Tesis sobre el tema "Trasmissione elettrica"

Lo studio intrapreso si è posto come obiettivo la caratterizzazione dal punto di vista elettrico dei materiali coinvolti nella realizzazione di accessori per applicazioni in HVDC, in particolare mescole isolanti, semiconduttive e varioresistive. La necessità di un lavoro di questo tipo viene giustificata dalla costante espansione dei sistemi in DC nella trasmissione dell’energia elettrica, i quali presentano caratteristiche fisiche che si differenziano sensibilmente da quelle tipiche dei tradizionali sistemi in AC, dunque richiedono componenti e materiali opportunamente progettati per garantire condizioni di servizio sicure e affidabili. L’obiettivo della trattazione consiste nello studio di analogie e differenze tra le proprietà elettriche fornite da prove su diverse configurazioni di provini, nella fattispecie di tipo piano e cilindrico cavo. In primo luogo si studiano i provini di tipo piano al fine di ricavare informazioni basilari sul materiale e sulla mescola che lo costituisce e di prendere decisioni relative al proseguimento dei test. Dopo aver effettuato un sufficiente numero di test su varie tipologie di provini piani e aver riconosciuto le mescole più performanti dal punto di vista elettrico, meccanico e termico, si procede alla realizzazione di provini cilindrici stampati, su cui si intraprendono le medesime misure effettuate per la configurazione piana. Questa seconda fase di caratterizzazione è fondamentale, in quanto consente di verificare che le proprietà già studiate su piastra si conservino in una geometria molto più simile a quella assunta dal prodotto finale evitando di sostenere costi onerosi per la produzione di un accessorio full-size. Il lavoro è stato svolto nel laboratorio elettrico di alta tensione della divisione R&D del gruppo Prysmian di Milano, leader mondiale nella produzione di sistemi in cavo per alte e altissime tensioni.

La stima dello stato di un sistema elettrico rappresenta un processo di stima di un gruppo di variabili di stato, in un preciso istante di tempo, che lo descrivano in modo univoco partendo da un certo numero di misure tenendo conto delle incertezze ad esse correlate. Conoscere lo stato di un sistema è fondamentale per una gestione efficiente, in sicurezza e nel rispetto dei vincoli tecnici, delle reti elettriche. La tesi ha come obiettivo la procedura di stima dello stato mediante il metodo dei minimi quadrati ed in particolare alla sua applicazione a reti di distribuzione dell’energia elettrica. La stima dello stato di reti di distribuzione pone problemi particolari essenzialmente legati al gran numero di carichi, e quindi di nodi, in genere non monitorati in tempo reale, e alla lunghezza limitata delle linee, specie in reti urbane. Il gran numero di nodi e l’assenza di misure in numero sufficiente a rendere la rete osservabile e La tesi analizza tali aspetti mediante applicazione di un algoritmo di stima dello stato, disponibile nella libreria Matpower di Matlab, a due reti test di diverse caratteristiche. La prima è una rete test IEEE disponibile in letteratura, caratterizzata da lunghi feeder rurali a tensione nominale 4,16 kV, ed una porzione della rete di distribuzione AMAIE di Sanremo, caratterizzata da feeder urbani in cavo, a tensione nominale 15 kV. Le principali difficoltà riscontrate nell’esecuzione di calcoli di lod flow e stima dello stato della rete reale sono risultati legati alla complessità della topologia della rete, al gran numero di nodi utenti finali e alla presenza di misure distribuite solo in un determinato porzione della rete, dalla presenza di un gran numero di misure in bassa tensione ed alla necessità di identificare la rete a partire dalla sua descrizione contenuta in un file avente un formato particolare (hdc).

L'oggetto di questa tesi riguarda l'implementazione di un modello di Unit Commitment mediante la programmazione lineare mista intera per individuare il piano di lavoro dei generatori a minor costo di esercizio. Il modello proposto include anche il criterio di sicurezza N-1, ossia la configurazione che, quando possibile, permette comunque l'alimentazione del carico anche se un elemento della rete è fuori servizio. Il modello è stato implementato nell'ambiente di modellazione AIMMS. Per riassumere in breve il lavoro di tesi vengono di seguito elencati i principali punti di studio: 1)approfondimento di tipo economico per conoscere il modo in cui viene previsto il carico da soddisfare: tale carico rappresenta un dato input per un problema di UC; 2)realizzazione di un modello di UC a partire dagli articoli disponibili in letteratura; 3) individuazione dei dati reali da utilizzare come input al problema di UC; 4)analisi della soluzione ottenuta con il modello di UC sicuro; 5)considerazioni sull'analisi di sicurezza di tipo N-1; 6) analisi dei risultati dei modelli UC con N-1 linee e N-1 generatori e calcolo delle matrici ptdf (fattori di distribuzione di transito della potenza nella rete); 7) individuazione delle variabili binarie di ottimo in grado di fronteggiare un imprevisto N-1; 8) utilizzo delle binarie di ottimo al modello di UC sicuro per individuare i costi di produzione.

Liberalisation of the European electricity industry: interconnecting incumbents? Development of European electricity transmission grid: economic investments for reliability? Promoting renewable energy sources for electricity: can the transmission grid guarantee it?

