Analisi e realizzazione di un convertitore multilivello ad alta efficienza per applicazioni fotovoltaiche

Nei primi vent’anni, la ricerca in ambito fotovoltaico si è focalizzata sull’evoluzione di quelle tecnologie associate alla semplice cella ed al sistema intero, per offrire miglioramenti con particolare riguardo al fronte dell’efficienza. Negli ultimi decenni, lo studio sull’energia rinnovabile ha ampliato i propri confini, sino a quella branca denominata elettronica di potenza, che ne permette la conversione e lo sfruttamento da parte dell’utente. L’elaborato si propone quindi di apportare un contributo verso tale direzione, teorico piuttosto che pratico, esaminando dapprima il mondo che effettivamente circonda l’impianto fotovoltaico grid-connected e successivamente ponderando e pianificando le scelte che conseguono dall’analisi letteraria. Particolare attenzione sarà rivolta al concetto di multilivello relativo agli inverter e agli aspetti che ne comportano il largo utilizzo nell’elettronica di potenza. Si stima che i primi brevetti risalgano a circa trent’anni orsono e uno di questi, tracciabile, riguarderebbe la configurazione a cascata di full-bridge, alimentati separatamente in DC, per ottenere a valle una scala di tensioni AC. Per mezzo di manipolazioni, nascerà in seguito il diode-clamped, attuale predecessore del Neutral Point Clamped T-Type Inverter. Si introdurranno pertanto le principali caratteristiche che contraddistinguono il convertitore, peculiare riguardo per la configurazione single leg nonché trifase. Ardua sarà la scelta sulla tecnica di controllo dell’inverter, sia per quanto concerne la fase simulativa che quella realizzativa, in quanto il dispositivo è indubbiamente considerato innovativo nel proprio campo di appartenenza. Convalidando la letteratura per mezzo di opportune simulazioni, si potrà procedere alla progettazione e quindi all’assemblaggio della scheda che effettivamente include l’inverter. Il lavoro implicherà numerose prove, effettuate in svariate condizioni di funzionamento, al fine di sostenere le conclusioni teoriche.

Caratterizzazione sperimentale dell'ossido di stronzio per l'assorbimento del diossido di carbonio da correnti gassose ad alta temperatura e considerazioni sulla sua applicazione industriale in processi CCS

Del granulato di ossido di stronzio (anche nella formula carbonato) è stato testato come nuovo possibile materiale di utilizzo per la cattura ad alta temperatura di diossido di carbonio da effluenti gassosi di scarto. Sono stati condotti diversi esperimenti con strumentazioni già preposte, quali test termogravimetrici, microscopia elettronica (SEM) e Xray (XRD). Mentre per la sperimentazione in quantità più rilevanti di materiale è stato costruito un impianto a letto fisso ex novo. Le prove TG hanno evidenziato una capacità media di sorbente parti a circa il 5% in massa di ossido, a temperature tra i 1100°C e i 1200°C, in situazione di regime (dopo numerosi cicli di carb/calc), con una buona conservazione nel tempo delle proprietà adsorbitive, mentre per le prove a letto fisso, si è registrato un calo di valori variabile tra il 3 e il 4%, con un netto miglioramento nel caso di calcinazione in vapore surriscaldato fino al 5%. Il trattamento in vapore ha sortito l’importante effetto di calcinazione del diossido di carbonio dal sorbente, quindi facilmente separabile dal flusso in uscita, misurato tramite cattura in una soluzione di idrossido di bario. Importanti fenomeni di sintering e densificazione hanno portato ad occludere completamente la camera di reazione sviluppando notevoli sovrappressioni interne. Tali fenomeni sono stati approfonditi tramite analisi SEM e XRD. Si è constatato un aumento notevole della grandezza dei granuli in caso di trattamento in vapore con la formazione di legami stabili e con conservazione della porosità. Nel caso di trattamento senza vapore surriscaldato i granuli hanno sinterizzato tramite formazione di legami, ma sempre con conservazione della macroporosità. Il lavoro di tesi è stato inquadrato nel contesto tecnologico al riguardo le tecniche CCS esistenti ed in progetto, con un attento studio bibliografico riguardo lo stato dell’arte, impianti esistenti, costi, metodi di cattura usati, metodologie di trasporto dei gas, metodologie di stoccaggio esistenti e in progetto. Si sono considerati alcuni aspetti economici per sviluppare un modello previsionale di spesa per una possibile applicazione di cattura per un impianto di produzione energetica. Con la progettazione e dimensionamento di un sistema integrato di adsorbimento tramite l’accoppiamento di 2 reattori dedicati ai cicli di carbonatazione e calcinazione del materiale sorbente. Infine si sono considerati gli aspetti salienti dello stoccaggio del diossido di carbonio in reservoir tramite le tecniche di EOR e EGR (Enhanced Oil/Gas Recovery) utilizzando la stessa CO2 come fluido spiazzante degli idrocarburi in posto. Concludendo il lavoro di tesi e di sperimentazione ha contribuito in modo tangibile allo scopo prefissato, andando a caratterizzare un nuovo materiale per la cattura di diossido di carbonio da effluenti gassosi ad alta temperatura, ed andando a verificare un’importante fenomeno rigenerativo non previsto delle capacità sorbitive dei materiali sottoposti a test.

