Analysis and design considerations of resonator arrays for inductive power transfer systems

In the frame of inductive power transfer (IPT) systems, arrays of magnetically coupled resonators have received increasing attention as they are cheap and versatile due to their simple structure. They consist of magnetically coupled coils, which resonate with their self-capacitance or lumped capacitive networks. Of great industrial interest are planar resonator arrays used to power a receiver that can be placed at any position above the array. A thorough circuit analysis has been carried out, first starting from traditional two-coil IPT devices. Then, resonator arrays have been introduced, with particular attention to the case of arrays with a receiver. To evaluate the system performance, a circuit model based on original analytical formulas has been developed and experimentally validated. The results of the analysis also led to the definition of a new doubly-fed array configuration with a receiver that can be placed above it at any position. A suitable control strategy aimed at maximising the transmitted power and the efficiency has been also proposed. The study of the array currents has been carried out resorting to the theory of magneto-inductive waves, allowing useful insight to be highlighted. The analysis has been completed with a numerical and experimental study on the magnetic field distribution originating from the array. Furthermore, an application of the resonator array as a position sensor has been investigated. The position of the receiver is estimated through the measurement of the array input impedance, for which an original analytical expression has been also obtained. The application of this sensing technique in an automotive dynamic IPT system has been discussed. The thesis concludes with an evaluation of the possible applications of two-dimensional resonator arrays in IPT systems. These devices can be used to improve system efficiency and transmitted power, as well as for magnetic field shielding.

Frammenti latini tra le carte estensi: riflessioni sul contesto di riuso e catalogo descrittivo

La tesi che qui si presenta muove dall’osservazione della collezione dei Frammenti conservata presso l’Archivio di Stato di Modena, fornendo un'analisi dettagliata della sua storia archivistica fin dalle origini e dei percorsi di ricerca esplorati fino ad oggi. Un censimento condotto durante la ricerca ha inoltre rivelato circa 50 nuovi frammenti latini riutilizzati nei registri dell'Archivio Estense, che permangono in situ. Un notevole numero di frammenti dell'ASMo proviene dalle legature dei volumi del complesso archivistico estense, il quale, coprendo il periodo 1317-1797, costituisce il più ampio fondo dell'Archivio di Stato di Modena. Diversamente dalle ricerche precedenti dedicate a frammenti specifici, questa tesi adotta uno sguardo olistico, esplorando le testimonianze frammentarie legate a un medesimo contesto di riutilizzo. Il nucleo centrale si concentra sulla metodologia adoperata per ricostruire le 'provenienze archeologiche', con un focus sul riutilizzo nei registri dell'Archivio Estense. La tesi include frammenti documentari, spesso trascurati, offrendo nuove prospettive sullo studio del fenomeno del riuso, soprattutto nei domini estensi. Questo approccio sottolinea inoltre l’interdisciplinarietà intrinseca agli studi dedicati ai frammenti di manoscritti, già considerati prevalentemente secondo un’ottica paleografica e codicologica e qui sottoposti anche a un’indagine dal punto di vista dell’archivistica e della diplomatica. La tesi comprende un catalogo parziale dei frammenti pergamenacei latini provenienti dall'Archivio Estense, costruito adottando il modello di scheda descrittiva del database digitale Fragmentarium. L'analisi comprende identificazione, datazione, localizzazione dei frammenti, cui si aggiungono aspetti materiali e storico-contestuali del riuso, e il catalogo riferisce, in alcuni casi, la ricostruzione di membra disiecta. Parallelamente, si è avviato un progetto pilota per la digitalizzazione dei frammenti dell'ASMo in collaborazione con il Centro Studi ARCE dell'Università di Bologna. La tesi include una relazione sulle attività svolte, con riflessioni sulle metodologie adottate durante il progetto di digitalizzazione.

