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La distribuzione di energia elettrica è una componente vitale nella società moderna e i cavi elettrici di media tensione svolgono un ruolo cruciale nel trasportare energia dalle stazioni di trasformazione alle utenze finali. Tuttavia, questi cavi operano in condizioni spesso avverse che possono compromettere le loro prestazioni e la loro longevità. Uno dei principali fattori di stress per l'isolante dei cavi di MT è il fenomeno del "water treeing", che si verifica quando l'isolante polimerico, come l'EPDM (Ethylene Propylene Diene Monomer), è esposto a elevata umidità e stress elettrico. Il water treeing si manifesta con la formazione di microcanali all'interno del materiale isolante, che possono evolvere nel tempo in "treeing elettrico" e portare alla rottura del materiale. Questo elaborato di tesi affronta lo studio sperimentale del water treeing utilizzando il test AWTT su placche di EPDM. Questo test accelera il processo di invecchiamento del materiale, permettendo di valutare gli effetti di un uso prolungato. L'EPDM è stato scelto per le sue eccellenti proprietà dielettriche e resistenza ad agenti corrosivi e ambientali. Tuttavia, l'esposizione a umidità e stress elettrico può provocare il treeing, compromettendo la sua efficacia. La fase sperimentale analizza come l'invecchiamento influenzi le proprietà dielettriche dell'EPDM. Le tecniche diagnostiche impiegate includono la spettroscopia dielettrica, la misura di conducibilità e la spettroscopia FTIR che consentono di monitorare l'invecchiamento nel tempo. L’analisi approfondita dei dati forniti ha permesso di delineare un quadro completo del suo comportamento dielettrico e strutturale nel tempo. Le informazioni ottenute sono fondamentali per valutare la durata del materiale nel tempo e la sua idoneità a specifiche applicazioni.

Questo lavoro di tesi si pone l’obiettivo di analizzare in dettaglio le procedure di connessione delle fonti energetiche rinnovabili (FER) alla rete elettrica nazionale italiana, identificandone criticità e proponendo soluzioni per facilitarne l'integrazione. Viene fornita una panoramica dei requisiti normativi, delle fasi di approvazione e delle sfide burocratiche che rallentano il processo di connessione, con anche un focus sulle differenze tra connessioni in BT/MT e AT/AAT. Il lavoro si concentra sulle dinamiche relative alla Soluzione Tecnica Minima Generale (STMG) e al fenomeno della Saturazione Virtuale della rete, descrivendone le cause e gli effetti sullo sviluppo delle FER. La STMG è una fase fondamentale nel processo di connessione, contenente schema generale di connessione alla rete, nonché tempi e costi medi standard di realizzazione delle opere, ma presenta criticità legate principalmente alle tempistiche inadeguate per il completamento degli iter autorizzativi necessari; il fenomeno della Saturazione Virtuale, è invece causato dalle numerose richieste di connessione non seguite da realizzazioni effettive, che ne limita fortemente lo sviluppo delle FER. Vengono dunque presentate proposte per il superamento di tali problematiche, in grado di semplificare e accelerare le procedure autorizzative per la realizzazione di nuovi impianti rinnovabili, attraverso una collaborazione più efficacie tra tutti gli attori coinvolti. Vengono inoltre esaminati gli obiettivi e i Piani di Sviluppo per l'integrazione delle FER nella rete, in linea con le strategie energetiche europee e nazionali. In conclusione, il presente studio ha evidenziato che, nonostante le significative sfide e criticità legate all'integrazione delle FER nella rete elettrica nazionale, esistono soluzioni praticabili e implementabili che possono facilitare questo processo.

In questo elaborato di tesi sono studiate e approfondite le caratteristiche piezoelettriche del PZT prodotto sottoforma di tappetini nanofibrosi. È poi stata studiata e massimizzata la risposta piezoelettrica delle nanofibre integrate in tre diversi tipi di matrice tramite processi di ottimizzazione della polarizzazione.

In questo elaborato di tesi sono studiate e approfondite le caratteristiche piezoelettriche del PZT prodotto sottoforma di tappetini nanofibrosi. È poi stata studiata e massimizzata la risposta piezoelettrica delle nanofibre integrate in tre diversi tipi di matrice tramite processi di ottimizzazione della polarizzazione.

In questo elaborato di tesi viene studiata e approfondita la risposta piezoelettrica di provini nanofibrosi di PVDF-TrFE e PZT, con l’obiettivo di ottimizzare il processo di polarizzazione dei materiali piezoelettrici. Tipicamente i processi di polarizzazione di provini piezoelettrici avvengono tramite l’applicazione di un campo elettrico DC. Durante l’attività di tesi sono state eseguite prove di polarizzazione in AC sui provini, per provare a migliorarne la risposta piezoelettrica rispetto ai processi di polarizzazione tradizionali. Le prove sono state eseguite mediante l’uso di una scheda di acquisizione dati fornita dalla National Instruments al posto del generatore di funzione, in modo da avere la possibilità di controllare il segnale da remoto tramite il software LabVIEW. In seguito è stato calcolato il coefficiente piezoelettrico d33, rappresentante il rapporto tra la carica accumulata sulle facce opposte del provino a causa di una sollecitazione meccanica, e la sollecitazione stessa. Ciò è stato fatto sia con un apparato denominato LinMot sia con uno strumento chiamato PiezoMeter. L’elaborazione dei dati ottenuti ha permesso di visualizzare i migliori risultati in termini di frequenza e numero di cicli.

Lo scopo di questa tesi è quello di valutare la tecnica di misurazione delle correnti di scarica termostimolate (TSDC: Thermally Stimulated Discharge Currents) e il suo utilizzo al fine di ricavare le profondità di trappola della carica di spazio accumulata all’interno di materiali isolanti polimerici. Il lavoro svolto comprende due parti principali: 1. Misura delle correnti di scarica termostimolate su campioni di polipropilene di spessore pari a 15 µm. In particolare, in questa parte è stato osservato il diverso andamento della corrente di scarica durante cicli di riscaldamento variando i seguenti parametri di prova: • temperatura di polarizzazione; • durata della fase di polarizzazione; • durata della fase di mantenimento del campione a bassa temperatura; • campo elettrico applicato; • velocità di riscaldamento durante la fase di scarica. 2. Calcolo del livello energetico delle profondità di trappola attraverso l’utilizzo di un algoritmo implementato utilizzando la piattaforma MATLAB.

