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Coating thermal noise issue for Gravitational-Waves detectors
No full textThermal noise in amorphous coatings is a limitation for a wide range of precision experiments such as gravitational-wave detectors. Gravitational-wave detectors are Michelson interferometers with mirrors placed at the ends of two Fabry-Pérot cavities, in order to measure the relative motion of the two arms. Mirrors are composed of multiple thin layers of dielectric materials deposited on a substrate: the stack is made of layers with a high refractive index material interleaved with layers of low refractive index materials. The main goal is to obtain high reflectivity and low thermal noise at the same time. In this work I introduce the topic of thermal noise and thermo-optic noise and I show some experimental facilities that I have built during my PhD period and some experimental results concerning the metrology, fluoride coatings and thermo-optic characterization of tantala coatings.
Moreover, in the last chapter I show the results of finite element analysis simulations performed at Caltech regarding the behaviour of coatings that are not deposited on the whole substrate surface
Process integration of chemical looping combustion with oxygen uncoupling in a coal-fired power plant
No full textBraun, chi era costui? Un Inaspettato Nobel per la Fisica Tra Scienza, Politica e Spionaggio Industriale
No full textRealizzazione di un impianto di magnetron sputtering per la deposizione di film sottili
No full textQuesto lavoro di tesi è articolato in due parti. Lo scopo della prima è la realizzazione di un impianto di magnetron sputtering, partendo da una camera da vuoto ed assemblando vari componenti: pompe da vuoto, un porta-substrato, due catodi con i rispettivi target ed impianti di raffreddamento, due sensori di pressione, un regolatore di flusso di gas in ingresso, un sistema di acquisizione dati interfacciato al PC tramite un programma in ambiente LabVIEW. L’intero apparato è stato inoltre disegnato tramite software SketchUp per osservarlo in 3D e poterne misurare le caratteristiche interne. Lo scopo della seconda parte è di testare il funzionamento del macchinario depositando una serie di film sottili di biossido di titanio (con diversi spessori) su dei vetrini già ricoperti da uno strato conduttivo di ITO (ossido di indio-stagno). Il biossido di titanio (TiO2) è un materiale noto in letteratura per la realizzazione di fotoanodi. Gli elettrodi prodotti in laboratorio tramite sputtering sono stati successivamente testati utilizzando una cella fotoelettrochimica, immergendo i fotoanodi in una soluzione elettrolitica ed illuminandoli tramite una lampada allo xenon per simulare l’esposizione alla luce solare. Altri elettrodi dello stesso materiale sono stati depositati tramite cannone elettronico per confrontarne le efficienze con quelli prodotti tramite sputtering. L’obiettivo è un buon assorbimento della luce incidente da parte degli elettrodi, la produzione di fotocorrente e la conseguente scissione delle molecole d’acqua della soluzione elettrolitica, al fine di produrre idrogeno evitando emissioni di anidride carbonica in atmosfera (a differenza dei metodi attualmente in uso)
X rays from laser-plasma accelerators
No full textUno dei maggiori obiettivi della ricerca nel campo degli acceleratori basati su interazione laser-plasma è la realizzazione di una sorgente compatta di raggi x impulsati al femtosecondo. L’interazione tra brevi impulsi laser e un plasma, a energie relativistiche, ha recentemente portato a una nuova generazione di sorgenti di raggi x con le proprietà desiderate. Queste sorgenti, basate sulla radiazione emessa da elettroni accelerati nel plasma, hanno in comune di essere compatte, produrre radiazione collimata, incoerente e impulsata al femtosecondo. In questa tesi vengono presentati alcuni metodi per ottenere raggi x da elettroni accelerati per interazione tra laser e plasma: la radiazione di betatrone da elettroni intrappolati e accelerati nel cosiddetto “bubble regime”, la radiazione di sincrotrone da elettroni posti in un ondulatore convenzionale con lunghezza dell’ordine dei metri e la radiazione ottenuta dal backscattering di Thomson. Vengono presentate: la fisica alla base di tali metodi, simulazioni numeriche e risultati sperimentali per ogni sorgente di raggi x. Infine, viene discussa una delle più promettenti applicazioni fornite dagli acceleratori basati su interazione tra laser e plasma: il Free-electron laser nello spettro dei raggi x, capace di fornire intensità 108-1010 volte più elevate rispetto alle altre sorgenti
Simulazione di impianti di micro-cogenerazione residenziale basati su fuel cell ad ossidi solidi e pompe di calore
No full textLAUREA MAGISTRALELa cogenerazione sta avendo un ruolo sempre più importante all'interno della produzione di energia elettrica e termica.