Il monitoraggio dello stato di salute dei componenti strutturali è diventato una delle principali attività di ricerca nel campo aerospaziale, civile e meccanico. Oltre ad essere usati per il monitoraggio, i trasduttori piezoelettrici possono essere adoperati per trasmettere i risultati dell’ispezione ad una unità centrale che elabori i dati. Per quanto riguarda la comunicazione ad ultrasuoni, se il trasmettitore ed il ricevitore sono posizionati sulla stessa struttura metallica o su altri materiali l’utilizzo delle onde ultrasoniche per la comunicazione è necessario per non dover aggiungere cavi e per ovviare a problemi di interferenze causate dall’impiego di onde elettromagnetiche. Per lo studio in esame del canale di comunicazione è stato sviluppato un codice che utilizza la modulazione CDMA ed in particolare lo spread spectrum cioè una tecnica di trasmissione dove il segnale è trasmesso con una banda di frequenza maggiore di quella necessaria.

Questa tesi di laurea descrive il progetto del riduttore, usato per realizzare la trasmissione del moto dal motore elettrico alle ruote di un autoveicolo ibrido o elettrico. Per prima cosa vengono analizzate le caratteristiche richieste al riduttore, definendone il layout ed il rapporto di riduzione; successivamente si studiano le sollecitazioni a cui il rotismo sarà sottoposto, per definire correttamente un ciclo di carico da usare nel dimensionamento dei vari componenti. Fatto ciò, vengono calcolati e modellati i componenti interni del riduttore. Infine viene anche eseguito uno studio funzionale della carcassa che dovrà contenere tali componenti.

La tesi si pone come obiettivo l’analisi dei sistemi HVDC in tutte le loro configurazioni e applicazioni, in particolare, si articola come segue: è stata eseguita un’approfondita analisi della letteratura scientifica dei sistemi HVDC, tenendo conto di tutti i suoi componenti, partendo dalle configurazioni tipiche di questa tipologia di impianti arrivando allo studio delle varie modalità di funzionamento che questi sistemi possono assumere. Viene inoltre affrontata la tematica relativa al funzionamento dinamico dei sistemi HVDC con convertitori multi-livello nel caso di guasto. Viene quindi effettuato uno studio elettromagnetico per individuare i diversi problemi che possono insorgere sui componenti del sistema HVDC, ponendo maggiore attenzione alle sovratensioni di origine transitoria che si generano sul bus DC del collegamento stesso. In particolare, sono stati effettuati diversi studi elettromagnetici al fine di valutare quali fossero le sovratensioni transitorie di valore maggiore. Si è quindi provveduto a limitare questo fenomeno adottando scaricatori di sovratensione, valutando successivamente quanto fosse la riduzione di sovratensione ottenuta. Inoltre, sono stati analizzati i recenti sistemi HVDC multi-infeed. In particolare, sono state valutate le interazioni tra il convertitore LCC e il convertitore VSC quando si verifica una sovratensione transitoria sul terminale VSC. I collegamenti HVDC presenti oggigiorno, sono sistemi composti da numerosi componenti che necessariamente hanno bisogno di cooperare e lavorare in maniera continuativa e senza interruzioni. Lo studio, dunque, dell’affidabilità e della disponibilità dei sistemi HVDC sono parte integrante di quello che racchiude l’insieme delle valutazioni necessaria all’analisi della resilienza del sistema elettrico. Per questi motivi, questa tesi di ricerca presta grande attenzione agli studi di affidabilità e disponibilità dei sistemi HVDC e, in particolare, dei sistemi basati su convertitori a tensione impressa (VSC). Gli studi sull’analisi dell’attendibilità e della disponibilità pongono le loro basi, come è facile immaginare, su approfondimenti di probabilità e statistica, per questo, sono state fornite le principali ed utili nozioni per l’utilizzo dei metodi presentati successivamente. In particolare, viene affrontato lo studio dell’affidabilità dei convertitori multilivello, tenendo conto delle diverse modalità di gestione delle ridondanze dei convertitori. Si è quindi passati allo studio dettagliato delle catene di Markov e di come potrebbero essere utilizzate per modellare in modo appropriato un sistema HVDC di tipo monopolare simmetrico. In particolare, le catene di Markov vengono utilizzate per evidenziare come la gestione delle parti di ricambio dei componenti del sistema HVDC influisca sulla disponibilità dell’intero sistema. Successivamente, l’analisi di affidabilità e disponibilità è stata estesa anche ai cosiddetti sistemi in corrente continua “multiterminale” (MTDC). Questi sistemi essendo molto complessi, sia in termini di topologia che di numero di stati che il sistema complessivo può assumere, sono stati analizzati adottando un metodo matriciale denominato metodo “Multi-State Reliability” (MSR). Con questo metodo, sono stati confrontati diversi sistemi multi-terminale utilizzando diverse tecnologie di conversione HVDC. Infine, i metodi Multi-State Reliability e quello delle catene di Markov sono stati combinati per analizzare diverse configurazioni di sistemi HVDC multi-terminale. In particolare, è stato evidenziato come, per una corretta analisi dell’affidabilità dei sistemi HVDC, si debba tener conto della reale gestione di ogni componente e di ogni sua riserva.
The thesis aims to analyze HVDC systems in all their configurations and applications, in particular, is divided as follows: An in-depth analysis of the scientific literature of HVDC systems was carried out, taking into account all its components, starting from the typical configurations of this type of system, arriving at the study of the various operating modes that these systems can assume. The issue relating to the dynamic operation of HVDC systems with multi-level converters in the event of a fault is also addressed. An electromagnetic study is then carried out to identify the various problems that may arise on the components of the HVDC system, paying greater attention to the transient overvoltages that are generated on the DC bus of the connection itself. In particular, several electromagnetic studies were carried out to evaluate which were the transient overvoltages of higher value. Therefore, we proceeded to limit this phenomenon by adopting surge arresters, subsequently evaluating how much was the reduction in overvoltage obtained. In addition, the recent multi-infeed HVDC systems were analyzed. In particular, the interactions between the LCC converter and the VSC converter were evaluated when a transient overvoltage occurs on the VSC terminal. The HVDC connections present today are systems composed of numerous components that have to cooperate and work continuously and without interruptions. Therefore, the study of the reliability and availability of HVDC systems are an integral part of what encompasses the set of assessments necessary for the analysis of the resilience of the electrical system. For these reasons, this research thesis pays great attention to the reliability and availability studies of HVDC systems and, in particular, to voltage source converters (VSC) based systems. The reliability and availability analysis lays its foundations on in-depth studies of probability and statistics. For this reason, the main notions and definitions used throughout the thesis are subsequently given. In particular, the study of the reliability of multi-level converters is addressed, taking into account the different ways of managing the converters’ redundancies. A thorough study of Markov chains and how they could be used to model symmetrical monopolar configurations is presented. In particular, Markov chains are used to highlight how the management of spare parts of HVDC system components affects the availability of the overall system. Subsequently, the analysis of reliability and availability was also extended to the multi-terminal direct current systems (MTDC). These very complex systems, both in terms of topology and in the number of possible states, have been analyzed by adopting a matrix-based method called the “Multi-State Reliability” method (MSR). With this method, different multi-terminal systems were compared using different HVDC converter technologies. Finally, the Multi-State Reliability and the Markov chain methods were combined to analyze different configurations of multi-terminal HVDC systems. In particular, it was highlighted how, for a correct analysis of the reliability of HVDC systems, the real installation and spares management of each component must be taken into account.

