POLITesi - Archivio digitale delle tesi di laurea e di dottorato (Politecnico di Milano)
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Conceptual design of semi automated system for reuse of carbon prepreg offcuts
No full textLAUREA MAGISTRALEQuesta tesi presenta un metodo innovativo per il riciclo e il riutilizzo degli scarti di preimpregnato in fibra di carbonio non polimerizzato, attraverso lo sviluppo di un sistema modulare basato su patch per la raccolta e il reimpiego del materiale. Nella produzione tradizionale di materiali compositi, grandi quantità di preimpregnato non polimerizzato vengono scartate a causa di inefficienze geometriche nel taglio dei fogli. Questo lavoro propone un processo per recuperare materiale utilizzabile da questi scarti sotto forma di patch standardizzate, che vengono poi immagazzinate e riassemblate in laminati riciclati funzionali.
Elemento centrale di questo approccio è la progettazione e l'integrazione di due sottosistemi meccanici fondamentali: una testa a vuoto in grado di estrarre e posizionare con precisione le patch, e un sistema di raccolta che mantiene l'allineamento geometrico e rotazionale di ciascuna patch durante tutto il processo. La testa a vuoto è dotata di controllo multi-ugello e di un'elevata precisione di posizionamento, compatibile con i tagliatori di fogli esistenti, mentre il sistema di raccolta utilizza una piattaforma a traslazione verticale, aste di allineamento e un'architettura di stoccaggio modulare. Una volta raccolto un numero sufficiente di patch, queste vengono reintegrate nel processo utilizzando la stessa infrastruttura, permettendo la ricostruzione automatizzata di fogli compositi con orientamento delle fibre e ordine di stratificazione conservati.
Il flusso di lavoro a ciclo chiuso risultante offre un’alternativa scalabile e a basso impatto ambientale allo smaltimento tradizionale del preimpregnato, con potenziale per un significativo recupero di materiale e un miglioramento della sostenibilità nella produzione di compositi. Il sistema è progettato per essere compatibile con ambienti di produzione automatizzati, e pone l’accento su modularità, tracciabilità e riduzione dell’intervento dell’operatore.This thesis presents a novel method for the recycling and reuse of uncured carbon fiber prepreg offcuts through the development of a modular patch-based collection and redeployment system. In traditional composite manufacturing, significant quantities of uncured prepreg are discarded due to geometric inefficiencies in ply cutting. This work proposes a process for harvesting usable material from these offcuts in the form of standardized patches, which are then stored and reassembled into functional recycled laminates.
Central to this approach is the design and integration of two critical mechanical subsystems: a vacuum head capable of precise patch extraction and placement, and a collection system that maintains geometric and rotational alignment of each patch throughout the process. The vacuum head features multi-nozzle control and positional accuracy compatible with existing ply cutters, while the collection system employs a vertically translating platform, alignment rods, and a modular storage architecture. Once enough patches have been collected, they are reintroduced into the process using the same infrastructure, enabling automated reconstruction of composite sheets with preserved fiber orientation and stacking order.
The resulting closed-loop workflow offers a scalable, low-waste alternative to traditional prepreg disposal, with potential for significant material recovery and improved sustainability in composite fabrication. The system is designed for compatibility with automated manufacturing environments, and emphasizes modularity, traceability, and minimal operator intervention
Development and implementation of CCXpert: a techno-economic tool for carbon capture, storage and CO2 transportation assesment
No full textLAUREA MAGISTRALEQuesta tesi presenta lo sviluppo e l’implementazione di nuovi moduli funzionali all’interno
di CCXpert, uno strumento software basato su Excel sviluppato da Wood PLC per
supportare la valutazione tecnico-economica dei sistemi di Carbon Capture and Storage
(CCS). L’obiettivo dello strumento è fornire ai clienti un ambiente flessibile per l’analisi
preliminare della progettazione e dei costi di interi processi CCS.