Nel corso degli ultimi anni ci sono stati molti sforzi in sede di ricerca e sviluppo per limitare le emissioni inquinanti in atmosfera e l'impatto antropico sull'ambiente.
L'utilizzo di sistemi cogenerativi consente un risparmio di energia primaria e uno sfruttamento più efficiente dei combustibili utilizzati.
Parallelamente allo studio di impianti di cogenerazione di dimensioni sempre più piccole, per poter essere applicati nel settore residenziale, si stanno promuovendo diverse tecnologie alternative per la produzione di energia elettrica.
La tecnologia delle Fuel Cell ha visto un notevole sviluppo negli ultimi anni, per via dei notevoli sforzi economici per gli investimenti effettuati nella ricerca e sviluppo di questi dispositivi.
Esistono diversi tipi Fuel Cell, alcuni adatti all'ambito automobilistico ed altri, ad uso stazionario, che possono essere utilizzati per la produzione di energia elettrica.
Il presente lavoro di tesi ha come obbiettivo lo studio di sistemi micro-cogenerativi basati sulla tecnologia Fuel Cell SOFC (Solid Oxid Fuel Cell) accoppiata o meno a pompe di calore con applicazione nel settore residenziale, analizzando il comportamento dell'impianto di fronte alle diverse curve di domanda, sia elettrica che termica.
Durante lo studio è emersa la necessità di introdurre i parametri caratteristici della cogenerazione. Essendo una disciplina regolata da decreti legge e norme, bisogna fare chiarezza sui requisiti che l'impianto deve avere per essere definito tale.
Un capitolo è dedicato anche alla spiegazione delle varie voci e tipologie di bolletta elettrica e del gas, perché sono due fattori molto importanti nell'analisi economica dell'impianto, visto che sono le due principali voci del cash flow annuo. I risultati economici degli impianti micro-cogenerativi verranno confrontati con i costi sostenuti da una tipologia di utenza tradizionale, per cui è stato molto importante definire gli stessi.
Verrà effettuata anche un'analisi economica, per valutare la fattibilità dell'installazione di questi impianti e il loro impatto sull'ambiente, quantificando le loro emissioni.Cogeneration is having an increasingly important role in the production of electricity and thermal energy .
Over the past few years there have been many efforts in the research and development to curb polluting emissions into the atmosphere and the human impact on the environment.
The use of cogeneration systems saves primary energy and consents a more efficient use of fuels used .
Parallel to the study of cogeneration plants in small in size , to be applied in the residential sector , vary studies are promoting various alternative technologies for the production of electricity.
The Fuel Cell technology has seen a remarkable development in recent years , because of the considerable economic efforts for investments in research and development of these devices.
There are different types Fuel Cell , some suitable for automotive sector and other, for stationary use , which can be used for the production of electricity.
The present work has as objective the study of micro- cogeneration technology-based on Fuel Cell SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) coupled or not with the application of heat pumps in the residential sector , by analyzing the behavior of the system under the various demand curves, both electrical and thermal energy.
During the study is emerged the need to introduce the characteristic parameters of cogeneration , being a discipline governed by by-laws and rules , it is necessary to clarify the requirements that the plant has to be defined as such.
A chapter is also devoted to the explanation of the various items and types of gas and electricity bills , because they are two very important factors in the economic analysis of the system , since they are the two main items of cash flow per year. The results of the micro- CHP systems will be compared with the costs incurred by a traditional type of user , so it was very important to define the costs incurred.