This PhD thesis analyses the compatibility of large scale installations of the Na-beta technology for electrochemical stationary storage of electrical energy in the high voltage network, in order to support the electrical system in the management of the renewable energy sources. The reliability, the safety and the environmental compatibility of the two Na-beta batteries, i.e. the sodium-nickel chloride and the sodium-sulphur ones, were deeply analysed by means of detailed risk analysis. Moreover, an innovative modelling approach based on matrixes is presented for sodium-nickel chloride technology, which could be easily extended to the sodium-sulphur batteries, considering the similarities of these two technologies. Furthermore the presented modelling approach was validated by comparing the electrical model results with experimental measurements carried out in collaboration with Terna (the Italian Transmission System Operator) in the ENEA laboratories in Rome. A 7.8 kW module was tested and the agreement between measurements and the model results was very good.
In questa tesi viene analizzata la compatibilità  della tecnologia di accumulo elettrochimico stazionario dell'€energia elettrica nota come Na-beta per installazioni su larga scala sulla rete elettrica di trasmissione allo scopo di supportare il sistema elettrico nella gestione delle problematiche relative alla sempre maggiore penetrazione di fonti di energia rinnovabile sulla rete. Dettagliate analisi di rischio sono state condotte in collaborazione con le aziende produttrici sulle due tipologie di batterie Na-beta, ovvero quella sodio-cloruro di nichel e quella sodio-zolfo per valutare l'€affidabilità nell'esercizio, la sicurezza per le persone e la compatibilità ambientale. Viene inoltre presentato un approccio di modellizzazione matriciale innovativo per la tecnologia sodio-cloruro di nichel, facilmente estendibile alle batterie sodio-zolfo date le caratteristiche molto simili delle due tecnologie. Il modello realizzato, di tipo elettrico, è stato validato mediante confronto dei risultati con misure sperimentali effettuate in collaborazione con Terna nei laboratori ENEA di Roma su di un modulo da 7,8 kW, dando un'€ottima concordanza sia in regime permanente che transitorio.

