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Valorization of industrial by-products for the production of biogas
No full textThe present work aims at the evaluation of the possibility to use different agro-industrial by-products as substrates to produce renewable energy through anaerobic digestion. Their valorization would reduce the social, environmental and economic burdens related to different alternative managements.
AD performance for potato peels, rejected fresh potatoes and concentrated fat generated during the potato processing and post-processing stage at a local industry was assessed by a biochemical methane potential (BMP) batch assay under thermophilic conditions (50 °C). The purpose was to assess if those substrates are suitable to produce methane-rich biogas, which then could be fed into the energy grid, and to investigate potential inhibitory phenomena and kinetics of methane production.
After a 42-days incubation period, potato peels reported the highest methane yield among the substrates tested, equal to 366.62 mLCH4/gVS added, and the maximum first-order kinetic constant for biogas production (0.130 day-1), making them the most promising substrate among the ones tested. Rejected fresh potatoes reported a lower methane yield, equal to 317.22 mLCH4/gVS added, and pH inhibition phenomena due to high organic loading were observed for a substrate concentration of 23.22 gVS/L.
The BMP assay for concentrated fat lasted 94 days and led to the lowest methane yield measured, equal to 288.74 mLCH4/ gVS added, and the lowest first order kinetic constant for biogas production (0.036 day-1), reflecting the reduced bioavailability of lipid-rich substrates.
In conclusion, biogas production from potato processing by-product streams through anaerobic digestion is a suitable and more sustainable alternative to its conventional disposal pathways, with potato peels offering the most promising results. Optimization, scale-up and co-digestion strategies are required to enhance methane yields while simultaneously avoiding inhibitory phenomena
Analisi quantitativa del rischio di un impianto per la produzione di idrogeno verde
No full textIl presente lavoro di tesi ha riguardato l’analisi quantificata del rischio (QRA) per un impianto di elettrolizzazione dedicato alla produzione di idrogeno verde. L’obiettivo principale è stato il confronto tra diverse metodologie per la stima del rischio, considerando rilasci random con dati specifici per l’idrogeno e derivati dall’industria petrolifera, e analizzando gli eventi descritti in un’analisi HAZOP da cui sono stati costruiti dei fault trees.
Il lavoro è stato articolato in più fasi. Inizialmente, è stata condotta una ricerca in letteratura sul sistema produttivo, sulle proprietà chimico-fisiche dell’idrogeno e sui modelli impiegati per stimare le frequenze di rilascio e le probabilità di innesco. Successivamente, è stata svolta un’analisi parts count su due dataset distinti: uno specifico per l’idrogeno e uno basato sui dati dell’oil&gas, con lo scopo di quantificare le frequenze di guasto dei componenti critici e confrontare le differenze tra i due approcci.
L’analisi HAZOP ha permesso di identificare e selezionare le deviazioni di processo con le conseguenze più significative, da cui sono stati costruiti i fault trees per la stima delle frequenze di rilascio. Utilizzando i modelli di innesco, sono stati costruiti gli event trees per valutare la probabilità di accadimento degli eventi finali. Infine, è stata condotta la valutazione delle conseguenze e del rischio per ciascuna delle metodologie applicate, permettendo un confronto critico tra gli approcci considerati.
I risultati ottenuti forniscono un contributo utile alla comprensione delle differenze tra metodologie di analisi del rischio applicate alla produzione di idrogeno verde, evidenziando vantaggi e limiti nell’uso di dati provenienti da settori industriali differenti
Rilevamento di forma con sensori in fibra ottica: sviluppo di un metodo di calibrazione basato su reti neurali
No full textNegli ultimi decenni, la tecnologia dei sensori in fibra ottica si è diffusa ampiamente grazie ai numerosi vantaggi offerti tra cui: compattezza, dimensioni ridotte, flessibilità, resistenza ad ambienti difficili e alla corrosione e la loro capacità di multiplexing. In particolare, in determinate configurazioni dei core, le fibre ottiche possono essere utilizzate per la ricostruzione della forma in tempo reale basandosi sulle deformazioni registrate in ogni sezione strumentata della fibra. Un metodo diffuso per realizzare questa ricostruzione sfrutta le formule di Frenet-Serret, che permettono di determinare le coordinate di una curva nello spazio utilizzando i parametri di curvatura e torsione. Tuttavia, ogni misurazione comporta inevitabilmente un certo grado di incertezza, dovuto a fattori quali errori strumentali e imprecisioni nella localizzazione dei nuclei, con ripercussioni sulla precisione complessiva della forma ricostruita.