Il seguente elaborato riguarda il dimensionamento preliminare di un impianto agrivoltaico connesso alla rete di media tensione. Saranno illustrate le varie fasi del progetto realizzativo; i punti principali riguardano: analisi dei vincoli territoriali, scelta del layout di impianto ottimale, scelta dei componenti elettrici, dimensionamento dei cavi, valutazione della producibilità energetica e studio di compatibilità ambientale. Viene proposto anche un focus su una variante di impianto con moduli i verticale.

Le apparecchiature elettriche isolate a gas per alta tensione stanno riscuotendo grande successo in particolare per la possibilità di ridurre le dimensioni delle sottostazioni. Sebbene si tratti di strutture meno complesse da realizzare rispetto ai cavi, la causa di guasto risulta prevalentemente imputabile ai difetti dell’isolamento. La diagnostica dei sistemi isolanti è maturata nella comprensione dei fenomeni elettromagnetici coinvolti e delle condizioni a contorno che differenziano i vari difetti, fonti di scariche parziali. Questa tesi affronta il tema delle scariche parziali negli interruttori isolati con gas Esa-Fluoruro di Zolfo. In particolare, propone le basi teoriche per sostenere l’analisi delle misure delle scariche parziali, soprattutto nel caso siano effettuate sul campo. Viene proposto un algoritmo utile ad esaminare le misure delle scariche parziali. Vengono implementati vari metodi grafici e statistici risultati dall’indagine bibliografica. Vengono proposti alcuni grafici a sostegno dell’identificazione di marcatori e indicatori della fisica dei fenomeni.

Negli impianti nucleari per la produzione di energia elettrica, un ruolo fondamentale è svolto dalla rete di distribuzione a bassa tensione; questa comprende tutta una serie di cavi elettrici destinati alla trasmissione di dati e segnali per l’alimentazione, il controllo e la gestione dei diversi dispositivi. Vengono installati in ambienti in cui sono esposti a sollecitazioni di diversa natura che ne determinano la degradazione. L’isolamento elettrico è realizzato con materiali polimerici che si prestano molto ad applicazioni di questo tipo, per via delle elevate prestazioni dielettriche; tuttavia, sono soggetti maggiormente ai meccanismi di degradazione legati alle sollecitazioni dell’ambiente in cui vengono installati. Diventa importante un monitoraggio dello stato di degradazione dei cavi per permettere il corretto funzionamento dei dispositivi di controllo e di sicurezza. Si possono utilizzare diverse tecniche di diagnostica per valutare l’integrità ed il grado di usura nel tempo del dielettrico. In alcuni casi si tratta di tecniche distruttive; altre tecniche, invece, consentono di ottenere informazioni riguardo alcune proprietà dei materiali senza distruggerli. L’accumulo di carica spaziale nel dielettrico ha un impatto sulle sue proprietà elettriche perché distorce il campo elettrico ed influenza diversi meccanismi di dissipazione che incrementano l’invecchiamento del cavo. In questo elaborato vengono esaminati campioni di polietilene cross-linkato con silani (Si-XLPE) con l’obiettivo di comprendere l’evoluzione delle proprietà elettriche in diverse condizioni di degradazione, analizzando l’effetto degli additivi (antiossidanti e ritardanti di fiamma) per diversi livelli di invecchiamento termico (in termini di temperatura e tempi di invecchiamento). L'analisi è la misura della carica di spazio sono effettuate attraverso il metodo dell’impulso elettroacustico (PEA), che permette di avere informazioni sulla distribuzione della carica di spazio nei materiali.

La domanda mondiale di energia è in costante aumento e le attuali tecnologie per la produzione di energia dai combustibili fossili emettono anidride carbonica (CO2). La combinazione di idrogeno ed elettricità è un’incoraggiante soluzione verso la realizzazione di un futuro a “zero emissioni” basato sull’energia sostenibile. L’idrogeno molecolare è un elemento scarso in natura; la sua produzione è quasi esclusivamente da fonti fossili. Se prodotto tramite elettrolisi da fonti di energia naturali è possibile produrre idrogeno senza significative emissioni di anidride carbonica ma con costi ancora troppo elevati; tali metodologie al giorno d’oggi sono ancora poco sviluppate e non in grado di competere con le tecniche industriali più consolidate di derivazione dell’ idrogeno dalle fonti fossili. Un altro ostacolo risiede nella difficoltà di immagazzinarlo e trasportarlo; viene stoccato con sicurezza in grandi contenitori industriali o in recipienti ad alta pressione. Occorre garantire una sufficiente capacità di stoccaggio nelle applicazioni per autoveicoli, così da ottenere un buon equilibrio tra autonomia di guida e spazio di stoccaggio. Nell’autotrazione possono essere utilizzate le fuel cells che assicurano un uso efficiente dell’idrogeno; convertono l’energia chimica dell’idrogeno in energia elettrica, acqua e calore, assicurando rendimenti di conversione energetica molto alti, oltre a garantire una notevole silenziosità dovuta essenzialmente all’assenza di organi rotanti. Le fuel cells possono essere applicate anche ai veicoli dedicati al trasporto pubblico locale, garantendo l’abbattimento delle emissioni nocive nelle aeree urbane al fine del benessere dei cittadini. Tper è da anni attiva sul fronte della mobilità sostenibile; vanta una delle flotte di autobus più “verdi” d’Italia e in un futuro molto prossimo incrementerà ancora di più la percentuale di autobus a basse emissioni puntando soprattutto all’acquisto di autobus ad idrogeno.

Questo elaborato di tesi si incentra sulle comunità energetiche, analizzandone le caratteristiche principali e ripercorrendone il percorso normativo in Italia e in Europa. In collaborazione con Energy Intelligence, azienda che opera nel settore energetico, è stato condotto uno studio analizzando le potenzialità di questa nuova configurazione incentivata dal GSE, dal punto di vista sia economico che dei benefici ambientali. Inoltre, è stato redatto un algoritmo di ripartizione dell'incentivo tra i diversi utenti di una comunità, basato su un calcolo che tende a premiare maggiormente chi riesce ad ottimizzare maggiormente i propri consumi, in modo che il modello di ripartizione stesso funga da mezzo sensibilizzante sul peso della nostra spesa energetica. Il modello è stato poi applicato a una simulazione di comunità, eseguita prendendo i dati fiscali dei contatori di scambio di quattro utenze industriale, su tutto il 2020, analizzando i benefici di cui gli utenti avrebbero goduto se avessero fatto parte di questa configurazione, oltre alla riduzione dell'impatto ambientale dei loro consumi sul 2020.