Rilevamento di dettaglio della zona del Passo Val Clapa (Austroalpino superiore, Alta Val di Non)

Questo elaborato ha come obiettivo il rilevamento geologico di dettaglio di alcuni affioramenti del basamento polimetamorfico della Falda del Tonale, nella zona del Passo Val Clapa (Alta Val di Non, TN), e di verificare l’attribuzione delle litologie all’Unità d’Ultimo, di alto grado metamorfico, o a quella del Tonale, di più basso grado. In due affioramenti nelle immediate vicinanze del Passo Val Clapa sono stati rinvenuti principalmente gneiss e gneiss migmatitici a granato e cianite, anfiboliti e miloniti, mentre in un affioramento a E del passo gneiss migmatitici a granato e cianite, migmatiti (stromatiti e nebuliti) e ultramafiti. Le foliazioni, definite dall’orientazione preferenziale dei minerali, indicano due direzioni principali: un’orientazione NNE-SSW, immergente verso ESE, rilevata nelle rocce milonitiche, che è stata correlata alla presenza della linea della Val Clapa; un’orientazione NW-SE, immergente verso NE, insieme ad una blanda piega con asse orientato NNE-SSW, rilevata nelle ultramafiti e nelle loro rocce incassanti. Sono state inoltre misurate le giaciture dei principali set di fratture che interessano gli ammassi ed è stata documentata la presenza di pseudotachiliti all’interno delle miloniti. Il corpo ultramafico è stato cartografato al contatto fra stromatiti e nebuliti e quindi all’interno dell’Unità d’Ultimo. Le miloniti, invece, rimangono di attribuzione incerta, anche se il loro ritrovamento in associazione con anfiboliti retrocesse in facies scisti verdi e di pegmatiti faccia propendere per un’assegnazione all’Unità del Tonale. Un’analisi di dettaglio degli gneiss affioranti nelle vicinanze delle miloniti permetterebbe di classificarli come paragneiss a sillimanite, caratteristici dell’Unità del Tonale, o come paragneiss a granato e cianite, diagnostici dell’Unità d’Ultimo, contribuendo alla corretta attribuzione geologica di questi terreni.

Analisi petrografica delle ultramafiti del Passo Val Clapa (Austroalpino superiore, Alta Val di Non)

