Modellazione elettromeccanica di una macchina automatica opercolatrice

Nella tesi si �� studiata una macchina automatica per l'industria farmaceutica: l'Adapta 100, un'opercolatrice (macchina riempi-capsule) prodotta da IMA SpA. Gli scopi della tesi erano chiarire il flusso di potenza dei vari assi e valutare un possibile risparmio energetico. La macchina infatti ha diversi motori: uno, collegato all'asse master, che comanda i gruppi non rimovibili e gli altri che comandano i gruppi di dosaggio. Tali motori in generale, per qualche tratto del ciclo della macchina, potranno lavorare come generatori, anche considerando il solo funzionamento a regime: si avr�� cio��, in qualche istante, che le forze esterne tendono ad accelerare il motore, che cos�� assorbe energia meccanica e produce energia elettrica. Attualmente tale energia viene dissipata in apposite resistenze collegate ai motori; ci si �� chiesti se non si potesse invece immagazzinare l'energia prodotta, ad esempio per usarla in caso di black-out, per frenare delicatamente la macchina senza che gli assi perdano la fase. Un'alternativa �� quella di ridistribuire la potenza generata istante per istante collegando i motori a un comune bus DC. Prima per�� �� necessario conoscere gli andamenti di coppia e velocit�� di ciascun motore: per questo ci si �� ricondotti al modello della macchina a 1 gdl, riducendo tutte le coppie e le inerzie all'asse motore. Si sono studiati i due assi pi�� importanti in termini di coppie e potenze di picco: questi sono l'asse master e l'asse di dosaggio della polvere farmaceutica. Il modello �� stato concretamente implementato con degli script MATLAB. Il modello risulta flessibile, per considerare le varie modalit�� di funzionamento della macchina, e considera i principali termini di coppia, inclusi attriti (inseriti sotto forma di rendimenti) e forze esterne di lavorazione. Tra queste �� particolarmente importante la forza di compattazione della polvere, che �� stata modellata con la formula di Kawakita, nota dalla letteratura.

Modello bayesiano per la regressione di dati troncati con applicazione a dati biologici

In questa tesi vengono valutati gli effetti sui modelli di regressione lineare da parte di troncature deterministiche dei dati analizzati, e viene proposto un metodo alternativo per effettuare queste regressioni, che rimuova queste distorsioni. In particolare vengono discussi questi effetti nel campo della ricerca biologica, come nel progetto Mark-Age. Il progetto Mark-Age ha come obiettivo quello di ottenere un set di biomarcatori per l'invecchiamento, attraverso l'uso di metodi di data learning in analisi di tipo trasversale; elaborando cio�� diverse variabili misurate sulle popolazioni esaminate riguardanti pi�� sistemi fisiologici contemporaneamente e senza escludere interazioni locali fra queste. E' necessario tenere conto in queste analisi che questi dati sono deterministicamente troncati per via dei criteri di selezione sull���et�� dei partecipanti, e che questo ha un effetto rilevante sui metodi di analisi standard, i quali invece ipotizzano che non vi sarebbe alcuna relazione fra l���assenza di un dato ed il suo valore, se questo fosse misurato. In questa tesi vengono studiati gli effetti di questa troncatura sia per quanto riguarda la selezione di modelli ottimali, che della stima dei parametri per questi modelli. Vengono studiati e caratterizzati questi effetti nell'ambito di un toy model, che permette di quantificare la distorsione e la perdita di potenza dovuta alla troncatura. Viene inoltre introdotto un appropriato metodo di regressione, chiamato Tobit, che tenga conto di questi effetti. Questo metodo viene infine applicato ad un sottoinsieme dati del progetto Mark-Age, dimostrando una notevole riduzione del bias di predizione, ottenendo anche una stima della precisione di queste predizioni.

Progetto e realizzazione di un sistema di test per sensori a effetto hall a banda larga

Un ambito di largo interesse nel campo dell���elettronica, �� quello delle misure di corrente a larga banda, in cui la richiesta per sistemi a basso costo �� aumentata sensibilmente nel corso del tempo. La causa di questo interessamento �� dovuto al pi�� frequente utilizzo di sistemi switched power ad alta frequenza, che necessitano di sensori di correnti isolati e ad alte prestazioni. L���intero lavoro prende in considerazione un sensore di nuova generazione per le misure di corrente, capace di raggiungere prestazioni oltre lo stato dell���arte. L���elaborato presentato vede, quindi, come obiettivo la creazione di un setup stabile per effettuare misure sui chip prodotti. Partendo dallo studio di fattibilit��, della componentistica necessaria e dei compromessi per mantenere i costi, si giunge ad una soluzione flessibile e adatta alle misurazioni richieste. L���elaborato partir�� con una introduzione sugli effetti fisici e la descrizione del componente fondamentale, passando a test funzionali effettuati su setup provvisori atti a ottenere informazioni basilari per la prosecuzione del lavoro. Infine verranno concepite e realizzate due schede a circuiti stampati per rispondere alle esigenze di progetto.