Durante il progetto presentato, ci si è focalizzati sulla natura piezoelettrica di alcuni materiali isolanti; nello specifico sul comportamento di un provino piezoelettrico commerciale in PZT e sul suo interfacciamento a un supercondensatore. Si sono svolti diversi test empirici per ricavarne le caratteristiche del provino e il suo comportamento da trasduttore. L'obiettivo raggiunto è stato quello di caricare un supercondensatore da 20mF attraverso la carica estratta da un pacchetto di 15 provini in parallelo soggetti a una forza sinusoidale. Infine, si è iniduviduata e simulata una sofisticata tecnica per migliorare il trasferimento di potenza nota come : "“Synchronized Switch Harvesting on Inductor"; sono stati proposte 2 configurazioni oltre a quella base che non prevede l'utilizzo di SSHI e se ne sono dedotti i vantaggi a seguito di simulazioni svolte su Simulink.

In questo elaborato, descriverò l’esperienza di laboratorio che ha portato alla realizzazione di alcune celle fotovoltaiche organiche, che hanno come materiale attivo un blend di P3HT e Bis-PCBM. Si inizierà enunciando i principi fisici alla base dell’effetto fotovoltaico, il circuito equivalente di una cella, i suoi parametri fondamentali e le varie tecnologie, con le rispettive strutture. Particolare enfasi sarà posta sulle proprietà e sulle caratteristiche della tecnologia organica, specialmente sul concetto di Bulk HeteroJunction (BHJ), che permette di superare alcuni limiti intrinseci che altrimenti ne abbasserebbero considerevolmente il rendimento. Successivamente, verrà analizzato il processo dell’elettrospinning, utilizzato per produrre le nanofibre, a partire dal principio di funzionamento e fino alle variabili che possono influire sulle fibre prodotte. La tesi continuerà con un approfondimento dei vari materiali utilizzati nei vari strati e con la struttura di ciascuno dei provini. A questo punto verrà introdotta l’attività sperimentale di laboratorio, parlando del setup sperimentale dell’elettrofilatura e dei processi successivi alla realizzazione delle nanofibre. Seguirà l’esposizione dei risultati, studiando le immagini della struttura a livello nanometrico dei provini, ottenute grazie all’ausilio di un SEM (Scanning Electron Microscope). L’elaborato comprende anche alcuni codici Matlab per rappresentare le curve I-V di una cella fotovoltaica e simulare la traiettoria delle nanofibre durante l’elettrospinning. Infine, si trarranno le conclusioni dell’attività sperimentale.

Lo scopo di questa tesi è creare un sistema organico di gestione che, prendendo come vademecum questo elaborato in quanto a linee guida e approccio a cui si è aderito in riferimento al carrello X540R, permetta di stimare verosimilmente l'impatto ambientale dei restanti carrelli attualmente in produzione e di quelli in stato di progettazione. In una prima parte si toccherà direttamente il tema della sostenibilità ambientale, delle azioni politiche atte all’ammortamento dei soprusi sulle risorse naturali. Seguirà l’introduzione al caso specifico di analisi, si parlerà della politica del Gruppo Toyota in merito alle tematiche ambientali, della suddivisione settoriale interna all’azienda, si passerà in rassegna per ciascun settore l’attuale impatto ambientale e, dove possibile alcune soluzioni per il suo abbattimento. Nei capitoli terzo e quarto, si presterà infatti attenzione al contenuto di sostanze chimiche pericolose nelle materie prime, ma anche al contenuto di materiali disassemblabili e riciclabili oppure riutilizzabili in accordo con l’iniziativa europea di economia circolare. Nel capitolo quinto si analizzeranno i consumi della linea produttiva con un focus sulla quantificazione della attività energivore occorrenti alla produzione del carrello X540R; si racconteranno le soluzioni adottate da TMHMI per la riduzione del fabbisogno energetico e delle emissioni di gas a effetto serra per singole unità di prodotto. Infine, si descriveranno gli standard europei che regolano il controllo dei consumi e l'impatto ambientale dei carrelli elevatori, con applicazione sperimentale ad un carrello elevatore prototipale alimentato da due alternative in alimentazione al motore elettrico; dopo un'attenta analisi dei test effettuati su macchina, si passa a considerazioni che potrebbero migliorare l’impronta di un veicolo durante il durante un ciclo di lavoro in magazzino , e quindi che potrebbero ridurne l'impatto ambientale.

La tesi tratta di "energy harvesting" da piezoelettrici, in particolare della caratterizzazione elettromeccanica di un dischetto commerciale di PZT, del circuito elettrico-elettronico necessario per interfacciare il generatore piezoelettrico ad un sistema di accumulo elettrico (condensatore/supercondensatore); è anche presentata una configurazione a "stack" con due dischetti commerciali connessi elettricamente in parallelo. Sono inoltre riportati alcuni semplici modelli che riescono a simulare il comportamento capacitivo del generatore piezoelettrico. Per concludere è presentato un caso di "energy harvesting" dove l'energia elettrica sviluppata dal provino piezoelettrico è accumulata in un condensatore.

The studies of this thesis are focused on aeronautic Polymers materials and their dielectric properties, in order to analyze the relaxation times for the materials of interest under an applied electric field, and in order to increase the work operations of the Novocontrol dielectric spectroscopy measurement machine available in the LAPLACE laboratory. In this context, the research team DSF in collaboration with MDCE, from LAPLACE laboratory, has developed in 2019 a numerical model taking into account the polar mechanisms of the polymer insulators used in the aeronautic industry. However, this theoretical model, is not yet validated. Therefore the aim of this thesis, is to make it possible to validate this theoretical model, then by a series of measurements with dielectric spectroscopy(D.S.) for different materials of interest, different frequencies and temperatures; the measurements consist on the measuration of the phase difference between current and voltage applied to the samples, in order to calculate the permittivity values under different working conditions. The permittivity trend is therefore analyzed to find the polar relaxation under thermoelectrical stresses, and the model will then have to calculate the current density (and from the current density is directly calculated the dissipated energy) of the measured data with dielectry spectroscopy, and the validation will be done if the future measurement values of the current density correspond to the calculated one by the model. For this reasons, the main part of the work for this thesis consist in measurements trought the dielectric spectroscopy (using the following polar materials: Polyimide(PI) and PTFE ) under different working conditions and analyze the results in order to evidence polarization phenomena, because the purpose of this part of the validation process is to have the better polar relaxation data for the future work.

L’obiettivo di questa tesi è stata la realizzazione di un microsensore di posizione matriciale in grado di individuare, sfruttando l’effetto piezoelettrico delle nanofibre, il preciso punto di impatto di una sollecitazione meccanica applicata sulla sua superficie. Il funzionamento del sensore si basa sulla sovrapposizione di due strati di nanofibre coassiali allineate, ottenute mediante elettrofilatura coassiale e successivamente integrate all’interno di una matrice protettiva. Le nanofibre sono posizionate lungo le due direzioni dello spazio x e y e ciascuna di esse costituisce singolarmente un sensore vero e proprio, fornendo la possibilità di raggiungere sensibilità molto elevate nell’individuazione della posizione.