Sono stati realizzati tre principali compiti di sviluppo: la creazione di un modulo com-
parativo per il trasporto tramite nave (Shipping) e pipeline, l’integrazione di una libreria
estesa per i fattori di emissione di CO2 (Scope 2) specifici per localizzazione e fabbisogno
termico, e lo sviluppo di un nuovo modulo di trasporto Batch per la logistica via camion
e treno. Ogni task è stato implementato garantendo piena interoperabilità con il frame-
work validato preesistente e mantenendo coerenza in termini di struttura e logica. Dove
possibile, sono state incluse routine automatizzate per analisi di sensitività, e i risultati
sono stati testati o validati rispetto a dati esterni (Sviluppi 1 & 2).
Questo lavoro contribuisce a migliorare l’accuratezza, l’usabilità e la completezza dello
strumento, gettando le basi per futuri sviluppi e per l’integrazione nella futura interfaccia
aziendale basata su Python.This thesis presents the development and implementation of new functional modules
within CCXpert, an Excel-based software tool designed by Wood PLC to support techno-
economic assessments of Carbon Capture and Storage (CCS) systems. The tool aims to
provide clients with a flexible environment for early-stage design and cost evaluation of
complete CCS process trains.
Three main development tasks were carried out: the creation of a comparative module for
Shipping vs Pipeline transport, the integration of an extended library for location-specific
and heat requirements-based CO2 emission factors (Scope 2), and the development of
a new Batch Transport module covering truck and rail logistics. Each task was imple-
mented while preserving full interoperability with the existing validated framework and
maintaining consistency in structure and logic. Where possible, automated routines for
sensitivity analysis were included, and results were tested or validated against external
data Task 1 & 2).
This work contributes to enhancing the tool’s accuracy, usability, and completeness, and
lays the groundwork for future expansions and integration within the company’s Python-
based interface
Apocalypto : eco della pietra che rivela l'architettura delle cave di Gallipoli
No full textLAUREA MAGISTRALEQuesta tesi nasce come un viaggio intimo tra le pieghe di Gallipoli, città che ha cullato i miei ricordi d’infanzia come fa il mare con la riva nei pomeriggi d’estate. Vivo, mutevole, mai del tutto afferrabile.
Gallipoli non è solo il luogo dove si intrecciano mare e pietra, storia e stagione; è anche il punto in cui si incontrano sogni interrotti e desideri di ritorno. È una città che si sfalda e si ricompone ad ogni sguardo, specchio fedele per chi parte e bussola emotiva per chi torna.
Il progetto si radica in questa visione affettiva e allo stesso tempo critica della città. La scelta di quest’area deriva dall’intento di rivelare i luoghi marginali e silenziosi, un tempo grembo di fatica e materia. Oggi, quelle ferite nel terreno sono come pause sospese nel tessuto urbano, spazi che chiedono di essere ascoltati più che semplicemente riempiti.
Si immagina per questi spazi una nuova vita: una trasformazione che valorizza, capace di restituire alla città luoghi di cultura, dialogo e condivisione del valore estetico e identitario. L’approccio progettuale è guidato da una visione sostenibile e integrata, che tiene conto delle caratteristiche ambientali, della memoria dei luoghi e delle esigenze contemporanee.
La sfida è stata quella di coniugare materiali e tecniche tradizionali con un linguaggio architettonico attuale, capace di dialogare con il contesto senza snaturarlo. Le cave diventano così un nodo simbolico e funzionale di una nuova narrazione urbana, in cui il passato non è cancellato ma trasformato in risorsa per il presente.
In definitiva, questa tesi si propone come una riflessione progettuale che va oltre la dimensione tecnica: un tentativo di ricucire il legame tra territorio e comunità, tra memoria e innovazione, affinché Gallipoli possa riconoscersi in una nuova forma urbana, inclusiva, consapevole e capace di attrarre attraverso la cultura, non solo il turismo.This thesis began as an intimate journey through the folds of Gallipoli, a city that cradled my childhood memories as the sea does the shore on summer afternoons. Alive, changeable, never quite graspable.
Gallipoli is not only the place where sea and stone, history and season intertwine; it is also the point where interrupted dreams and longings for return meet. It is a city that crumbles and reassembles at every glance, a faithful mirror for those who leave and an emotional compass for those who return.
The project is rooted in this affective and at the same time critical vision of the city. The choice of this area derives from the intention to reveal the marginal and silent places, once a womb of toil and matter. Today, those wounds in the ground are like pauses suspended in the urban fabric, spaces that ask to be heard rather than simply filled.
