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Study and development of a web-based software for hybrid energy system design and solar prediction analysis
No full textLa sfida di integrare la potenza intermittente proveniente da fonti energetiche rinnovabili nella rete elettrica non può essere considerata come un problema isolato, ma deve essere vista come uno strumento per integrare e mettere in primo piano i sistemi energetici rinnovabili.
Questo progetto di tesi di dottorato presenta l'analisi, lo studio e lo sviluppo di un software ad interfaccia web in grado di progettare sistemi energetici ibridi in qualsiasi luogo del mondo, in grado di migliorare l'affidabilità, la disponibilità e la sostenibilità sia di sistemi connessi alla rete che di sistemi isolati.
Il software EHS (Energy Hybrid System) è stato sviluppato per ottenere la configurazione ottimale per varie tipologie di sistemi energetici ibridi. Lo studio della configurazione ottimale del sistema ibrido si basa sul valore del LCC (Life Cycle Cost) calcolato sulla durata potenziale dell'intero sistema considerando tutti i costi presenti e futuri.
La tesi presenta un caso di studio di progettazione, effettuata tramite software EHS, di un sistema energetico ibrido situato in Uganda. I risultati rivelano che la configurazione ottimale del sistema ibrido (generatori FV-baterie-diesel), nonostante il suo elevato costo di investimento, presenta un beneficio economico del 25,5 e del 22,2% rispetto all'utilizzo di solo FV e generatori diesel e solo generatori diesel e una riduzione del consumo di carburante pari rispettivamente al 74,7 e al 77%. Al fine di migliorare l'efficienza del sistema energetico ibrido, il progetto di tesi propone anche uno sviluppo di uno strumento in grado di fare una previsione affidabile della produzione fotovoltaica attraverso uno strumento sperimentale chiamato "predittore solare". In questo studio è stato utilizzato un sistema di acquisizione di immagini, basato su una fotocamera digitale commerciale, utilizzate per ottenere l'elaborazione delle immagini, rilevamento dei corpi nuvolosi, previsione del loro movimento e predizione dell’irraggiamento
MALTE SOSTENIBILI CON PROPRIETA’ FUNZIONALI AVANZATE PER L’EFFICIENZA ENERGETICA
No full textMALTE SOSTENIBILI CON PROPRIETA’ FUNZIONALI AVANZATE PER L’EFFICIENZA ENERGETICA
Introduzione: La riduzione del consumo energetico in campo edilizio, la produzione di materiali isolanti termici e la soluzione di problemi ambientali attraverso il riciclaggio dei rifiuti urbani sono le sfide principali del futuro. A questo scopo, sono state studiate diverse tipologie di intonaci, in cui materie prime, come ad esempio sabbia naturale e calcare riempitivo, sono state rimpiazzate da silice espansa riempitiva alleggerita, pietra pomice e vetro riciclato espanso.
Materiali e Metodi: Miscela di Cemento Portland bianco di tipo CEM II/B-LL 32,5 R e calce di tipo CL 80 S-01 sono stati utilizzati come leganti per realizzare sei diversi tipi di intonaci alleggeriti. Per ogni miscela, le proporzioni cemento Portland-calce sono state cambiate, in maniera più o meno significativa, per poter migliorare gli intonaci.
Al fine di aumentare la lavorabilità degli intonaci, è stato aggiunto filler di perlite espansa alle sei miscele ed è stato osservato il comportamento delle differenti proporzioni. La reologia degli intonaci è stata modificata dalla perlite espansa, la quale è stata miscelata per raggiungere la corretta densità per la malta fresca. La curva granulometrica è stata valutata tramite laser, con valori di 0 150 µm. La perlite espansa è stata utilizzata per apportare buone proprietà termiche agli intonaci, poiché la sua conduttività termica è di 0,054 W/mK, e per dare leggerezza al legante, dato che la sua massa volumica in mucchio è di 150 kg/mc. Una maggiore percentuale di filler di perlite espansa consente un miglioramento della proprietà di isolamento termico ed è stata anche ampiamente utilizzata nei materiali isolanti in commercio. Inoltre, la costruzione di edifici ecosostenibili si è concentrata nella scelta di materie prime naturali e materiali riciclabili, come la perlite espansa, per promuovere la responsabilità nei confronti dell’ambiente.