La maggior parte dei moderni dispositivi e macchinari, sia ad uso civile che industriale, utilizzano sistemi elettronici che ne supervisionano e ne controllano il funzionamento. All’ interno di questi apparati è quasi certamente impiegato un sistema di controllo digitale che svolge, anche grazie alle potenzialità oggi raggiunte, compiti che fino a non troppi anni or sono erano dominio dell’ elettronica analogica, si pensi ad esempio ai DSP (Digital Signal Processor) oggi impiegati nei sistemi di telecomunicazione. Nonostante l'elevata potenza di calcolo raggiunta dagli odierni microprocessori/microcontrollori/DSP dedicati alle applicazioni embedded, quando è necessario eseguire elaborazioni complesse, time-critical, dovendo razionalizzare e ottimizzare le risorse a disposizione, come ad esempio spazio consumo e costi, la scelta ricade inevitabilmente sui dispositivi FPGA. I dispositivi FPGA, acronimo di Field Programmable Gate Array, sono circuiti integrati a larga scala d’integrazione (VLSI, Very Large Scale of Integration) che possono essere configurati via software dopo la produzione. Si differenziano dai microprocessori poiché essi non eseguono un software, scritto ad esempio in linguaggio assembly oppure in linguaggio C. Sono invece dotati di risorse hardware generiche e configurabili (denominate Configurable Logic Block oppure Logic Array Block, a seconda del produttore del dispositivo) che per mezzo di un opportuno linguaggio, detto di descrizione hardware (HDL, Hardware Description Language) vengono interconnesse in modo da costituire circuiti logici digitali. In questo modo, è possibile far assumere a questi dispositivi funzionalità logiche qualsiasi, non previste in origine dal progettista del circuito integrato ma realizzabili grazie alle strutture programmabili in esso presenti.

L’obiettivo di questo elaborato consiste nel descrivere come ampliare un sistema di lettura di dati ambientali, provvisto solo di sensori di temperatura, e come, una volta ricevuti i dati trasmessi, elaborare e demodulare i dati per la rilevazione delle informazioni ambientali. Il prototipo è costituito da cinque elementi fondamentali: un Raspberry Pi , un sensore per la lettura della temperatura, un sensore per la lettura dell’umidità, un dispositivo per la trasmissione wireless dei dati ed un dispositivo per la ricezione dei dati. L’implementazione software del circuito è stata possibile in seguito alla ricostruzione del circuito ed alla riconfigurazione del Raspberry Pi. Sulla base di questo si è scelto di suddividere le problematiche di implementazione software in quattro capitoli che rappresentano il procedimento seguito in fase di sviluppo del sistema e del presente elaborato. Nel primo capitolo vengono descritti i motivi per i quali è stato necessario modificare il sistema operativo su cui lavora il Raspberry Pi ed i procedimenti che hanno reso possibili queste modifiche. Nel secondo capitolo si discute l’aggiornamento hardware apportato dal nuovo sensore per la lettura dell’umidità con l’annesso codice di lettura. Nel terzo capitolo si tratta la modifica software per l’abilitazione automatica del sistema di lettura e trasmissione con una panoramica sul codice aggiornato per la gestione del nuovo sensore e del nuovo pacchetto da trasmettere. Nel quarto ed ultimo capitolo sono mostrati i passaggi che sono stati effettuati in sede di ricezione per elaborare e demodulare i dati ricevuti con particolare attenzione agli aspetti più critici del processo.

Questo elaborato analizza un sistema di trasmissione Powerline e ne studia le prestazioni al variare del rapporto segnale rumore. In particolare, viene introdotto un algoritmo di sincronizzazione per il recupero del sincronismo al ricevitore e si valuta l'efficacia di questa tecnica introducendo non idealità.

