Dynamic Modeling and Seasonal Performance Evaluation of Air-to-Water Heat Pump Systems

In this Thesis a series of numerical models for the evaluation of the seasonal performance of reversible air-to-water heat pump systems coupled to residential and non-residential buildings are presented. The exploitation of the energy saving potential linked to the adoption of heat pumps is a hard task for designers due to the influence on their energy performance of several factors, like the external climate variability, the heat pump modulation capacity, the system control strategy and the hydronic loop configuration. The aim of this work is to study in detail all these aspects. In the first part of this Thesis a series of models which use a temperature class approach for the prediction of the seasonal performance of reversible air source heat pumps are shown. An innovative methodology for the calculation of the seasonal performance of an air-to-water heat pump has been proposed as an extension of the procedure reported by the European standard EN 14825. This methodology can be applied not only to air-to-water single-stage heat pumps (On-off HPs) but also to multi-stage (MSHPs) and inverter-driven units (IDHPs). In the second part, dynamic simulation has been used with the aim to optimize the control systems of the heat pump and of the HVAC plant. A series of dynamic models, developed by means of TRNSYS, are presented to study the behavior of On-off HPs, MSHPs and IDHPs. The main goal of these dynamic simulations is to show the influence of the heat pump control strategies and of the lay-out of the hydronic loop used to couple the heat pump to the emitters on the seasonal performance of the system. A particular focus is given to the modeling of the energy losses linked to on-off cycling.

Previsione dell'evoluzione della microstruttura in processi industriali di estrusione delle leghe di alluminio serie AA6XXX

Nell’ambito di questa ricerca sono stati sviluppati modelli in grado di prevedere le dimensioni dei grani dopo il processo di estrusione di alcune leghe serie 6XXX, in particolare AA6060, AA6063 e AA6082. Alcuni modelli matematici proposti in letteratura sono stati presi in considerazione e implementati su Qform, codice FEM in grado di simulare processi di deformazione plastica. Sono state condotte diverse campagne sperimentali, tra cui una di visioplasticità necessaria per ottenere dati sperimentali che permettessero la validazione del Codice (modellazione dell’attrito, dello scambio termico, del flow stress del materiale). Altre prove di microestrusione ed estrusione inversa hanno fornito dati sperimentali che sono stati messi in correlazione con i risultati numerici di una serie di simulazioni. Infine è stata effettuata una campagna sperimentale di estrusione industriale a tutti gli effetti, ottenendo un profilo dalla geometria piuttosto complessa in lega AA6063, i dati ricavati hanno permesso : • la validazione di un modello unico di ricristallizzazione dinamica, • la valutazione di modelli per la predizione del comportamento durante recristallizzazione statica

Valutazione cimenatica di tre tecniche di ricostruzione di legamento crociato anteriore con sistema di navigazione intraoperatorio

In caso di una lesione del legamento crociato anteriore (ACL), l'approccio chirurgico gold standard è la tecnica di ricostruzione ACL Single-Bundle (SB). Recentemente, sono state proposte altre tecniche alternative per ridurre il rischio di lassità residua post-operatoria, come la ricostruzione del Single Bundle con aggiunta di palstica latearle (SBLP) e le procedure a doppio fascio (DB). Quarantadue pazienti sottoposti a ricostruzione ACL sono stati inclusi prospetticamente nello studio. È stata eseguita una randomizzazione per allocare i pazienti nei diversi gruppi di studio: Single-Bundle-Lateral-Plasty, Single-Bundle e Double-Bundle. Un sistema di navigazione intraoperatorio è stato utilizzato per valutare i valori di lassità. I valori di lassità pre e post-chirurgici sono stati valutati tramite i test Lachman test (AP30), Drawer test (AP90), Varus-Valgus stress test a 0° e 30° flessione del ginocchio (VV0, VV30), rotazione esterna interna (IE30, IE90), e il test del pivot shift (PS). . In tutti e tre i gruppi, i valori di lassità post-ricostruzione sono risultati statisticamente ridotti rispetto ai valori pre-ricostruzione (P < 0,05) per tutti i test analizzati. Considerando l'analisi del test del cassetto e della rotazione interna-esterna a 30 e 90 gradi di flessione del ginocchio, è stata identificata una differenza significativa tra le diverse ricostruzioni chirurgiche. La tecnica SBLP ha portato ad avere i valori di migliori rispetto alle tecniche SB (PIE90 - 0,001) e DB (PAP90 - 0.012; PIE30 - 0,021; PIE90 - 0,003). La tecnica SBLP ha ottenuto risultati significativamente migliori rispetto alle altre tecniche studiate in termini di riduzione della lassità antero-posteriore e interna-esterna a tempo zero dopo la ricostruzione del legamento crociato anteriore.