Formulazione e messa a punto di una metodologia per il progetto di ventilatori per gallerie del vento con applicazione al "long-pipe" del laboratorio CICLoPE : analisi attraverso l'impiego di modelli matematici in MATLAB

Nell'ottica di un futuro riprogetto, totale o parziale, del ventilatore della galleria del vento del progetto CICLoPE dell'Universit�� di Bologna, �� stato messo a punto, grazie a modelli matematici di letteratura, un algoritmo per la determinazione della geometria delle pale di un fan. La procedura si basa su ipotesi di incompressibilit�� e assenza di vortici di estremit�� ed �� in grado di fornire la geometria del ventilatore una volta che sono state fissate: le condizioni richieste nella sezione di test, l'efficienza del tunnel e alcune propriet�� del ventilatore stesso (ad esempio tipologia di profilo aerodinamico e numero di pale). L'algoritmo �� in grado di lavorare solamente con la configurazione ventilatore seguito da profili raddrizzatori, ma �� in previsione un'estensione che consentir�� di studiare anche la configurazione a fan controrotanti (come quella del CICLoPE). Con questo software sono state progettate numerose soluzioni diverse per studiare il legame tra rendimento e geometria del ventilatore. Inoltre sono stati individuati i parametri che permettono di ottenere una pala con rastremazione e svergolatura trascurabili, con lo scopo di abbassare i costi del manufatto. In particolare �� stato dimostrato come le configurazioni con diametro della nacelle grande (superiore al 65\% del diametro della sezione di potenza) siano particolarmente adatte a fornire rendimenti alti con la minima complicatezza della pala. Per quanto riguarda l'efficienza aerodinamica del profilo, i test comparativi indicano che questo parametro influisce relativamente poco sul rendimento del macchinario ma modifica profondamente la geometria della pala. Efficienze elevate tendono, secondo lo studio, a richiedere pale estremamente rastremate e poco svergolate; questo porta a preferire l'adozione di profili mediamente efficienti ma dall'ampio intervallo operativo in termini di angolo di attacco.

Progettazione di un sistema di cogenerazione statica di energia elettrica tramite celle ad effetto Seebeck

Studio di fattibilit�� di un sistema di cogenerazione termico ed elettrico stand-alone sfruttando il fenomeno dell'effetto Seebeck. In particolare �� stata esaminata la sezione di produzione di potenza elettrica. Nella prima parte �� trattata l'analisi della tecnologia riguardante i moduli TEG esplicitandone ogni aspetto caratteristico ed �� stato inserito un riepilogo delle maggiori sperimentazioni in questo ambito. Nella seconda parte �� affrontata la fase di studio preliminare. Sulla base dei dati di progetto ci si �� soffermati sui vincoli dimensionali dei componenti direttamente interessati da scambi termodinamici. Nella terza parte �� descritta la struttura del prototipo ed �� mostrata una analisi economica preliminare di carattere indicativo. I risultati ottenuti mostrano il campo di applicabilit�� al quale questa soluzione tecnologica deve riferirsi per risultare conveniente.

Valutazione funzionale ed economica di una innovativa macchina utensile in alluminio

