Sistemi di testing per celle a combustibile

La tesi tratta funzionamento, ottimizzazione e applicazioni delle celle a combustibile PEM (PEM Fuel cells) che sono dispositivi capaci di convertire reversibilmente l’energia chimica contenuta nel combustibile in energia elettrica, energia termica e prodotti di reazione. Vengono analizzati gli effetti di temperatura, pressione e umidità sulla cinetica, sulle prestazioni, sull’OCV, sulla conduttività della membrana e sul trasferimento di massa. In generale, per utilizzare una cella a combustibile PEM, ogni componente, materiale e l'assemblaggio delle celle dovrebbe essere realizzabile e ottimizzato per ottenere alte prestazioni. Vengono, quindi, trattate le tecniche di test e diagnosi che rappresentano il modo più popolare e affidabile per convalidare i progetti di questi componenti e della cella combustibile stessa. Inoltre, si affronta il discorso sull’idrogeno definito come vettore di energia che ha assunto un ruolo di primo piano per un mercato a basse emissioni; infatti ha un grande potenziale come combustibile alternativo e assume un ruolo centrale nello scenario energetico del futuro. Infine, si parla anche di applicazioni pratiche ed esistenti riguardanti le celle a combustibile in veicoli, come le proposte di Nuvera ed EH Group.

Un bridge tra sistemi di bordo e di terra per prevenire minacce informatiche alla sicurezza delle infrastrutture critiche dei trasporti ferroviari

Il progetto di tesi nasce dall’interesse e dalla passione verso il mondo della Cybersecurity, che da sempre segna il mio percorso accademico e di vita, ma che durante questo ultimo anno di università ha avuto particolare rilevanza. Il progetto è stato svolto con il supporto e la supervisione del team Railway dell’azienda ALTEN Italia presso la sede di Bologna. Il lavoro di tesi mira allo sviluppo di un componente software che rappresenta un livello aggiuntivo di sicurezza nella comunicazione tra sistemi di bordo e di terra. In particolare, il progetto si pone come obiettivo la creazione di un Bridge, ovvero un componente software indipendente e configurabile che si interfaccia sia con il client che con il server, con lo scopo di garantire autenticità e cifratura dei messaggi scambiati tra le due entità. Inoltre, la potenza del Bridge sta nel fatto che nasce come possibile soluzione ai problemi di sicurezza informatica in ambito ferroviario, ma la sua applicabilità può essere estesa anche ad altri settori in cui sia presente una comunicazione client/server da rendere sicura. Infatti, tale software risulta particolarmente flessibile e adattabile, attraverso l’impostazione a priori di parametri di configurazione, in base al tipo di comunicazione che si desidera implementare tra le due entità. Per questo motivo, si ritiene che la forza del progetto sia la possibilità di fornire una soluzione software per proteggere l’infrastruttura critica dei trasporti ferroviari da eventuali minacce informatiche, ma anche la capacità adattiva del Bridge, in grado di svolgere le sue funzioni di sicurezza in un ampio ventaglio di ambiti di applicazione.

Sviluppo di un modello Simulink per la gestione termica di un veicolo elettrico a batteria

Obiettivo di questo progetto di tesi è la realizzazione di un modello per la gestione termica di un veicolo elettrico a batteria: l’elettrificazione in ambito automotive richiede un approfondito studio delle problematiche termiche allo scopo di incrementare l’efficienza del veicolo, le performance e la vita della batteria. In particolare, l’oggetto di ricerca consiste nella modellazione di una pompa di calore. Partendo dalla definizione dei requisiti e degli obiettivi del sistema di gestione termica, ogni componente della pompa di calore viene analizzato modellato e connesso all’intero sistema. La modellazione è stata affrontata mediante l’utilizzo dell’ambiente MATLAB/Simulink. Il primo passo è stato avanzato nell’analisi del ciclo termodinamico ideale, analizzando il comportamento di vari fluidi frigorigeni, la funzionalità dei singoli componenti e l’interazione di quest’ultimi al variare delle condizioni di funzionamento, principalmente potenze scambiate, pressioni, temperature e portata massica di refrigerante. Il principale lavoro di simulazione è legato alla realizzazione di un modello configurabile dell’intero apparato di gestione termica della batteria per un veicolo elettrico. Per mezzo dello studio delle relazioni termodinamiche dei componenti principali del ciclo frigorifero sono state valutate tutte le grandezze che variano durante le trasformazioni che compie il fluido refrigerante all’interno del ciclo frigorifero. L’attività di validazione del modello implementato è stata svolta mediante il confronto tra le condizioni del fluido refrigerante determinate mediante le relazioni termodinamiche e quelle ottenute valutando le trasformazioni sui diagrammi di stato dei fluidi frigorigeni trattati. Il modello implementato è da ritenersi primordiale nel contesto legato alla modellazione e controllo dei sistemi di gestione termica per i sistemi propulsivi dei veicoli elettrici a batteria.