Tassazione delle partnerships internazionali: modelli domestici, disciplina convenzionale e diritto europeo

I sistemi fiscali contemporanei applicano l’imposizione diretta a persone fisiche e persone giuridiche. In ciascuno Stato tuttavia una varietà di figure intermedie, definibili non- corporate-entities, sono dotate di gradi diversi di soggettività di diritto. Fra queste rientrano le partnership. Con l’obiettivo di ricondurre la fiscalità delle partnership all’interno del regime domestico generale previsto per persone fisiche o giuridiche, ogni Stato impiega proprie regole di caratterizzazione fiscale delle partnership. Di conseguenza, ciascuno Stato può considerare le partnership fiscalmente opache o trasparenti. Ciò vale sia per le partnership domestiche che per quelle estere. Quando l’attività di una partnership domestica presenta elementi di internazionalità, gli approcci domestici di caratterizzazione fiscale interferiscono spesso con quelli adottati da altri Stati. Tali inevitabili conflitti producono un alto rischio di doppia imposizione o doppia non imposizione dei redditi internazionali. La soluzione di tale genere di problemi non trova sistematica considerazione né nei Trattati fiscali, né nei Trattati UE così come interpretati dalla CGUE. Essa resta affidata all’autonoma iniziativa di ciascuno Stato. Questo studio esamina l’imposizione diretta delle partnerships internazionali che presentino un qualche collegamento con il sistema fiscale italiano. Esso inoltre propone una comparazione con altri sistemi fiscali selezionati sulla base di alcuni criteri. La comparazione mira alla individuazione dei problemi scaturenti dalla simultanea applicazione della tassazione italiana ed estera, considerando il ruolo spesso modesto dei Trattati fiscali. Ove un Trattato includa clausole specifiche per le partnership, ne viene esaminato l’effetto. Se i Paesi considerati sono Stati membri UE, i risultati dell’analisi sono esaminati rispetto alla normativa europea, con particolare riguardo ai profili di compatibilità con le libertà del Trattato UE e con i relativi orientamenti della CGUE.

Valutazione statistica della ripetibilità di esperimenti di sequenziamento del DNA in specie batteriche

I progressi della biologia molecolare assieme alle nuove tecnologie di sequenziamento applicate su scala genomica alla genetica molecolare, hanno notevolmente elevato la conoscenza sulle componenti di base della biologia e delle patologie umane. All’interno di questo contesto, prende piede lo studio delle sequenze genetiche dei batteri, consentendo dunque, una migliore comprensione di ciò che si nasconde dietro le malattie legate all’uomo. Il seguente lavoro di tesi si propone come obiettivo l’analisi del DNA del batterio Listeria monocytogenes, un microrganismo presente nel suolo e in grado di contaminare l’acqua e gli alimenti. Lo scopo principale è quello di confrontare la variabilità tecnica e biologica, al fine di capire quali siano gli SNPs reali (Single Nucleotide Polymorphism) e quali artefatti tecnici. La prima parte, quindi, comprende una descrizione del processo di individuazione degli SNPs presenti nel DNA dei campioni in esame, in particolare di tre isolati diversi e tre copie. Nella seconda parte, invece, sono effettuate delle indagini statistiche sui parametri relativi agli SNPs individuati, ad esempio il coverage o il punteggio di qualità assegnato alle basi. Il fine ultimo è quello di andare a verificare se sussistano particolari differenze tra gli SNPs dei vari isolati batterici.