L���oggetto di studio della presente tesi �� una macchina utensile ad altra produttivit�� con tavola rotante (transfer) che presenta numerosi elementi di innovazione rispetto a versioni precedenti. In particolare �� stata ottimizzata la scelta dei materiali che compongono i vari elementi della struttura, sono stati ripensati gli impianti di servizio e, infine, �� stato reso possibile l���impiego di tecnologie di lavorazione che permettono una notevole riduzione del consumo elettrico. Il transfer �� costituito da una stazione di carico/scarico e da numerose stazioni di lavoro equipaggiate con moduli a tre assi che permettono di eseguire le diverse operazioni da realizzare sul componente in lavorazione. Le unit�� a tre assi vengono impiegate per movimentare gli elettromandrini che mettendo in rotazione gli utensili permettono l���esecuzione delle diverse lavorazioni. L���attivit�� svolta �� stata suddivisa in diverse fasi: nella prima �� stata realizzata un���analisi funzionale che ha permesso di valutare (i) la rigidezza dell���unit�� a tre assi che equipaggia ogni stazione di lavoro e (ii) l���errore di posizionamento indotto dal riscaldamento delle viti di manovra che permettono la movimentazione dei tre assi della macchina. Nella seconda fase sono state valutate le potenzialit�� della tecnologia Minimum Quantity Lubrication (MQL) come alternativa ecologica ed economica alla tradizionale tecnica di lubrorefrigerazione con emulsione. La tecnica MQL consiste nel nebulizzare nella zona di taglio un aerosol composto da aria e olio. In particolare �� stato calibrato il sistema di generazione dell���aerosol stesso ed �� stata indagata l���influenza dei diversi parametri di taglio sulla qualit�� della lavorazione. Infine �� stata effettuata un���analisi economica che ha permesso di valutare il vantaggio economico in termini di potenza installata e consumo di energia elettrica del transfer in relazione ad una macchina utensile di pari taglia che presenta le soluzioni costruttive standard per questa tipologia di dispositivo.

Servizi di Discovery in IoT: una Soluzione MQTT-based per Gateway Kura

Grazie alla costante evoluzione tecnologica, negli ultimi anni sempre pi�� oggetti di vita quotidiana stanno accedendo ad Internet. Il proliferare dei dispositivi ���smart��� ha dato il via ad una nuova rivoluzione tecnologica: quella di Internet of Things (IoT), che sta portando nelle mani degli utenti un elevatissimo numero di informazioni in grado di offrire notevoli benefici alla vita di ogni giorno. Per poter accedere ai dati messi a disposizione risulter�� necessario realizzare un servizio in grado di consentire la scoperta, l���accesso e l���interazione con i nodi della rete che si occuperanno della gestione delle informazioni. In letteratura sono gi�� disponibili alcuni di questi meccanismi, ma essi presentano dei difetti che verrebbero ancor pi�� accentuati dalle ridotte capacit�� computazionali dei terminali IoT. In questo progetto di tesi verr�� presentato un servizio di discovery per gateway IoT Kura-based, pensato, grazie all���utilizzo del protocollo di messaggistica MQTT, per operare con terminali dalle performance limitate ed in situazioni di scarsa connettivit��. Il servizio realizzato prevede che degli smartphone Android richiedano a tutti i gateway in una determinata localit�� i parametri per entrare nel loro network. La richiesta verr�� inviata mediante un messaggio MQTT pubblicato in un topic location-specific su un broker remoto. I gateway che riceveranno il messaggio, se interessati alle caratteristiche del client, gli risponderanno comunicando i dati di accesso al network in modo che il dispositivo possa auto-configurarsi per accedervi. Ad accesso avvenuto client e gateway comunicheranno in modo diretto attraverso un broker locale. In fase di testing si valuteranno le performance del servizio analizzando i tempi di risposta e l���utilizzo di risorse lato gateway, e l���assorbimento di potenza lato client.

Steam pops during irrigated radiofrequency ablation: feasibility of impedance monitoring for prevention

BACKGROUND: Steam pops are a risk of irrigated radiofrequency catheter ablation (RFA) and may cause cardiac perforation. Data to guide radiofrequency (RF) energy titration to avoid steam pops are limited. OBJECTIVE: This study sought to assess the frequency and consequence of audible pops and to determine the feasibility of using the magnitude of impedance change to predict pops. METHODS: We reviewed consecutive endocardial open-irrigated RFA for ventricular tachycardia (VT) with continuously recorded ablation data in 142 patients with structural heart disease. Steam pops were defined as an audible pop associated with a sudden spike in impedance. Ablation lesions before or after pops served as controls. RESULTS: From a total of 4,107 ablation lesions, 62 (1.5%) steam pops occurred in 42 procedures in 38 patients. Perforation with tamponade occurred with 1 of 62 (2%) pops. Applications with pops had a greater impedance decrease (22 +/- 7 Omega vs. 18 +/- 8 Omega, P = .001) and a higher maximum power (45 +/- 5 W vs. 43 +/- 6 W, P = .011), but did not differ in maximum catheter tip temperature (40 degrees C +/- 4 degrees C vs. 40 degrees C +/- 4 degrees C, P = .180) from applications without pops. Eighty percent of pops occurred after impedance decreased by at least 18 Omega. CONCLUSION: During VT ablation with open irrigation, audible pops are infrequent and do not usually cause perforation. Limiting RF power to achieve an impedance decrease of <18 Omega is a feasible method of reducing the likelihood of a pop when perforation risk is of concern.

