Development and testing of a virtual energy meter using the Labview Environment

The quantity of electric energy utilized by a home, a business, or an electrically powered device is measured by an electricity meter, also known as an electric meter, electrical meter, or energy meter. Electric meters located at customers' locations are used by electric providers for billing. They are usually calibrated in billing units, with the kilowatt hour being the most popular (kWh). Typically, they are read once each billing cycle. When energy savings are sought during specific times, some meters may monitor demand, or the highest amount of electricity used during a specific time. Additionally, some meters feature relays for load shedding in response to responses during periods of peak load. The amount of electrical energy consumed by users is measured by a Watt-hour meter, also known as an energy meter. To charge the electricity usage by loads like lights, fans, and other appliances, utilities put these gadgets everywhere, including in households, businesses, and organizations. Watts are a fundamental power unit. A kilowatt is equal to one thousand watts. One kilowatt is regarded as one unit of energy used if used for one hour. These meters calculate the product of the instantaneous voltage and current readings and provide instantaneous power. This power is distributed over a period and is used during that time. Depending on the supply used by home or commercial installations, these may be single or three phase meters. These can be linked directly between line and load for minor service measurements, such as home consumers. However, step-down current transformers must be installed for greater loads to handle their higher current demands.

Caratterizzazione fisico-chimica di una sorgente di plasma freddo per trattamento di packaging alimentare

I plasmi freddi a pressione atmosferica (CAP) generati da scariche a barriera dielettrica (DBD) sono oggetto di studio e sviluppo per una gamma sempre più ampia di applicazioni in ambito biomedico e industriale come la sanificazione di alimenti e di packaging termosensibili. La sorgente sviluppata in questo progetto di tesi viene definita PASS, Plasma Assisted Sanification System essa è composto da una sorgente di plasma sDBD (surface dielectric barrier discharge), una camera di trattamento, un sistema di raffreddamento e un generatore di alta tensione. Questo progetto si concentra sulla caratterizzazione fisico-chimica di una sorgente di plasma sDBD sviluppata dal gruppo di ricerca in Applicazioni Industriali dei Plasmi (AIP - DIN - Alma Mater Studiorum). In primo luogo è stata svolta una caratterizzazione elettrica della sorgente variando la potenza agendo direttamente sul duty cycle da 100% a 10% tramite due metodi: un metodo convenzionale e con il metodo di Lissajous inserendo una capacità monitor C0 pari a 90,95 nF . Successivamente è stata studiata la cinetica delle concentrazioni di O3 e NO2 in fase gas mediante misure OAS. È stata inoltre monitorata la temperatura all’interno della camera di trattamento per verificare l’ipotesi di assenza di effetti termici durante il trattamento. Un’altra importante applicazione della sorgente di plasma utilizzata in questo è la produzione di acqua attivata al plasma (Plasma Activated Water, PAW). Le specie reattive dell’ossigeno (Reactive Oxygen Species, ROS) e dell’azoto (Reactive Nitrogen Species, RNS), vengono assorbite dal liquido dando origine a ulteriori reazioni chimiche come NO3-, NO2-, H2O2. I RONS influenzano e controllano molti processi nelle piante e sono responsabili del miglioramento della crescita delle piante. Per ogni campione di acqua attivata (PAW) sono stati misurati pH, conducibilità confrontati con la soluzione non trattata e concentrazione di specie reattive quali: H2O2, NO2- e NO3- .

Analisi di fattibilità dello spostamento di un’isola produttiva nel contesto di un re-layout di stabilimento: il caso Bonfiglioli S.p.A.

Lo stabilimento forlivese di Bonfiglioli S.p.A., centrale nella produzione di riduttori epicicloidali per macchine mobili, escavatori, turbine eoliche e mobilità elettrica, è un elemento fondamentale per il successo dell’azienda che da anni è leader di mercato nella produzione di motoriduttori, azionamenti e inverter per numerosi settori. Questo fa sì che tale impianto sia da tempo oggetto di importanti investimenti per incrementare la produttività, migliorare la logistica interna, soddisfare standard di sicurezza e qualità di prodotto e di processo sempre più alti. Il presente elaborato si inserisce tra le attività di efficientamento dei flussi logistici di stabilimento e punta a valutare la possibilità di ricollocamento di un’isola robotizzata per montaggio di kit planetario all’interno del macro-reparto di assemblaggio, in previsione di investimenti attuali e futuri che ridisegneranno lo scenario produttivo interno. Per valutare la convenienza di spostamento è stata eseguita un’analisi costi-benefici, confrontando l’ubicazione attuale e un’alternativa possibile, condivisa con i responsabili dell’ente di ingegneria di processo, prendendo in esame i vantaggi che questa seconda porterebbe. È inoltre stato fatto un primo dimensionamento di massima (e cautelativo) per un’eventuale creazione di un supermarket per i kit montati dalla cella in esame. Scopo principale dell’elaborato oltre a quello di mettere in luce i miglioramenti possibili dei flussi logistici interni grazie allo spostamento di tale isola, è anche quello di portare una metodologia di analisi che possa poi essere riutilizzata e migliorata per progetti di relayout futuri a più ampio respiro, in un’ottica sempre più “Lean”.