Hybridization and electrification of mobile working machinery are becoming promising areas of research and development for the off-highway industry. In this context, numerical modeling plays a fundamental role in predicting the performance of the vehicle transmission system and in optimizing its operation. A good design of the mechanical and electrical components of a hybrid transmission can be achieved only through an integrated approach. Regarding the hybrid electric traction, by means of the Ph.D. with high level training apprenticeship contract, I proceeded to the identification and analysis of some schemes in order to develop innovative solutions for the off-highway industry. I dealt with innovative solutions focusing on the modeling of industrial hybrid electric transmissions and agricultural electric powersplit transmissions. I chose to use AMESim as 1D multi-domain dynamic simulation tool. The results showed that an industrial vehicle equipped with an electric-hydrodynamic hybrid transmission, demonstrates 8% lower fuel consumption than a conventional vehicle. A representative working cycle defined by the author on the basis of the company experience and the data collected in literature was proposed as basis for comparison. Within the agricultural transmissions the electric variator has proved to be more competitive even better than conventional hydrostatic variator for power-split applications. I went into detail about the design of electrical machines and their related power and control technologies adopted for off-highway hybrid transmission considering also their integration into the mechanical system. This activity, aimed at the design of an electric drive for an industrial application, has allowed me to develop a model of electric motor, taking into account iron and copper losses, to be integrated in the simulation model of the complete vehicle. In this way, the electromagnetic and thermal design aspects were examined, identifying the parameters of optimization and the trade-offs that play a role in the design of a permanent magnet synchronous electric machine and in the development of the control algorithms. Having identified and quantified the benefits of hybrid solutions compared to conventional designs, thanks to the skills that I have acquired during the training period inside the company, my research has focused on the development of a preliminary design for a hybrid transmission, addressing also constructive aspects: from mechanical design to manufacturing and assembly. This concept will be tested in the research and development department of the company upon completion of the detailed design.
L'elettrificazione e l'ibridizzazione delle macchine agricole e industriali sono e saranno negli anni a venire le principali aree di ricerca e sviluppo per il settore off-highway. In questo contesto la modellazione numerica gioca un ruolo fondamentale nel predire le prestazioni del sistema di trasmissione del veicolo ed ottimizzare il suo funzionamento. Una buona progettazione della componente meccanica ed elettrica di una trasmissione ibrida può essere raggiunta solo tramite un approccio sistemico. Attraverso il percorso di Apprendistato in Alta Formazione ho proceduto all'individuazione di alcuni architetture realizzabili nell'ambito della trazione ibrido elettrica, ed alla loro analisi finalizzata allo sviluppo di soluzioni innovative per il settore. Ho affrontato soluzioni all'avanguardia concentrandomi sulla modellazione di trasmissioni industriali ibride elettro-idrodinamiche e trasmissioni agricole a ripartizione di potenza elettrica. Ho scelto di utilizzare AMESim come strumento di simulazione dinamica 1D multidominio. I risultati hanno dimostrato come un veicolo industriale equipaggiato con una trasmissione ibrida elettro-idrodinamica dimostri consumi di carburante inferiori dell'8% rispetto al veicolo convenzionale in un ciclo rappresentativo di utilizzo definito dall'Autore in base all'esperienza aziendale e a dati reperiti in letteratura. Nell'ambito delle trasmissioni agricole la ripartizione di potenza elettrica si è dimostrata concorrenziale se non vantaggiosa rispetto all'odierna ripartizione di potenza idrostatica. Sulla base dei modelli sviluppati, ho approfondito gli aspetti di progettazione delle macchine elettriche e le relative tecnologie di alimentazione e di controllo, anche in relazione con il loro impiego nei sistemi ibridi di trasmissione per applicazioni nel settore off-highway e alla loro integrazione con le componenti meccaniche. Questa attività, finalizzata alla progettazione di un azionamento elettrico per una applicazione industriale, mi ha consentito di definire un modello di macchina elettrica, completo di perdite, da poter integrare nel modello di simulazione del veicolo. In questo percorso, gli aspetti di progettazione elettromagnetica e termica sono stati approfonditi, permettendo di identificare i parametri di ottimizzazione ed i trade-offs che giocano un ruolo primario nella progettazione di una macchina elettrica sincrona a magneti permanenti e nello sviluppo degli algoritmi di controllo. Dopo aver identificato e quantificato i vantaggi delle soluzioni ibride rispetto alle trasmissioni tradizionali, grazie alla competenze che ho acquisito nel percorso di alta formazione in azienda, la mia attività di ricerca si è concentrata sullo sviluppo di un design preliminare per una trasmissione ibrida industriale, affrontando gli aspetti costruttivi, dal dimensionamento meccanico alla produzione ed assemblaggio. Una volta completata la progettazione di dettaglio, questo concept, verrà testato nell'ambito della ricerca e sviluppo di nuovi prodotti dell'azienda.

Cigarette smoke and alendronate are two different exogenous stimuli involved in the pathogenesis of oral diseases, but their actual role in altering the epithelial barrier and function has not been thoroughly investigated, yet. To evaluate the morphological chronic effect of both agents, biopsies of normal human keratinized oral mucosa are collected respectively from smoking women (n = 5) and from osteoporotic women undergoing chronic oral therapy with alendronate (n = 6). Both groups are compared to age and sex-matched controls. The acute effects of smoke are investigated in a three-dimensional model of human oral mucosa organotypic cultures (n = 5) after exposure to the mainstream smoke coming from one single cigarette. Morphological analysis by light and transmission electron microscopy is performed on all considered samples. Chronic smoke and chronic alendronate treatment affect keratinocyte terminal differentiation and intercellular adhesion impairing desmosomal molecular composition and morphology, in a stress specific and time exposure related manner. Desmoglein 3 and desmoglein 1 distribution are altered respectively after chronic smoke and chronic alendronate treatment. Epithelial proliferation is also impaired in the alendronate treated group. On the contrary, after three hours from cigarette smoke exposure, the first significant response of the oral epithelium comes from the immediately suprabasal keratinocytes, without impairment of the epithelial junctional apparatus and apoptosis induction. The collected data highlight differences in the acute and chronic response of the oral epithelium to cigarette smoke. Moreover, reported results support the crucial signaling role of desmosomal cadherins in the oral epithelium and introduce a new issue in oral biology: the specific response of human oral mucosa to different physico-chemical stresses.

