Sviluppo di metodologie di simulazione avanzate per la progettazione fluidodinamica di condotti di motori endotermici alternativi

L’attuale panorama motoristico, fortemente guidato dalle normative, prevede l’implementazione di diverse tecnologie che hanno lo scopo di migliorare l’efficienza del motore e ridurre le emissioni di inquinanti e per le quali risulta necessario una corretta progettazione dei condotti di aspirazione. Lo sviluppo ottimale dei condotti risulta un compromesso tra obiettivi contrastanti e in termini matematici si tratta di un’ottimizzazione multiobiettivo. Le simulazioni CFD e gli algoritmi genetici sono stati applicati con successo allo studio di questi problemi, ma la combinazione di questi elementi risulta notevolmente dispendiosa in termini di tempo, in quanto sarebbero necessarie un alto numero di simulazioni. Per ridurre i tempi di calcolo, un set di simulazioni CFD pu`o essere pi`u convenientemente utilizzato per istruire una rete neurale, che una volta opportunamente istruita pu`o essere usata per prevedere gli output delle simulazioni in funzione dei parametri di progetto durante l’ottimizzazione con l’algoritmo genetico, operando quella che viene chiamata una ottimizzazione virtuale. In questa tesi, viene mostrata una metodologia numerica per l’ottimizzazione multi-obiettivo dei condotti di aspirazione, basata su un modello CAD a geometria variabile, le simulazioni fluidodinamiche tridimensionali e una rete neurale combinata con un algoritmo genetico.

Progettazione di sistema di distribuzione a cascata di ingranaggi a bassa emissione sonora per motore ad alte prestazioni

Il progetto è stato svolto in collaborazione con HPE COXA, azienda modenese dedicata alla progettazione e simulazione di elementi meccanici per il settore automotive. La finalità del progetto di tesi presentato è quella di progettare un sistema di distribuzione motore a cascata di ingranaggi dedicato ed adattato ad un motore termico V8, 4000cc già esistente, così da sostituire l’attuale sistema di distribuzione a catena e rocchetti. La peculiarità del meccanismo da progettare è la bassa emissione sonora, la quale deve essere ottenuta mediante modifiche al profilo della dentatura e ad un corretto dimensionamento del sistema. Per riuscire a soddisfare la richiesta, si utilizzano software di progettazione e simulazione (KissSoft e KissSys) che consentono di studiare la fase di ingranamento delle ruote permettendo di comprenderne il comportamento. Lo studio approfondisce poi tematiche riguardanti la natura delle modifiche effettuate, la resistenza strutturale, la distribuzione delle forze e delle tensioni e la progettazione di un sistema di ancoraggio e lubrificazione che permetta il corretto funzionamento. Il lavoro sarà completato poi con due appendici, le quali approfondiscono ancora più nel dettaglio alcune delle caratteristiche delle modifiche del profilo di dentature elicoidali, le quali non sono state prese in considerazione per il progetto della distribuzione.

Progettazione, modellazione e integrazione di risorse rinnovabili per promuovere lo sfruttamento dell'energia da moto ondoso e la Blue Growth.

L’energia da onda potrebbe assumere un ruolo fondamentale per la transizione energetica durante i prossimi decenni, grazie alla sua continuità nel tempo molto superiore rispetto ad altre risorse rinnovabili e alla sua vasta distribuzione nello spazio. Tuttavia, l’energia da onda è ancora lontana dall’essere economicamente sostenibile, a causa di diverse problematiche tecnologiche e alle difficoltà finanziarie associate. In questa ricerca, si è innanzitutto affrontata una delle maggiori sfide tecniche, nello specifico la progettazione e modellazione di sistemi di ancoraggio per i dispositivi galleggianti, proponendo possibili soluzioni per la modellazione numerica di sistemi di ancoraggio complessi e per l’ottimizzazione dei dispositivi stessi. Successivamente sono state analizzate le possibili sinergie strategiche di installazioni per lo sfruttamento della energia da onda con altre risorse rinnovabili e la loro applicazione nel contesto di aree marine multiuso. In particolare, una metodologia per la valutazione della combinazione ottimale delle risorse rinnovabili è stata sviluppata e verificata in due diversi casi studio: un’isola e una piattaforma offshore. Si è così potuto evidenziare l’importante contributo della risorsa ondosa per la continuità energetica e per la riduzione della necessità di accumulo. Inoltre, è stato concepito un metodo di supporto decisionale multicriteriale per la valutazione delle opzioni di riuso delle piattaforme offshore alla fine della loro vita operativa, come alternativa al decommissionamento, nell’ottica di una gestione sostenibile e della ottimizzazione dell’uso dello spazio marino. Sulla base dei criteri selezionati, l’inclusione di attività innovative come la produzione di energia da onda si è dimostrata essere rilevante per rendere vantaggioso il riuso rispetto al decommissionamento. Numerosi studi recenti hanno infatti sottolineato che, nell’ambito della “crescita blu”, i mercati come l’oil&gas, le attività offshore e le isole stimoleranno lo sviluppo di tecnologie innovative come lo sfruttamento dell’energia da onda, promuovendo la sperimentazione e fornendo un importante contributo all’avanzamento tecnico e alla commercializzazione.