Lipofenoli: sintesi e valutazione delle performances antiossidanti in un sistema reale

Il lavoro si è articolato in due parti: sintesi di una molecola antiossidante (lipofenolo), che in prospettiva dovrà essere prodotta a partire da sottoprodotti dell’industria alimentare. La molecola ottenuta, già studiata nello sviluppo di emulsioni, è stata in questo lavoro testata nella formulazione di prodotti da forno, nei quali l’ossidazione lipidica è un processo difficilmente controllabile, se non con l’impiego di grassi saturi, come palma o strutto e sego. L’ossidazione incide profondamente sulla qualità e sulla sicurezza dell’alimento. È per questo che numerosi studi si sono rivolti, in questi anni, verso i meccanismi di antiossidazione nei sistemi reali. Partendo da una panoramica sui sottoprodotti della filiera alimentare, in questo lavoro si è ottimizzata una reazione di lipofilizzazione tra tirosolo e acido oleico e si è impiegato il prodotto nella formulazione tarallini per verificarne l’effettiva capacità di allungare la shelf life del prodotto ritardando l’insorgenza dell’ossidazione, con esiti più che soddisfacenti evidenziati dai dati ottenuti tramite tecniche di ossidazione forzata (Oxitest®) , analisi della componente volatile (SPME-GC-MS) e misurazione del numero di perossido.

Valutazione del grado di assorbimento di matrici oleose da parte di polisaccaridi ottenuti da aloe vera

Il principale costituente delle foglie di aloe è il gel di aloe ampiamente utilizzato in diversi settori industriali (cosmetico, medico, alimentare) grazie alle sue caratteristiche chimico-fisiche, tra cui la presenza di polisaccaridi con un’elevata capacità di ritenzione di acqua e sostanze oleose. L’obbiettivo di questo lavoro di tesi è stato la valutazione della capacità di assorbimento di cinque diverse matrici oleose (olio di mais raffinato, olio di soia raffinato, olio di girasole raffinato, olio extra vergine di oliva, glicerolo) da parte di polisaccaridi ottenuti dalla liofilizzazione di gel di aloe. Il prodotto liofilizzato è stato utilizzato per l’estrazione dei residui insolubili in alcol (AIRs) su cui è stata poi valutata la capacità di assorbimento delle matrici oleose. Per la caratterizzazione delle diverse tipologie di campioni utilizzati, sono state realizzate alcune determinazioni analitiche: per quanto riguarda gli AIRs, è stata realizzata la determinazione degli zuccheri mediante analisi gascromatografica, degli acidi uronici mediante spettrofotometria e del grado di metil esterificazione delle pectine mediante spettroscopia a infrarossi. Nelle matrici oleose è stata invece valutata la composizione in acidi grassi. I dati ottenuti sono risultati in accordo con quanto già presente in letteratura. Non è stato, inoltre, evidenziato un assorbimento selettivo in funzione dei diversi oli vegetali testati.

Validazione di modelli per la simulazione del film di combustibile liquido a parete in motori ad accensione comandata

Le normative antinquinamento sempre più stringenti in termini di emissioni prodotte da un MCI hanno reso necessario lo studio e lo sviluppo di modelli predittivi in grado quindi di simulare tutto ciò che avviene all’interno della camera di combustione; allo scopo di ottimizzare quello che è un prodotto industriale e che pertanto va venduto. Il presente elaborato di tesi si è quindi incentrato sull’impatto che uno spray di combustibile, iniettato ad alta pressione, ha su pareti calde e fredde, analizzando tutto ciò che concerne l’eventuale sviluppo di wall-film prodotto come la relativa massa, area, spessore e raffreddamento della parete per via della propria interazione con il film a parete. Sono stati prima di tutto studiati i fenomeni fisici in atto e successivamente analizzati i modelli implementati nel codice di calcolo commerciale utilizzato STAR-CD, in particolare il modello di boiling, il modulo 1D-CHT ed il modello di impatto Bai-ONERA; il tutto facendo riferimento a esperimenti, già condotti, presenti in letteratura.