Exact and heuristic algorithms for the integrated planning of multi-energy systems

The aim of this thesis is to present exact and heuristic algorithms for the integrated planning of multi-energy systems. The idea is to disaggregate the energy system, starting first with its core the Central Energy System, and then to proceed towards the Decentral part. Therefore, a mathematical model for the generation expansion operations to optimize the performance of a Central Energy System system is first proposed. To ensure that the proposed generation operations are compatible with the network, some extensions of the existing network are considered as well. All these decisions are evaluated both from an economic viewpoint and from an environmental perspective, as specific constraints related to greenhouse gases emissions are imposed in the formulation. Then, the thesis presents an optimization model for solar organic Rankine cycle in the context of transactive energy trading. In this study, the impact that this technology can have on the peer-to-peer trading application in renewable based community microgrids is inspected. Here the consumer becomes a prosumer and engages actively in virtual trading with other prosumers at the distribution system level. Moreover, there is an investigation of how different technological parameters of the solar Organic Rankine Cycle may affect the final solution. Finally, the thesis introduces a tactical optimization model for the maintenance operations’ scheduling phase of a Combined Heat and Power plant. Specifically, two types of cleaning operations are considered, i.e., online cleaning and offline cleaning. Furthermore, a piecewise linear representation of the electric efficiency variation curve is included. Given the challenge of solving the tactical management model, a heuristic algorithm is proposed. The heuristic works by solving the daily operational production scheduling problem, based on the final consumer’s demand and on the electricity prices. The aggregate information from the operational problem is used to derive maintenance decisions at a tactical level.

Distributed and synchronized measurements for the wide-area observation of electric power systems in distorted and low-inertia conditions

With the aim of heading towards a more sustainable future, there has been a noticeable increase in the installation of Renewable Energy Sources (RES) in power systems in the latest years. Besides the evident environmental benefits, RES pose several technological challenges in terms of scheduling, operation, and control of transmission and distribution power networks. Therefore, it raised the necessity of developing smart grids, relying on suitable distributed measurement infrastructure, for instance, based on Phasor Measurement Units (PMUs). Not only are such devices able to estimate a phasor, but they can also provide time information which is essential for real-time monitoring. This Thesis falls within this context by analyzing the uncertainty requirements of PMUs in distribution and transmission applications. Concerning the latter, the reliability of PMU measurements during severe power system events is examined, whereas for the first, typical configurations of distribution networks are studied for the development of target uncertainties. The second part of the Thesis, instead, is dedicated to the application of PMUs in low-inertia power grids. The replacement of traditional synchronous machines with inertia-less RES is progressively reducing the overall system inertia, resulting in faster and more severe events. In this scenario, PMUs may play a vital role in spite of the fact that no standard requirements nor target uncertainties are yet available. This Thesis deeply investigates PMU-based applications, by proposing a new inertia index relying only on local measurements and evaluating their reliability in low-inertia scenarios. It also develops possible uncertainty intervals based on the electrical instrumentation currently used in power systems and assesses the interoperability with other devices before and after contingency events.

Vehicle routing and location routing problems with minimum latency: algorithms and models

Latency can be defined as the sum of the arrival times at the customers. Minimum latency problems are specially relevant in applications related to humanitarian logistics. This thesis presents algorithms for solving a family of vehicle routing problems with minimum latency. First the latency location routing problem (LLRP) is considered. It consists of determining the subset of depots to be opened, and the routes that a set of homogeneous capacitated vehicles must perform in order to visit a set of customers such that the sum of the demands of the customers assigned to each vehicle does not exceed the capacity of the vehicle. For solving this problem three metaheuristic algorithms combining simulated annealing and variable neighborhood descent, and an iterated local search (ILS) algorithm, are proposed. Furthermore, the multi-depot cumulative capacitated vehicle routing problem (MDCCVRP) and the multi-depot k-traveling repairman problem (MDk-TRP) are solved with the proposed ILS algorithm. The MDCCVRP is a special case of the LLRP in which all the depots can be opened, and the MDk-TRP is a special case of the MDCCVRP in which the capacity constraints are relaxed. Finally, a LLRP with stochastic travel times is studied. A two-stage stochastic programming model and a variable neighborhood search algorithm are proposed for solving the problem. Furthermore a sampling method is developed for tackling instances with an infinite number of scenarios. Extensive computational experiments show that the proposed methods are effective for solving the problems under study.