Implementazione di ambiente simulativo per validazione di sistemi di navigazione GPS in LEO

Il lavoro di questa tesi è stato implementare su Matlab un algoritmo numerico che permettesse di determinare la posizione di un utilizzatore mediante misure GPS. In particolare, dopo un'introduzione al sistema GPS e alla navigazione GPS, è stato analizzato il contenuto dei LOG di ESEO e si è proceduto all'implementazione dell'algoritmo sul calcolatore. Lo scopo ultimo della tesi è stato verificare l'accuratezza di tale algoritmo, mediante il calcolo degli errori con le posizioni reali e mediante una verifica tramite calcolo del range geometrico.

Sviluppo di un modello matematico per il controllo della massa iniettata da un iniettore GDI benzina ad alta pressione

Una delle principali sfide odierne è la volontà di ridurre l’impatto ambientale, causato dalle attività umane, riducendo le emissioni inquinanti. Per questo motivo, negli ultimi anni, i requisiti di omologazione dei motori a combustione interna sono diventati sempre più selettivi, evidenziando la necessità di utilizzare nuove e più avanzate tecnologie. Tra le possibili alternative, le nuove tecnologie che forniscono i risultati più promettenti sono le cosiddette Low Temperature Combustions (LTC). Una di esse è la Gasoline Compression Ignition (GCI) che è caratterizzata da una combustione mediante il processo di auto-accensione di un carburante tipo benzina ed è in grado di ottenere un’elevata efficienza con ridotte emissioni inquinanti. Per poter controllare correttamente una combustione GCI, è necessario realizzare un pattern di iniezioni consecutive al fine di raggiungere le condizioni termodinamiche nel cilindro per garantire l’auto-accensione della benzina. I principali problemi dovuti alla realizzazione di un’iniezione multipla sono la generazione di onde di alta pressione nel condotto di iniezione e, nel caso di iniettori Gasoline Direct Injection (GDI) solenoidali, la magnetizzazione residua dei coil dello stesso. Sia le onde di pressione che la magnetizzazione residua comportano una variazione di massa iniettata rispetto al valore previsto. In questo elaborato è presentato un modello matematico realizzato per compensare le variazioni di massa che avvengono durante un pattern di due iniezioni consecutive in un iniettore GDI benzina ad alta pressione. Con tale modello, è possibile correggere i parametri che caratterizzano le iniezioni per introdurre il quantitativo desiderato di benzina indipendentemente dal pattern selezionato.

Caratterizzazione di ceppi di Companilactobacillus alimentarius isolati da salami spagnoli fermentati spontaneamente

Il lavoro svolto in questa tesi era finalizzato allo studio di 14 ceppi di Companilactobacillus alimentarius isolati da salami spagnoli con un duplice obiettivo: da una parte aumentare la conoscenza relativa a questa specie, le cui informazioni in letteratura sono ancora scarse, dall’altra valutarne i caratteri di sicurezza e le performance tecnologiche per selezionare ceppi da utilizzare eventualmente come colture starter e/o bioprotettive in salumi fermentati o altri prodotti alimentari. I ceppi sono stati prima testati per la loro capacità di produrre ammine biogene, con circa la metà dei ceppi in grado di produrre tiramina, mentre solo 4 accumulavano istamina e due putrescina. Dai dati relativi all’antibiotico resistenza è emerso che la metà dei ceppi erano sensibili agli 8 antibiotici testati. È stata valutata poi la capacità dei ceppi di crescere a diverse temperature (10, 20 e 30°C) e a diverse concentrazioni di NaCl (0, 2,5, 5%). I risultati hanno mostrato un andamento variabile: un solo ceppo non era in grado di crescere a 10°C, mentre a 30°C i ceppi si dividevano in due gruppi, ed i ceppi caratterizzati da maggiori velocità di sviluppo a questa temperatura erano anche quelli dotati delle migliori performance a 20 e 10°C. Mentre per la capacità di crescere a diverse concentrazioni di sale, la variabilità era più evidente alla più alta concentrazione di NaCl (5%). Infine, è stata valutata la capacità di produrre molecole che potessero avere un impatto sul profilo sensoriale del prodotto, tra cui i composti derivanti dall’acido piruvico (acetoino, diacetile, 2-butanone), acido acetico, etanolo, benzeneacetaldeide e benzaldeide, ed anche in questo caso i ceppi hanno mostrato attitudini diverse all’accumulo di questi metaboliti. Sulla base dei dati ottenuti in questo lavoro sperimentale, 2 ceppi tra i 14 testati sono stati scelti per future sperimentazioni, dapprima in vitro e poi in sistemi reali, per valutare il loro potenziale come nuove colture starter.