Valutazione delle proteine in tartare di pesce trattate ad alte pressioni

Il presente elaborato ha avuto lo scopo di valutare l’effetto dell’applicazione delle alte pressioni idrostatiche (HHP) sulla solubilità delle proteine sarcoplasmatiche e totali di tartare di cefalo e mazzancolla, valutandone il cambiamento durante la conservazione refrigerata protratta per 35 giorni o fino al raggiungimento di 7 Log UFC/g di batteri mesofili totali. In seguito allo scongelamento, cefali e mazzancolle sono stati ridotti in frammenti e confezionati sottovuoto. Successivamente, i prodotti confezionati ottenuti da ciascuna delle due materie prime considerate, sono stati suddivisi in quattro gruppi sperimentali: uno non trattato mentre gli altri sottoposti ad HHP alla pressione di 400, 500 e 600 MPa. Trascorsi 1, 6, 9, 14, 21, 28 e 35 giorni dall’applicazione del trattamento è stata determinata la solubilità delle proteine sarcoplasmatiche e totali. L’applicazione delle HHP su tartare di cefalo e mazzancolla consente di allungarne notevolmente la shelf-life microbica, soprattutto con trattamenti a pressioni elevate (600 MPa). Tuttavia, è stato osservato un notevole effetto negativo sulla solubilità delle frazioni sarcoplasmatiche e totali, molto presumibilmente associato ai fenomeni di ossidazione. Dal confronto fra le due matrici considerate (cefalo e mazzancolla), emerge che la solubilità delle proteine sarcoplasmatiche e miofibrillari dei macinati di mazzancolla è meno influenzata dal trattamento con HHP e quindi si adatta meglio all’impiego di questa tecnologia; al contrario i macinati di cefalo hanno presentato una riduzione notevole della funzionalità proteica. In generale, è stato confermato che i prodotti ittici dotati di un tenore di lipidi ed emepigmenti molto ridotto, come i crostacei (es. mazzancolla), sono più adatti ad essere sottoposti a trattamento con le HHP che ne rallenta i fenomeni degradativi durante la successiva fase di conservazione refrigerata.

Valutazione della resistenza all’impatto di laminati compositi

Nel presente lavoro di tesi è stato studiato il comportamento all’impatto di laminati compositi di varia natura, valutando il danneggiamento ad impatti a bassa velocità. Il comportamento dei diversi campioni è stato osservato prendendo come riferimento un laminato in fibra di carbonio e resina epossidica. Al fine di studiare e migliorare la risposta dei materiali a questo tipo di sollecitazioni sono stati utilizzati diversi approcci: introduzione di strati eterogenei di natura differente e uso di tessuti ibridi (fibre di carbonio e fibre polimeriche). I campioni sono stati quindi sottoposti ad impatti a diversa energia, con lo scopo di valutare l’energia assorbita e la loro deformazione. I provini danneggiati sono stati quindi sottoposti ad analisi di caratterizzazione microscopica, termica e meccanica.

Modelli variazionali convessi-nonconvessi per la ricostruzione di segnali bilivello corrotti da sfocamento e rumore: analisi e soluzione numerica.