Per ovviare a questi limiti, diventa fondamentale elaborare una metodologia in grado di quantificare l’incertezza inerente al rilevamento della forma. Sebbene la propagazione dell’errore attraverso il modello matematico possa essere una soluzione, essa risulta comunque una semplificazione della realtà. Effetti complessi, quali il trasferimento di carico, i micro-slittamenti tra gli strati del cavo e le variazioni di rigidezza, suggeriscono invece l’adozione di strumenti avanzati come le reti neurali, capaci di calibrare il sistema e modellare la complessità delle interazioni presenti. In questo contesto, è stata sviluppata una rete neurale MLP che mira a rappresentare in modo più accurato il comportamento del cavo, integrando le non linearità e le interazioni che caratterizzano il sistema di misura.
Gli sviluppi futuri si concentreranno sull’ottimizzazione della rete neurale in grado di gestire questi effetti indesiderati per poter ricostruire direttamente la forma del cavo a partire dai valori di deformazione misurati
Analisi e miglioramento della fase Goushi nei processi di collaudo e ispezione presso Toyota Material Handling Manufacturing Italy
No full textNel contesto della produzione industriale, l'ottimizzazione dei processi di monitoraggio qualità riveste un ruolo fondamentale per garantire efficienza, affidabilità e competitività. Questa tesi presenta il lavoro svolto durante il tirocinio presso Toyota Material Handling Manufacturing Italy (TMHMI) di Bologna, azienda leader nel settore della movimentazione industriale, e si concentra sull'analisi e il miglioramento della fase Goushi, relativa ai processi di collaudo e ispezione.
Lo scopo principale di questo studio è di natura duplice: da un lato, si intende analizzare in modo approfondito la fase Goushi al fine di identificare le aree critiche e le opportunità di miglioramento, con l’obiettivo di ottimizzare i processi e aumentarne l’efficienza complessiva. Dall’altro lato, lo studio si propone di esaminare l’impatto dell'introduzione del Digital CVI in questa fase, una soluzione digitale innovativa progettata per potenziare non solo il controllo qualità, ma anche la gestione delle informazioni, semplificando le operazioni e garantendo maggiore precisione e affidabilità. L’analisi si concentra, quindi, su come tale implementazione possa influire positivamente sull’intero ciclo produttivo, contribuendo al miglioramento delle performance e alla riduzione degli errori operativi.
L'adozione di strategie mirate e strumenti digitali consentirà di perfezionare il processo di collaudo e ispezione, contribuendo a una maggiore standardizzazione e affidabilità del prodotto finale, in linea con i principi di eccellenza del TPS
Analisi di segnali vibrazionali per il monitoraggio delle condizioni operative di un mulino tamburlano
Get PDFIn questa tesi si sono studiate e poi applicate diverse tecniche per analizzare i segnali vibrazionali
acquisiti da un mulino a tamburo, utilizzato per la macinazione ad umido continua delle materie
prime nella produzione delle piastrelle; l’obiettivo dello studio è quello di riuscire a stimare le
condizioni operative della macchina, per verificare che esse siano buone o per individuare difetti se
presenti.