Development and characterization of cutting-edge equipment for EMC measurements and advanced power line filter design

This Doctoral Thesis aims at studying, developing, and characterizing cutting edge equipment for EMC measurements and proposing innovative and advanced power line filter design techniques. This document summarizes a three-year work, is strictly industry oriented and relies on EMC standards and regulations. It contains the main results, findings, and effort with the purpose of bringing innovative contributions at the scientific community. Conducted emissions interferences are usually suppressed with power line filters. These filters are composed by common mode chokes, X capacitors and Y capacitors in order to mitigate both the differential mode and common mode noise, which compose the overall conducted emissions. However, even at present days, available power line filter design techniques show several disadvantages. First of all, filters are designed to be implemented in ideal 50 Ω systems, condition which is far away from reality. Then, the attenuation introduced by the filter for common or differential mode noise is analyzed independently, without considering the possible mode conversion that can be produced by impedance mismatches, or asymmetries in either the power line filter itself or the equipment under test. Ultimately, the instrumentation used to perform conducted emissions measurement is, in most cases, not adequate. All these factors lead to an inaccurate design, contributing at increasing the size of the filter, making it more expensive and less performant than it should be.

Graphene-based bioelectronic interfaces and devices and interpretative models targeting glial cells

Bioelectronic interfaces have significantly advanced in recent years, offering potential treatments for vision impairments, spinal cord injuries, and neurodegenerative diseases. However, the classical neurocentric vision drives the technological development toward neurons. Emerging evidence highlights the critical role of glial cells in the nervous system. Among them, astrocytes significantly influence neuronal networks throughout life and are implicated in several neuropathological states. Although they are incapable to fire action potentials, astrocytes communicate through diverse calcium (Ca2+) signalling pathways, crucial for cognitive functions and brain blood flow regulation. Current bioelectronic devices are primarily designed to interface neurons and are unsuitable for studying astrocytes. Graphene, with its unique electrical, mechanical and biocompatibility properties, has emerged as a promising neural interface material. However, its use as electrode interface to modulate astrocyte functionality remains unexplored. The aim of this PhD work was to exploit Graphene-oxide (GO) and reduced GO (rGO)-coated electrodes to control Ca2+ signalling in astrocytes by electrical stimulation. We discovered that distinct Ca2+dynamics in astrocytes can be evoked, in vitro and in brain slices, depending on the conductive/insulating properties of rGO/GO electrodes. Stimulation by rGO electrodes induces intracellular Ca2+ response with sharp peaks of oscillations (“P-type”), exclusively due to Ca2+ release from intracellular stores. Conversely, astrocytes stimulated by GO electrodes show slower and sustained Ca2+ response (“S-type”), largely mediated by external Ca2+ influx through specific ion channels. Astrocytes respond faster than neurons and activate distinct G-Protein Coupled Receptor intracellular signalling pathways. We propose a resistive/insulating model, hypothesizing that the different conductivity of the substrate influences the electric field at the cell/electrolyte or cell/material interfaces, favouring, respectively, the Ca2+ release from intracellular stores or the extracellular Ca2+ influx. This research provides a simple tool to selectively control distinct Ca2+ signals in brain astrocytes in neuroscience and bioelectronic medicine.

Progetto DERNetSoft: design e sviluppo di un'app mobile per un futuro più sostenibile

Da anni ormai siamo inconsapevolmente "in guerra" con la natura. Sfruttiamo e sprechiamo risorse naturali senza alcuna considerazione per le conseguenze. Le città sono considerate le principali fonti dei problemi ambientali e la regolamentazione del consumo energetico urbano è fondamentale per affrontare il cambiamento climatico globale. DERNetSoft Inc, start-up californiana, ha intravisto il problema come un’opportunità per creare un proprio business il cui scopo è quello di contribuire a costruire un futuro a basse emissioni di carbonio, fornendo un servizio tecnologico scalabile e conveniente per consentire la riduzione delle emissioni di gas a effetto serra a livello mondiale. Per farlo vengono utilizzati i concetti di DER Energy e Aggregation Energy. Nel volume di tesi si affrontano e descrivono la progettazione di un’applicazione mobile, multipiattaforma, sviluppata con il framework React Native. L’app sviluppata è supportata da un’architettura basata su dei micro servizi implementati tramite il cloud di Google. La principale funzionalità dell’applicazione sviluppata è quella di notificare gli utenti di un evento ELRP che, attraverso incentivi economici, promuove la riduzione del consumo energetico durante i periodi di forte stress o emergenza della rete elettrica.