A new life is imagined for these spaces: a transformation that enhances, capable of giving back to the city places of culture, dialogue and sharing of aesthetic and identity value. The design approach is guided by a sustainable and integrated vision, which takes into account environmental characteristics, the memory of the places and contemporary needs.
The challenge was to combine traditional materials and techniques with a contemporary architectural language, capable of dialoguing with the context without distorting it. The quarries thus become a symbolic and functional node of a new urban narrative, in which the past is not erased but transformed into a resource for the present.
Ultimately, this thesis is proposed as a design reflection that goes beyond the technical dimension: an attempt to mend the bond between territory and community, between memory and innovation, so that Gallipoli can recognise itself in a new urban form, inclusive, aware and capable of attracting through culture, not only tourism
Numerical and experimental study of pore-scale physics for underground hydrogen storage
No full textLAUREA MAGISTRALEL’energy mix globale è in continua evoluzione grazie alla persistente innovazione tecnologica, alle azioni politiche, all’ambiente e all’urbanizzazione. L’idrogeno, vettore energetico a zero emissioni, è considerato come un componente fondamentale per la transitione energetica, in quanto può offrire un polmone per le variazioni stagionali delle risorse rinnovabili e sostituire i carburanti fossili nei settori hard-to-abate. Questo studio è stato svolto in collaborazione con Shell S.p.A. e si concentra nello stoccaggio sotterraneo di idrogeno (UHS). L’obiettivo è di colmare le lacune in letteratura relative ai parametri di input necessari per le simulazioni numeriche dei giacimenti sotterranei. Il metodo scelto si basa sull’acquisizione di immagini di esperimenti di imbibizione non stazionaria su un campione di roccia Bentheimer tramite la tomografia micro-computerizzata (micro-CT), con l’obiettivo di cogliere l’interazione bi-fasica tra acqua salina e diversi gas, tra cui idrogeno, metano e aria compressa. Tramite questi dati è possible calcolare numericamente i valori di permeabilità relativa e costruire le relative curve in funzione della saturazione, che risultano essere parametri fondamentali nelle applicazioni di UHS. La procedura numerica è stata applicata solo su specifiche regioni parziali del campione di roccia, diversamente dall’approccio standard che prevede la misurazione della differenza di pressione sul campione intero. Questa metodologia consente di superare le limitazioni dovute alla disconnessione dei cluster di gas durante l’esperimento e che quindi non percolano tra inlet e outlet. Inoltre, le diverse sezioni considerate sono caratterizzate da saturazioni diverse, con l’ottenimento di un numero maggiore di datapoint, che contribuiscono alla attendibilità del modello e consentono di esaminare un maggiore intervallo di valori di saturazione dinamica. Per concludere, la relazione tra permeabilità relativa e saturazione è stata parametrizzata seguendo una modifica al modello di Corey e considerando l’incertezza delle misurazioni. La validazione del protocollo è stata effettuata tramite il confronto tra i due esperimenti con l’idrogeno prima di proseguire con il confronto tra i diversi gas, che sembrano presentare comportamenti simili.The global energy mix is changing rapidly due to technological innovation, political intervention, environment and urbanization. Hydrogen is expected to be a relevant component in the energy mix as it could act as a carbon-neutral energy carrier, enabling back up energy storage capacity for intermittency and seasonal variations. This project has been carried out in collaboration with Shell S.p.A. and focuses on subsurface (geological) storage of hydrogen. The aim is to assess the uncertainties and fill the knowledge gaps related to the necessary input parameters for Underground Hydrogen Storage (UHS) reservoir simulations. The chosen approach is based on micro-CT imaging of un-steady state experimental protocol performed on a Bentheimer sandstone sample. The objective is to capture the two-phase physical interactions of brine with several gases, such as hydrogen, methane and compressed air, to explore potential behavioural differences. Using these data, it was possible to numerically derive the relative permeability values and build