Le varie tecniche sono implementate in un’applicazione creata su Matlab, attraverso la quale
l’utente può, scorrendo tra i vari menu e le varie funzioni, elaborare i dati acquisiti dalla macchina e
fare delle ipotesi sulle sue condizioni di funzionamento
Progettazione di un sistema di distillazione batch
No full textSono stati analizzati due distillatori batch attualmente presenti su una linea produttiva di un sito produttivo, studiando in primo luogo le loro modalità operative e le potenzialità. Essi vanno a realizzare la distillazione di una miscela multicomponente, la quale viene trattata inizialmente nel primo distillatore e, successivamente, il residuo viene passato nel secondo dove viene completata l’operazione. L’obbiettivo dell’analisi è stato di verificare la possibilità di installare un terzo distillatore in parallelo, che sia in grado di svolgere le funzioni di ambedue i distillatori. Il nuovo distillatore permetterà quindi sia di incrementare la capacità di produzione della linea, necessaria a fronte di una richiesta futura di aumento di produzione, sia di migliorare la disponibilità del sistema esistente. Sono state svolte due prove in impianto, in cui è stata realizzata la distillazione completa nel primo dei due distillatori esistenti, il quale risulta essere quello più performante. I test realizzati hanno dato esito positivo, e hanno permesso di verificare che è possibile svolgere l’intera operazione in un’unica apparecchiatura. A valle di ciò, è stato quindi possibile passare a definire le caratteristiche principali del nuovo distillatore, sia per quanto riguarda la geometria delle apparecchiature sia per le modalità operative e tempi di batch, adattando la potenzialità alla richiesta di produzione. È stata individuata la collocazione del nuovo impianto all’interno del sito, sono stati realizzati lo schema a blocchi, il PFD e i P&ID per la soluzione impiantistica. È stata inoltre indagata un’altra soluzione, che permetterà di soddisfare le richieste future di produzione senza installare il terzo distillatore, ma andando a modificare il funzionamento e il ciclo di batch dei due esistenti. Infine, è stata realizzata un’analisi economica per valutare la convenienza dell’installazione del terzo distillatore, calcolando il VAN e il pay-back time per la proposta
AlSi9Cu3 alloy produced by L-PBF: effect of high temperature exposure on microstructure and mechanical behavior
No full textL’alluminio è tra i materiali più utilizzati nell’industria grazie alla sua ottima combinazione di leggerezza e proprietà meccaniche. La domanda di alluminio nei settori automotive è in costante crescita, soprattutto per la produzione di componenti destinati ad applicazioni ad alta temperatura, per ridurre al massimo il peso dei componenti, massimizzando prestazioni ed efficienza. Per questo motivo, la tecnologia additive manufacturing, che permette di produrre componenti dalla geometria molto complessa ottimizzando la distribuzione del materiale, sta diventando sempre più diffusa. Inoltre, grazie ai tassi di raffreddamento molto elevati, i componenti additive sono caratterizzati da ottime proprietà meccaniche a temperatura ambiente.
Lo scopo di questa tesi è stato quello di valutare l’effetto dell’esposizione ad alta temperatura su microstruttura e proprietà meccaniche della lega AlSi9Cu3, prodotta mediante Laser-Powder Bed Fusion (L-PBF) in due condizioni di trattamento termico, T5-A e T6. Per fare ciò, sono state eseguite prove di trazione in temperatura (200-245-290°C) su campioni trattati termicamente per valutare la variazione di proprietà rispetto a temperatura ambiente, e su campioni trattati e poi degradati (a 245°C per 72 h), per valutare la stabilità termica della lega nelle differenti condizioni di trattamento. I risulti sono stati incoraggianti per la lega trattata T5-A, che ha mostrato un’ottima stabilità termica anche dopo degrado, a differenza del trattamento T6. Sono state svolte analisi sulla microstruttura per valutare l’entità e la stabilità dei diversi meccanismi di rinforzo nelle diverse condizioni di trattamento al variare della temperatura. Però, a causa delle innumerevoli variabili in gioco, non è stato possibile identificare con precisione i contributi e la variazione di ciascun meccanismo di rinforzo. Per questo motivo, ulteriori studi sono necessari per una migliore correlazione tra variazione microstrutturale e proprietà meccaniche
Ad un passo dal cielo. Progetto di un bivacco per il ghiacciaio dell'Adamello
No full textIl presente lavoro di tesi ha come obiettivo la progettazione di un bivacco alpino situato sul ghiacciaio dell’Adamello. Costruire in alta quota è un tema di sperimentazione di grande interesse, che tocca questioni centrali riguardanti la presenza antropica nei contesti sensibili quali la messa in sicurezza del territorio, il rapporto con il paesaggio, la sostenibilità, la prefabbricazione, l’organizzazione del cantiere. Si tratta di riflessioni che è possibile declinare anche in altri contesti in cui si richiede capacità di adattamento, attenzione agli aspetti ambientali e climatici, necessità di un approccio essenziale ed efficiente dell’abitare.
Il progetto si inserisce all’interno di uno studio più ampio, partito dalla catalogazione delle architetture in alta quota delle strutture del Club Alpino Italiano (CAI), analizzandone la distribuzione, le caratteristiche e l’evoluzione. La ricerca evidenzia come alcune strutture spesso non siano più adeguate a rispondere alle sfide moderne, sia in termini di comfort sia in termini di sostenibilità, a causa della loro obsolescenza e della loro vulnerabilità ai fenomeni climatici. Questo ha portato all’idea di sostituire un attuale bivacco, piuttosto che progettarne uno nuovo su un luogo non ancora antropizzato. Il progetto propone una struttura modulare adattabile a diversi siti, rispondendo alle esigenze di sostenibilità, comfort e compatibilità con l’ambiente.