Principalmente era composta da 74% - 78% SiO2 e 11% - 14% Al2O3.
La lavorabilità e la corretta curva granulometrica sono state raggiunte con l'utilizzo del filler calcareo con granulometria fina 1,8 3,3 µm: la curva granulometrica è stata misurata attraverso il metodo di sedimentazione (Micromeritics Sedigraph III Plus). La densità compattata è stata valutata secondo la ISO 787-2 con un valore di 0,80 1,0 g/cm3. La sua composizione chimica è stata di 95% - 97% CaO3.
In alternativa al filler calcareo, è stato utilizzato il caolino calcinato. La granulometria ultrafine del caolino calcinato è stata scelta per conferire maggiore coesione alla malta indurita. La densità compattata era di 0,290 g/cm3, la quale ha conferito maggiore leggerezza per migliorare la proprietà termica. La struttura chimica, come la grana espansa, dovrebbe sviluppare valori migliori di isolamento termico.
L’aggregato minerale naturale sabbia di quarzo, è stato rimpiazzato con aggregati naturali alleggeriti, i quali sono stati utilizzati per ottenere un buon valore termico negli intonaci.
Due tipi di perlite espansa sono stati utilizzati per la produzione di intonaci per l’isolamento termico. Il tipo 1 e il tipo 2 hanno rispettivamente una granulometria di 0,1 – 0,3 mm e di 2 – 5 mm, tuttavia, il valore più alto di conduttività termica è stato ottenuto dal tipo 1, il quale ha una densità apparente di 0,060 g/cm3. La composizione chimica ha mostrato un contenuto maggiore di SiO2 eNa2O nel tipo 1, mentre è stato riscontrato un contenuto maggiore di AL2O3 nel tipo 2. L’analisi con il microscopio elettronico ha rivelato una porosità interna da cui dipendono le proprietà tecniche in ambito energetico di rivestimenti fatti con intonaci. Sono state realizzate miscele differenti con la perlite espansa di tipo 1 e di tipo 2 per studiare la relazione tra i due materiali, le diverse proporzioni, il peso dell’intonaco e la conduttività termica.
Altri tipi di aggregati alleggeriti naturali sono stati inclusi in questa ricerca, tre tipi di pietra pomice, i quali sono stati utilizzati per la realizzazione di cinque miscele su sei. La densità apparente della pietra pomice di tipo 1 e tipo 2 è migliore rispetto a quella del tipo 3: rispettivamente 0,300 contro 0,390 g/cm3 e 0,550 contro 900 g/cm3. La densità ha un effetto importante sulle proprietà termiche e la connessione tra la densità e la conduttività termica è stata dimostrata. Inoltre, la composizione chimica della pietra pomice è diversa a secondo il tipo di pomice. La pietra pomice di tipo 1 e di tipo 2 hanno un maggiore contenuto di (71,7%) e una buona percentuale di Na2O (13,3%) e CaO (8,9%), mentre la pietra pomice di tipo 3 ha un minore contenuto di SiO2 (62,5%) e una buona percentuale di Al2O3 (17,5%) e K2O (9,5%). L’uso della pomice è stato valutato in relazione alla resistenza alla compressione a 28 giorni delle diverse miscele. Inoltre, vetro riciclato post consumo è stato utilizzato nelle miscele come aggregato riciclato alleggerito e sono stati studiati gli effetti sulla resistenza a compressione, conduttività termica e sulla porosità. Il vetro riciclato espanso ha una granulometria di 2 – 4 mm ed è stato miscelato insieme alla pomice di tipo 2 per ottenere la curva granulometrica e una buona resistenza meccanica. Il vetro riciclato espanso ha mostrato un’ottima proporzione tra densità apparente e resistenza alla compressione, rispettivamente 190 g/cm3 e 1,4 N/mm2. Questi aggregati derivanti da vetro post-consumo possiedono la seguente composizione chimica: SiO2 (56%), Al2O3 (22%) e K2O+Na2O (5% - 7%). Il vetro riciclato espanso è una materia prima resistente agli alcali e pertanto idonea alla lavorazione con la calce e cemento senza solventi.