Questo elaborato ha come obiettivo l'analisi petrografica di rocce ultramafiche facenti parte del basamento metamorfico cristallino affiorante in Alta Val di Non (Provincia autonoma di Trento). Tali rocce appartengono all'Unità di Ultimo (Falda del Tonale, Austroalpino superiore), caratterizzata da corpi ultramafici che affiorano al contatto tra i sottostanti paragneiss a granato e cianite e le soprastanti migmatiti. Il metamorfismo e l'anatessi registrati dalle rocce dell'Unità di Ultimo hanno età Ercinica (Carbonifero Sup.). Lo studio si è concentrato su un corpo ultramafico situato in Alta Val di Bresimo, in località Passo Val Clapa, costituito da una lente di harzburgite a granato attraversato da livelli di olivin-websterite a granato e anfibolo. L'harzburgite è costituita al 65% da olivina, al 20% da serpentino (cresciuto a spese dell'olivina) e al 15% da ortopirosseno; sono presenti spinelli e clinopirosseni accessori. Nel campione analizzato, il granato è sostituito da aggregati policristallini costituiti da kelifite e da anfibolo secondario. La websterite è costituita al 40% da pirosseni (orto e clinopirosseni in uguale quantità), al 25% da anfibolo primario, al 25% da granato, al 5% da olivina e al 5% da minerali opachi. Sono presenti strutture coronitiche attorno ai granati (costituite da kelifite e anfibolo); si nota clorite cresciuta a spese di anfibolo e pirosseni e hyddingsite cresciuta a spese dell'olivina. L'olivin-websterite mostra gli stessi minerali indice riscontrati nell'harzburgite ospitante, segno che entrambi i corpi hanno seguito la medesima evoluzione P-T. In una prima fase la pirossenite si trovava, come la peridotite, in facies a spinello: ciò è confermato dalla presenza di spinelli relitti al nucleo dei granati. Questi ultimi si sono formati a spese dello spinello durante l'aumento di P, una volta superata la soglia di transizione tra le due facies. Le corone kelifitiche, presenti sia nella harzburgite che nella olivin-websterite, rappresentano un'evidenza di metamorfismo retrogrado.

Catalizzatori per la reazione di Water Gas Shift a media ed alta temperatura

L’H2 è un vettore energetico di elevato interesse, utilizzato nell’industria chimica per la produzione di NH3 e CH3OH, oltre che per le reazioni di idrogenazione ed HDS. Un importante processo nella produzione di H2 è la reazione di Water Gas Shift (WGS), usata nel trattamento delle correnti uscenti dal reattore di Steam Reforming (SR) del metano: CO + H2O  CO2 + H2 ∆H0298K = -41,2 KJ/mol. Sulla base di precedenti lavori, sono stati sviluppati nuovi catalizzatori per la reazione WGS ad alta temperatura (HTS), alternativi ai tradizionali sistemi a base di Fe/Cr, in considerazione dei vincoli economici (elevati valori del rapporto vapore/gas secco o S/DG) ed ambientali (formazione di CrVI) di questi sistemi. Partendo da sistemi Cu/Zn/Al con un basso contenuto di rame, ottenuti da precursori tipo idrotalcite (HT), stato studiato l’effetto dell’aggiunta di piccole quantità di alcuni promotori sull’attività e stabilità dei catalizzatori ottenuti, osservando un effetto positivo sulle caratteristiche fisiche, come l’aumento dell’area superficiale e della dispersione della fase attiva. I campioni contenenti i promotori erano inoltre caratterizzati da una maggiore stabilità termica e, in alcuni casi, da un’attività catalitica superiore a quella del catalizzatore di riferimento privo di promotori. L’aggiunta di piccole quantità di alcali alla formulazione con la migliore attività portava ad un ulteriore aumento di attività e di stabilità, attribuibile ad una minore formazione di coke sulla superficie. I sistemi più interessanti potevano operare anche a bassi valori del rapporto S/DG, interessanti dal punto di vista industriale. Lo studio dell’adsorbimento di CO mediante FT-IR ha permesso di ipotizzare la possibile natura della fase attiva nei sistemi. Infine, lo studio è stato esteso a sistemi per la reazione di WGS a media temperatura (MTS), osservando anche in questo caso un positivo effetto legato all’aggiunta di promotori, con un aumento dell’attività catalitica e della stabilità con il tempo di reazione.