Verifiche di sicurezza delle apparecchiature elettromedicali

La struttura di un ospedale è notevolmente complessa nella sua organizzazione e conduzione, ed è per di più sollecitata a continue trasformazioni di carattere tecnologico ed organizzativo. Pertanto è essenziale, in una struttura sanitaria, il ruolo svolto dall’Ingegneria Clinica, che è quello dell’applicazione dei metodi e delle competenze specifiche proprie dell’ingegneria all’organizzazione, alla gestione e all’uso sicuro ed appropriato della strumentazione biomedica. Il seguente elaborato tratta le verifiche di sicurezza delle apparecchiature elettromedicali (EM) con una particolare attenzione agli aspetti normativi che le contraddistinguono e al ruolo dell’ingegnere clinico. Parlare di sicurezza per le tecnologie biomediche, significa garantire l’utilizzo delle stesse in assenza di rischi per l’utilizzatore e per il paziente, perciò il concetto di rischio è analizzato accuratamente. Oltre alla manutenzione correttiva è compito dell’ingegnere clinico programmare strategie di manutenzione preventiva per ottimizzare la durata fisiologica degli apparecchi EM e garantirne la qualità delle prestazioni erogate a lungo termine. L’utilizzo o il semplice invecchiamento di una qualsiasi apparecchiatura ne provoca infatti l’usura dei materiali e la deriva delle caratteristiche, aumentando la probabilità di guasto ed avaria. Pertanto la definizione di procedure di verifica elettrica periodica diventa fondamentale per l’individuazione di gran parte di quelle situazioni di compromissione della sicurezza che sono causa di danni e incidenti. Il loro scopo è quello di accertarsi che un’apparecchiatura abbia mantenuto nel tempo le caratteristiche di sicurezza dichiarate dal produttore e certificate dalla marcatura di conformità CE. Per completare l’iter di verifica di sicurezza e definirne il livello minimo accettabile è essenziale eseguire, oltre alle verifiche elettriche, le verifiche funzionali per valutare l’efficacia delle singole funzioni e prestazioni.

Ottimizzazione impiantistica di servizi di climatizzazione e acqua calda con produzione di energia da fotovoltaico: il caso studio del progetto "e-SAFE"

In questa tesi si è approfondito dal punto di vista impiantistico ed energetico il primo progetto pilota “e-SAFE”, relativo ad un condominio di edilizia popolare sito a Catania. Il progetto europeo “e-SAFE” mira alla riqualificazione “globale” del patrimonio edilizio UE, con obiettivi quali la decarbonizzazione, tramite raggiungimento di edifici nZEB, e la sicurezza sismica, includendo finalità sociali. È stata svolta la progettazione degli impianti tecnici relativi ai servizi di climatizzazione (riscaldamento e raffrescamento) e produzione acqua calda sanitaria (ACS), tramite adozione di sistema a pompa di calore abbinato ad impianto fotovoltaico provvisto di batterie di accumulo, al fine di massimizzare l’utilizzo di fonti energetiche rinnovabili. Una soluzione innovativa è stata prevista per il sistema ACS tramite bollitori decentralizzati che permettono l’eliminazione della rete di ricircolo e dotano il servizio centralizzato di una certa “individualità”, con adozione di logiche di controllo che consentono di sfruttare al massimo l’energia da fotovoltaico. Sono state quindi svolte analisi energetiche, relative a tre casi impiantistici (senza PV, con PV e con batterie d’accumulo), con modellazione del sistema edificio-impianto adottando una procedura di calcolo orario, per poi confrontare i consumi elettrici, le emissioni e i principali indicatori energetici al fine di dimostrare la bontà delle scelte progettuali effettuate. Si è dimostrato come l’impiego dell’impianto fotovoltaico, abbinato ad un corretto dimensionamento delle batterie di accumulo, consente di ottimizzare la contemporaneità di produzione e consumo di energia. Nonché permette di minimizzare il prelievo di energia elettrica dalla rete nazionale, consumando e stoccando in loco l’elettricità autoprodotta da fonti energetiche totalmente rinnovabili.