In questa tesi abbiamo presentato/analizzato metodi variazionali allo stato dell’arte per la ricostruzione – ovvero, rimozione di sfocamento e rumore - di una classe specifica di segnali/immagini caratterizzati dal fatto di essere costanti a tratti e bilivello. Tali metodi ottengono la ricostruzione tramite la minimizzazione di un funzionale formato da due parti: un termine di fedeltà ai dati, la cui forma dipende dal tipo di rumore considerato, e un termine di regolarizzazione che codifica l’informazione a priori disponibile sul segnale da ricostruire (ad esempio, la sua regolarità). Per segnali costanti a tratti, è ben noto che il regolarizzatore deve avere la proprietà di promuovere la sparsità delle derivate prime del segnale. In particolare, molte proposte allo stato dell’arte sfruttano la pseudo-norma l0 o la norma l1 del gradiente, ossia la Variazione Totale (TV). La prima scelta è ottimale in linea teorica poiché promuove al meglio la sparsità, ma il funzionale è fortemente non convesso e i metodi numerici di minimizzazione possono convergere a soluzioni locali. Nel caso di TV si ha invece un problema convesso che garantisce la convergenza a minimi globali ma la qualità della soluzione è sub-ottima. Motivati da vantaggi/svantaggi di l0 ed l1, in questa tesi si è deciso di investigare (teoricamente e sperimentalmente) l’uso di modelli variazionali di tipo Convesso-NonConvesso (CNC). Questi utilizzano particolari regolarizzatori non convessi e parametrici che consentono da un lato di sparsificare meglio di l1, dall’altro di mantenere la convessità del funzionale così da presentare un unico punto di minimo. Tra i metodi CNC investigati, quello denominato GME-TV basato sul concetto di inviluppo di Moreau generalizzato ha prodotto ricostruzioni di qualità sempre migliore di TV e a volte, diremmo sorprendentemente, anche di l0. Questo rappresenta un risultato di particolare rilevanza scientifica nel campo della ricostruzione di segnali/immagini.

Valutazione della solubilità di polibutadiene ad alto cis in solventi alifatici

Per ottimizzare processi di polimerizzazioni in soluzione è importante conoscere a fondo la solubilità del sistema polimero-solvente. A tale scopo è utile avere a disposizione un diagramma di fase che ci permetta di conoscere le condizioni di perfetta solubilità. Quando questo non è disponibile in letteratura si rende necessaria la sua costruzione. Questa tesi spiega in quale maniera si è provato a disegnare il diagramma di fase per il sistema polibutadiene in n-esano, partendo dalla teoria di Flory-Huggins fino ad arrivare a misure sperimentali che hanno fornito le temperature di passaggio tra la soluzione polimerica e la miscela eterogenea. Le misure reometriche si sono rivelate la maniera più precisa per questa valutazione.

Valutazione dell’adenina come indurente da fonte rinnovabile per resine epossidiche commerciali e per la produzione di materiali compositi

Le resine più utilizzate industrialmente per la produzione di materiali compositi sono quelle epossidiche a base di diglicidil etere del bisfenolo A. Tipicamente, a livello industriale vengono utilizzate diammine sintetizzate da precursori tossici per l’ambiente e per l’uomo. Prendendo atto dell’intrinseca pericolosità di questi sistemi, sono state valutate delle alternative per rendere il processo di produzione dei materiali compositi più sostenibile e sensibile verso l’ambiente e la salute degli operatori. Questo progetto di tesi di laurea sperimentale è il proseguimento di un lavoro precedentemente svolto dal gruppo di ricerca che ha individuato l’adenina come un’alternativa non tossica e bio-based agli attuali agenti reticolanti. Nel presente lavoro di tesi, sono stati effettuati studi di formulazione e reticolazione dell’adenina con resine epossidiche commerciali da infusione e da impregnazione già utilizzate a livello industriale. L’obbiettivò è stato quello di ottenere formulati di resina e adenina capaci di dare un prodotto completamente reticolato, utilizzabile commercialmente e con elevati valori di Tg. Le formulazioni più promettenti così ottenute per ogni tipo di resina sono state utilizzate insieme a fibre di carbonio (vergini e riciclate), fibre di lino e di juta per la produzione di materiali compositi a fibra corta. Le formulazioni di resina e i compositi ottenuti sono stati caratterizzati mediante Analisi Termogravimetrica (TGA), Calorimetria Differenziale a Scansione (DSC) e Analisi Dinamico Meccanica (DMA).