Ricerca di una risonanza ad alta massa nello stato finale mu+mu- a sqrt(s)=13 TeV con il rivelatore CMS

Il Modello Standard descrive la fenomenologia delle interazioni fondamentali con estrema precisione; tuttavia è incompleto e deve esistere nuova fisica oltre tale modello. Al momento non si è in grado di prevedere come e a che scala di energia tale fisica si manifesti. Un’eventuale risonanza nello stato finale μ + μ − a masse elevate costituirebbe un segnale di nuova fisica. Un fenomeno di questo tipo viene catalogato come produzione della particella Z' , la quale non rappresenterebbe necessariamente un nuovo bosone vettore sequenziale alla Z_0 . Questa tesi si colloca nell’ambito della ricerca della Z' nei processi di interazione protone-protone a LHC in termini di una generica risonanza che decade in coppie di muoni di carica opposta. I limiti attualmente fissati stabiliscono che non vi siano segnali di nuove risonanze per il Modello Sequenziale (SSM) al di sotto dei 2960 GeV. In questo lavoro di tesi si effettua un’analisi per un’eventuale Z ', fino a 5 TeV di massa. A Maggio 2015, LHC ha raggiunto un’energia nel centro di massa di 13 TeV aumentando di un fattore 10 o più il potere di scoperta per oggetti con massa superiore a 1 TeV. In questo scenario, favorevole all’osservazione di fenomeni rari, si inserisce la mia ricerca.

Stratigrafia di Depositi Tardoquaternari dell'Alta Pianura Veneta

Basandoci sugli studi di stratigrafia sequenziale, nel Bacino Padano possiamo identificare tre principali unità sedimentarie: unità basale con FST e LST, unità intermedia con TST e unità superficiale con HST. Lo scopo principale di questo elaborato prevede la ricostruzione di dettaglio delle caratteristiche stratigrafiche del primo sottosuolo, situato nell'alta pianura veneta, in termini di facies, con relativa interpretazione dell'evoluzione paleoambientale. Più nel dettaglio, attraverso la realizzazione e interpretazione di due sezioni stratigrafiche, si analizzerà la distribuzione spaziale e la geometria di corpi sedimentari di natura fluviale nel substrato cercando di ipotizzarne le modalità di formazione.

Studio e ottimizzazione di un banco prova per alta quota

Ottimizzazione di banco prova per motore a pistoni in alte quote.

Studio di un rivelatore per neutroni di alta energia

Guidata dall'interesse per lo studio della fissione nucleare, per molto tempo la ricerca nel campo dei neutroni si è concentrata su energie medio-basse (E<20 MeV) mentre per la regione a più alte energie le informazioni risultavano scarse o mancanti. Recentemente, invece, si è sviluppato un nuovo interesse per i Neutroni di Alta Energia, utilizzabili nelle terapie mediche per la cura di tumori, e di grande importanza per la radioprotezione e la trasmutazione delle scorie radioattive derivanti da produzione di energia nucleare. Queste applicazioni richiedono precisi fasci di neutroni quasi-monoenergetici, con energie dai 20 a qualche centinaia di MeV, servono perciò misurazioni intese a determinare le caratteristiche del fascio e atte a ottenere valori precisi della sezione d'urto relativa ai processi innescati da neutroni veloci. La sezione d'urto di un certo processo nucleare si deduce dalla misura del numero di eventi acquisiti per unità di tempo da un rivelatore, conoscendo l'efficienza di questo, l'intensità del fascio che incide nel bersaglio e le caratteristiche del target. Diventa, quindi, determinante la conoscenza dell'intensità del fascio dei neutroni, anche nel caso di un intervallo energetico ampio, come quello prodotto al CERN dalla facility n_TOF, che possiede energie che vanno dal meV al GeV. Sulla base di queste motivazioni, in questo lavoro di tesi, si vuole proporre un prototipo semplice di rivelatore per Neutroni di Alta Energia e si presenta uno studio preliminare del primo test sotto fascio, focalizzando l'attenzione sulla massima energia misurabile.