TAXONOMICAL, PHYLOGENETIC AND FUNCTIONAL STUDIES ON PHOTOSYNTHETIC MICRORGANISMS ADAPTED TO EXTREMES OF TEMPERATURE This research dealt with a morphological, ultrastuctural, physiological and taxonomical study on a cryophilic microalga isolated from a snow field of the Antelao (Dolomiti) glacier and some cyanobacteria from the thermal waters of the Euganean District. The aim of the research on these interesting photosynthetic microrganisms, living in habitats with so severe temperature conditions, was to obtain new information about the ultrastructural features, the taxonomic collocation and the physiological mechanisms enabling them to cope with the severe temperature conditions and also with the changes in this environmental factor. The green cryophilic microalga "Chlorella" saccharophila, was cultured at 4°, 8° and 16°C in order to analyze the effects of the change in growth temperature. The algal cultures responded positively to the temperature rise, showing an increase of the growth rate. The rise of the growth temperature did not affect the ultrastructure of the cells and did not change their content in chlorophylls, while it led to an increase of both carotenoid amount and carotenoid/chlorophyll ratio. The stability and functionality of the photosystems were maintained, as suggested by the constant values of the Fv/Fm ratios, the unchanged quantity of essential polypeptidic components (D1 and LHCII) and by the preservation of the correct ultrastructural organization of the thylakoidal membranes. At the rise of the growth temperature a significant increase of the photosynthetic activity, measured as in vivo oxygen emission, occurred. This was plausibly due to the increase of the rate of enzymatic reactions. The comparison of the in vivo fluorescence emission spectra (at 77K) of the algal cultures growth at the different temperatures evidenced a decrease of the emission peaks of PSII at the higher temperatures, suggesting a state transition of photosystems from state 1 (with LHCII associated to PSII) to state 2 (with LHCII moved to PSI). This change, which modified the excitation energy distribution between the photosystems was thermo-modulated and could be seen as an adaptive response of the algal cells. As regards the respiration rate of the algal cells, it, interestingly, did not show substantial changes in cultures grown at the different temperatures. Respiration analyses, accomplished after treatments with inhibitors of the distinct mitochondrial electron transport pathways, as well as Western analysis carried out with an antibody against the alternative oxidase (AOX) suggested that the lack of decrease in oxygen consumption at the lower temperature could depend on a great activity of the alternative cyanide-resistant pathway. The more suitable temperature for the growth of the cryophilic microalga, however, was that of 4°C. In fact, the higher temperatures, although maintaining and even increasing the growth rate, led in time to an anticipated senescence of the algal cultures. The first cyanobacterium from the Euganean thermal waters which was studied was a coccoid strain that the phylogenetic analysis led to consider as a new species of the Cyanobacterium genus. This cyanobacterium was named Cyanobacterium aponinum. Analyses carried out on cultures maintained at different temperatures showed that C. aponinum grew at temperatures in the range of about 20-40°C. However, in comparison with the ovoidal cells grown at 30°C, those maintained at 40°C, which had become roundish and larger, showed a decrease of photosynthesis (as in vivoO2 emission referred to chlorophyll amount), a reduction of the quantity of D1 protein of the reaction centre of PSII, evidenced by Western analysis, and a lowering of the Fv/Fm value (as chlorophyll fluorescence emission). All these results suggested an inibition and a damage of some PSII units. Interestingly, the analysis of in vivo fluorescence emission at 77K showed that the increase of growth temperature from 30° to 40°C in cells exposed to the same light conditions caused a transition of the photosystems from the state 1, with the phycobilisomes linked to the PSII, to the state 2, with the phycobilisomes linked to PSI. The increase of the temperature at 45°C led to the death of the cyanobacterium in few days. The death occurred surprisingly through an orderly programme of events. More precisely, a gradual and directed demolition of the photosynthetic pigments and thylakoids occurred from the centre towards the periphery of the cells, evidenced by a disappearance of chlorophyll autofluorescence. Moreover, the DAPI staining and the electrophoretic analysis showed that the DNA was degraded and a Western analysis demonstrated the increase in the algasl cells of a protein recognized by an antibody against the human caspase-3. At the end, only ghosts of cells remained, which were apparently integral but lacking in thylakoids and in all the other recognizable cellular components. Another cyanobacterium studied was a filamentous strain, which grew in culture at temperatures higher than 20°C and lower that 55°C. The phylogenetic analysis led to consider the examined strain as a species belonging to the genus Leptolyngbya, so that it was named Leptolyngbya sp. ETS-04. At the transmission electron microscope the strain grown at 30°C was constituted by rectangular cells with peripheral thylakoids arranged parallel to the cell wall. The filaments were surrounded by a well defined sheath. The increase of temperature at 40°C did not change the ultrastructural features of the Leptolyngbya sp. ETS-04 cells. At 50°C the cyanobacterium was characterized by huge mucilaginous sheaths, which could enclode more than one filament. On a dry weight basis not substantial differences in photosynthetic pigments were found between cultures grown at 30 and 40°C. At 50°C, instead, all the pigment contents decreased. The changes of temperature did not affect the phycobiliprotein ratios showing the preminence (about 70%) of phycocyanin. The in vivo fluorescence emission (at 77K) of the cyanobacterium cells, grown at the three temperatures, did not exhibit remarkable differences both with excitation at 560 nm (for phycobilins) and at 440 nm (for chlorophyll a) and showed that the photosystems remained in the transition state 1. The very high peaks of the phycocyanin confirmad the presence of phycobilisomes very rich in this pigment. The photosynthetic activity, measured as in vivo O2 evolution on the basis of chlorophyll amount, decreased in the culture grown at 50°C. Furthermore, also a reduction in the Fv/Fm ratio values (as chlorophyll fluorescence emission) occurred at this temperature. All this suggested some inactivation of PSII. Thus, the temperature of 50°C, although permitting the growth in culture of Leptolyngbya sp. ETS-04, results to be already stressing for this thermal strain. The increase of the temperature at 55°C led to the death of the cyanobacterium in few days. The death occurred through a massive demolition of the cells, with some debrises remaining inside the mucilaginous sheaths. The last cyanobacterium studied was a filamentous strain, which was characterized only from a morphological, ultrastructural and phylogenetic point of view. The morphological features were comparable with those of Conferva duplisecta Pollini, described in 1817 and never more signalized in the Euganean District. Morphological, ultrastructural and molecular analyses allowed a more precise definition of the taxonomy of this cyanobacterium ascribing it to the genus Oscillatoria. On the basis of the obtained results and of the more recent cyanobacterium taxonomy the name suggested for this isolated was Oscillatoria duplisecta.