Questo elaborato di tesi ha l'obbiettivo di studiare gli effetti dell’invecchiamento termico e radiativo sui parametri elettrici dell’isolante polimerico, utilizzato nei cavi di bassa tensione nelle centrali nucleari. Il materiale studiato è il polietilene crosslinkato (XLPE), additivato in diverse concentrazioni tra antiossidanti a base fenolica, antiossidanti a base tioeterica e ritardanti di fiamma (ATH). Le tecniche di misura impiegate sono state la spettroscopia dielettrica, la conducibilità e il voltage breakdown in AC.

Questa tesi èstata sviluppata nel corso di un programma di tirocinio presso l’azienda Manz Italy srl, leader dei costruttori di macchine automatiche per batterie al litio e condensatori. Nel seguente elaborato verranno analizzati i principali processi per la produzione delle batterie al litio fornendo una descrizione della loro struttura e funzionamento. Dato che i veicoli ibridi ed elettrici stanno subendo l’enorme sviluppo negli ultimi anni, la produzione di batteria al litio per uso di veicolo è diventata particolarmente importante. Verranno illustrati particolarmente il processo della laminazione della cella, il test elettrico e il processo del filling dell’elettrolita. Lo scopo è di caratterizzare questi processi produttivi della batteria al litio. La laminazione ha lo scopo di fare aderire meglio tra gli elettrodi e il separatore per ottenere una migliore prestazione. Il test elettrico ad alta tensione serve per capire se le mono-celle o lo stack siano in cortocircuito a causa di difetti nella separazione galvanica degli elettrodi. L'obiettivo del processo di filling è garantire che l'elettrolita riempia completamente e in modo omogeneo le porosità libere dei materiali e le strutture degli elettrodi per ottenere che tutte le celle raggiungano la capacità progettata.

L’obiettivo del progetto europeo MyLeg è quello di realizzare una nuova generazione di protesi transfemorali motorizzate che possano essere utilizzate in modo intuitivo e affidabile. L’aspetto innovativo riguarda la presenza di un impianto osteointegrato e di sensori mioelettrici impiantabili su muscoli innervati per estendere le capacità cognitive dell’utente, aumentando la percezione della gamba protesica e la capacità di movimento. Il lavoro di Tesi si focalizza su uno dei tantissimi aspetti del progetto, che riguarda lo sviluppo di un sensore piezoelettrico flessibile da integrare nella pianta del piede protesico, con la funzione di rispondere alla pressione esercitata nelle differenti zone con un segnale elettrico ad essa proporzionale. In particolare sono stati studiati diversi tipi di materiale per il corpo del sensore, dai siliconi alle resine epossidiche, valutandone aspetti funzionali e strutturali, e l’ottimizzazione della struttura del dispositivo per migliorarne le prestazioni.

L’energy harvesting è la progettazione di elementi atti alla conversione, condizionamento e accumulo dell’energia. La struttura comprende il generatore e l’accumulatore ed un accoppiamento con circuitazioni. Per la conversione si è optato per un disco piezoelettrico di PZT. Per l’accumulo la scelta è caduta su un supercondensatore. Per l’accoppiamento si è scelto un ponte di Graetz ed un condensatore elettrico per filtro. Per valutare l'output si è proceduto a testare mediante pressatura meccanica e misurazione con oscilloscopio. Tale step risulta importante per la scelta del circuito di condizionamento in quanto, quest’ultimo è intrinsecamente fornito di perdite. Quando le tensioni risultano insufficienti si è soliti adottare un array di più dischi. La sperimentazione con un singolo disco risulta accettabile per range di tensione superiori agli 0.6 V, se il ponte raddrizzatore scelto contiene diodi classici, e range superiori a 0.3 V per diodi Schottky. La ricarica del condensatore deve avvenire fissando un intervallo di tempo e la scarica, possibilmente nello stesso intervallo, risulta uno strumento utile per valutare l’energia realmente estratta. È una valutazione importante in quanto il dispositivo di accumulo possiede delle perdite tra cui l’energia residua. . Tal fenomeno porta ad avere una potenza disponibile inferiore a quella teorica. La scelta dei parametri circuitali, assieme alle caratteristiche di generatore e storage, permette di valutare l’impedenza del circuito. L’ottimo dell’estrazione si raggiunge quando l’impedenza del sistema eguaglia il coniugato dell’impedenza di carico (o di storage). La scelta dei parametri può partire dalla ricerca di questa uguaglianza. Grazie allo studio sperimentale a breve termine, si settato i parametri lavorativi, si individuano i punti di lavoro e si dimensionano i sottosistemi.

Il modello predittivo si basa sulla simulazione delle condizioni ambientali tramite test accelerati. In questo studio, i differenti materiali, accomunati da una matrice di XLPE, sono stati invecchiati a tre differenti condizioni di radiazione in modo da simulare l’invecchiamento tipico di una centrale nucleare. Lo scopo della modellizzazione delle proprietà del cavo con l’invecchiamento è quello di stimare la vita residua del cavo in servizio o di uno nuovo. In particolare, la modellizzazione delle proprietà elettriche, aumenta la possibilità di valutare lo stato dei cavi attraverso tecniche non distruttive gettando le basi per un metodo diagnostico per cavi in situ. Tramite il Modello si arriva a conoscere le proprietà ricercate conoscendo i valori delle costanti (proprie del materiale) provenienti dall’imposizione della legge di potenza e della legge di potenza inversa. Idealmente, se conoscessimo i valori delle costanti in questione per tutti i materiali allora avremmo la possibilità di costruire una curva di vita (direttamente tramite la caratterizzazione elettrica) per ogni cavo, permettendo la diagnosi degli interi cavi in una maniera semplice, veloce e non invasiva.

progettazione di centrali energetiche a fonti rinnovabili (eolico e fotovoltaico) in Italia durante il periodo di transizione energetica