Studio idrogeologico per la progettazione e l'esecuzione di un tracciamento multiplo dell'acquifero carsico del Massiccio del Cansiglio-Monte Cavallo (alta valle Livenza, Pordenone)

Il Massiccio del Cansiglio-Monte Cavallo costituisce uno dei maggiori complessi carsici italiani; con questo lavoro si cerca di fornirne una caratterizzazione idrogeologica sulla quale poter basare una futura prova di tracciamento multiplo, al fine di definirne con precisione la configurazione interna. Lo studio è incentrato sul monitoraggio in continuo di portate, temperature e conducibilità elettrica compensata a 25 °C delle tre sorgenti maggiori del fiume Livenza, che sgorgano alla base del Massiccio, e su un monitoraggio idrochimico discontinuo di nove sorgenti (tra cui figurano anche le tre principali) e di quattro grotte rappresentanti le aree di infiltrazione concentrata. L’enorme volume d’acqua contenuto in questo grande acquifero carsico sembra riversarsi quasi completamente nelle aree sorgive situate al margine occidentale della pianura friulana, che cinge il lato orientale del Massiccio. In linea generale, queste acque, tipicamente carbonatiche, non hanno tempi di residenza lunghi all’interno del bacino di provenienza e fluiscono con portate elevate (> 1 m3/s) da ognuna delle tre sorgenti maggiori; nel periodo estivo (luglio-agosto) si registra una fase di svuotamento, assai accentuata al Gorgazzo, sorgente, tra le tre, posta più a nord. Molinetto, situata più a sud, pare differenziarsi maggiormente dalle altre due grandi sorgenti, Santissima e Gorgazzo, mentre le sorgenti minori sembrano, al di là di alcune caratteristiche peculiari, abbastanza simili tra loro. In particolare, il Molinetto mostra, in risposta agli eventi meteorici intensi, un incremento di portata meno netto, accompagnato da un evidente fenomeno di pistonaggio, almeno durante il periodo di morbida. Al contrario, il Gorgazzo risponde immediatamente alle forti precipitazioni piovose e le acque di pioggia viaggiano rapidamente dalla zona di infiltrazione alla sorgente stessa. La Santissima, sorgente con valori medi di portata maggiori e valori di conducibilità elettrica e temperatura mediamente inferiori alle altre, sembra dipendere da un sistema con caratteristiche intermedie tra quelle delle due sorgenti adiacenti. Emerge la complessità di questo vasto sistema carsico che sembra mostrare un grado di carsificazione in aumento da sud-ovest a nord-est. Sulla base dei dati raccolti si suppone che al suo interno possano svilupparsi due sottosistemi: il primo sembra che riversi la sua riserva idrica nelle sorgenti Molinetto e Santissima, il secondo accomuna invece la Santissima con il Gorgazzo, il quale ne costituisce un “troppo pieno”.

Metodi di valutazione diretta ed indiretta della conducibilità idraulica verticale dei terreni sciolti Esempi applicativi nella Alta e Bassa Pianura Friulana

Nel corso del tempo, nell’ambito dell’idrogeologia sono state sviluppate diverse tecniche per la determinazione conducibilità idraulica (K). Negli ultimi decenni sempre maggiori sforzi sono stati compiuti per integrare le tecniche geofisiche a questo specifico settore di ricerca; in particolare le metodologie geoelettriche sono state fonte di molteplici studi per la determinazione indiretta di K. Su questa idea è stato impostato il lavoro presentato in questo elaborato di tesi. Ciò che questo propone è infatti l’esecuzione di test in campo che prevedono il monitoraggio time lapse con tecnologia ERT (Electrical Resistivity Tomography) di un tracciante salino iniettato nel terreno. Il fine ultimo è quello di poter sviluppare una tecnica indiretta per la stima della conducibilità idraulica verticale dei terreni sciolti. Le immagini tomografiche, realizzate in sequenza nel tempo, premettono la visualizzazione l’avanzamento del plume basso resistivo in movimento nel terreno (causato dalla salamoia iniettata). Un successivo confronto grafico fra queste permette di quantificare lo spostamento nel tempo, in modo da calcolare in seguito la velocità di infiltrazione del tracciante, e in ultimo stimare la K del terreno in analisi. I risultati ottenuti con tale metodologia sperimentale, opportunamente elaborati tramite specifici software, sono stati confrontati, dove possibile, con i valori forniti dall’impiego di altre tecniche più tradizionali, in modo da poter valutare la bontà del dato ottenuto. Le aree studio individuate per condurre tali sperimentazioni ricadono all’interno del territorio regionale del Friuli Venezia Giulia, in particolare nell’area di Alta e Bassa pianura friulana. La strumentazione (resistivimetro multicanale VHR X612-EM della MAE-Molisana Apparecchiature Elettroniche) e il software (Res2dinv) per la raccolta e l’elaborazione delle immagini tomografiche sono stati gentilmente messi a disposizione dalla società Geomok s.r.l. del Dott. Geol. Mocchiutti (Udine) con la cui collaborazione è stato realizzato questo elaborato di tesi.