the relative permeability-saturation curves, a key parameter for UHS applications. The relative permeability computations were performed on selected sub-regions of the rock, differently from the standard experimental measurements that require to measure a pressure drop over the whole sample. This approach addresses the issue that occurs when the gas clusters disconnect throughout the experiment, and thus not percolate from inlet to outlet. Additionally, the various sections along the sample were each characterized by their own wetting phase saturation value. This led to more data points, which increased the reliability of the curves and allowed us to assess a larger dynamic saturation range. Finally, the relative permeability – saturation relationship was parametrized with a Corey-like function and the respective uncertainty ranges. Proof of concept was provided by comparing the two hydrogen repeat experiments before proceeding with the comparison between the different gases, which seem to be showing similar trends
Control of magnetism in crystalline Yttrium Iron Garnet films via direct laser nanoengineering
Full text linkLAUREA MAGISTRALEIl controllo diretto delle onde di spin è un elemento centrale nell’ambito del calcolo basato
su magnoni. L' Yttrium Iron Garnet (YIG) ha suscitato un ampio interesse nel campo
della magnonica, grazie al suo basso damping magnetico, che lo rende una piattaforma
ideale per la propagazione coerente delle onde di spin. Di conseguenza, è fondamentale
ottenere modifiche delle sue proprietà magnetiche in maniera altamente controllata, lo-
calizzata e stabile per una manipolazione efficace delle onde di spin. Tuttavia, i metodi
tradizionali volti a questo scopo non sono particolarmente compatibili con questo ma-
teriale, non riuscendo a preservare le sue eccezionali proprietà. In questo lavoro di tesi
vengono quindi proposti due metodi alternativi per la nanostrutturazioe magnetica di
campioni di YIG monocristallino, con elevata risoluzione spaziale. Innanzitutto, un laser
UV a onda continua viene impiegato per indurre effetti magnetici permanenti in geometrie
definite, quando focalizzato su un film sottile da 100, nm, ottenendo modulazioni bidi-
mensionali delle proprietà magnetiche che non sarebbero mai osservabili altrimenti. In
seguito, la possibilità di patterning tridimensionale è stata dimostrata sperimentalmente
per la prima volta su due campioni più spessi (3, μm e 5, μm di spessore), sfruttando un
laser a femtosecondi nell’infrarosso. Quest’ultimo confina l’assorbimento non lineare in
regioni limitate quando il fascio è focalizzato all’interno del volume di questi film. Per
indagare l’impatto di queste tecniche di scrittura laser, sono stati utilizzati diversi metodi
per caratterizzare sia le regioni non scritte che quelle modificate, tra cui magnetometria
a campione vibrante, microscopia Kerr e microscopia a forza magnetica/atomica. Queste
tecniche di scrittura laser non distruttive e a singolo passaggio offrono un alto grado di
versatilità per la modulazione locale della fase magnetica delle nanostrutture di YIG e rap-
presentano un approccio promettente verso lo sviluppo di dispositivi magnonici scalabili
e ad alta efficienza energetica.The direct control of spin waves lies at the core of magnon-based computing. Yttrium Iron
Garnet (YIG) has gained widespread interest in the field of magnonics, given its strikingly
low magnetic damping that makes it an ideal platform for the coherent propagation of
spin waves. Consequently, it is crucial to achieve highly controlled, localized and stable
modulations of its magnetic properties for effective spin-wave manipulation. Some chal-
lenges have been encountered by conventional methods aiming to do so, failing to preserve
the exceptional properties of YIG. Here, we propose two alternative methods for nanopat-
terning single-crystal YIG samples with high spatial resolution. First, a continuous wave
UV laser is employed to induce permanent magnetic effects in patterned geometries when
focused on a 100 nm thin film, achieving two-dimensional modulations of the magnetic
properties that would never be observed by any other means. Secondly, innovative three
dimensional patterning capabilities have been experimentally demonstrated on two thicker
samples (3 μm and 5 μm thick) employing an IR femtosecond laser, inducing confined non-
linear phenomena in limited regions when tightly focused into the volume of these films.