L’obiettivo del lavoro di Tesi è stato quello di produrre dal punto di vista sperimentale un sensore piezoelettrico mediante l’utilizzo di materiali e processi innovativi. È stato inoltre sviluppato un modello elettromeccanico sfruttando il software COMSOL Multiphysics®, che ha permesso di validarne sul piano teorico l’efficienza e fattibilità. I sensori piezoelettrici sfruttano la proprietà di alcuni materiali, di indurre una ridistribuzione delle cariche interne a seguito dell’applicazione di una sollecitazione di tipo meccanico. Inoltre, per garantire la flessibilità e la resistenza che caratterizzano la pelle artificiale, devono essere composti da materiali con proprietà meccaniche simili al silicone. Perciò in questo elaborato è stata studiata la creazione di sensori flessibili, partendo proprio dalle gomme siliconiche. Il primo passo è stata la produzione di elettrodi flessibili con l’integrazione di un materiale conduttivo in una matrice polimerica, per creare così un polimero conduttivo. Il materiale conduttivo scelto è il Carbon Black. Miscelando il Carbon Black con il Polidimetilsilossano o PDMS, appartenente alla famiglia delle gomme siliconiche, si ottiene una integrazione fra i due materiali e sottoponendoli ad un processo di cura termoindurente si ottiene un materiale conduttivo della stessa consistenza del silicone. Come materiale piezoelettrico, è stato utilizzato il PVDF-TrFE, copolimero ferromagnetico, sottoforma di tappetino di nanofibre in grado di avere polarizzazione spontanea anche in assenza di un campo elettrico. Il sensore è prodotto come sovrapposizione di strati curati assieme. La seconda parte di questo elaborato con lo sviluppo di un modello elettromeccanico che sfrutta il software COMSOL Multiphysics® ha permesso la realizzazione di un sensore simile a quello realizzato sperimentalmente. I risultati computati dal software sono poi stati confrontati con i risultati del sensore reale, sottoponendo entrambi allo stesso tipo di forza.

La realizzazione di sensori piezoelettrici di posizione basati su nano-fibre coassiali allineate e l’ottimizzazione del processo sono stati gli argomenti centrali del progetto di tesi svolto, con l’obiettivo di rendere i processi necessari alla produzione di tali sensori il più possibile replicabili e “industrializzabili”, aprendo la via ad una loro possibile applicazione in ambito biomedicale. Lo scopo dell’attività è stato quello di realizzare sensori flessibili in PDMS in grado di registrare in ingresso una sollecitazione meccanica fornendo in uscita un segnale in tensione che possa essere erogato da due zone differenti del sensore stesso, permettendo così la possibilità di sfruttare la diversa entità dei due segnali per poter individuare con precisione la zona ove è avvenuta la sollecitazione. Tradizionalmente, i sensori piezoelettrici vengono realizzati con nano-fibre semplici, ovvero costituite da un solo polimero: tali sensori forniscono in output una differenza di potenziale registrata fra due elettrodi che raccolgono la totalità delle fibre presenti all’interno del sensore stesso. L’ulteriore passaggio che si è voluto compiere in questo senso è stato quello di elettrofilare nano-fibre piezoelettriche coassiali, caratterizzate da un core polimerico conduttivo in PEDOT:PSS ed uno shell esterno piezoelettrico in PVDF-TrFE, con lo scopo di ottenere un sensore con risoluzione maggiore rispetto a quelli tradizionali. Un ulteriore step che si è compiuto nella produzione dei sensori è stato infine quello di impiegare una miscela conduttiva di PDMS e carbon black come soluzione per ottenere gli elettrodi.

Nell'elaborato di tesi vengono descritti il processo per la realizzazione di membrane piezoelettriche nanofibrose e lo sviluppo di un sistema di caratterizzazione elettroacustica per materiali piezoelettrici nanofibrosi. Viene successivamente trattata la caratterizzazione delle membrane prodotte utilizzando prima una sorgente vibrazionale sinusoidale e successivamente una sorgente vibrazionale impulsiva.

In un'epoca storica nella quale si va incontro ad un tasso di guasto sempre maggiore a causa dell'invecchiamento, diventa necessaria l'adozione di sistemi diagnostici in grado di stimare e prolungare l'esatto istante in cui si avrà il guasto. Per fare questo generalmente si valuta l'attività di scariche parziali in un sistema isolante e si cerca di frenarla. In questo lavoro innovativo però, la scelta di base non è quella di frenare l'attività di scariche, ma di limitarla alla base, agendo sulla natura fisica dei processi associati alle scariche.

Il consumo di combustibili fossili è la principale causa del crescente inquinamento e sta portando le autorità a limitare la circolazione di veicoli tradizionali e le industrie a spostarsi verso una mobilità più sostenibile. La maggior parte degli inquinanti urbani presenti nell’atmosfera è dovuta ai gas di scarico dai tubi di scappamento dei veicoli. La diffusione delle auto elettriche, può contribuire notevolmente alla riduzione dell’inquinamento urbano. Tuttavia, questa evoluzione è ancora limitata da fattori economici e tecnologici. I primi possono essere risolti tramite politiche incentivanti ed economie di scala, i secondi possono essere risolti solamente tramite gli investimenti per la ricerca e lo sviluppo in questo campo. I principali promotori dell’acquisto di auto elettriche sono le flotte aziendali, che costituiscono l’80% delle immatricolazioni a fine 2018. Il modello di simulazione proposto in questo elaborato si pone l’obiettivo di valutare dal punto di vista energetico e dal punto di vista economico l’evoluzione di una flotta aziendale tradizionale verso una flotta aziendale elettrica. Il modello va impostato correttamente a seconda delle esigenze dell’utente, con particolare attenzione alle fasce orarie in cui necessita di ricaricare le auto ed alla percorrenza media giornaliera. Trattandosi di una problematica in forte evoluzione, il modello propone diversi scenari di confronto in modo da poter scegliere accuratamente, caso per caso, quale tipologia di investimento conviene mettere in atto.

Il seguente elaborato presenta le varie fasi della realizzazione di sensori di posizione attraverso l'integrazione di fibre coassiali piezoelettriche allineate. Grazie all'effetto piezoelettrico diretto, un sensore piezoelettrico è in grado di rilevare l'esatta posizione della sollecitazione meccanica, confrontando le varie differenze di potenziale rilevate dagli elettrodi.