Progettazione di un sistema di business intelligence per offerwall incentivati

Lo scopo del presente elaborato è ottenere dati grezzi dai maggiori offerwalls affinché si renda possibile elaborarli ed analizzarli per metterli a disposizione delle figure che si occupano di account management di un potenziale Ad Network quale è MyAppFree. Il primo Ad Network competitor a venire integrato nel presente tool di Business Intelligence è OfferToro, seguito da AdGem, il quale è attualmente in fase di integrazione. Prima di presentare i risultati del tool, a cui è stato dedicato l’ultimo capitolo dell’elaborato, sono stati approfonditi ed analizzati ampiamente i concetti fondamentali per la comprensione del progetto insieme agli strumenti utilizzati per la costituzione dell’architettura software. Successivamente, viene presentata l'architettura dei singoli microservizi oltre a quella sistemistica generale, la quale tratta come le parti che compongono iBiT, interagiscono tra loro. Infine, l’ultima parte della trattazione è dedicata al funzionamento del Front End Side per la figura account manager, che rappresenta l’utente finale del progetto. Unita alle analisi dei risultati ottenuti tramite una fase di benchmark testing, metrica che misura un insieme ripetibile di risultati quantificabili che serve come punto di riferimento perché prodotti e servizi possano essere confrontati. Lo scopo dei risultati dei test di benchmark è quello di confrontare le versioni presenti e future del software tramite i rispettivi benchmark.

Progettazione di un sistema di taratura per dispositivi di misura delle tensioni residue mediante hole-drilling

Nel seguente elaborato è stato sviluppato un metodo di validazione per dispositivi di misura delle tensioni residue mediante la tecnica dell'hole drilling. Esso si basa sul confronto tra tensioni residue ottenute per via teorica e sperimentale su un provino soggetto a carico imposto. Inizialmente si è proceduto attraverso lo studio della normativa di riferimento ASTM E837-20. In essa viene definito il metodo sperimentale di esecuzione dei test di hole drilling e di calcolo delle tensioni residue. In seguito è stata progettata un'attrezzatura di prova in grado di indurre un gradiente di tensione noto nello spessore del provino sollecitato. L'attrezzatura di prova in questione è stata verificata sia mediante calcoli numerici, che mediante software di simulazione agli elementi finiti. La fase di prototipazione seguente ha consentito di realizzare l'attrezzatura necessaria per l'esecuzione dei test sperimentali. Le forature sono state effettuate prima su provini scarichi, al solo scopo di scongiurare la presenza di tensioni residue e, in seguito, su provini soggetti a momento flettente noto. Le deformazioni ottenute tramite le letture degli estensimetri sono state impiegate per il calcolo delle tensioni secondo normativa ASTM E837-20. infine è stato possibile valutare l'efficacia del metodo paragonando tali risultati con quelli teorici.

Progettazione, realizzazione e caratterizzazione sperimentale di sensori capacitivi a fluido dielettrico.