Al fine di migliorare la lavorabilità e la coesione delle malte fresche, sono stati aggiunti additivi reologici, come ad esempio cellulosa, e resine disperse in polvere. Un additivo antiritiro, è stato aggiunto alle miscele che avevano la più alta proporzione di acqua/cemento. In ogni miscela è stata anche aggiunta una miscela di aerante in differenti proporzioni per valutare la relazione tra additivo e proprietà termiche. Infine, fibre di propilene sono state utilizzate per ridurre l’azione di ritiro.
Dopo l’ottimizzazione dei dosaggi della malta, 16 miscele selezionate sono state descritte, allo stato fresco, mediante la valutazione della consistenza fresca e la misurazione della densità apparente della malta fresca. Allo stato solido, mediante compressione e prove di flessione, così come misure di conduttività termica attraverso heat flow meter secondo lo standard EN 12667. Gli intonaci selezionati sono stati descritti anche tramite il porosi metro al mercurio, utilizzato per determinare diversi aspetti quantificabili della natura porosa di un materiale, come ad esempio il diametro dei pori, la porosità, la superficie, la densità apparente e assoluta. Infine, è stata trovata una relazione con queste caratteristiche funzionali principali per prevedere il comportamento acustico di intonaci alleggeriti.
Risultati: La consistenza fresca è sempre stata compresa nell’intervallo 12,5-13,5% (valore obiettivo per intonaci), i valori di massa volumica della malta fresca compresi tra 350-1020 kg/m3, con il valore minimo ottenuto aggiungendo il massimo dosaggio di silice espansa alleggerita, silice riempitiva e sughero (cfr. miscele PM 10, PM 14 e MIX 5). Riguardo la resistenza alla compressione a 28 giorni, i valori ottenuti sono stati di 0,3-5,0 MPa (in generale, il valore minimo accettato per un intonaco è di almeno 1,5-2,0 MPa). Per quanto riguarda invece la resistenza a flessione a 28 giorni, i valori ottenuti nella prima parte di questa ricerca erano compresi tra 0,1 – 0,80 MPa. Nella fase di ottimizzazione, le resistenze meccaniche sono aumentate fino a raggiungere valori nell’intervallo di 1,5 – 4,5 MPa. Infine, I calcoli di conduttività termica hanno evidenziato valori estremamente bassi per un intonaco, che variano da 0.05 a 0.09 Wm-1K-1.
Discussione: Sulla base dei risultati ottenuti, l’uso di materie prime di origine vulcanica, come ad esempio la perlite espansa e pietra pomice, nonché vetro espanso ottenuto dal riciclaggio dei rifiuti urbani, si è dimostrato essere estremamente promettente per la produzione di intonaci alleggeriti o per l’isolamento termico, idonei al miglioramento del rendimento energetico in campo edilizio. Inoltre, nella maggior parte dei casi, l’intonaco ha mostrato performance meccaniche soddisfacenti
New Programming Techniques to Enable and Simplify the Integration of Collaborative Robots in Industrial Environment
No full textStoricamente, i robot si sono concentrati sui compiti altamente ripetitivi e con grandi volumi, sfruttando la loro precisione per i compiti che erano noiosi e/o difficili per gli esseri umani. Ma vi è un gran numero di operazioni ripetitive che è ancora eseguito da operatori, che i classici robot industriali non sono in grado di fare, a causa della loro mancanza di flessibilità e di adattamento a contesti nuovi e diversi. L'industria robotica sta cambiando attraverso l'introduzione dei robot collaborativi, che sono più flessibili rispetto ai classici robot industriali e possono lavorare insieme con operatori umani. Questa complementarità tra i robot industriali e robot collaborativi apre molte nuove possibilità, sia in ambito industriale, sia in nuovi campi come la robotica di servizio. Inoltre, con l'avvento dell’industria 4.0 e Cyber-Physical Systems, la necessità di disporre di sistemi flessibili e riconfigurabili è in aumento. Per aumentare la flessibilità dei robot industriali (collaborativi o meno) è necessario sviluppare software open source per la programmazione dei robot, in modo da migliorare la flessibilità e l’intercambiabilità dei robot.