Functional ZnO nanostructures for electronic and energy applications

ZnO has proven to be a multifunctional material with important nanotechnological applications. ZnO nanostructures can be grown in various forms such as nanowires, nanorods, nanobelts, nanocombs etc. In this work, ZnO nanostructures are grown in a double quartz tube configuration thermal Chemical Vapor Deposition (CVD) system. We focus on functionalized ZnO Nanostructures by controlling their structures and tuning their properties for various applications. The following topics have been investigated: 1. We have fabricated various ZnO nanostructures using a thermal CVD technique. The growth parameters were optimized and studied for different nanostructures. 2. We have studied the application of ZnO nanowires (ZnONWs) for field effect transistors (FETs). Unintentional n-type conductivity was observed in our FETs based on as-grown ZnO NWs. We have then shown for the first time that controlled incorporation of hydrogen into ZnO NWs can introduce p-type characters to the nanowires. We further found that the n-type behaviors remained, leading to the ambipolar behaviors of hydrogen incorporated ZnO NWs. Importantly, the detected p- and n- type behaviors are stable for longer than two years when devices were kept in ambient conditions. All these can be explained by an ab initio model of Zn vacancy-Hydrogen complexes, which can serve as the donor, acceptors, or green photoluminescence quencher, depend on the number of hydrogen atoms involved. 3. Next ZnONWs were tested for electron field emission. We focus on reducing the threshold field (Eth) of field emission from non-aligned ZnO NWs. As encouraged by our results on enhancing the conductivity of ZnO NWs by hydrogen annealing described in Chapter 3, we have studied the effect of hydrogen annealing for improving field emission behavior of our ZnO NWs. We found that optimally annealed ZnO NWs offered much lower threshold electric field and improved emission stability. We also studied field emission from ZnO NWs at moderate vacuum levels. We found that there exists a minimum Eth as we scale the threshold field with pressure. This behavior is explained by referring to Paschen���s law. 4. We have studied the application of ZnO nanostructures for solar energy harvesting. First, as-grown and (CdSe) ZnS QDs decorated ZnO NBs and ZnONWs were tested for photocurrent generation. All these nanostructures offered fast response time to solar radiation. The decoration of QDs decreases the stable current level produced by ZnONWs but increases that generated by NBs. It is possible that NBs offer more stable surfaces for the attachment of QDs. In addition, our results suggests that performance degradation of solar cells made by growing ZnO NWs on ITO is due to the increase in resistance of ITO after the high temperature growth process. Hydrogen annealing also improve the efficiency of the solar cells by decreasing the resistance of ITO. Due to the issues on ITO, we use Ni foil as the growth substrates. Performance of solar cells made by growing ZnO NWs on Ni foils degraded after Hydrogen annealing at both low (300 ��C) and high (600 ��C) temperatures since annealing passivates native defects in ZnONWs and thus reduce the absorption of visible spectra from our solar simulator. Decoration of QDs improves the efficiency of such solar cells by increasing absorption of light in the visible region. Using a better electrolyte than phosphate buffer solution (PBS) such as KI also improves the solar cell efficiency. 5. Finally, we have attempted p-type doping of ZnO NWs using various growth precursors including phosphorus pentoxide, sodium fluoride, and zinc fluoride. We have also attempted to create p-type carriers via introducing interstitial fluorine by annealing ZnO nanostructures in diluted fluorine gas. In brief, we are unable to reproduce the growth of reported p-type ZnO nanostructures. However; we have identified the window of temperature and duration of post-growth annealing of ZnO NWs in dilute fluorine gas which leads to suppression of native defects. This is the first experimental effort on post-growth annealing of ZnO NWs in dilute fluorine gas although this has been suggested by a recent theory for creating p-type semiconductors. In our experiments the defect band peak due to native defects is found to decrease by annealing at 300 ��C for 10 ��� 30 minutes. One of the major future works will be to determine the type of charge carriers in our annealed ZnONWs.

Entwicklung von energieautarken, intelligenten Ladehilfsmitteln am Beispiel des inBin

Das autonome, intelligente Ladehilfsmittel verk��rpert die Idee des Internets der Dinge in der Intralogistik in Reinform. Am Beispiel des inBin wird das Energy-Harvesting in der Intralogistik betrachtet und gezeigt, dass ein Beh��lter mit komplexen logistischen Funktionen unter realistischer Umgebungsbeleuchtung durch Solarzellen betrieben werden kann.