To investigate the impact of these laser-based techniques, multiple techniques have been
employed to characterize both pristine and patterned regions, including Vibrating Sample
Magnetometry, Kerr microscopy, and Magnetic/Atomic Force Microscopy. These single-
step non-destructive laser writing techniques offer a high degree of versatility for locally
tuning the magnetism of YIG nanostructures and provide promising avenue towards the
development of energy-efficient and scalable magnonic devices
MODELLING THE BUILDINGS ENERGY NEED IN THE NATIONAL ENERGY SYSTEM SIMULATION: A DETAILED SPATIO-TEMPORAL APPROACH
No full textDOTTORATOLa sfida della decarbonizzazione della domanda di calore richiede un'analisi di fattibilità completa da una prospettiva del sistema energetico. Questo studio valuta come la decarbonizzazione del settore edilizio (residenziale e terziario) possa influenzare il sistema energetico nazionale per il caso studio Italiano. La metodologia adottata si articola in quattro fasi principali: (i) stima della domanda di calore, (ii) definizione del mix tecnologico, (iii) simulazione dei profili di consumo orari e (iv) analisi del sistema energetico. La domanda annua di calore viene distribuita a livello di sezione di censimento, considerando le caratteristiche degli edifici, come l'aggregazione, l’epoca e il clima. I valori risultanti vengono inseriti in un modello di ottimizzazione che definisce il mix tecnologico ottimale per la decarbonizzazione del settore civile entro il 2050, minimizzando il costo totale del sistema. Il modello ha un’elevata risoluzione geografica e simula la diffusione delle tecnologie (come pompe di calore, teleriscaldamento, ecc.) e delle opzioni di riqualificazione energetica (come l'isolamento degli edifici) sotto diversi vincoli, tra cui la disponibilità di risorse e i limiti di emissioni. I profili orari sono generati considerando l’uso degli edifici e dei sistemi termici e la temperatura esterna. Per le tecnologie on/off viene applicato un modello di regressione, mentre per quelle a funzionamento continuo si utilizza il metodo dei bin. Infine, il modello esistente NEMeSI viene impiegato per simulare il sistema energetico nazionale, con un dettaglio regionale. I risultati mostrano che il raggiungimento della decarbonizzazione dipende principalmente dall’adozione di pompe di calore elettriche (autonome e accoppiate con sistemi a gas), dal teleriscaldamento e dalla riqualificazione edilizia, quest’ultima rappresentando metà dei costi per il settore del calore. Le pompe di calore aria-aria giocano un ruolo significativo nella fase di transizione. L’analisi spaziale evidenzia che le caldaie a biomassa e a gas naturale sono più adatte ai climi freddi, mentre le pompe di calore aria-aria possono soddisfare completamente la domanda nei climi caldi. Il carico elettrico aggiuntivo dovuto alle pompe di calore elettriche raggiunge circa 32.7 GW, sebbene il picco complessivo sia previsto in aumento solo del 23% nel sud Italia e dell’8% nel nord Italia. L’aumento della domanda viene soddisfatto attraverso l’espansione del fotovoltaico e delle turbine eoliche, soprattutto nelle regioni meridionali, accoppiato con batterie di accumulo.The challenge of decarbonizing heat demand requires a comprehensive feasibility analysis from an energy system perspective. This research studies how the decarbonization of the heat generation in the building sector (residential and tertiary) may impact the national energy system in the Italian case study. The adopted methodology consists of four main steps: (i) estimation of heat demand, (ii) definition of the technological mix enabling the decarbonization, (iii) simulation of hourly consumption profiles, and (iv) analysis of a whole-energy system model. Annual heat demand is distributed at the census cell level, accounting for building characteristics such as aggregation type, construction age, and climatic conditions. The resulting values are input into an optimization framework designed to define the optimal technological mix to achieve the decarbonization of the building sector by 2050, based on total system cost minimization. The framework has a detailed geographical resolution and simulates the penetration of technologies (e.g. heat pumps, district heating etc.) and refurbishment (e.g. envelope insulation) options under various constraints, including resource availability and emission limits. Hourly profiles are generated considering building usage, the external temperature, and the thermal system characteristics. A regression model is applied for on/off technologies, while the bin method is used for continuous one. Finally, the existing NEMeSI model is used to simulate the operation of the national energy system, with a regional detail on the balance of the power system. The results show that achieving the decarbonization target primarily depends on adopting electric heat pumps (standalone and coupled with gas systems), district heating, and building retrofitting; the latter being responsible for half of the cost for the heat sector. Air-to-air heat pumps play a significant role during the transition phase. Spatial analysis highlights that biomass and natural gas boilers are more suitable for cold climates, while air-to-air heat pumps can fully meet demand in hot climates. The additional power load due to electric heat pumps reaches about 32.7 GW though the overall peak is projected to increase only by around 23% in southern Italy and 8% in northern Italy. The increased demand is satisfied mainly through the expansion of PV and wind turbines, especially in southern regions, coupled with battery storage.DIPARTIMENTO DI ENERGIA37MAZZARELLA, LIVIOCOLOMBO, LUIGI PIETRO MARI
Living learning environments - Guinea Bissau and the revitalization of Amilcar Cabral University
No full textLAUREA MAGISTRALELa tesi di laurea magistrale qui presentata si occupa della “valorizzazione dell’Università Amilcar Cabral e del settore educativo in Guinea Bissau”, con uno sguardo più ampio sul Paese, per cercare di comprenderne l’identità per poter intervenire con coerenza e con la giusta postura in un contesto così lontano e diverso.
