Interazione tra perdite ed energia in reti idriche alimentate da pompe a giri variabili

Attualmente le tematiche legate alla produzione e all’uso dell’energia rivestono grande importanza, anche in relazione agli obiettivi in termini di riduzione delle emissioni di gas partecipanti all’effetto serra prefissati dal Protocollo di Kyoto, che impongono il contenimento dei consumi energetici. Andando a ricercare i fattori che alterano i consumi energetici dei sistemi acquedottistici, accanto a quelli legati all’efficienza degli impianti e alle condizioni delle condotte, si deve tener conto anche della presenza delle perdite idriche in rete. Infatti nel valutare il problema delle perdite idriche esclusivamente come quantitativo di acqua di elevata qualità dispersa nell’ambiente, si trascura di considerare il contenuto energetico che ad essa viene conferito mediante attività di pompaggio durante le fasi di prelievo, potabilizzazione, adduzione e distribuzione all’utenza. L’efficienza invece varia in funzione di fattori oggettivi strettamente legati alle caratteristiche del territorio da servire, ma anche in funzione delle scelte effettuate in fase di progettazione e di esercizio. Da questa premessa discendono due importanti considerazioni. Il primo aspetto consiste nel poter valutare separatamente l’influenza sul consumo energetico dell’efficienza dei pompaggi e della rete, in modo da identificare l’impatto di singoli interventi, in particolare la riduzione delle perdite idriche (Colombo & Karney, 2002, 2004; Walski, 2004; Artina et al. 2007, 2008) ed il miglioramento dello stato dell’infrastruttura acquedottistica. Alla luce degli studi già svolti, sarà approfondita l’analisi del legame tra perdite idriche e aumento del consumo energetico, valutandola su modello numerico con riferimento a un caso di studio reale, costituito da un distretto monitorato della rete acquedottistica di Mirabello (Ferrara) alimentato mediante un sistema bypass-pompaggio a giri variabili. Il secondo aspetto riguarda la necessità di individuare dei termini di paragone che consentano di formulare un giudizio nei confronti del quantitativo di energia attualmente impiegato in un sistema acquedottistico. Su tale linea saranno analizzati alcuni indicatori per esprimere i consumi energetici dei sistemi acquedottistici.

Metrologia dei campi di radiazioni di bassa energia

The conversion coefficients from air kerma to ICRU operational dose equivalent quantities for ENEA’s realization of the X-radiation qualities L10-L35 of the ISO “Low Air Kerma rate” series (L), N10-N40 of the ISO “Narrow spectrum” series (N) and H10-H60 of the ISO “High Air-kerma rate” (H) series and two beams at 5 kV and 7.5 kV were determined by utilising X-ray spectrum measurements. The pulse-height spectra were measured using a planar high-purity germanium spectrometer (HPGe) and unfolded to fluence spectra using a stripping procedure then validate with using Monte Carlo generated data of the spectrometer response. HPGe portable detector has a diameter of 8.5 mm and a thickness of 5 mm. The entrance window of the crystal is collimated by a 0.5 mm thick Aluminum ring to an open diameter of 6.5 mm. The crystal is mounted at a distance of 5 mm from the Berillium window (thickness 25.4 micron). The Monte Carlo method (MCNP-4C) was used to calculate the efficiency, escape and Compton curves of a planar high-purity germanium detector (HPGe) in the 5-60 keV energy. These curves were used for the determination of photon spectra produced by the X-ray machine SEIFERT ISOVOLT 160 kV in order to allow a precise characterization of photon beams in the low energy range, according to the ISO 4037. The detector was modelled with the MCNP computer code and validated with experimental data. To verify the measuring and the stripping procedure, the first and the second half-value layers and the air kerma rate were calculated from the counts spectra and compared with the values measured using an a free-air ionization chamber. For each radiation quality, the spectrum was characterized by the parameters given in ISO 4037-1. The conversion coefficients from the air kerma to the ICRU operational quantities Hp(10), Hp(0.07), H’(0.07) and H*(10) were calculated using monoenergetic conversion coefficients. The results are discussed with respect to ISO 4037-4, and compared with published results for low-energy X-ray spectra. The main motivation for this work was the lack of a treatment of the low photon energy region (from a few keV up to about 60 keV).