Analisi e utilizzo di tecniche di stimolazione epidurale per il ripristino dell’attività locomotoria in soggetti con lesioni spinali

La lesione del midollo spinale (LM) è una complessa condizione fisica che racchiude in sé sfide di carattere biomedico nonché etico-giuridico. La complessità della LM nonché la diversificazione delle esperienze dei singoli soggetti affetti da LM rendono questo un topic di grande interesse per la ricerca biomedicale, in relazione a nuovi metodi di cura e di riabilitazione dei soggetti. In particolare, la sinergia tra i saperi medico, informatici e ingegneristici ha permesso di sviluppare nuove tecnologie di comunicazione e di controllo neurologico e motorio che, capaci di sopperire a deficit cerebrali e/o motori causati da LM, consentono ai pazienti di avere una qualità di vita sensibilmente migliore, anche in termini di autonomia. Tra queste nuove tecnologie assistive primeggiano per efficacia e frequenza di utilizzo le Brain Computer Interfaces (BCI), strumenti ingegneristici che, attraverso la misurazione e l’analisi di segnali provenienti dall’attività cerebrale, traducono il segnale registrato in specifici comandi, rappresentando per l’utente con LM un canale di comunicazione con l’ambiente esterno, alternativo alle normali vie neurali. In questo elaborato l’analisi di due sperimentazioni, una su scimmia l’altra su uomo, entrambi affetti da LM, con differenti sistemi di monitoraggio dell’attività neurale, ha permesso di evidenziare un limite della ricerca sul topic: nonostante i promettenti risultati ottenuti su primati non umani, il carattere invasivo del sistema BCI–EES rende difficile traslare la sperimentazione su uomo. La sperimentazione su LM pone delle sfide anche dal punto di vista etico: sebbene siano auspicati lo sviluppo e l’applicazione di metodi alternativi alla sperimentazione animale, l’impiego di primati non umani appare ancora una scelta obbligata nel campo della ricerca di soluzioni terapeutiche finalizzate al ripristino della funzione locomotoria, per via della stretta affinità in termini di conformazione fisica, genetica e anatomica.

Sistemi di co-cultura 3D per lo studio dell'effetto di farmaci chemioterapici su cellule tumorali

Il neuroblastoma è un tumore solido pediatrico che si sviluppa nel sistema nervoso e risulta una significativa causa di morte infantile. Per avanzare nella conoscenza della sua patogenesi, l’ingegneria dei tessuti biologici, e più nello specifico la microfabbricazione dei biomateriali, ha favorito lo sviluppo di piattaforme microfluidiche utili per riprodurre il sistema neurovascolare umano. Piattaforme di questo tipo, chiamate chip, prevedono spesso l’utilizzo di idrogel. Nel mio elaborato viene presentato un lavoro recentemente pubblicato da Sokullu et al., nel quale gli autori presentano le prorietà del GelMA, un idrogel che mostra caratteristiche molto simili a quelle della matrice extracellulare naturale. Nel lavoro presentato, l’idrogel viene posto all’interno del microchip come base per la co-coltura di due linee cellulari umane, cellule di neuroblastoma e cellule endoteliali di vena ombelicale. Tramite test specifici si riscontra che il GelMA mostra appropriate proprietà biomeccaniche e determina nelle cellule in coltura una vitalità superiore all’80%. Il GelMA si rivela dunque una piattaforma utile per gli studi di colture cellulari 3D per lunghi periodi. Il lavoro analizzato prova inoltre che questa struttura permette di valutare eventi di invasione e migrazione di cellule tumorali suggerendo che il chip microfluidico possa essere impiegato per studi di ottimizzazione del dosaggio e delle modalità di somministrazione di farmaci chemioterapici.