È stata condotta, perciò, una indagine sui contesti sociali, politici, geografici, tra gli altri, al fine di stabilire una visione più ampia di questo territorio, tenendo conto dell’incontro di molte culture che oggi, come in passato, lo caratterizza. L’esercizio è stato sviluppato attraverso un metodo analitico, trasformando in mappe le informazioni, spesso disomogenee, contenute nei molti documenti consultati e restituendo in forma presto consultabile e confrontabile i dati, i testi e le immagini satellitari per restituire graficamente l’assetto generale della Guinea Bissau. Specifico ambito di studio è la città Bissau, la capitale della Guinea Bissau, e precisamente il campus universitario Amilcar Cabral, sul quale il presente lavoro opera con azioni di progettazione, sistemazione e valorizzazione. L’università Amilcar Cabral è l’unica università pubblica presente in Guinea Bissau e in essa convergono diverse facoltà e università del Paese. L’area è contenuta nel tessuto urbano e intesse con esso relazioni differenti, di cui il progetto si occupa e che tende a rendere leggibili e differenziate.
Il contatto con il Rettore dell’Università Amilcar Cabral ha evidenziato l’interesse dell’Istituzione per questo esercizio progettuale, introducendo l’intenzione di spostare, in un orizzonte presumibilmente ventennale, il polo universitario in un nuovo ampio sito esterno alla città consolidata, presso un comparto di circa 25 chilometri quadrati a Safim-Nhacra. In attesa della definitiva pianificazione urbana di una ventina di Istituti e Facoltà, con relativi laboratori, servizi, residenze, ospedale, biblioteca etc., questo lavoro si pone l’obiettivo di intervenire sull’attuale assetto distributivo e prestazionale del campus, per integrarvi alcune dotazioni, edifici, percorsi, che possano, almeno per un ventennio, garantire ai giovani studenti e al corpo docente un livello accettabile di fruizione, formazione e residenzialità.The master's degree thesis presented here deals with the "enhancement of the Amilcar Cabral University and the educational sector in Guinea Bissau", with a broader look at the country, to try to understand its identity in order to be able to intervene coherently and with the right posture in such a distant and different context.
A survey was therefore conducted on social, political, geographical contexts, among others, in order to establish a broader vision of this territory, taking into account the encounter of many cultures that today, as in the past, characterizes it. The exercise was developed through an analytical method, transforming the information, often inhomogeneous, contained in the many documents consulted into maps and returning data, texts and satellite images in a form that can be consulted and compared in a way that can be graphically reproduced and compared. The specific field of study is the city of Bissau, the capital of Guinea Bissau, and precisely the Amilcar Cabral university campus, on which the present work operates with design, arrangement and enhancement actions. The Amilcar Cabral University is the only public university in Guinea Bissau and several faculties and universities in the country converge in it. The area is contained in the urban fabric and weaves different relationships with it, which the project deals with and which tends to make legible and differentiated.