Ad oggi, misurare grandezze fisiche in maniera pratica, distribuita e sostenibile è di grande importanza al fine di poter attivare strategie di digitalizzazione di qualsiasi applicazione: da quelle industriali con robotica collaborativa, fino alla domotica o tecnologia indossabile. La sfida di oggi consiste nel poter creare dei sensori che possano abilitare questi contesti, risultando efficienti, a basso consumo energetico e sostenibili in termini di materiali e componenti utilizzati. L’obiettivo della tesi è infatti quello di valutare una classe innovativa di sensori con principio di funzionamento capacitivo che risultino facili da progettare, fabbricare ed utilizzare. Nello specifico, due tipologie di sensore sono state sviluppate: uno per la misura di forza, l’altro per la misura angolare. Entrambi i dispositivi sono stati realizzati con materiale elastomerico a base di silicone, accoppiato con elettrodi conformi, in un sistema capacitivo deformabile. All’interno di questi sistemi, sono state ricavate delle camere per il contenimento di un fluido dielettrico al fine di poter monitorare lo spostamento del fluido per la misura capacitiva. La tesi riporta le linee guida principali per la progettazione di sensori che utilizzino componenti elastomerici sia conduttori che dielettrici, in combinazione con un fluido per una misura capacitiva. Successivamente, sono riportati tutti gli step di fabbricazione delle due architetture di sensore realizzate, discutendo i vari passaggi ed elencando i materiali utilizzati. Infine, le performance dei due sensori sono valutate sulla base dei risultati di una campagna sperimentale dedicata, eseguita su due setup di banco prova distinti progettati per testare la forza applicata per il primo sensore, e l’angolo di inclinazione per il secondo. Nelle conclusioni viene riportata la valutazione dell’efficienza di questi due sensori, insieme alle evoluzioni future per rendere questa proposta tecnologica affidabile e ad alte prestazioni.

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.

Progettazione di una pinza demolitrice idraulica

Questo elaborato ha come obiettivo quello di progettare una pinza demolitrice idraulica per macchine operatrici che sia effettivamente producibile, industrializzabile, performante, affidabile ed economicamente competitiva per il mercato internazionale odierno. Dopo una prima parte di introduzione all’oggetto di studio e di comparazione con la concorrenza, vengono mostrati i primi studi sulla cinematica e sugli ingombri dell’attrezzatura eseguiti con l’ausilio del software 2D “DraftSight”. A questo punto si passa alla modellazione in 3D eseguita mediante il software “Solidworks” di tutti i componenti analizzando e giustificando le scelte progettuali che sono state fatte. Vengono quindi riportati tutti i calcoli analitici eseguiti, nonché le verifiche strutturali e l’ottimizzazione topologica realizzate mediante l’ausilio del pacchetto FEM “Simulation” di Solidworks. Infine si valutano i risultati ottenuti dalla progettazione e possibili sviluppi futuri.

Progettazione e realizzazione di un database mediante software open source per l'analisi della mobilità e dell'accessibilità di Bologna

L'elaborato tratta la progettazione e la costruzione di un database, mediante l'utilizzo di un Database Management System (DBMS), correlato a una interfaccia GIS, con l'obiettivo di ottenere una panoramica del sistema della mobilità del Comune di Bologna. I software che si utilizzano sono QGIS e PostgreSQL, entrambi open source. Si descrive nel dettaglio la fase di raccolta e selezione dei file da inserire nel database, riguardanti la mobilità, i trasporti e le infrastrutture viarie, la maggior parte dei quali provenienti dagli uffici del Comune di Bologna. In seguito si mostra la fase di realizzazione del database e si effettuano interrogazioni sui dati inseriti, per ottenere nuove informazioni che descrivono la mobilità e l'accessibilità urbana. L'analisi della tesi si focalizza verso la valutazione dell'accessibilità alle modalità sostenibili, quali trasporto pubblico e modalità non motorizzate (mobilità ciclistica e pedonale). In questo modo si crea uno strumento per individuare punti di forza e criticità del sistema della mobilità.

Caratterizzazione e progettazione di un attuatore differenziale elastico compatto per la robotica collaborativa