Analisi delle modalità di termoregolazione nei sistemi di perfusione ex-vivo degli organi addominali - reni e fegato - destinati al trapianto.

La perfusione ex-vivo, ossia dopo il prelievo e prima del trapianto, degli organi si afferma come una delle possibili strategie per superare il divario esistente tra il numero dei pazienti in lista d’attesa e il numero degli organi disponibili e idonei al trapianto. Questo divario ha portato alla necessità di includere tra i donatori anche quelli marginali (anziani, con comorbidità, con cause di morte come l’arresto cardiaco e tempi di ischemia), fino ad oggi considerati non trapiantabili. L’utilizzo di questi organi ha messo in evidenza alcuni limiti di quella che, ad oggi, è stata considerata la tecnica di riferimento per la preservazione ex-vivo degli organi: la conservazione statica ipotermica che risulta, infatti, efficace per gli organi ottimali, mentre per quelli più compromessi, sembra accentuare di più il danno d’organo e incrementare il rischio di fallimento o di complicazioni. Si sono, perciò, affermate tecniche di conservazione dinamica per poter conservare gli organi in un ambiente simil-fisiologico, limitando i tempi di ischemia, valutandone la funzionalità ed eventualmente applicando dei trattamenti terapeutici. I diversi protocolli di perfusione sono stati implementati in numerosi sistemi per l’esecuzione dei trattamenti di perfusione ex-vivo. Essi differiscono principalmentente per la modalità termica eseguita: ipotermia (4-12°C), midtermia (13-24°C), subnormotermia (25-35°C), normotermia (35-37°C) o modalità combinate: tanto più la temperatura si avvicina a quella del corpo, tanto più occorre ricreare un ambiente fisiologico per l’organo. L’analisi delle unità termiche costituenti i sistemi di perfusione dei reni e fegati disponibili ha messo in evidenza i principali limiti e vantaggi di ogni soluzione adottata. Risulta evidente che una gestione ideale della termoregolazione constente di coprire i più vasti intervalli di temperatura, di combinare le diverse modalità, senza complicazioni esecutive e con limitati interventi da parte dell’operatore.

Sperimentazione della piattaforma IoT Cloud per lo sviluppo di sistemi di monitoraggio

L’Internet of Things (IoT) è un termine utilizzato nel mondo della telecomunicazione che fa riferimento all’estensione di Internet al mondo degli oggetti, che acquisiscono una propria identità, venendo così definiti “intelligenti”. L’uomo in questo ambito avrà sempre meno incidenza sul campo poiché sono le macchine ad interagire tra loro scambiandosi informazioni. Gli ambiti applicativi che comprendono IoT sono innumerevoli ed eterogenei; pertanto, non esiste un'unica soluzione tecnologica che possa coprire qualsiasi scenario. Una delle tecnologie che si prestano bene a svolgere lavori in IoT sono le LoRaWAN. Un punto e una sfida essenziali nell'applicazione della tecnologia LoRaWAN è garantire la massima autonomia dei dispositivi ottenendo il più basso consumo di energia possibile e la ricerca di soluzioni di alimentazione efficienti. L'obiettivo in questo elaborato è quello di realizzare un sistema capace di trasmettere un flusso continuo di informazioni senza l'ausilio e il costante monitoraggio dell'uomo. Viene trattato come controllare dei sensori da remoto e come garantire una migliore autonomia dei dispositivi ottenendo un più basso consumo energetico.

Sistemi smart per il miglioramento del processo di raccolta differenziata

Questo documento presenta un modello efficiente di gestione e di monitoraggio dei rifiuti basato sull’IoT per migliorare l’ambiente di vita nelle città. Il sistema proposto utilizza sensori e tecnologie di comunicazione che raccolgono ed elaborano in tempo reale dati trasmessi da cassonetti smart permettendo un’efficace gestione dell’igiene urbana e riducendo sconvenienti malfunzionamenti dei cassonetti, fastidiosi sia per i cittadini sia per gli operatori pubblici. Il risultato del progetto è un insieme di oggetti e processi interconnessi in un mondo, quello della raccolta dei rifiuti, in cui l’automazione non esiste ancora o è poco diffusa e che invece potrebbe portare un buon incremento nel funzionamento.