Entwicklung eines Versuchsfelds f��r gro��e Systeme intelligenter Beh��lter

Im Rahmen dieses Artikels werden aktuelle Forschungsarbeiten zum Einsatz von Energy-Harvesting und Ultra-Low-Power-Ger��ten in Materialflusssystemen beschrieben. Ein besonderes Augenmerk wird auf die inBin-Plattform, das Energy-Harvesting und deren Auswirkungen auf die Leistungsverf��gbarkeit gelegt. Dazu werden die Hardwareplattform und Architektur der inBin-Plattform sowie der Aufbau eines Versuchsfelds detailliert erl��utert. Des Weiteren wird ein Ansatz zur Modellierung und Simulation von Systemen mit einer gro��en Anzahl von inBin-Plattformen vorgestellt. Dar��ber hinaus werden die Ergebnisse zweier simulierter Szenarien und m��gliche Folgen f��r die Planung zuk��nftiger Materialflusssysteme betrachtet.

Influence of directionality and maximal power output on speech understanding with bone anchored hearing implants in single sided deafness

Bone-anchored hearing implants (BAHI) are routinely used to alleviate the effects of the acoustic head shadow in single-sided sensorineural deafness (SSD). In this study, the influence of the directional microphone setting and the maximum power output of the BAHI sound processor on speech understanding in noise in a laboratory setting were investigated. Eight adult BAHI users with SSD participated in this pilot study. Speech understanding in noise was measured using a new Slovak speech-in-noise test in two different spatial settings, either with noise coming from the front and noise from the side of the BAHI (S90N0) or vice versa (S0N90). In both spatial settings, speech understanding was measured without a BAHI, with a Baha BP100 in omnidirectional mode, with a BP100 in directional mode, with a BP110 power in omnidirectional and with a BP110 power in directional mode. In spatial setting S90N0, speech understanding in noise with either sound processor and in either directional mode was improved by 2.2-2.8��dB (p��=��0.004-0.016). In spatial setting S0N90, speech understanding in noise was reduced by either BAHI, but was significantly better by 1.0-1.8��dB, if the directional microphone system was activated (p��=��0.046), when compared to the omnidirectional setting. With the limited number of subjects in this study, no statistically significant differences were found between the two sound processors.

Real-World Energy Measurements of a Wireless Mesh Network

Over the past several years the topics of energy consumption and energy harvesting have gained significant importance as a means for improved operation of wireless sensor and mesh networks. Energy-awareness of operation is especially relevant for application scenarios from the domain of environmental monitoring in hard to access areas. In this work we reflect upon our experiences with a real-world deployment of a wireless mesh network. In particular, a comprehensive study on energy measurements collected over several weeks during the summer and the winter period in a network deployment in the Swiss Alps is presented. Energy performance is monitored and analysed for three system components, namely, mesh node, battery and solar panel module. Our findings cover a number of aspects of energy consumption, including the amount of load consumed by a mesh node, the amount of load harvested by a solar panel module, and the dependencies between these two. With our work we aim to shed some light on energy-aware network operation and to help both users and developers in the planning and deployment of a new wireless (mesh) network for environmental research.

Towards End-User Driven Power Saving Control in Android devices

Abstract. During the last decade mobile communications increasingly became part of people's daily routine. Such usage raises new challenges regarding devices' battery lifetime management when using most popular wireless access technologies, such as IEEE 802.11. This paper investigates the energy/delay trade-off of using an end-user driven power saving approach, when compared with the standard IEEE 802.11 power saving algorithms. The assessment was conducted in a real testbed using an Android mobile phone and high-precision energy measurement hardware. The results show clear energy benefits of employing user-driven power saving techniques, when compared with other standard approaches.

Modelling and Validation of a Mass Imbalance Oscillation Generator to Harvest Heart Motion Energy

An autonomous energy source within a human body is of key importance in the development of medical implants. This work deals with the modelling and the validation of an energy harvesting device which converts the myocardial contractions into electrical energy. The mechanism consists of a clockwork from a commercially available wrist watch. We developed a physical model which is able to predict the total amount of energy generated when applying an external excitation. For the validation of the model, a custom-made hexapod robot was used to accelerate the harvesting device along a given trajectory. We applied forward kinematics to determine the actual motion experienced by the harvesting device. The motion provides translational as well as rotational motion information for accurate simulations in three-dimensional space. The physical model could be successfully validated.