Il contributo di questa tesi di dottorato è un’analisi dello stato attuale della robotica collaborativa, compresi gli aspetti di sicurezza. Inoltre questo lavoro fornisce strumenti che semplificano la programmazione dei robot, rendendola più rapida, semplice e user-friendly, in modo tale che nessuna conoscenza particolare di robotica sia necessaria per questo scopo. In particolare il lavoro è incentrato sul trovare soluzioni valide e adeguate alle necessità del settore industriale, proponendo quindi metodi innovativi, convalidati attraverso dei risultati sperimentali e proponendo use-case realistici, per migliorare e semplificare la programmazione dei robot, rendendo questi ultimi più flessibili e adatti alle nuove esigenze dell’industria 4.0
Indirect effects of climate changes: role of ocean warming and acidification on the susceptibility to environmental contamination in marine organisms
No full textStudio e sviluppo di una metodologia per la progettazione di Sistemi Prodotto-Servizio
No full textIl presente lavoro di tesi si inserisce all’interno della tematica del Product-Service System (PSS) e si pone l’obiettivo di investigare il contesto attuale, sia in termini di avanzamento nella ricerca, che per quanto concerne lo sviluppo di metodi e strumenti da applicare in campo industriale, in modo da cogliere le principali criticità del mondo manifatturiero ed individuare le principali sfide da superare.
Il concetto di Product-Service System si basa sull’integrazione di prodotti e servizi con l’obiettivo di estendere il ciclo di vita del prodotto stesso, creando un nuovo valore aggiunto per il consumatore. Attualmente tale integrazione è possibile grazie allo sviluppo di una serie di nuove tecnologie (e.g. IoT), che attraverso la connettività dei prodotti permettono la connessione tra un prodotto fisico ed un sistema software in grado di gestire ed erogare differenti funzionalità (servizio intangibile), le quali rappresentano il vero valore aggiunto per il consumatore finale.
L’approccio al PSS in campo industriale, teorizzato in letteratura come processo di Servitizzazione [Thoben et al. 2001], il quale si compone di quattro fasi ben distinte che rappresentano i vari stadi sequenziali a cui le aziende product-oriented possono approcciare, è sintomatico di un cambiamento in termini di business model, in cui la canonica curva di ciclo vita di prodotto (Introduzione, Crescita, Maturità, Declino) viene ad essere stravolta.