This project has led to the development of a new industrial-aimed thermosetting nanocomposite, capable of electrostatic dissipation while guaranteeing the mechanical properties distinguishing of a glass fiber reinforced composite. The matrix consists in a polyester resin, industrially formulated for glass fiber reinforced composites; commercially available graphene nanoplatelets are being used as the fillers, provided by NanoXplore, Canada; both unreinforced and glass fiber reinforced configurations of the composite has been made. The production process has been chosen accordingly to the scalability need. Filler dispersion has been obtained through high shear mixing and 6 weight concentration were used, namely 0%, 1%, 3%, 5% ,7% and 10%. Samples have been produced by compression molding with previous manual lay-up preparation of the sample; specimens for the tests were cut directly from the plate sample with the help of a table saw and subsequent sandpaper refining. Electrical characterization has identified a percolation threshold in the range 3÷5 wt%, showing an increase in conductivity of over 7 orders of magnitude; cross plane conductivity is as high as 10-4 [S/cm] for the most conductive sample, with in-plane and cross-section conductivities consistently lower by an order of magnitude. The significant increase of permittivity values in the percolated samples suggests a possible suitability for EMI shielding due to absorption mechanism. Tests on mechanical behavior didn't show any clear trend in relation to fillers content, with variations between the samples shown through all the concentration range; overall, the presence of nanofillers don’t seem to significantly affect flexural and strength properties. Finally, the developed nanocomposite met the objective regarding surface and volume conductivity for electrostatic dissipation while maintaining the mechanical properties of the neat reinforced composite.

Lo studio tratterà la creazione e caratterizzazione di polimeri nanoadditivati con quantum-dots per applicazioni nel campo delle alte tensioni. Il principale scopo del lavoro sarà valutare in che modo la presenza di quantum-dots, additivi di dimensione nanometrica con struttura di tipo core-shell, modifichi alcune proprietà termiche ed elettriche del materiale base, quali ad esempio la trasmissione del calore, l’accumulo di carica di spazio e la resistenza alla sollecitazione elettrica, in modo da migliorare le prestazioni del materiale base per le applicazioni industriali. In particolare, l’analisi sarà volta a determinare il ruolo ricoperto da core e shell delle suddette strutture in tale processo.

Questa tesi è stata sviluppata nel corso di un programma di tirocinio presso l'azienda Poggipolini srl, leader nello studio e realizzazione di componenti meccaniche in titanio e leghe speciali per applicazioni in ambito automotive e aerospace. Lo scopo è l'analisi e lo studio di una nuova tecnologia per il recupero di energia da vibrazioni. L'ambito in cui si inserisce è quello dell'energy harvesting, cioè processi in cui l'energia proveniente da sorgenti esterne e gratuite viene catturata e immagazzinata. Il processo di ricerca e sviluppo è stato articolato in due fasi successive: studio della prior art ed elaborazione di un modello virtuale. Lo studio della prior art si è concentrato in prima istanza sull'ambito teorico di manuali e articoli scientifici per poi continuare in ambito brevettuale e di tutela della proprietà intellettuale. Sulla base delle conoscenze ottenute nella prima fase è stato elaborato un modello virtuale della tecnologia studiata attraverso il sofwta- re commerciale Comsol Multiphisic 5.4. Questo modello ha subito una validazione attraverso un confronto con un'applicazione svolta nel laboratorio di innovazione tecnologica dell'Università di Bologna. La realizzazione del modello virtuale si è basata su particolari vincoli dimensionali e tecnologici al fine di creare un sistema per il recupero di energia dalle vibrazioni in elementi di piccole dimensioni. Nel corso dell'analisi computazionale sono state valu- tate una vasta gamma di energy harvester, differenti per tipologia di funzionamento, materiale, frequenze di risonanza, geometrie.

Gli impianti nucleari di terza generazione sono stati progettati in modo da funzionare per un periodo di vita intorno ai quarant’anni, nonostante questo è necessario estendere la loro operatività fino a sessant’anni. Un ruolo importante sarà ricoperto dai cavi elettrici operanti nell’impianto, che vengono solitamente indagati attraverso invecchiamenti artificiali del materiale polimerico, che costituisce il principale composto nello strato isolante, arrivando quindi a definire una valutazione operativa di quello che è il loro tempo di fine vita. Quando i campioni polimerici vengono sottoposti a trattamenti di invecchiamento ad alta temperatura in tempi brevi, essi degradano con effetti che sono imputabili alla diffusion limited oxidation (DLO). Questa tesi tratta il problema della misurazione sperimentale di caratteristiche meccaniche con gradiente spaziale di campioni invecchiati artificialmente in presenza di DLO, utilizzando il polietilene reticolato, principale componente nell’isolante dei cavi elettrici per impianti nucleari. il modulo elastico viene misurato adottando due diverse tecniche. Inizialmente è stato usato un approccio più globale mediante il test di rigonfiamento, al fine di valutare le proprietà di massa; in seguito le proprietà dipendenti dalla profondità sono state indagate mediante nanoindentazione, tecnica che permette di valutare l’andamento del modulo elastico lungo il profilo del campione. I risultati sono poi confrontabili con le analisi chimiche, che sono invece in grado di definire la distribuzione dell’intensità di ossidazione con l’uso di Spettrometria di massa di ioni secondari e a tempo di volo. Questo studio fornisce una solida metodologia per la determinazione sperimentale delle proprietà meccaniche locali di materiali polimerici dopo l’invecchiamento accelerato artificialmente (in condizioni di DLO).

In questa tesi viene proposto uno studio sulle batterie agli ioni sodio e lo sviluppo di un innovativo metodo di studio che sfrutta il microscopio a scansione elettronica (SEM). Le batterie ioni sodio (SIB) sono una tecnologia innovativa che ha interessato gli studiosi soprattutto negli ultimi anni, in virtù della loro competitività rispetto alle più diffuse batterie agli ioni litio (LIB). Infatti, rispetto a queste ultime, caratterizzate dalla presenza di metalli rari e costosi e dal cobalto, un metallo altamente inquinante, le SIB sono costituite da sodio, tra i metalli più abbondanti sulla crosta terrestre, e soprattutto non necessitano di cobalto, risultando così molto più economiche. In questa tesi si proporrà lo studio di un substrato per lo sviluppo delle batterie anode-free. Negli ultimi studi sta prendendo piede l’idea di realizzare una batteria senza anodo in quanto risulta complesso un materiale con caratteristiche di intercalazione buone per questo elettrodo. Si procede poi a riportare la caratterizzazione del substrato in analisi. In particolare viene presentato un innovativo porta campioni per lo studio con SEM, completamente progettato e realizzato appositamente per il presente studio. Si tratta di un sistema air-tight che protegge il campione dall’ossidazione. La caratterizzazione d’immagine con il SEM risulta particolarmente utile in quanto permette di capire come procede la deposizione del sodio sul substrato studiato. Vengono infine presentati i risultati della caratterizzazione del substrato considerato. L’intera tesi è stata portata avanti all’interno dell’Energy Storage Group del College of Engineering, presso Swansea University, Swansea (UK).

