SMART ENERGY HARVESTING DEVICES
Anno accademico 2020/2021 - 2° annoCrediti: 9
SSD: ING-INF/07 - Misure elettriche e elettroniche
Organizzazione didattica: 225 ore d'impegno totale, 146 di studio individuale, 49 di lezione frontale, 30 di esercitazione
Semestre: 2°
ENGLISH VERSION
Obiettivi formativi
Gli obiettivi formativi specifici sono funzionali alla figura professionale che il corso si propone di formare, ovvero quella dell'esperto nell’ambito di dispositivi per recupero energetico da fonti ambientali convenzionali e non convenzionali. Il contesto "smart" riguarda la possibilità di coadiuvare altre funzioni di interesse in ambito ingegneristico, includendo la posibilità di misurare grandezze fisiche di interesse. Diversi campi di applicazione saranno considerati con particolare enfasi su macchine elettriche, sistemi di alimentazione e di potenza, architetture industriali.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
Lezioni frontali
Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.
Prerequisiti richiesti
Per il proficuo raggiungimento degli obiettivi prefissati allo studente sono richiesti i seguenti prerequisiti:
Fisica, Elettronica/Misure elettriche ed elettroniche
Frequenza lezioni
Consigliata
Contenuti del corso
Unità 1. Introduzione
Sistemi a recupero energetico, sorgenti ambientali convenzionali e non convenzionali, ambiti applicativi.
Unità 2. Sistemi di trasduzione
Materiali, tecnologie e meccanismi di trasduzione in recuperatori di energia da sorgenti esterne (es. vibrazioni, sistemi rumorosi, gradienti termici, sorgenti luminose, fluidi in movimento, ecc.).
Unità 3. Metriche e performance
Caratteristiche metrologiche di interesse per la stima delle performance in sistemi a recupero energetico. Caratterizzazione metrologica.
Unità 4. Recupero energetico da sorgenti vibrazionali periodiche
Sistemi dinamici lineari, meccanismi di conversione, rendimenti. Sorgenti e forme d’onda. Progettazione, modellizzazione e simulazione. Casi studio: sorgenti a 50 Hz, sistemi elettromeccanici, sistemi di potenza e rete elettrica.
Unità 5. Recupero energetico da sorgenti rumorose
Sistemi dinamici non lineari, ruolo delle non linearità e rendimenti. Sorgenti e forme d’onda. Progettazione, modellizzazione e simulazione. Casi studio: sorgenti di vibrazioni rumorose in ambito industriale, ambienti rumorosi e segnali indotti.
Unità 6. Scalabilità
Sistemi a recupero energetico in scala macro/micro e nano-metrica. Processi, materiali e fabbricazione. Progettazione, modellizzazione e simulazione. Performance.
Unità 7. Circuiti di condizionamento
Soluzioni classiche, approcci innovativi per il recupero energetico da vibrazioni anche random e a bassa ampiezza. Soluzioni e convertitori diode-less. Metodi zero-standby. Sistemi accoppiati per il condizionamento dei segnali.
Unità 8. Sistemi di misura autonomi e quasi-autonomi
Caratteristiche dei sistemi di misura e nodi autonomi o quasi autonomi. Sistemi a recupero energetico intelligenti per il sensing e il recupero. Criteri di progettazione.
Unità 9. Recuperatori di energia basati su materiali/soluzioni innovative
Recuperatori ibridi, recupero di energia multi-sorgente, materiali multifunzionali.
Unità 10. Recuperatori di energia green
Materiali, strutture e principi per la realizzazione di trasduttori eco-friendly e biodegradabili. Processi realizzativi, progettazione e caratterizzazione. Sistemi lineari e non lineari basati su cellulose batterica per recupero energetico da vibrazioni.
Unità 11. Laboratorio
Validazione dei concetti teorici. Progettazione/realizzazione/caratterizzazione di sistemi a recupero energetico e dispositivi di misura intelligenti nel contesto dei sistemi elettrici e architetture industriali.
Testi di riferimento
Priya, S., & Inman, D. J. (Eds.). (2009). Energy harvesting technologies (Vol. 21, p. 2). New York: Springer.
Kazmierski, T. J., & Beeby, S. (2014). Energy harvesting systems (p. 2011). New York: Springer.
Programmazione del corso
| Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|
| 1 | Introduzione/Introduction | Priya, S., & Inman, D. J. (2009), chapter 1 |
| 2 | Sistemi di trasduzione/Transduction systems | Priya, S., & Inman, D. J. (2009), chapter 2 |
| 3 | Metriche e performance/Metrics and performance | Priya, S., & Inman, D. J. (2009), chapter 3 |
| 4 | Recupero energetico da sorgenti vibrazionali periodiche/Energy harvesting from periodic sources | Kazmierski, T. J., & Beeby, S. (2014), chapter 1 |
| 5 | Recupero energetico da sorgenti rumorose/Energy harvesting from random sources | Kazmierski, T. J., & Beeby, S. (2014), chapter 1 - Priya, S., & Inman, D. J. (2009), chapter 8 |
| 6 | Scalabilità/Scaling | Priya, S., & Inman, D. J. (2009), chapter 10 |
| 7 | Circuiti di condizionamento/Conditioning circuits | Priya, S., & Inman, D. J. (2009), chapter 10 |
| 8 | Sistemi di misura autonomi e quasi-autonomi/Autonomous and quasi-autonomous measurement systems | Kazmierski, T. J., & Beeby, S. (2014), chapter 3 - Priya, S., & Inman, D. J. (2009), chapter 9 - |
| 9 | Recuperatori di energia basati su materiali/soluzioni innovative/Energy harvesting systems based on innovative materials/solutions | manuscript/paper |
| 10 | Recuperatori di energia green/Green energy harvesters | manuscript/paper |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
Prova orale/laboratorio
La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
Progettazione di un dispositivo di harvesting/sensing
Modeling di un dispositivo di harvesting/sensing
Simulazione di un dispositivo di harvesting/sensing
Caratterizzazione di un dispositivo di harvesting/sensing
Applicazione/test di un dispositivo di harvesting/sensing