Il tema dell’architettura minima guida la progettazione verso l’ideazione di uno spazio essenziale, ma funzionale e accogliente, capace di rispondere alle necessità primarie dei suoi fruitori senza compromettere il comfort e l’impatto ambientale. L’abitare minimo diventa anche una risposta adeguata alla severità del territorio, riducendo l’invasività e ottimizzando l’uso delle risorse.
L’obiettivo è realizzare un bivacco che, pur rispettando la sua funzione primaria di riparo, risponda alle sfide ambientali e logistiche moderne
Studio di un modello di simulazione per lo scambio termico con l'ambiente esterno dei motori elettrici di un carrello elevatore
No full textQuesta tesi nasce dalla collaborazione tra l'Università di Bologna e Toyota Material Handling Manufacturing Italy (TMHMI) e si inserisce nel contesto dello sviluppo del carrello elevatore elettrico X380 in versione "high performance". L’obiettivo principale è l’analisi dello scambio termico tra i componenti dell’assale anteriore del carrello e l’ambiente esterno, con particolare attenzione all’ottimizzazione del sistema di raffreddamento per prevenire il surriscaldamento dell’inverter e del motore elettrico.
Per raggiungere questo obiettivo, è stato sviluppato un modello numerico basato sulla fluidodinamica computazionale (CFD) utilizzando il software open-source OpenFOAM. La simulazione è stata applicata per analizzare il comportamento termico dell’inverter, del motore e del condotto di raffreddamento con ventole, valutando l’efficacia della configurazione adottata. L’ottimizzazione della mesh e la verifica della convergenza numerica sono state eseguite per garantire l’accuratezza dei risultati e il confronto con i dati sperimentali forniti da TMHMI.
Lo studio si inserisce in un più ampio processo di digitalizzazione e innovazione, mirando all’integrazione di OpenFOAM nel workflow aziendale. L'uso di software open-source ha permesso di ridurre i costi di licenza rispetto ai tradizionali strumenti commerciali, offrendo al contempo maggiore flessibilità nella personalizzazione dei modelli.
I risultati ottenuti evidenziano un’ottima dissipazione termica grazie all’adozione di un sistema di raffreddamento forzato tra inverter e motore. Il confronto tra simulazioni e test sperimentali ha confermato la validità del modello, dimostrando la sua capacità di riprodurre fedelmente il comportamento termico del sistema e fornendo indicazioni utili per ottimizzazioni future.
In conclusione, questo lavoro dimostra come l’utilizzo della CFD possa contribuire in modo significativo alla progettazione e validazione di soluzioni ingegneristiche avanzate
A multi-view dataset for multimodal Anomaly Detection and Segmentation
No full textAnomaly detection is crucial in fields like industrial quality control and defect detection, helping identify deviations from expected behavior to ensure product reliability and safety.
Traditional approaches typically rely on datasets, like Eyecandies, MVTec AD and MVTec 3D-AD, that focus on single-modal data or limited multimodal data, which may not be sufficient for detecting complex structural defects.
To overcome these limitations, this thesis presents the development of a novel multi-view and multimodal dataset for anomaly detection and segmentation, integrating grayscale images, depth maps and 3D point clouds. Designed as a benchmark for multimodal anomaly detection models, the dataset addresses existing limitations while enabling more robust and generalizable methods. It includes diverse object categories, representing various materials and manufacturing conditions, providing a strong foundation for evaluating anomaly detection algorithms in practical settings. The dataset was collected using a high-precision ATOS Q structured-light 3D scanner in combination with a FANUC robotic arm, ensuring consistency and accuracy across multiple viewpoints.
The dataset comprises both real and synthetic samples, where real-world acquisitions, part of this thesis, provide high-fidelity ground truth data and synthetic samples complement the dataset under controlled conditions to improve variability and generalization. This thesis also establishes a standardized data acquisition pipeline for extracting images, STL files and positional data relative to the camera, incorporating calibration processes and manual labeling techniques, ensuring reproducibility. Furthermore, it explores anomaly detection techniques, focusing on PatchCore, a memory-based method for image anomaly detection, and an HHA-based approach that enhances depth features, with a baseline evaluation conducted to validate the dataset and assess performance through AUROC and AUPRO metrics