Il seguente lavoro di tesi riguarda lo sviluppo di un sistema di energy harvesting da inserire in una protesi transfemorale osseointegrata nell’ambito del progetto europeo MyLeg. L’intenzione del progetto è quella di realizzare una protesi che sia direttamente ancorata all’osso del paziente con i più moderni metodi di osseointegrazione per migliorare la sensibilità del paziente e la sua connessione con la protesi stessa. Mentre le protesi esistenti sono passive, questo prototipo ha dei particolari sensori e degli attuatori sia per quanto riguarda il controllo della protesi stessa all’innesto con i muscoli sia a livello dei piedi per gestire al meglio la camminata mantenendo costantemente controllati i parametri fondamentali. Un ruolo importante è rappresentato dai sensori che raccolgono informazioni sulla camminata. Assieme alla parte sensoristica si prevede di sviluppare anche l'energy harvesting. Proprio sull'energy harvesting si concentra questa tesi, con un occhio di riguardo all'harvesting dalla camminata e fatto con materiali piezoelettrici. L'attività sperimentale ha consistito prevalentemente nella valutazione delle prestazioni e nella caratterizzazione elettrica di tre diversi materiali (PZT, PVDF-TrFE e un elettrete) come harvester.

Nel 2015 i 193 membri delle Nazioni Unite si sono fissati l'obiettivo entro il 2030 di assicurare l’accesso all’elettricità a chiunque. E' un obiettivo molto ambizioso se si considera che circa 1.3 miliardi di persone al momento non hanno accesso all’elettricità Il processo di elettrificazione deve riguardare specialmente le zone rurali. I sistemi off-grid rappresentano una possibile soluzione. I Solar Home System (SHS) permettono tramite un piccolo pannello fotovoltaico di fornire energia a determinati carichi. Un ruolo fondamentale è svolto dalle batterie quando il fotovoltaico non riesce a fornire sufficiente potenza al fine di alimentare il carico. Il problema finanziario è uno dei maggiori ostacoli visto i salari molto bassi delle popolazioni beneficiarie della tecnologia. Si tratteranno nella seconda parte vari casi studio. I primi riguardanti il Perù, nel quale l’opera di elettrificazione riguarda soprattutto le zone andine e la foresta amazzonica. Seguiranno casi studio relativi all’ottimizzazione del sistema stesso con un confronto tra varie tipologie di batterie e di strategie di controllo. Si analizzerà poi il caso del Myanmar, un mercato ancora non pienamente sviluppato con zone rurali senza accesso all’elettricità. Si farà riferimento ad un bando promosso dalla World Bank per favorire il processo di elettrificazione rurale nel sud-est asiatico. In definitiva obiettivo del presente lavoro di tesi è di mostrare come gli impianti off-grid possano risolvere il problema dell’elettrificazione rurale e di attuare un’ottimizzazione degli stessi, sfruttando i miglioramenti futuri riguardanti specialmente il sistema di accumulo, ma anche le strategie di controllo del regolatore. Ciò si realizzerà utilizzando come punto di partenza lo studio di varie installazioni realizzate da Tozzi Green nel contesto dell’elettrificazione rurale del Perù.

L'elaborato di tesi si prefigge come obbiettivo lo studio del grafene utilizzato come coating superficiale per la riduzione della carica spaziale all'interno di provini di XLPE rivestito con PDMS. All'interno vi sono contenuti i profili di carica ottenuti tramite il metodo elettroacustico.

La valutazione delle condizioni di esercizio dei cavi elettrici di bassa tensione è una priorità nella diagnostica dei componenti delle centrali nucleari, in quanto i sistemi di sicurezza si basano proprio su questi componenti. Gran parte di questi cavi vengono installati all’interno del contenimento dei reattori dove le difficili condizioni ambientali, in termini di temperature relativamente elevate, radiazioni gamma, presenza di umidità e sollecitazioni meccaniche possono portare alla degradazione dei materiali. I materiali polimerici che costituiscono l’isolamento e il rivestimento del cavo subiscono i maggiori effetti, diventando sempre più fragili e sempre meno in grado di operare con affidabilità e sicurezza. Questa tesi mira a studiare gli effetti dell’invecchiamento sulle caratteristiche del cavo, al fine di comprendere l’evoluzione delle proprietà elettriche e chimiche associate alla loro degradazione. Il polimero in oggetto è costituito da polietilene reticolato (XLPE) e additivato con antiossidanti (a base fenolica e di tioetere) e ritardanti di fiamma (ATH), invecchiati attraverso un processo accelerato con radiazioni gamma (70 Gy/h) e a una temperatura di 50 °C per un tempo massimo di 168 giorni. L’impatto dell’invecchiamento e il ruolo che giocano gli antiossidanti sui questi materiali viene monitorato con tecniche diagnostiche di spettroscopia dielettrica, misure delle correnti di polarizzazione e depolarizzazione, tempo di induzione all’ossidazione, FTIR e allungamento percentuale a rottura.

Depending on their location in a nuclear power plant, cables are exposed to mechanical stresses, elevated temperature, radiation, humidity and environmental stresses which can lead the cables to an earlier degradation if not well designed. For this reason, it is crucial to understand how materials that insulation and jacket are made of, installed in NPPs, will age during their service life and to develop condition monitoring techniques to assure continued safe operation under the normal operating condition and under Design Basis Event (DBE). Nowadays methods based on tensile tests like Elongation at Break (EaB) are the most used as condition monitoring technique since their direct correlation with the ageing effect. However, these destructive methods consist in the destruction of the cables and their replacement in their initial position which means a decrease of reliability of the entire system. Non-destructive techniques such as Dielectric Spectroscopy (DS) are showing good correlation with ageing. In this work, DS on a three-conductor long cable with a thermally-aged middle section is carried out. Starting with measurements of the electrical properties of a pristine cable and the same type of cable with the aged section for a first preliminary assessment, the latter is made successively shorter and the variation of the capacitance (here considered as specific capacitance, pF/m) and dissipation factor are studied with the increase in Damage Ratio (R), the ratio between the length of the damaged section and the total length of the cable. The goal is to figure out if it is possible to detect ageing effect by measuring electrical properties of the pristine section of the same cable, i.e. if the DS can distinguish between a pristine cable and the same cable containing a middle thermally-aged section.