Lo sviluppo della robotica collaborativa, in particolare nelle applicazioni di processi industriali in cui sono richieste la flessibilità decisionale di un utilizzatore umano e le prestazioni di forza e precisione garantite dal robot, pone continue sfide per il miglioramento della capacità di progettare e controllare al meglio questi apparati, rendendoli sempre più accessibili in termini economici e di fruibilità. Questo cambio di paradigma rispetto ai tradizionali robot industriali, verso la condivisone attiva degli ambienti di lavoro tra uomo e macchina, ha accelerato lo sviluppo di nuove soluzioni per rendere possibile l’impiego di robot che possano interagire con un ambiente in continua mutazione, in piena sicurezza. Una possibile soluzione, ancora non diffusa commercialmente, ma largamente presente in letteratura, è rappresentata dagli attuatori elastici. Tra gli attuatori elastici, l’architettura che ad oggi ha destato maggior interesse è quella seriale, in cui l’elemento cedevole viene posto tra l’uscita del riduttore ed il carico. La bibliografia mostra come alcuni limiti della architettura seriale possano essere superati a parità di proprietà dinamiche. La soluzione più promettente è l’architettura differenziale, che si caratterizza per l’utilizzo di riduttori ad un ingresso e due uscite. I vantaggi mostrati dai primi risultati scientifici evidenziano l’ottenimento di modelli dinamici ideali paragonabili alla più nota architettura seriale, superandola in compattezza ed in particolare semplificando l’installazione dei sensori necessari al controllo. In questa tesi viene effettuata un’analisi dinamica preliminare ed uno studio dell’attitudine del dispositivo ad essere utilizzato in contesto collaborativo. Una volta terminata questa fase, si presenta il design e la progettazione di un prototipo, con particolare enfasi sulla scelta di componenti commerciali ed il loro dimensionamento, oltre alla definizione della architettura costruttiva complessiva.

Sistemi di stoccaggio non tradizionali: modellazione analitica ed analisi prestazionale multi-scenario

Il seguente elaborato di tesi prevede la simulazione del comportamento di quattro diversi layout di magazzino contenenti lo stesso numero di vani, ipotizzando uno stoccaggio della merce secondo il criterio delle classi. Inoltre è stata analizzata l’influenza della variabile altezza sul tempo di ciclo dei singoli magazzini. I quattro layout analizzati sono stati: il layout tradizionale, il layout diagonal cross aisle, il layout fishbone e il layout leaf. Il primo è un magazzino “convenzionale”, nel quale l’intersezione dei corridoi genera sempre angoli retti, i restanti tre sono magazzini “non convenzionali”, ovvero l’intersezione dei corridoi genera angoli particolari. Per ciascun magazzino è stato realizzato un modello matematico discreto in grado di determinare la posizione di ogni singolo vano, la sua distanza dal punto I/O e la sua altezza da terra. Il modello matematico e la tipologia di gestione del magazzino sono stati successivamente implementati in un programma scritto su Microsoft Excel, mediante il linguaggio integrato VBA (Visual Basic for Application). Questo ha permesso di determinare i tempi di ciclo medi per ciascun magazzino, facendo il rapporto tra le distanze precedentemente calcolate e le velocità di traslazione e sollevamento del carrello elevatore. Per ottenere dalla simulazioni dei valori il più possibile prossimi alla realtà è stata adottata la metodologia di Simulazione Monte Carlo e un numero di estrazioni pari a 1000. Dai risultati ottenuti è emerso che il magazzino fishbone è in grado di garantire i miglior tempo di ciclo e che i tempi di ciclo più bassi si ottengono, a parità di vani presenti in un magazzino, aumentando le dimensioni in pianta piuttosto che aumentando l’altezza del magazzino.

Analisi AS-IS/ TO-BE applicata alla progettazione o reingegnerizzazione dei processi interni ad un'organizzazione: Il caso Rosetti Marino S.p.A.

L'elaborato riguarda l'analisi tra lo stato as-is e lo stato to-be in riferimento ai processi interni ad un'organizzazione. Il focus del trattato è la descrizione delle fasi di lavoro che si susseguono nella ricostruzione di un processo, in questo caso specifico la rintracciabilità del flusso materiali inerenti al caso di Rosetti Marino Sp.a (Ravenna, Italia), nell'evidenziare quali sono le criticità attuali e le risorse coinvolte nel processo. Una volta individuati i punti critici, si passa all'analisi del to-be, ovvero allo studio delle possibili aree ed opportunità di miglioramento sia in termini di processo che di attori coinvolti. E' di fondamentale importanza comprendere nella fase finale momenti di formazione dei propri dipendenti con la sponsorship dei prorpi responsabili di funzione. In conclusione, l'elaborato attraversa sia le fasi operative del processo, di costruzione del nuovo flusso di attività ottimizzato, ma pone l'attenzione anche sulle fasi di formazione e di coinvolgimento di tutti i partecipanti necessari, affinchè il processo sia compreso, metabolizzato e messo a frutto.

