SMART ENERGY HARVESTING DEVICES

ING-INF/07 - 9 CFU - 2° semestre

Docente titolare dell'insegnamento

CARLO TRIGONA
Email: carlo.trigona@dieei.unict.it
Edificio / Indirizzo: DIEEI - Cittadella Universitaria
Telefono: 095 738 111
Orario ricevimento: Giovedì dalle ore 11.00 alle ore 13.00


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.


Altro materiale didattico

Slides delle lezioni su supporto digitale.



Programmazione del corso

 ArgomentiRiferimenti testi
1Introduzione/IntroductionPriya, S., & Inman, D. J. (2009), chapter 1 
2Sistemi di trasduzione/Transduction systemsPriya, S., & Inman, D. J. (2009), chapter 2 
3Metriche e performance/Metrics and performance Priya, S., & Inman, D. J. (2009), chapter 3 
4 Recupero energetico da sorgenti vibrazionali periodiche/Energy harvesting from periodic sourcesKazmierski, T. J., & Beeby, S. (2014), chapter 1  
5Recupero energetico da sorgenti rumorose/Energy harvesting from random sourcesKazmierski, T. J., & Beeby, S. (2014), chapter 1 - Priya, S., & Inman, D. J. (2009), chapter 8 
6Scalabilit√†/ScalingPriya, S., & Inman, D. J. (2009), chapter 10 
7Circuiti di condizionamento/Conditioning circuitsPriya, S., & Inman, D. J. (2009), chapter 10 
8Sistemi di misura autonomi e quasi-autonomi/Autonomous and quasi-autonomous measurement systemsKazmierski, T. J., & Beeby, S. (2014), chapter 3 - Priya, S., & Inman, D. J. (2009), chapter 9 -  
9Recuperatori di energia basati su materiali/soluzioni innovative/Energy harvesting systems based on innovative materials/solutions manuscript/paper 
10Recuperatori di energia green/Green energy harvestersmanuscript/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




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