Valutazione cinematica 3D di un test per il ritorno allo sport post-lesione di legamento crociato anteriore: confronto tra sistema optoelettronico e sensori indossabili

I sistemi di analisi del movimento sono in continua espansione e vengono sempre maggiormente utilizzati in ambito sportivo e riabilitativo. In particolare, la valutazione delle lesioni di LCA è, attualmente, affidata a procedure classiche, oltre che a strumenti analitici Gold Standard come il sistema optoelettronico. L’utilizzo dei sensori inerziali per l’analisi del movimento è in notevole aumento e sempre più utilizzato anche negli ambiti descritti. Tuttavia, è da valutare l’accuratezza di tali sistemi nell’esecuzione di gesti complessi ad alta dinamica. L’obiettivo del presente elaborato è stato quello di validare un sistema di sensori inerziali tramite uno optoelettronico, per lo svolgimento di specifici task motori in un’ottica di prevenzione dell’infortunio al LCA. Sono stati valutati 30 soggetti sani, attraverso l’utilizzo sincrono di due tecnologie: il sistema optoelettronico Vicon e il sistema inerziale Xsens. I movimenti svolti dai soggetti rientravano in un protocollo per la prevenzione del LCA, sviluppato presso il centro Isokinetic, il quale comprende 6 task ad elevata dinamica, ricorrenti negli sport maggiori. Si è evinta un’ottima correlazione e basso errore per tutti gli angoli articolari analizzati sul piano sagittale, una buona correlazione sul piano frontale per la maggior parte degli angoli (esclusi caviglia e pelvi), ed una minore riproducibilità sul piano trasverso, in particolare negli angoli di caviglia ginocchio e pelvi. I risultati hanno mostrato una scarsa dipendenza dalla tipologia di task analizzato. La tecnologia inerziale ha dimostrato di essere un’ottima alternativa per l’analisi del movimento in task specifici per la valutazione della biomeccanica di LCA. Le discrepanze evinte possono essere riconducibili ai diversi protocolli cinematici utilizzati ed al posizionamento dei markers. Evoluzioni della tecnologia potrebbero migliorare la precisione di questi sensori offrendo informazioni ancor più dettagliate dove ora ci sono lacune.

L'additive manufacturing nel planning pre-operatorio in chirurgia maxillofacciale

Il 3D printing è presente da tempo in molti settori economici e da sempre ha nella sanità uno dei principali ambiti di applicazione. Durante il corso del presente lavoro sono state esaminate le principali applicazioni in campo sanitario con particolare focus sulla fase di planning in caso di chirurgia complessa. La pianificazione risulta essere la fase maggiormente impattante nel contesto più globale di gestione del paziente in quanto una maggior accuratezza nella visualizzazione del caso clinico consente di ottimizzare l’identificazione di un adeguato approccio chirurgico con ovvie conseguenti ripercussioni positive sulla totalità della degenza del paziente all’interno della struttura clinica ospitante. Nel dettaglio è stato valutato l’utilizzo di un innovativo protocollo di pre-planning e follow-up operatorio tramite la realizzazione di modelli stampati 3D a partire da immagini di diagnostica classica (TAC, MRI, 3Dscan) che hanno consentito di poter fornire allo specialista clinico di riferimento un prodotto che riproducendo perfettamente l’anatomia del soggetto (morfologia-proprietà fisiche del tessuto) ha consentito allo stesso un miglioramento delle usuali pratiche chirurgiche e terapeutiche in casi di elevata complessità in un arco temporale ristretto. I parametri utilizzati per la valutazione dei reali benefici dell’approccio esposto sono stati: tempi di pianificazione chirurgica e tempi di intervento all’interno di una più globale analisi dei costi associati. A fronte di un’indagine interna preventiva presso l’azienda ospedaliera ospitante sono stati designati i seguenti reparti come settori pilota: maxillofacciale, neurochirurgia e radiologia interventistica. Lo studio è stato svolto in collaborazione con l’ospedale M.Bufalini di Cesena in qualità di referente clinico e l’azienda Aid4Med Srl in qualità di azienda leader in pianificazione operatoria tramite ausili realizzati tramite tecniche di additive manufacturing.