Progettazione e dimensionamento di un impianto fotovoltaico in cessione totale connesso alla rete di MT

Dopo aver definito l'importanza del fotovoltaico nella transizione energetica ed il suo principio di funzionamento, verranno mostrati quali sono i criteri di progettazione e dimensionamento per la realizzazione di un impianto in cessione totale, dalla potenza nominale di 1,44MW, connesso alla rete di MT (20kV). Si ripercorrono tutti gli step che permettono di realizzare gli elaborati richiesti dal progetto esecutivo: -disposizione moduli, inverter e realizzazione delle stringhe; -planimetria di installazione: mostra il posizionamento dei locali ricezione, misure, distribuzione, trasformazione ed il percorso delle linee MT e BT; -schema elettrico unifilare: quindi il dimensionamento delle linee e delle protezioni coinvolte; -dettagli sulle cabine; -dettagli sui quadri di sezionamento, ausiliari, campo fotovoltaico; -modello di supervisione. In fine vengono indicate quali sono le funzionalità obbligatorie, opzionali e facoltative associate al Controllore Centrale D'Impianto .

Valutazione ingegneristica di alcuni aspetti del ciclo di vita degli impianti per la produzione, il trasporto, lo stoccaggio e l’utilizzo di idrogeno

La domanda energetica mondiale è cresciuta significativamente negli ultimi decenni e la maggior parte dell’energia attualmente prodotta deriva da combustibili fossili. Una delle sfide attuali è quella di ridurre le emissioni di gas serra generate dalla produzione di energia tramite risorse non rinnovabili. A tal riguardo, la ricerca di nuovi vettori energetici e lo sviluppo di nuovi processi per la produzione di energia da risorse rinnovabili costituiscono alcuni tra gli elementi necessari per raggiungere tale obiettivo. L’idrogeno, allo stato attuale, è considerato uno dei vettori energetici più promettenti; tuttavia presenta degli svantaggi a causa delle sue caratteristiche chimico-fisiche. Infatti esso presenta un ampio campo di infiammabilità, una bassa energia di ignizione, delle dimensioni molecolari piccole al punto da renderne complesso il contenimento; inoltre, la bassa densità del fluido causa dei problemi per quanto riguarda lo stoccaggio ed il trasporto. In questo contesto si inserisce il presente lavoro di tesi, che è stato sviluppato durante un tirocinio svolto presso una società di ingegneria operante nel settore “Oil&gas”. Lo scopo di questo elaborato è quello di valutare la possibilità di convertire una condotta attualmente impiegata per il trasporto di gas naturale a idrogenodotto e studiare la fattibilità della produzione e dello stoccaggio di idrogeno ai fini dell’alimentazione a un turbogeneratore per la produzione di energia elettrica. Dopo il Capitolo 1 avente carattere introduttivo, nel Capitolo 2 viene analizzata la possibilità di convertire a idrogenodotto una condotta attualmente impiegata per il trasporto di gas naturale. Nel Capitolo 3 viene valutata la fattibilità dell’acquisto e stoccaggio o dell’autoproduzione e stoccaggio di idrogeno tramite elettrolisi dell’acqua, ai fini dell’alimentazione a un turbogeneratore. Infine, nel Capitolo 4 vengono riportate le conclusioni delle analisi effettuate.

Formule analitiche per il calcolo delle perdite elettrodinamiche in cavi superconduttori ad alta temperatura critica.