Il presente lavoro di tesi mira a proporre e sviluppare una metodologia di progettazione del PSS incentrata sull’analisi dei bisogni dei consumatori, aspetto centrale nel passaggio da una progettazione product-oriented ad una service-oriented. Tale metodologia si avvale dell’approccio QFD e permette la contemporanea definizione del corrispondente business model. Tale metodologia è stata applicata in un caso studio reale presso l’azienda Indesit company, con lo scopo di validare e testare la stessa
Ruolo di composti fito-chimici ad azione antiossidante e antinfiammatoria in colture di fibroblasti del derma umano nella protezione dal foto-invecchiamento
No full textRuolo di composti fito-chimici ad azione antiossidante e antinfiammatoria in colture di
fibroblasti del derma umano nella protezione dal foto-invecchiamento
L’invecchiamento cutaneo è strettamente correlato allo stress ossidativo; le specie reattive
dell’ossigeno (ROS) prodotti da vari stimoli esogeni e endogeni sono in grado di reagire e
danneggiare le proteine, il DNA e i lipidi della componente cellulare (fibroblasti, cheratinociti) e
della matrice extracellulare nella pelle. Tali danni radicalici sono alla base dei segni caratteristici
dell’invecchiamento cutaneo come: rughe, cute lassa, e pelle sensibile. La radiazione UV
rappresenta il principale fattori ambientali alla base della produzione di ROS, in particolare la
radiazione UVA. Nel nostro lavoro testiamo materie prime innovative di natura fitochimica a
potenziale attività antiossidante e anti-infiammatoria, contro il fotoinvecchiamento UVA-indotto nei
fibroblasti. Lo studio ha previsto la realizzazione di un modello di fotoinvecchiamento dei
fibroblasti irradiati con UVA (36 J/cm2) per valutare l’efficacia dei composti, singoli e in miscela,
nel contrastare la formazione di ROS UVA-indotti impiegando sonde fluorescenti in associazione a
metodologie citofluorimetriche. Inoltre è stato altresì valutato l’effetto anti-infiammatorio in seguito
ad esposizione a LPS (10ng/ml per 3 h), tramite la valutazione dell’espressione di citochine proinfiammatorie
(IL6, IL8, COX2 e MCP-1) in real time PCR. Lo studio ha consentito di identificare
un sotto insieme di composti foto stabili, biocompatibili ed il loro range di concentrazione efficace
nel prevenire il danno indotto da UVA ed in particolare le combinazioni più promettenti delle stesse
per un futuro sviluppo di formulazioni di prodotti per l’industria cosmetica. Il progetto è stato
supportato da ACRAF Angelini SpA e dalla Regione Marche nell’ambito del progetto EUREKA
Vulnerabilità degli edifici esistenti: utilizzo e limiti di procedure e metodi adottati nella pratica ingegneristica per la sua valutazione e riduzione
No full textIl problema della conservazione e salvaguardia dei centri storici è in Italia una questione di primaria importanza, sia a causa della loro elevata vulnerabilità strutturale (al sisma ma, come talvolta accade, anche ai soli carichi statici), sia a causa del loro valore artistico e culturale, sia per via delle importanti funzioni che ancora oggi si svolgono al loro interno.
In un’ottica di prevenzione, date le scarse risorse disponibili e data la necessità di intervenire nel minor tempo possibile, risulta fondamentale poter disporre di strumenti affidabili che consentano di evitare valutazioni inaccurate di sicurezza.
La presente tesi affronta quindi alcune delle problematiche presenti nella pratica ingegneristica, relative alla valutazione della sicurezza degli edifici esistenti (in muratura e in c.a.) presenti nei centri storici.
Dopo aver brevemente descritto le principali vulnerabilità degli edifici in muratura e fornito un metodo intuitivo per la loro comprensione e riduzione, viene presentata un’approfondita review del diffuso e controverso metodo di modellazione a telaio equivalente, definendone modalità di applicazione e limiti per il suo corretto di utilizzo. In particolare, il telaio equivalente può essere utilizzato come approccio conservativo per lo studio della risposta globale di edifici con comportamento scatolare e disposizione abbastanza regolare delle aperture. In aggiunta, alcune problematiche legate alla modellazione degli edifici in aggregato vengono affrontate tramite un caso di studio.