Realizzazione di riporti funzionalizzanti su superfici ceramiche per la produzione di energia elettrica mediante effetto fotovoltaico

This research, carried out during the PhD in Materials Engineering, deals with the creation of layers, with different functionality, deposited on a ceramic substrate, to obtain photovoltaic cells for electricity production. The research activities are included in the project PRRIITT, Measure 4 (Development of Networks), Action A (Research and Technology Transfer Laboratories), Thematic reference 3 (Advanced materials applications development), co-financed by the Emilia Romagna Region, for the creation of CECERBENCH laboratory, which aims to develop "Tiles with a functionalised surface”. The innovation lies in the study of materials and in the development of technologies to achieve a "photovoltaic surface", directly in the tiles production process. The goal is to preserve the technical characteristics, and to make available new surfaces, exploiting renewable energy sources. The realization of Building Integrated PhotoVoltaic (BIPV) is nowadays a more and more spread tendency. The aims of the research are essentially linked to the need to diversify the actual ceramic tile production (which is strongly present in the Emilia Romagna Region ), and to provide a higher added value to the tiles. Solar energy production is the primary objective of the functionalization, and has a relevant ecological impact, taking into account the overwhelming global energy demand. The specific activities of the PhD were carried out according to the achievement of scientific and technological objectives of CECERBENCH laboratory, and involved the collaboration in design solutions, to obtain the cells directly on the tiles surface. The author has managed personally a part of the research project. Layers with different features were made: - Electrically conductive layers, directly on the ceramic tiles surface; - Layers to obtain the photovoltaic functionality; - Electrically insulating, protective layers (double function). For each layer, the most suitable materials have been selected. Among the technical application, the screen printing was used. This technique, widely used in ceramics, has many application areas, including the electronics and photovoltaic industries. It is an inexpensive technique, easy to use in industrial production lines. The screen printing technique was therefore studied in depth by theoretical considerations, and through the use of rheological measurements.

Sulla energia dissipata in alcuni organi di macchina

Questa tesi riguarda l'analisi delle trasmissioni ad ingranaggi e delle ruote dentate in generale, nell'ottica della minimizzazione delle perdite di energia. È stato messo a punto un modello per il calcolo della energia e del calore dissipati in un riduttore, sia ad assi paralleli sia epicicloidale. Tale modello consente di stimare la temperatura di equilibrio dell'olio al variare delle condizioni di funzionamento. Il calcolo termico è ancora poco diffuso nel progetto di riduttori, ma si è visto essere importante soprattutto per riduttori compatti, come i riduttori epicicloidali, per i quali la massima potenza trasmissibile è solitamente determinata proprio da considerazioni termiche. Il modello è stato implementato in un sistema di calcolo automatizzato, che può essere adattato a varie tipologie di riduttore. Tale sistema di calcolo consente, inoltre, di stimare l'energia dissipata in varie condizioni di lubrificazione ed è stato utilizzato per valutare le differenze tra lubrificazione tradizionale in bagno d'olio e lubrificazione a “carter secco” o a “carter umido”. Il modello è stato applicato al caso particolare di un riduttore ad ingranaggi a due stadi: il primo ad assi paralleli ed il secondo epicicloidale. Nell'ambito di un contratto di ricerca tra il DIEM e la Brevini S.p.A. di Reggio Emilia, sono state condotte prove sperimentali su un prototipo di tale riduttore, prove che hanno consentito di tarare il modello proposto [1]. Un ulteriore campo di indagine è stato lo studio dell’energia dissipata per ingranamento tra due ruote dentate utilizzando modelli che prevedano il calcolo di un coefficiente d'attrito variabile lungo il segmento di contatto. I modelli più comuni, al contrario, si basano su un coefficiente di attrito medio, mentre si può constatare che esso varia sensibilmente durante l’ingranamento. In particolare, non trovando in letteratura come varia il rendimento nel caso di ruote corrette, ci si è concentrati sul valore dell'energia dissipata negli ingranaggi al variare dello spostamento del profilo. Questo studio è riportato in [2]. È stata condotta una ricerca sul funzionamento di attuatori lineari vite-madrevite. Si sono studiati i meccanismi che determinano le condizioni di usura dell'accoppiamento vite-madrevite in attuatori lineari, con particolare riferimento agli aspetti termici del fenomeno. Si è visto, infatti, che la temperatura di contatto tra vite e chiocciola è il parametro più critico nel funzionamento di questi attuatori. Mediante una prova sperimentale, è stata trovata una legge che, data pressione, velocità e fattore di servizio, stima la temperatura di esercizio. Di tale legge sperimentale è stata data un'interpretazione sulla base dei modelli teorici noti. Questo studio è stato condotto nell'ambito di un contratto di ricerca tra il DIEM e la Ognibene Meccanica S.r.l. di Bologna ed è pubblicato in [3].

Energia da fonti rinnovabili negli edifici esistenti. Integrazione architettonica di captatori solari ed eolici.