Questo elaborato di tesi si concentra sul calcolo delle perdite che si verificano in cavi superconduttori ad alta temperatura critica per la fusione. La valutazione delle perdite riveste un ruolo di particolare importanza nella fase di progettazione di un cavo o di un avvolgimento superconduttore. Infatti, le proprietà superconduttive si manifestano a basse temperature (inferiori alla temperatura di transizione dalla fase normale alla fase superconduttiva) e di conseguenza è necessario configurare un apparato criogenico per il sistema. In tal senso, le perdite rientrano nel “budget” termico necessario a dimensionare correttamente il sistema di raffreddamento. Nel dettaglio, il lavoro verte sulla modellizzazione analitica e numerica delle perdite in una pila di nastri superconduttori in presenza sia di un campo magnetico esterno sia di una corrente di trasporto, entrambi con andamento variabile nel tempo. Gli obiettivi prefissati sono stati raggiunti grazie allo studio della letteratura e alle simulazioni numeriche, effettuate utilizzando dei software commerciali quali COMSOL Multiphysics e Matlab. Il contributo originale di questo elaborato è stato lo sviluppo di un nuovo modello analitico, che permette di calcolare le perdite per isteresi dovute a campi magnetici e correnti variabili periodicamente nel tempo. Le formule hanno carattere generale e possono essere utilizzate quando i campi e le correnti variano in fase seguendo degli andamenti periodici nel tempo di qualsiasi forma. Le simulazioni agli elementi finiti sono servite per validare le formule analitiche proposte. Le nuove relazioni ottenute sono state utilizzate per la stima delle perdite di un inserto ad alta temperatura critica del solenoide centrale di EU-DEMO (DEMOnstration Power Plant). Il modello analitico elaborato sarà pubblicato prossimamente su IEEE-Transactions on Applied Superconductivity.

Implementazione di un sistema di accumulo dell'energia prodotta da FER in ambito portuale

L'elaborato analizza concretamente le possibilità di implementazione di un sistema di accumulo di energia elettrica prodotta da FER all'interno del terminal portuale della ditta Sapir. Vengono analizzate le tecnologie disponibili attualmente sul mercato valutandone l'efficienza e soprattutto la capacità di produrre un riscontro economico positivo per l'azienda in un tempo contenuto. Sono state infine valutate le varie proposte di miglioramento, considerando di implementare una gru elettrica alimentata almeno in parte dal sistema di accumulo.

Design and Performance Analysis of the Electrical Power System of a Petrochemical Facility

This thesis deals with the sizing and analysis of the electrical power system of a petrochemical plant. The activity was carried out in the framework of an electrical engineering internship. The sizing and electrical calculations, as well as the study of the dynamic behavior of network quantities, are accomplished by using the ETAP (Electrical Transient Analyzer Program) software. After determining the type and size of the loads, the calculation of power flows is carried out for all possible network layout and different power supply configurations. The network is normally operated in a double radial configuration. However, the sizing must be carried out taking into account the most critical configuration, i.e., the temporary one of single radial operation, and also considering the most unfavorable power supply conditions. The calculation of shortcircuit currents is then carried out and the appropriate circuit breakers are selected. Where necessary, capacitor banks are sized in order to keep power factor at the point of common coupling within the preset limits. The grounding system is sized by using the finite element method. For loads with the highest level of criticality, UPS are sized in order to ensure their operation even in the absence of the main power supply. The main faults that can occur in the plant are examined, determining the intervention times of the protections to ensure that, in case of failure on one component, the others can still properly operate. The report concludes with the dynamic and stability analysis of the power system during island operation, in order to ensure that the two gas turbines are able to support the load even during transient conditions.

Effetto della porosità sulle proprietà meccaniche e osteoinduttive di biomateriali utili per l’ingegneria del tessuto osseo

L'elaborato tratta dell'effetto della porosità sulle proprietà meccaniche e osteoinduttive di un biomateriale utilizzabile in ingegneria del tessuto osseo, per come questo è stato valutato nello studio "Surface porous poly-ether-ether-ketone based on three-dimensional printing for load-bearing orthopedic implant" condotto dai ricercatori Shuai Li, Tianyu Wang, Jiqiang Hu, Zhibin Li, Bing Wang, Lianchao Wang e Zhengong Zhou. In particolare, il biomateriale studiato è rappresentato dal “PEEK”, un polimero termoplastico che viene lavorato, tramite stampante 3D a filamento, in modo da presentare una struttura che include un corpo centrale solido ricoperto da strati porosi sia nello strato superiore sia in quello inferiore. Per la valutazione delle proprietà meccaniche sono state svolte una prova a trazione e una prova a flessione. I valori ottenuti sperimentalmente sono stati confrontati con quelli ottenuti da un’analisi numerica e da un modello teorico. Per la valutazione delle proprietà osteoinduttive sono stati condotti test di proliferazione cellulare e differenziamento osteogenico. I risultati ottenuti concludono che specifici valori della porosità superficiale del biomateriale presentano proprietà meccaniche e osteoinduttive che lo rendono idoneo all’utilizzo come impianto osteogenico in ingegneria tissutale.