The contact with the Rector of the University Amilcar Cabral highlighted the interest of the Institution in this project exercise, introducing the intention to move, in a presumably twenty-year horizon, the university campus to a new large site outside the consolidated city, in a sector of about 25 square kilometers in Safim-Nhacra. While waiting for the final urban planning of about twenty Institutes and Faculties, with their laboratories, services, residences, hospital, library, etc., this work aims to intervene on the current distribution and performance structure of the campus, to integrate some equipment, buildings, paths, which can, at least for twenty years, guarantee young students and teaching staff an acceptable level of use, training and residency
Energy efficiency and carbon savings in building renovation. Balancing emissions savings with embodied carbon in insulating materials
No full textLAUREA MAGISTRALEIl crescente focus sulla sostenibilità ambientale e sulla riduzione delle emissioni di gas serra ha portato a un aumento significativo degli interventi di riqualificazione energetica degli edifici esistenti. Tuttavia, le valutazioni di sostenibilità di questi interventi si concentrano principalmente sui risparmi energetici operativi, trascurando spesso l'impatto ambientale associato ai materiali isolanti utilizzati. Questa tesi esamina il carbonio incorporato dei materiali isolanti comunemente usati nei progetti di riqualificazione energetica per edifici residenziali, al fine di determinare il bilancio netto delle emissioni di CO2.
Utilizzando un approccio di Life Cycle Assessment (LCA), diversi materiali isolanti vengono confrontati sulla base delle loro Dichiarazioni Ambientali di Prodotto (EPD) e delle emissioni di CO2 evitate attraverso il miglioramento dell'efficienza energetica. La ricerca include l'analisi di dieci casi studio, valutando l'efficacia dei materiali isolanti nella riduzione dell'impatto ambientale complessivo.
L'obiettivo è sviluppare un metodo di valutazione che integri i risparmi energetici operativi con l'analisi del carbonio incorporato, identificando scenari ottimali per la selezione dei materiali isolanti. I risultati evidenziano la necessità di un approccio bilanciato, dove la selezione dei materiali considera non solo il miglioramento delle prestazioni energetiche, ma anche le emissioni generate durante l'intero ciclo di vita. In questo contesto, viene applicato il concetto di break-even point per determinare il tempo necessario affinché il beneficio ambientale operativo compensi l'impatto iniziale del materiale isolante scelto.
I risultati di questa ricerca possono supportare lo sviluppo di politiche più efficaci per la riqualificazione energetica sostenibile, promuovendo l'adozione di materiali a basso impatto e contribuendo agli obiettivi di decarbonizzazione del settore edilizio.The increasing focus on environmental sustainability and greenhouse gas emission reduction has led to a significant rise in energy retrofitting interventions for existing buildings. However, sustainability assessments of these interventions primarily focus on operational energy savings, often overlooking the environmental impact associated with the insulating materials used. This thesis examines the embodied carbon of commonly used insulation materials in energy retrofitting projects for residential buildings to determine the net carbon balance of CO2 emissions.
Using a Life Cycle Assessment (LCA) approach, different insulation materials are compared based on their Environmental Product Declarations (EPD) and the CO2 emissions avoided through improved energy efficiency. The research includes the analysis of ten case studies, evaluating the effectiveness of insulation materials in reducing overall environmental impact.
The objective is to develop an assessment method that integrates operational energy savings with embodied carbon analysis, identifying optimal scenarios for insulation material selection. The results highlight the necessity of a balanced approach, where material selection considers not only energy performance improvement but also emissions generated throughout the entire life cycle. In this context, the emission break-even point concept is applied to determine the time required for the operational environmental benefit to offset the initial impact of the chosen insulation material.
The findings of this research can support the development of more effective policies for sustainable energy retrofitting, promoting the adoption of low-impact materials and contributing to the decarbonization goals of the building sector
Mechanical characterization of bio-composites
Full text linkLAUREA MAGISTRALEL’attuale situazione geopolitica e il crescente interesse verso le problematiche ambientali ha creato grande interesse attorno alla ricerca di nuovi materiali che oltre ad avere delle ottime prestazioni meccaniche, rispettano quelle che sono le prescrizioni di sostenibilità.
Questo ha portato alla nascita in tutto il mondo di numerosi progetti di ricerca e sperimentazione su materiali compositi innovativi caratterizzati da matrice e/o fibre di origine bio.
L’obbiettivo di ottenere sempre nuove matrici e rinforzi di origine naturale, che presentino delle caratteristiche meccaniche più controllabili e che si possano produrre in maniera semplice ed economica, è diventato preponderante per molte aziende.