Questa tesi tratta dell'applicazione agli edifici esistenti di dispositivi per la produzione energetica da fonte rinnovabile: solare fotovoltaica, solare termica ed eolica. Dopo aver analizzato i motivi economici ed ambientali che oggi inducono ad affrontare il tema complesso dell'integrazione di queste tecnologie anche negli edifici esistenti, vengono documentate alcune decine di recenti istallazioni, reperite in ambito internazionale, costituendo così un piccolo repertorio di casi applicativi. Il ricorso alle fonti di energia rinnovabili in architettura ed il concetto di sostenibilità applicato alla progettazione sono temi di interesse mondiale che coinvolgono la riqualificazione energetica del parco edilizio esistente. Questo fenomeno sta generando una vera rivoluzione che, da una dimensione culturale promossa dalle politiche energetiche dei vari paesi, travolge svariati ambiti disciplinari, primo tra tutti l'architettura. L’elaborato è idealmente diviso in quattro parti, come di seguito specificato. Nel primo capitolo vengono trattate le problematiche che stanno portando alla diffusione delle energie rinnovabili nel mondo e descritte le varie forme e tecnologie con cui si utilizzano. Nel secondo e terzo capitolo sono trattati i temi dell’energia negli edifici e la sostenibilità nel progetto per la riqualificazione energetica in architettura. Negli ultimi tre capitoli si analizzano le caratteristiche, i componenti ed il funzionamento dei sistemi fotovoltaici, solari termici e micro/mini-eolici applicati ai manufatti edilizi. Si descrivono, inoltre, le tecnologie e le soluzioni per l’integrazione di detti impianti sugli edifici esistenti. L’ultima parte, costituita dall’allegato che contiene le schede di analisi di alcuni casi studio, descrive la realizzazione di progetti di riqualificazione energetica in cui sistemi fotovoltaici, solari termici ed eolici vengono applicati ad edifici di vario genere.

Analisi sperimentale delle forze agenti sul dispositivo di conversione di energia da onda "Wave Dragon" in condizioni ondose estreme del Mare del Nord

Per natura, i dispositivi di conversione di energia da onda (WECs) vengono collocati in aree caratterizzate da onde ad elevato potenziale e in queste condizioni i carichi che agiscono su tali dispositivi sono, sfortunatamente, molto alti e, allo stesso tempo, molto difficili da valutare a priori. Allo stato attuale, nessuna delle tecnologie proposte ha raggiunto uno stadio di sviluppo tale da consentire la produzione dei WECs a scala reale e, quindi, il lancio nel mercato principalmente perchè nessuna di esse può contare su un numero suciente di dati operativi da permettere un'analisi sistematica delle condizioni di lavoro. L'applicazione dei modelli disponibili sembra essere accurata per la maggior parte dei WECs in condizioni operative, ma non abbastanza per prevedere le forze agenti e il loro comportamento quando sono esposti all'azione di onde importanti. Sebbene vi è una generale necessità di indagine su diversi aspetti dei WECs, sembra che il punto critico sia lo sviluppo di un adeguato sistema di ormeggio il cui costo può incidere no al 200

Biomasse e loro quantificazione economica per un efficiente uso dell'energia

Biomasses and their possible use as energy resource are of great interest today, and the general problem of energy resources as well. In the present study the key questions of the convenience, from both energy and economy standpoints, have been addressed without any bias: the problem has been handled starting from “philosophical” bases disregarding any pre-settled ideology or political trend, but simply using mathematical approaches as logical tools for defining balances in a right way. In this context quantitative indexes such as LCA and EROEI have been widely used, together with multicriteria methods (such as ELECTRE) as decision supporting tools. This approach permits to remove mythologies, such as the unrealistic concept of clean energy, or the strange idea of biomasses as a magic to solve every thing in the field of the energy. As a consequence the present study aims to find any relevant aspect potentially useful for the society, looking at any possible source of energy without prejudices but without unrealistic expectations too. For what concerns biomasses, we studied in great details four very different cases of study, in order to have a scenario as various as much we can. A relevant result is the need to use biomasses together with other more efficient sources, especially recovering by-products from silviculture activities: but attention should be paid to the transportation and environmental costs. Another relevant result is the very difficult possibility of reliable evaluation of dedicated cultures as sources for “biomasses for energy”: the problem has to be carefully evaluated case-by-case, because what seems useful in a context, becomes totally disruptive in another one. In any case the concept itself of convenience is not well defined at a level of macrosystem: it seems more appropriate to limit this very concept at a level of microsystem, considering that what sounds fine in a limited well defined microsystem may cause great damage in another slightly different, or even very similar, microsystem. This approach seems the right way to solve the controversy about the concept of convenience.

Simulazione sociale nell'ambito della produzione e distrubuzione di energia da fonti rinnovabili.

Simulazione ad agenti nel settore fotovoltaico per individuare gli impatti che, gli strumenti di politica hanno sulle scelte degli agenti, sulla redditività economica dei loro impianti e sulle grandezze caratteristiche dell'ambiente simulato (es. Potenza installata, Spesa Totale). Inoltre l'applicazione permette, al singolo agente, di simulare un impianto per valutare la fattibilità e la redditività di un investimento nel settore: ciò è possibile in quanto la simulazione riproduce fedelmente gli aspetti normativi ed economici che lo regolano.