Correlazioni tra assetto geologico-strutturale del distretto cinabrifero del M.te Amiata e sue risorse geotermiche-epitermali

I giacimenti di cinabro (±stibina) del M.te Amiata costituiscono un distretto minerario di importanza mondiale, con una produzione storica totale che supera le 117 kt di Hg, prodotte tra il 1850 e il 1982. Nell’area del distretto minerario si trova l’omonimo sistema geotermico, con 6 impianti per la produzione di energia elettrica che producono 121MW equivalenti di energia. Lo scopo di questa tesi è di individuare e di verificare correlazioni esistenti tra la peculiare distribuzione N-S delle mineralizzazioni a cinabro, le manifestazioni geotermiche e l’assetto strutturale che caratterizza il distretto cinabrifero e il sistema geotermico. Le correlazioni sono state individuate attraverso l’applicazione di algoritmi Machine Learning (ML), utilizzando Scikit-learn, ad un dataset bidimensionale, costruito con applicazioni GIS per contenere tutti i dati geologici-giacimentologici reperiti in letteratura riguardo al distretto amiatino. È stato costruito un modello tridimensionale dell’area di studio basato sulla produzione di quattro solidi che raggruppano le formazioni geologiche presenti nell’area sulla base delle loro caratteristiche geoidrologiche. Sulla base dei risultati ottenuti si può affermare che le tecniche di ML si sono dimostrate utili nell’identificare correlazioni tra i diversi fattori geologico-strutturali che caratterizzano il sistema geotermico del M.te Amiata; la peculiare distribuzione spaziale N-S dei giacimenti del distretto dipende dalla combinazione di un sistema di faglie e di pieghe; i modelli di regressione basati su alberi decisionali (CatBoost e Random Forest) sono complessivamente più performanti e geologicamente significativi. Questo lavoro suggerisce che il ML rappresenta uno strumento in grado di suggerire nuove e poco sperimentate relazioni tra elementi geologici-giacimentologici di un’area complessa come un sistema geotermico ed è in grado di guidare eventuali fasi successive di studi geologici complessi.

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.

Un ritorno alle origini: proposta di ritraduzione del videogioco Final Fantasy IX

Nel panorama videoludico, Final Fantasy IX occupa un posto d’onore. Nonostante conti più di vent’anni alle spalle, rimane in vetta alle classifiche dei titoli Final Fantasy più amati, soprattutto grazie al suo cast di personaggi. Il suo successo, tuttavia, non gli è valso una rivisitazione della sua localizzazione, la stessa dalla prima pubblicazione del gioco che continua a presentare imprecisioni, interpretazioni errate e scelte riguardanti la caratterizzazione dei personaggi che meriterebbero un aggiornamento secondo le linee guida e gli standard odierni. Questo elaborato ha come obiettivo una proposta di ritraduzione di Final Fantasy IX, per modernizzare la lingua non solo dal punto di vista dei dialetti, utilizzati nella versione originale e qui sostituiti da altre strategie, ma anche dell’aderenza al testo originale, restituendo ad alcuni personaggi la caratterizzazione che hanno nella versione giapponese del gioco. Si analizza il giapponese seguendo lo yakuwarigo (Kinsui, 2017), un particolare concetto della lingua giapponese secondo il quale a ogni personaggio viene assegnato un linguaggio mettendone in luce alcuni tratti del loro modo di essere. Si procede all’elaborazione di strategie di traduzione che colmino l’assenza di un concetto simile nella lingua italiana, giocando sui registri linguistici e scelte sintattiche e lessicali pensate appositamente per ogni personaggio. Si analizzano inoltre altri aspetti riguardanti nello specifico la lingua giapponese, come i diversi gradi di formalità e quale effetto abbiano sul testo. Un’analisi di questo tipo risulta funzionale alla resa in italiano di particolarità così legate alla lingua giapponese. Pur perdendo alcune sfumature nel passaggio tra una lingua e l’altra, si tratta pur sempre di un tentativo di aderenza al testo di partenza che permette ai giocatori di fruire di un’esperienza quanto più simile a quella del testo originale.