It will include an economic analysis , to assess the feasibility of the installation of these systems and their impact on the environment , quantifying their emissions
Modellizzazione di caldaie a letto fluido circolante per ossicombustione di carbone
No full textLAUREA MAGISTRALEIn questo lavoro viene studiato un modello matematico per la descrizione di una caldaia a letto fluido circolante applicata all’ossicombustione di carbone. Si analizza la struttura e il comportamento del modello fluidodinamico in assenza di combustione (modello “freddo”) per i diversi componenti, verificando i risultati con dati di letteratura e studiando la sensibilità ai parametri con l’obiettivo di identificare le grandezze più influenti. In particolare vengono studiati i profili di trascinamento del solido nella camera di combustione e il modello del separatore gas/solido (ciclone). Un secondo scopo è la verifica delle emissioni di zolfo previste dal modello a seguito di una rimozione nella camera di combustione; si analizza dunque il diverso comportamento del sorbente in regime di ossicombustione, ricavando da dati di letteratura informazioni per la taratura dei parametri. In seguito al confronto dei risultati del modello termico con altri risultati disponibili, si dimensionano caldaie CFB di grossa taglia in diversi casi di ossicombustione al fine di valutarne le criticità; particolare attenzione si dedica alla cattura dello zolfo e alla distribuzione delle superfici di scambio, con lo studio dell'estrazione di calore tramite uno scambiatore esterno. A questo componente è dedicato ampio spazio, poiché risulta critico per il corretto funzionamento di caldaie alimentate con alti tenori di ossigeno; se ne fornisce quindi un modello che permetta un primo dimensionamento.This work presents a mathematical model of coal oxy-combustion in circulating fluidized beds. First of all the fluid-dynamics of a cold bed, without chemical reactions, is studied verifying the various components submodels. A comparison with literature data and a sensitivity analysis are performed with the aim to highlight significant parameters. Solid profiles in the furnace and solid separators performances are analyzed. Due to its importance for this technology and the differences between air- and oxy-fired furnaces, the sulphur capture model is accurately studied and his parameters are fitted on literature data. After that large oxy-fired coal CFB furnaces are sized to find out the critical features; model’s results are compared with published ones. Special attention is given to sulphur emissions and heat exchange surfaces, studying in depth the role of external heat exchangers. This unit is modeled to permit a preliminary sizing, because of its importance for large plants and high-oxygen feedings
Studio modellistico di un sistema di desolforazione di syngas ad alta temperatura
No full textLAUREA MAGISTRALEIl carbone ricopre un ruolo fondamentale per quanto riguarda la produzione di energia elettrica a livello mondiale. Sempre maggiore è l’interesse vero gli impianti IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle) dove il carbone viene trasformato in combustibile gassoso (syngas) in grado di alimentare un ciclo a gas e, dai prodotti della sua combustione, un ciclo a vapore. Prima del suo utilizzo il syngas subisce un processo di purifica che prevede l’eliminazione di composti nocivi per l’ambiente e per l’impianto stesso. Particolarmente delicato è l’abbattimento dell’acido solfidrico La desolforazione è comunemente eseguita a bassa temperatura raffreddando il syngas. Tecniche avanzate di desolforazione consentono la rimozione del suddetto acido ad alta temperatura (HGD, Hot Gas Desulfurization). I principali vantaggi di un sistema HGD sono la riduzione dei costi d’impianto e l’incremento dell’efficienza dell’IGCC. A tal fine è stato studiato un sistema HGD modellizzato da un codice Matlab, il modello permette di stimare le dimensioni d’impianto e quindi i costi. Dopo aver determinato le condizioni ottimali di funzionamento il modello è stato testato su impianti IGCC presenti in letteratura scientifica.Coal plays a fundamental role in global electricity energy productions. An increasing interest for IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle) technology is rising. In IGCC plants, coal is converted into a fuel gas (syngas) able to feed a gas cycle and, with the products of its combustion, a steam cycle. Before to its use, the syngas undergoes several purification processes for the removal of compounds harmful for the environment and for the power plant itself. Particularly important is the removal of hydrogen sulphide. In conventional plants, desulfurization is performed at nearly atmospheric temperature, after syngas cooling. Advanced desulphurization techniques allow the removal of the said acid gas at high temperature, in hot gas desulfurization systems (HGD). The main advantages of a HGD system are to reduce the overall investment cost of the IGCC and to increase its efficiency. For this purpose, a HGD system modeled by a Matlab code has been studied in this work. The model is used to estimate the size of the HGD reactors and their cost. After determining the optimum operating conditions the model was used to size HGD units for IGCC plants assessed in the scientific literature
