’epoca o dallo scopo. In fondo all’inizio si competeva per raggiungere per primi un nuovo territorio, poi arrivare primi voleva dire decidere il prezzo delle spezie sul mercato e successivamente avere una barca veloce permetteva poter sfuggire al nemico o catturarlo. Adesso si compete per sport, per diletto o , secondo le ultime necessità ecosostenibili, per riuscire a muoversi più velocemente possibile ma anche nel modo più economico e sostenibile. Il MUV cerca di raccontare la continua ed infinita “ regata ” che l’uomo nel corso dei secoli compie con se stesso e di mostrare al visitatore come sono cambiati scafi, vele e metodi di navigazione durante la storia. Il progetto nasce dall’idea di valorizzare l’area urbana in sponda sinistra del Canale Candiano nella città di Ravenna compresa tra le vie Eustachio Manfredi, Montecatini, delle Industrie e Salona oggi area a destinazione industriale in forte trasformazione con utilizzo futuro a prevalenza civica, ossia per l’istruzione , la ricerca, lo svago e cultura. I principali obiettivi sono stati il miglioramento dell’accessibilità del Canale Candiano dagli spazi circostanti, rendendo fruibile al visitatore soprattutto le rive del canale riavvicinando così la città all’acqua e la progettazione di idonei edifici museali e di ricerca per accogliere, mostrare e conservare il patrimonio e di creare un anello di congiunzione funzionale e culturale all’interno del tessuto urbano creando interconnessioni tra i vari livelli di conoscenza e di accessibilità nel mondo velico. La volontà è stata quella di non creare un’isola nella città ma di creare un anello di congiunzione funzionale e culturale all’interno del tessuto urbano creando interconnessioni tra i vari livelli di conoscenza e di accessibilità. Nell’ area potrà accedere chi si avvicina alla vela, chi la conosce e vorrebbe saperne di più, un esperto velista o chi lavora nel settore dei materiali costruttivi o nel campo universitario e di sperimentazione. Il complesso museale è stato pensato per mantenere fruibile a tutti l’attacco a terra dandogli un carattere prettamente pubblico. Il museo vero e proprio è composto da una serie di volumi che si adagiano attorno alla grande permanenza in laterizio e calcestruzzo e insieme a questa creano una corte pubblica di 35 m x 35 m. L’intero patio con i vari camminamenti perimetrali è fruibili a chiunque, anche senza biglietto così come il corpo a ovest, orientato secondo l’asse che collega l’area al Mausoleo di Teodorico, che contiene una caffetteria, il bookshop più vari servizi. Sul lato nord e sul alto est del patio un’altra caffetteria, un ristorante e una parte di esposizione temporanea concludono l’attacco a terra dandogli definitivamente un carattere pubblico. Così facendo ho cercato di aprire lo spazio del patio verso tutta l’area mentre sul lato ovest c’è stata la volontà di chiudersi rispetto all’intorno essendo vicini a una zona residenziale e si è deciso di destinare questa parte a deposito, carico-scarico e servizi del personale. La disposizione dei volumi dell’edificio museale è stata subordinata nel rispetto dell’edificio di valore documentale in laterizio che si voleva mantenere. Partendo da una griglia modulata sugli edifici con vincoli comunali presenti nell’area il museo si è sviluppato come blocchi longitudinali di pochi piani. La volontà di abbracciare il volume in laterizio è stata fin da subito una delle scelte chiave e ha dato cosi forma a una grande corte che richiama i chiostri delle basiliche del centro di Ravenna, trattando quindi quasi come un monumento la vecchia fabbrica di zolfo.

“Diagnosi e certificazione, efficienza energetica ed implementazione di sistemi di produzione da fonti rinnovabili: da rudere a masseria passiva”

Dopo aver introdotto l'argomento della certificazione energetica attraverso l'analisi delle direttive europee in materia, delle legislazioni nazionali, dei regolamenti regionali e delle procedure di calcolo (ITACA, LEED, etc.) si passa poi allo studio di un caso reale, la Masseria Sant'Agapito. All'inquadramento della masseria e delle attività connesse, segue un focus sull'edificio attualmente adibito a b&b, del quale si esegue la diagnosi sperimentale (termografia all'infrarosso, test di tenuta, etc.) e la certificazione con l'ausilio del software DOCET di ENEA. Si delineano quindi interventi atti alla riqualificazione energetica e alla riduzione dei consumi per tale edificio. In seguito si ipotizza un progetto di recupero funzionale, da attuarsi secondo i criteri della conservazione dell'esistente e della bioedilizia, impiegando materiali naturali e con un ciclo di vita a basso impatto ecologico. Alla progettazione d'involucro, segue la progettazione dell'impianto termico alimentato a biomassa, degli impianti solare termico (autocostruito) e fotovoltaico (inegrato in copertura) e del generatore mini-eolico. Tali tecnologie consentono, attraverso l'impiego di fonti di energia rinnovabile, la totale autosufficienza energetica e l'abbattimento delle emissioni climalteranti riferibili all'esercizio dell'edificio. La certificazione energetica di tale edificio, condotta questa volta con l'ausilio del software TERMUS di ACCA, consente una classificazione nella categoria di consumo "A".