Il presente elaborato di tesi si pone come obiettivo principale la progettazione di un sistema innovativo per elettrofilatura, che sfrutta un elemento rotante per produrre film composti da nanofibre polimeriche. Il risultato di questo processo possiede proprietà piezoelettriche, che gli permettono di trovare un ampio spettro di applicazioni nella branca della sensoristica e del recupero energetico da attività antropiche. Questo prodotto viene abitualmente realizzato con una tecnica che ha solo recentemente ritrovato applicazioni interessanti. Essa prende il nome di elettrofilatura perché sfrutta elevati campi elettrici per generare fibre polimeriche di centinaia di nanometri di diametro a partire da una soluzione liquida. Sono state eseguite simulazioni mediante l’ausilio del software Comsol Multiphysics®, con il principale obiettivo di eseguire un confronto sui valori di campo elettrico fra gli elettrodi nelle due tecnologie. Si espongono quindi i passaggi relativi alla progettazione e costruzione del generatore di fibre senza ago. L’idea iniziale di un disco metallico liscio, viene rimpiazzata dalla scelta di una ruota dentata che soddisfa meglio i requisiti necessari alla produzione di fibre di buona qualità. Le fibre ottenute sono state dapprima osservate al microscopio elettronico a scansione e in seguito impregnate in un materiale elastomero. Infine è stata verificata la risposta piezoelettrica dei provini, andando a misurare la tensione erogata in seguito a sollecitazioni meccaniche di tipo impulsivo e sinusoidale mediante banco vibrante.

Il seguente elaborato di tesi è stato svolto presso il DEI, Dipartimento di Ingegneria dell’Energia Elettrica e dell’Informazione “Guglielmo Marconi”, nel Laboratorio di Innovazione Tecnologica (LIT).L’obiettivo primario delle attività sperimentali svolte è la caratterizzazione delle nanofibre piezoelettriche ottenute in seguito ad un processo di elettrofilatura ottimizzato in modo da poter operare con le maggiori tensioni possibili.L’effetto piezoelettrico è la proprietà che caratterizza una famiglia di materiali dielettrici, detti appunto piezoelettrici, con struttura cristallina a simmetria non centrale, di rispondere ad una sollecitazione esterna tramite generazione di una differenza di potenziale, dunque, sono in grado di convertire l’energia meccanica in energia elettrica. Questa particolare proprietà li ha resi, al giorno d’oggi, materiali molto interessanti e trovano applicazione soprattutto nel campo dell’energy harvesting e del sensing. In questa tesi si studia uno dei modi di produzione di materiali piezoelettrici, l’elettrofilatura. Mediante questa tecnica si producono nanofibre cui generalmente va applicato un processo di post-polarizzazione per ottimizzare la proprietà piezoelettrica: in questa trattazione viene processata l’elettrofilatura con collettore posto ad una tensione negativa e con ago relativamente vicino, in modo d’avere campi elettrici elevati e creare fibre piezoelettriche senza la necessità di un trattamento di post polarizzazione. Come ultimo passo è stata valutata l’interazione tra nanofibre e matrice di PDMS e sono state effettuate prove di compatibilità tra diversi materiali al fine di implementare degli elettrodi sul provino.

Nell’elaborato di tesi magistrale, dal titolo “Sviluppo e caratterizzazione elettromeccanica di un sensore piezoelettrico nanofibroso per applicazioni in laminati compositi”, si è studiata la possibilità di produrre un laminato composito sensorizzato con finalità di Structural Health Monitoring (SHM). Lo studio si è concentrato sui materiali piezoelettrici che risultano particolarmente adatti per finalità di sensing in quanto rispondono ad uno stimolo meccanico con una variazione nel livello di polarizzazione elettrica. Nel lavoro di tesi è descritto il processo produttivo in tutte le sue fasi per la realizzazione di un sensore piezoelettrico che ricalchi la struttura del GLARE (Glass Reinforced Aluminium Laminate). Si tratta di un laminato avanzato per applicazioni aerospaziali strutturali costituito da fogli di alluminio intervallati da strati di pre-preg in fibra di vetro (GFRP-Glass Fiber Reinforced Polymers). La sensorizzazione è stata ottenuta attraverso l’utilizzo di nanofibre piezoelettriche di P(VDF-TrFE), realizzate tramite la tecnica dell’elettrofilatura, e integrate nel laminato, permettendo un monitoraggio costante di tutta la struttura. Obiettivo principale della tesi è stato quello di realizzare un modello matematico-circuitale equivalente del sensore, in grado di prevedere la risposta del sensore per qualsiasi tipologia di forza in ingresso. In particolare, si è sviluppato uno studio sull’effetto della variazione dei parametri circuitali del sistema di acquisizione, che in alcune condizioni permette di rilevare carichi quasi-statici, nonostante il sensore piezoelettrico sia adatto principalmente alla rilevazione di carichi dinamici

Le attività svolte sono state incentrate sulla ottimizzazione e sul controllo del processo di elettrofilatura di soluzioni polimeriche per la realizzazione di membrane nanofibrose piezoelettriche per applicazioni Sensing ed Energy Harvesting ad alte prestazioni. Uno degli scopi di questa tesi è stato quello di realizzare un sistema di controllo in Arduino per la gestione dei generatori di alta tensione e per il monitoraggio di temperatura e umidità all’interno di un ambiente controllato, tentando quindi di isolare il processo di elettrofilatura dall’influenza dell’ambiente esterno. È stata eseguita una ottimizzazione del processo di elettrofilatura standard per il nuovo materiale e sono state caratterizzate le fibre ottenute attraverso l’utilizzo di Microscopia Ottica e SEM, per valutarne il diametro, l’uniformità e l’omogeneità. Sono state realizzate membrane piezoelettriche elettrofilate con una tecnica “limite”, cercando di spingere al massimo il campo elettrico aumentando la tensione applicata e riducendo la distanza. Con questo sistema è possibile ottenere fibre che presentano caratteristiche piezoelettriche notevoli senza bisogno di ulteriori processi di post-polarizzazione. Simulazioni del campo elettrico sono state eseguite attraverso il software Comsol per valutare l’effetto della geometria, della distanza e dei parametri di processo sulla distribuzione e sull'intensità del campo elettrico nello spazio. Le membrane elettrofilate con processo standard e in condizioni limite sono state successivamente integrate in matrici di PDMS e Resina epossidica, predisponendole per una possibile integrazione in altri compositi, sono state eseguite analisi SEM per valutare la qualità dell'impregnazione. Sono state eseguite prove di sollecitazione meccanica impulsiva e sinusoidale per valutare la risposta elettromeccanica dei dispositivi piezoelettrici ottenuti e per confrontare il risultato dell’impiego di diversi materiali di impregnazione.

L'elaborato ottimizza più sistemi energetici per dare al cliente la possibilità di staccarsi completamente o parzialmente dalla rete elettrica e del gas metano. Inoltre si cerca di dare al cliente la possibilità di risparmiare il più possibile ottimizzano le ore del sistema co-generativo atto a coprire possibili fabbisogni energetici e in caso di un sistema ad isola parziale,da la possibilità di vendere l'energia prodotta alla rete per diventare un sito produttivo decentrato.