Studio di un generatore eolico d'alta quota

Studio di un generatore eolico d'alta quota per sfruttare i venti ad alta velocità.

Studio e ottimizzazione di un sistema di rigenerazione per pompe di calore ad alta efficienza

Studio e ottimizzazione di un sistema di rigenerazione per pompe di calore ad alta efficienza di concezione innovativa.

Ricostruzione di un data-set ad alta risoluzione (30 secondi d'arco) di temperature massime e minime giornaliere per un'area ad orografia complessa (Trentino Alto-Adige)

Dati climatici ad alta risoluzione sono attualmente molto richiesti essendo indispensabili per la valutazione degli impatti dei cambiamenti climatici alla scala locale in svariati campi d'applicazione. Per aumentare l'offerta di tali dati per il territorio italiano viene presentata in questo studio la realizzazione di un data-set con risoluzione di trenta secondi d'arco, per le temperature massime e minime giornaliere per il Trentino Alto Adige, per il periodo che va dal 1951 al 2014. La metodologia utilizzata per proiettare i dati meteorologici di un set di stazioni su di un grigliato ad alta risoluzione si basa sull'assunzione che la struttura spazio-temporale del campo di una variabile meteorologica su una determinata area possa essere descritta dalla sovrapposizione di due campi:i valori normali relativi e un periodo standard, ovvero la climatologia,e le deviazioni da questi, ovvero le anomalie. La climatologia mensile verrà interpolata sull'intero dominio tramite una regressione lineare pesata della temperatura rispetto alla quota,stimata separatamente per ogni nodo del grigliato,con pesi legati alla topografia del territorio,in modo da attribuire di volta in volta la massima importanza alle stazioni con caratteristiche più simili a quella del punto di griglia considerato. Da questa sarà possibile tramite la sovrapposizione con le anomalie mensili ricostruite sul medesimo grigliato, ottenute mediante un'interpolazione basata su una media pesata,ottenere un grigliato a 30 secondi d'arco, di serie temporali mensili in valori assoluti. Combinando poi l'interpolazione dei rapporti delle anomalie giornaliere relative alla media mensile per un set di stazioni con i campi mensili precedentemente stimati,sarà possibile costruire il data-set a risoluzione giornaliera. Prima di quest'ultima fase sarà necessario effettuare un'operazione di sincronizzazione dei dati giornalieri per assicurarsi che non vi siano sfasamenti nelle serie utilizzate. I risultati confermano l'efficacia nell'utilizzo di tale metodo su regioni orograficamente complesse, sia nel confronto diretto con i casi di studio,nei quali si nota bene la discriminazione spaziale effettuata dal modello, che nella valutazione dell'accuratezza e della precisione dei risultati. I dati ottenuti non sono affetti da errori sistematici,mentre l'errore medio assoluto risulta pari od inferiore ai $2^{\circ}$C, in linea con precedenti studi realizzati su altre aree alpine. Il metodo e i risultati risultano soddisfacenti ma ulteriormente migliorabili, sia tramite un ulteriore ottimizzazione del modello usato, che con un aumento nella qualità dei dati sui quali è stato svolto lo studio.

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.