Analisi di misure di scariche parziali nei sistemi isolati a gas

Le apparecchiature elettriche isolate a gas per alta tensione stanno riscuotendo grande successo in particolare per la possibilità di ridurre le dimensioni delle sottostazioni. Sebbene si tratti di strutture meno complesse da realizzare rispetto ai cavi, la causa di guasto risulta prevalentemente imputabile ai difetti dell’isolamento. La diagnostica dei sistemi isolanti è maturata nella comprensione dei fenomeni elettromagnetici coinvolti e delle condizioni a contorno che differenziano i vari difetti, fonti di scariche parziali. Questa tesi affronta il tema delle scariche parziali negli interruttori isolati con gas Esa-Fluoruro di Zolfo. In particolare, propone le basi teoriche per sostenere l’analisi delle misure delle scariche parziali, soprattutto nel caso siano effettuate sul campo. Viene proposto un algoritmo utile ad esaminare le misure delle scariche parziali. Vengono implementati vari metodi grafici e statistici risultati dall’indagine bibliografica. Vengono proposti alcuni grafici a sostegno dell’identificazione di marcatori e indicatori della fisica dei fenomeni.

Monitoraggio e Sviluppo di un sistema di Health Technology Management in contesti poveri di risorse: il caso dell'ospedale St. Luke Hospital, Wolisso

L’elaborato descrive il progetto di tesi volto allo studio, con implementazione pratica, del monitoraggio e sviluppo di un sistema di Health Technology Management in paesi con scarse risorse. Questo ha l’obbiettivo di minimizzare gli sprechi e le situazioni di emergenza dovute all’indisponibilità di dispositivi. Il progetto è stato sviluppato presso il St. Luke Catholic Hospital di Wolisso, in Etiopia dove la gestione dei dispositivi medici era stata avviata in una precedente missione con la creazione de: il primo Equipment Inventory, assegnati i ruoli del team, avviate le prime PPM e un Maintenance Record System. L’elaborato tratterà di una panoramica generale del sistema di HTM, degli obbiettivi e i benefici che apporta. A seguire si descriverà la gestione dei dispositivi nei relativi step, prendendo come linea guida l’Ospedale Bufalini, struttura in cui si è svolto il tirocinio in preparazione. Successivamente si contestualizzerà il luogo di svolgimento del progetto per dare maggiore consapevolezza della situazione sociosanitaria presente. Dopo di che si descriveranno le fasi di lavoro svolte sul campo. Nel follow up, si è attuata un’analisi generale dello stato della Struttura Sanitaria e di ciò che si era mantenuto nel tempo, svolgendo un controllo dell’aderenza dell’Inventory, con l’attuale situazione presente ed è stato aggiornato. Sono stati controllati i processi gestionali volti a garantire una chiara tracciabilità dei guasti e dei costi sostenuti. A seguire si tratterà il monitoraggio dei Piani di Manutenzione Preventiva, i loro svolgimenti e il relativo ampliamento in termini di dispositivi e protocolli; si accenna, al funzionamento e la manutenzione di un’ambiente nuovo nell’ospedale, quale l’Oxygen Plant. Infine, si tratterà lo sviluppo di un software gestionale contenente il planner delle manutenzioni preventive. Si conclude l’elaborato con una raccolta di tutti i risultati ottenuti e con riflessioni volte a possibili sviluppi futuri.