Studio sperimentale dello stoccaggio di idrogeno in idruri metallici

Negli ultimi decenni, il riscaldamento globale, causato dall’emissioni di gas serra in atmosfera, ha spinto i governi ad agire verso una progressiva sostituzione della generazione elettrica da fonte fossile con quella da rinnovabile. La non programmabilità di alcune fonti rinnovabili ha reso necessario l’utilizzo di tecnologie di accumulo dell’energia elettrica. In particolare, la produzione di idrogeno sembra essere una valida soluzione, ma il suo stoccaggio è uno dei principali ostacoli alla sua diffusione. Tra i diversi metodi di stoccaggio, quello più promettente è quello in idruri metallici. Affinché questa tecnologia diventi competitiva, è però necessario migliorare la cinetica della reazione di assorbimento/desorbimento dell’idrogeno nel sito metallico, attraverso una migliore gestione del calore prodotto/richiesto dalla reazione. In questo contesto, la presente tesi ha come obiettivo l’ottimizzazione del processo di carica di bombole agli idruri metallici, situate all’interno di una microgrid per la generazione e l’accumulo di energia da fotovoltaico, attraverso lo sviluppo di un sistema di controllo della temperatura delle bombole, e la realizzazione di prove sperimentali per valutare i reali benefici che esso comporta, in termini di capacità di stoccaggio e velocità di assorbimento dell’idrogeno. Dopo aver presentato il contesto energetico, lo stato dell’arte degli idruri metallici e la microgrid in cui sono situate le bombole, sono state descritte due versioni diverse del sistema ideato: una versione definitiva, che potrà essere realizzata per eventuali studi futuri, e una versione semplificata, che è stata poi realizzata in laboratorio. È stato descritto nel dettaglio il setup sperimentale, realizzato per svolgere le prove sul processo di carica della bombola, e sono stati poi riportati e confrontati i risultati ottenuti nel caso in cui non si è fatto uso del prototipo e quelli ottenuti nel caso in cui viene invece utilizzato per raffreddare la bombola.

Progettazione di un impianto per la produzione di idrogeno verde

Uno studio sulle tecnologie attuali per la produzione di idrogeno, comprensive di membrane per gli elettrolizzatori e stato dell'arte di esse. Assieme a questo una breve valutazione numerica di un impianto con relative componenti.

Studio di progettazione di un sistema vite-madrevite per cilindri di sollevamento elettrici per applicazioni navali.

L’attività di tirocinio è iniziata con lo studio dei sottomarini e dei loro apparati. Una volta individuate le criticità del caso di studio è stata avviata una fase di ricerca bibliografica sui materiali e sui relativi processi tribologici coinvolti nello strisciamento tra vite e madrevite. La ricerca si è poi concentrata sui fenomeni di corrosione e sui materiali adatti a contrastarla; in base ai dati raccolti ne è stata selezionata una coppia per vite e madrevite. A questo punto è stata effettuata la modellazione CAD 3D del sistema di sollevamento, modellando i principali elementi del meccanismo, cioè la vite, la madrevite e i componenti che ospitano cuscinetti e guarnizioni. Contemporaneamente alla fase di disegno è stato effettuato il dimensionamento del sistema vite-madrevite e dei dispositivi necessari al suo funzionamento. Durante questa fase è stata progettata una legge di moto della vite tale da consentire prestazioni equivalenti o migliori del sistema idraulico da sostituire. Per la vite, oltre alle verifiche statiche e a fatica, è stato necessario effettuare le verifiche a carico di punta e di velocità critica. Durante i calcoli riguardanti la fatica, sono stati valutati gli effetti dovuti alla presenza della filettatura, calcolando i coefficienti di concentrazione delle tensioni grazie ad apposite simulazioni FEM. Inoltre, è stato dimensionato il collegamento tramite linguetta al motoriduttore. Dopo aver effettuato il dimensionamento statico della madrevite ed eseguito una verifica dei parametri che ne determinano l’usura, sono stati scelti i componenti commerciali come cuscinetti, guarnizioni e tenute. Terminata la fase di dimensionamento dei componenti è stato effettuato un approfondimento relativo al gruppo motoriduttore e al meccanismo frenante. Nei capitoli conclusivi sono stati valutati aspetti come la gestione dei carichi radiali, i test necessari ad ultimare la progettazione e i possibili sviluppi futuri.