La spinta in questa direzione non è stata guidata solo dalle regolamentazioni imposte dagli Stati e dagli accordi internazionali, ma anche da una questione etica, e da una scelta di immagine, in quanto la realizzazione di prodotti green porta benefici alla reputazione dell’impresa stessa.
Il seguente lavoro, svolto interamente all’interno dei laboratori di ricerca di Dallara Automobili, si inserisce in questo contesto fornendo una panoramica sullo stato attuale delle conoscenze in materia di compositi bio, focalizzandosi poi sulla completa caratterizzazione meccanica di una serie di materiali green.
Dei cinque materiali forniti da Angeloni Group, due sono realizzati con un fibre lunghe di carbonio e impregnati con una resina di origine naturale. I restanti sono rinforzati con fibra corta ottenuta da riciclo di tessitura di fibre lunghe.
I test realizzati hanno portato ad una serie di considerazioni sull’effetto dell’utilizzo della resina di origine bio sulle proprietà meccaniche dei materiali e sulle loro possibili applicazioni in innumerevoli settori, tra cui quello automotive.The current geopolitical situation and the growing interest in environmental issues brought great interest in the search for new materials that, in addition to having excellent mechanical performance, comply with sustainability requirements.
This has led to the birth of numerous research and experimentation projects around the world on innovative composite materials characterized by bio-based matrices and/or fibers.
The goal of always obtaining new matrices and reinforcements of natural origin, which have more controllable mechanical characteristics and can be produced in a simple and economical way, has become predominant for many companies.
The push in this direction has not been driven only by the regulations imposed by States and international agreements, but also by an ethical question, and by a choice of image, as the creation of green products brings benefits to the reputation of the company itself.
The following work, carried out entirely within the research laboratories of Dallara Automobili, fits into this context by providing an overview of the current state of knowledge in the field of bio-based composites, then focusing on the complete mechanical characterization of a series of green materials.
Of the five materials supplied by Angeloni Group, two are made with long carbon fibers and impregnated with a resin of natural origin. The remaining are reinforced with short fiber obtained from recycled weaving of long fibers.
The tests carried out have led to a series of considerations on the effect of the use of bio-based resin on the mechanical properties of the materials and on their possible applications in countless sectors, including the automotive sector
Implementation and assessment of mode mixity and load ratio in the SSF algorithm to predict fatigue delamination of composites
Full text linkLAUREA MAGISTRALELo scopo del presente lavoro è la valutazione delle prestazioni dell'algoritmo Sequential Static Fatigue (SSF), sviluppato da Martulli e Bernasconi [1], sotto diverse condizioni di carico. Pertanto, sono state eseguite due serie di simulazioni su laminati rinforzati con fibre di carbonio per studiare come i diversi modi carico e il rapporto di carico influenzano l'accuratezza delle simulazioni.
È stato osservato che la dipendenza delle prestazioni dalle condizioni di carico è strettamente legata alla presenza di errori numerici nella valutazione del tasso di rilascio dell’energia di deformazione (SERR). In particolare, essendo le simulazioni eseguite sotto sforzi di trazione (modo I) fortemente influenzate da tali errori, esse sono risultate meno accurate rispetto a quelle caratterizzate da sforzi di taglio (modo II). Inoltre, poiché la velocità di propagazione a rapporti di carico elevati è più sensibile a piccole variazioni di SERR, i risultati delle simulazioni sono peggiorati all'aumentare di questo parametro.The aim of the present work is the evaluation of the performance of the Sequential Static Fatigue (SSF) algorithm, developed by Martulli and Bernasconi [1], under different loading conditions. Therefore, two sets of simulations on Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) laminates have been carried out to study how mode mixity and load ratio affect the accuracy of the simulations.
It was observed that the dependence of the performance on the loading conditions is strictly related to the presence of numerical errors in the evaluation of the Strain Energy Release Rate (SERR). In particular, being mode I simulations highly affected by those errors, they were less accurate than the mode II ones. Besides, since the propagation rate at high load ratios is more sensitive to small variations in the SERR, the results of the simulations worsened by increasing this parameter