Functional safety concept di un sistema di controllo elettronico per sospensioni motociclistiche semi-attive

Il seguente elaborato si pone l’obiettivo di presentare l’analisi sulla sicurezza di un sistema di sospensioni semi-attivo per motoveicoli basato sulla tecnologia ad orifizio variabile. Essendo un sistema comprendente numerosi apparecchi elettrici ed elettronici, si rende necessario seguire la normativa di riferimento ISO_26262. Una descrizione approfondita del sistema e un’analisi dei potenziali guasti permetteranno di dedurre gli obiettivi di sicurezza e successivamente assegnare dei requisiti specifici ai singoli componenti o sotto-assiemi. Strategie di riconoscimento e contrasto dei malfunzionamenti renderanno il sistema sicuro e funzionale.

Soluzione analitica di un modello semplificato per la circolazione sistemica

La circolazione sanguigna nell’organismo umano sfrutta un meccanismo ad hoc per trasportare gli scarti e tutte le sostanze necessarie al metabolismo cellulare. Il cuore rappresenta la pompa che dà al sangue la spinta per scorrere nei vasi e il ventricolo sinistro è la cavità cardiaca che contribuisce di più allo svolgimento di questo lavoro. Il modello pulsatile utilizzato in questo elaborato per la circolazione sistemica deriva dalla semplificazione di un modello a parametri concentrati precedentemente pubblicato. Nell’analogo elettrico di questo modello sono state incluse la resistenza al ritorno venoso, la resistenza al deflusso aortico e la resistenza arteriolare sistemica. Inoltre, la funzione di pompa del ventricolo è definita dalla complianza ventricolare tempo-variante e dal suo inverso, l’elastanza. Le valvole ventricolari sono simulate da due diodi e le capacità venose e arteriose tengono conto del comportamento elastico dei rispettivi compartimenti. Considerando il lavoro delle valvole, il ciclo cardiaco è stato suddiviso in sette intervalli temporali, per ciascuno dei quali è stato disegnato un analogo elettrico che descrive il comportamento degli elementi circuitali in quello specifico intervallo temporale. Attraverso l’applicazione delle leggi di Kirchoff agli analoghi elettrici sopra citati si scrivono le equazioni differenziali nelle funzioni incognite carica elettrica sulla complianza ventricolare e tensione arteriosa. Per ottenere le espressioni analitiche della soluzione delle equazioni differenziali si approssima l’elastanza con una funzione lineare a tratti e si utilizzano i teoremi per la risoluzione delle equazioni differenziali di ordine uno non omogenee. Le espressioni analitiche vengono implementate su Matlab, che consente di ottenere dei grafici della pressione venosa, arteriosa e ventricolare, dell’elastanza, del volume ventricolare e della portata aortica anche in risposta ad una diminuzione della resistenza arteriolare sistemica.

Sviluppo di modelli dinamici per la simulazione del volo di aerei leggeri elettrici

Il presente lavoro di tesi si pone come obiettivo l’individuazione di modelli matematici che possano essere utilizzati per la configurazione di simulatori di volo aerei elettrici dell’aviazione generale. In particolare, sono state trovate in letteratura delle formule da utlizzare per modellare eliche, motori elettrici di varie tipologie e batterie. Per meglio comprendere l’impatto dell’adozione dei motori elettrici sui velivoli dell’aviazione generale sono stati effettuati dei confronti di dati, in cui si è preso come riferimento il motore a combustione interna Continental O-300 montato sui Cessna C172. Successivamente, sono stati implementati i modelli dinamici in Simulink di motori elettrici che potrebbero sostituire il motore a combustione interna sopra citato. Sono, poi, state eseguite alcune comparazioni tra i risultati ottenuti in termini di spinte ottenibili, potenze e autonomie, e numero di giri di rotazione dell’elica per diversi motori elettrici. Per effettuare le simulazioni è stato utilizzato il software Simulink: ambiente in cui sono stati sviluppati modelli dinamici di propulsione sia tradizionale che elettrica. Nella parte conclusiva della tesi, sono riportate alcune considerazioni volte a stimare l'autonomia di un velivolo simile al Cessna C172, in cui si sotituisce il motore a combustione interna con un motore elettrico a parità di peso massimo al decollo e l’andamento di quest'ultimo in funzione dell’autonomia per un velivolo elettrico. I risultati ottenuti da queste ultime simulazioni suggeriscono che la conversione ad elettrico è attualmente critica in quanto la ridotta densità di energia delle batterie porta ad un significativo decadimento dell'autonomia generale.