Metodo di calibrazione ottica per sistemi di lenti ipercentriche

Calibrazione di lente percientrica. Scrittura del codice di calibrazione in Python e utilizzo della libreria OpenCV. L' obbiettivo della tesi consisteva nel definire un modello matematico che potesse rappresentare le caratteristiche della lente pericentrica. Una volta fatto ciò sono state eseguite diverse prove sperimentali con l'obbiettivo di validare i risultati ottenuti. Come primo passo si è prodotto lo sviluppo planare di oggetti cilindrici acquisiti con la lente . successivamente sono state svolte alcune misure sugli sviluppi ottenuti. Infine si è implementato un sistema di calibrazione stereo per determinare la validità dell'algoritmo impiegato per la singola telecamera.

Modellazione, controllo e sviluppo sperimentale di un azionamento con convertitore boost integrato per DC fast charge

La presente trattazione propone un metodo innovativo per la fast DC charge, che permette di collegare le colonnine di ricarica a 400 V ai veicoli con batteria ad 800 V. Il collegamento avviene tramite l’azionamento elettrico di propulsione, che deve dunque essere riconfigurato durante la ricarica sotto forma di “integrated boost DC/DC converter”. L'elaborato illustra il modello matematico del sistema, lo schema di controllo in ambiente Simulink ed i risultati delle simulazioni. Infine, sono illustrate le prove a banco effettuate sul sistema in esame, la strumentazione utilizzata ed i risultati ottenuti per le configurazioni confrontate. Tuttavia, si dimostra che il metodo di ricarica richiede un’ulteriore induttanza per il collegamento al motore per evitare gli elevati ripple delle correnti di fase ed il conseguente surriscaldamento dei magneti rinvenuto durante le prove sperimentali.

Middleware per integrazione di dati eterogenei per sistemi SAP su Openshift

Questo lavoro di tesi è incentrato sullo sviluppo di una soluzione applicativa nell'ambito dell'integrazione di sistemi software basati su tecnologie considerate legacy. In particolar modo è stato studiata una soluzione integrativa per il popolare ERP gestionale Sap su piattaforma Cloud OpenShift. La soluzione è articolata su diversi livelli basati sull'architettura proposta da Gartner nell'ambito della Digital Integration Hub. È stata sviluppata tramite tecnologie open source leader nel settore e tecnologie cloud avanzate.

Analisi e caratterizzazione di isolanti elettrici nanostrutturati a base polimerica per applicazioni in sistemi HVDC

I sistemi di trasporto dell’energia elettrica per lunghe distanze possono dimostrarsi convenienti attraverso l’utilizzo di cavi in corrente continua ad alta tensione (HVDC). Essi possono essere installati seguendo la classica configurazione aerea, oppure interrati, dove le difficili condizioni ambientali, possono portare alla degradazione dei materiali. I materiali polimerici che costituiscono l’isolamento del cavo sono soggetti ad invecchiamento, diventando sempre più fragili e poco affidabili sia a seguito delle condizioni ambientali che dall’applicazione dell’alta tensione, che comporta un forte campo elettrico fra la superficie del conduttore e l’isolante esterno. Per determinare l’integrità e le caratteristiche dei materiali polimerici si utilizzano tecniche diagnostiche. Molte tecniche prevedono però la distruzione del materiale, quindi se ne cercano altre non distruttive. Questa tesi studia gli effetti dell’aggiunta di un additivo alla matrice polimerica del materiale isolante, utilizzando la tecnica di spettroscopia dielettrica, la misura di conducibilità e il metodo dell’impulso elettroacustico. I provini testati sono costituiti da una matrice di polipropilene e polipropilene additivato con nitruro di boro, testati alle temperature di 20, 40, 70°C. In particolare, il primo capitolo introduce i sistemi HVDC, per poi presentare le caratteristiche e le proprietà dei materiali nanodielettrici. Nella terza parte si descrive il set sperimentale utilizzato nelle prove condotte. Nei capitoli 4 e 5 sono riportati i risultati ottenuti e la loro discussione.