In determinati contesti la comunicazione mediante mezzi di trasmissione convenzionali, come ponti radio o cablaggi di tipologie differenti, può non essere efficiente o addirittura possibile. L’implementazione di un canale di comunicazione mediante onde meccaniche può essere una valida alternativa per trasferimenti di dati a bassa bit-rate. L’obiettivo di questo lavoro è stato quello di programmare un nodo sensore trasmettitore ad ultrasuoni, ponendo le basi per la futura realizzazione di un sistema di comunicazioneche utilizzi come mezzo di trasmissione diversi tipi di strutture, come ad esempio barre in alluminio o acciaio. Gli impulsi ad ultrasuoni possono infatti essere trasmessi attraverso trasduttori piezoelettrici connessi alla struttura, e modulati opportunamente in modo da produrre onde di Lamb che viaggino nel materiale verso un ricevitore. La modulazione scelta come primo approccio alla risoluzione del problema è stata la modulazione On-OffKeying (OOK). Nel capitolo introduttivo vengono trattate genericamente le comunicazioni mediante gli ultrasuoni, la descrizione dell’architettura del nodo sensore utilizzato e della modulazione OOK con portante ad onda quadra. Nel secondo capitolo è discussa l’implementazione delle diverse macchine a stati finiti perla realizzazione della modulazione OOK e le loro caratteristiche. La programmazione del nodo nelle diverse versioni del codice prodotto è stata trattata nel terzo capitolo. Infine nel quarto capitolo sono presentate le verifiche di trasmissione dei segnali e della loro propagazione lungo una barra di alluminio alle frequenze della portante di 5 kHz e 20 kHz, mentre le conclusioni e le prospettive future sono discusse all’interno del quinto capitolo.

L’Internet Of Things rappresenta un’architettura di monitoraggio ed elaborazione distribuita, resa possibile dal continuo sviluppo dei dispositivi elettronici. Questa rete è formata da dispositivi eterogenei e non tradizionalmente associati a capacità trasmissive. Le potenzialità applicative di questo sistema sono notevoli, grazie al ricorso a dispositivi mobili, meccanicamente flessibili e in grado di operare in svariate condizioni. In particolare, un contesto applicativo significativo è rappresentato dal settore biomedicale, il quale potrebbe giovare dell’approccio IoT per la realizzazione di sensori intelligenti, facilmente indossabili e collegati in rete. L’implementazione dell’IoT in campo biomedicale richiede significativi progressi nell’ambito della tecnologia elettronica; in questo elaborato si mostrano alcune implementazioni circuitali per un sistema completo di sensing - in grado di captare, elaborare e trasmettere via wireless i dati acquisiti - realizzato interamente tramite tecnologia a semiconduttore organico, la quale consente facile costruzione, flessibilità meccanica, bassi costi e basso impatto ambientale. Oltre alle citate positive peculiarità, si propone una disamina sulle principali carenze di tale tecnologia, illustrando esplicitamente limitazioni che ancora non consentono prestazioni e affidabilità paragonabili ai sistemi basati sulla più comune tecnologia del silicio.