L’alta dispersione dei parametri meccanici spesso presente all’interno degli edifici esistenti in c.a., rende ardua la loro rappresentazione. In questa tesi, viene proposto e applicato a sei casi studio un metodo statistico per la caratterizzazione meccanica del calcestruzzo capace di isolare alcune delle fonti di dispersione. Dall’analisi dei risultati è emerso come tale metodo sia capace di fornire una rappresentazione più accurata della dispersione effettivamente presente e di ridurre la dispersione dei risultati delle prove in situ
Energy and resources management in Micro Grid environments
No full textNonostante le tecnologie Micro Grid siano ancora in fase sperimentale, il potenziale miglioramento di efficienza, robustezza e flessibilità è significativo. Lo spreco di energia e le fluttuazioni del carico possono essere notevolmente ridotte, ciononostante un sistema automatico che gestisca correttamente le risorse risulta necessario per sviluppare completamente il potenziale delle risorse disponibili.
Al riguardo, un approccio alla gestione dell’energia, basato su tecniche Mixed Integer Linear Programming è stato esaminato, implementato e proposto. La dissertazione copre gli aspetti teorici del problema, quali le tecniche di gestione MILP, il modello di Micro Grid per due degli scenari più comuni, e gli algoritmi a supporto del sistema di gestione. Le sperimentazioni hanno evidenziato l’efficacia del metodo in termini di efficienza e robustezza.
Per migliorare la gestione, si è ritenuto necessario modellare il comportamento di un impianto fotovoltaico reale. Prendendo in considerazione l’effetto dell’ombreggiamento parziale, le performance dell’impianto possono essere valutate, e l’accuratezza nella predizione della produzione di energia solare migliorata. Inoltre, per fornire al gestore lo stato del sistema, un algoritmo capace di monitorare l’attività di ciascun carico a partire dall’analisi del consumo aggregato di energia è stato esaminato.
A supporto dell’attività di gestione, inoltre, è stato implementato un algoritmo di schedulazione per micro controllori a consumo ridotto, per lo sviluppo di sensori alimentati da fonti rinnovabili impiegabili nei sistemi di lettura automatica dei contatori, così da fornire al manager le informazioni relative al consumo di acqua e gas. A complemento, un algoritmo per l’identificazione delle perdite, per distinguere il consumo effettivo dallo spreco di risorse, è stato investigato
Structural Construction and Economic Benefits for Precast Concrete High-Rise Housing Buildings
No full textLa tecnologia di prefabbricazione in calcestruzzo armato è considerata una delle soluzioni costruttive di maggior competitività per la realizzazione di edifici ad uso residenziale che usa supportare gli altri sistemi costruttivi. Gli aspetti di produzione a catena degli elementi costruttivi e delle tecniche di messa in opera degli stessi rendono tale tecnologia diversa e molto più appetibile rispetto alle soluzioni tradizionali in calcestruzzo gettato in opera.
L’obiettivo di questa tesi è investigare le possibilità e le capacità dei sistemi strutturali prefabbricati in termini di performance sismica e costi di realizzazione, al fine di assicurare l’impiego ottimale di tale tecnologia per risolvere l’emergenza abitativa che affligge il Medio Oriente e le aree esposte a calamità naturali e guerre. Questo lavoro si articola in una prima indagine delle tipologie strutturali presenti nel mercato, svolta prendendo in esame applicazioni pratiche e progetti di edilizia abitativa, per poi valutare la performance sismica e gli aspetti di natura economica delle soluzioni strutturali competitive, scelte sulla base delle loro caratteristiche peculiari, delle regole e dei vincoli che le caratterizzano. I sistemi che si sono rivelati maggiormente impiegati per efficacia tecnica ed economicita' sono stati analizzati in maniera piu' approfondita scegliendo opportuni casi studio. Le analisi statiche non lineari si sono rivelate strumenti utili per la valutazione della perfomance sismica e quindi, insieme alla stima dei costi, per il confronto delle soluzioni strutturali.
Dal confronto tra i vari sistemi studiati è emerso che i sistemi prefabbricati rappresentano una soluzione sismicamente efficiente ed economicamente conveniente anche per la realizzazione di edifici alti. Inoltre, i risultati mettono in luce come le soluzioni prefabbricate rappresentano una valida alternativa non solo nelle aree non sismiche, ma anche in quelle ad elevata sismicità