2009/2010
Therapy delivery in modern cardiac electrotherapy systems is based almost exclusively on the information about cardiac electrical depolarization. This kind of detection lacks any data about the myocardial contraction. An optimal heart rhythm control should integrate the assessment of the mechanical cardiac activity and related hemodynamic parameters to the already existing electrical signal analysis. A hemodynamic sensor integrated in pacing systems would be a valuable instrument for many applications. Only few hemodynamic sensors integrated in cardiac electrotherapy systems are currently available on the market. In order to fill the gap, I have explored the possibility of building a hemodynamic sensor for myocardial contraction detection that could be easily integrated in the existing cardiac pacing and defibrillator leads. In this thesis I propose two sensors. One is based on tribolectricity and the other one requires the measurement of high frequency lead parameters. The triboelectric sensor system measures the charge generated due to the triboelectric effect between one of the lead conductors and the inserted stylet as a result of the lead bending. The measurement system consists in sterile charge amplifiers for use in sterile operation field and a non-sterile enclosure containing isolation amplifiers and power supply. Atrial and right ventricular tensiometric signals were recorded during numerous ovine and human experiments and have shown good results under different measurement conditions. The main downside is the necessity of the additional hardware in terms of chronic stylet insertion in the pacing lead lumen. The sensor based on the measurement of high frequency (HF) pacing lead parameters has its origin in previous extensive in vitro experiments on the HF characteristics of the lead. These experiments have supported the idea of considering any bipolar lead to be a HF transmission line with its characteristic impedance and attenuation. An original study revaluing lead HF parameters after being soaked for more than a decade in the saline solution is presented. A parallel study on dry new leads was also carried out. The hemodynamic HF sensor is based on the variation of the pacing lead HF impedance and reflection coefficient due to its movement during cardiac contractions. The quality of the signal was proven in a series of ovine and human experiments and during dobutamine test in sheep. Both sensors would be feasible hemodynamic sensors for various applications: capture management, rate responsiveness, heart failure monitoring, CRT optimization, tachycardia hemodynamic stability assessment, AF therapy titration and vasovagal syncope prediction. These two sensors are unique for their simplicity and universality for all existing endovenous bipolar cardiac leads.
Nei moderni sistemi di stimolazione cardiaca, la terapia si basa quasi esclusivamente sull'informazione proveniente dalla depolarizzazione elettrica del miocardio. Questo metodo tuttavia, non prende in considerazione la componente meccanica della contrazione del muscolo cardiaco. Un sistema ottimale per il controllo dell'attività cardiaca dovrebbe valutare sia il segnale elettrico proveniente dal cuore sia i parametri emodinamici correlati alla contrazione del miocardio. Pertanto, un sensore emodinamico integrato nei sistemi di stimolazione cardiaca sarebbe uno strumento utile per varie applicazioni. Attualmente sul mercato sono disponibili pochi sensori emodinamici integrati nei sistemi di elettroterapia cardiaca. Nel mio progetto di ricerca ho investigato la possibilitŕ di realizzare un sensore emodinamico per la rivelazione delle contrazioni cardiache, che potesse essere facilmente integrato negli esistenti elettrocateteri per la stimolazione e defibrillazione. Ho proposto due sensori. Il primo si basa sull'effetto triboelettrico, il secondo misura le variazioni dei parametri degli elettrocateteri usati ad alta frequenza. Il primo sensore rileva la carica generata per effetto triboelettrico tra uno dei conduttori dell'elettrocatetere e il mandrino a forma di filo isolato, come conseguenza della piegatura dell'elettrocatetere durante le contrazioni del miocardio. Il sistema di rilevazione è composto da amplificatori sigillati e sterilizzati per l'utilizzo in campo operatorio sterile. Completa il sistema una scatola contenente l'alimentazione e amplificatori isolati, per l'uso al di fuori del campo sterile. Segnali elettrici sono stati registrati nell'atrio e ventricolo destro di ovini e umani, nel corso di numerosi esperimenti eseguiti in condizioni diverse. I risultati ottenuti confermano la fattibilitŕ di questo tipo di sensore, il cui maggiore svantaggio è rappresentato dalla necessità di tenere un supplementare mandrino isolato nell'elettrocatetere impiantato cronicamente. Il sensore basato sulla misurazione dei parametri in alta frequenza dell'elettrocatetere trova sue origini negli sperimenti sulle caratteristiche in alta frequenza dei cateteri considerati come una linea di trasmissione con un'impedenza caratteristica e l'attenuazione tipica della linea. Nella tesi viene descritto lo studio comparativo di questi parametri sugli stessi cateteri prima e dopo la loro immersione nella soluzione fisiologica per più di dieci anni. Inoltre, viene descritto lo stesso sperimento fatto con 15 nuovi cateteri. Il secondo sensore proposto si basa sulla misura della variazione dell'impedenza e del coefficiente di riflessione dell'elettrocatetere, considerato come una linea di trasmissione che viene piegata per effetto delle contrazioni del miocardio. La buona qualitŕ del segnale ottenuto è stata verificata con vari esperimenti condotti su ovini e umani. Il sensore è stato anche testato negli animali in ritmo artificialmente accelerato usando l'infusione di dobutamina. Entrambi i sensori proposti potrebbero venire impiegati in molteplici applicazioni nel campo dell'elettrostimolazione: adattamento automatico della corrente di stimolazione, stimolazione antibradicardica con frequenza adatta in pazienti cronotropicamente poco efficienti, monitoraggio dello scompenso cardiaco, ottimizzazione della CRT, valutazione della stabilitŕ emodinamica della tachicardia ventricolare, adattamento della terapia per la fibrillazione atriale e predizione della sincope neurocardiogenica. I due sensori descritti sono unici in termini di semplicità e versatilità, potendo venire integrati in tutti gli elettrocateteri bipolari attualmente presenti sul mercato.
XXII Ciclo
1980

Lo sviluppo del testicolo umano tra la 6a e la 16a settimana di gestazione è stato studiato mediante la microscopia elettronica a trasmissione (MET) ed a scansione (MES) ad alta risoluzione. Per lo studio con la MES, in alcuni campioni è stata eseguita la tecnica di macerazione in Osmio-Dimetilsulfossido-Osmio (ODO). Alla 6a settimana di gestazione, le cellule germinali primordiali (CGP) che hanno già colonizzato la gonade indifferenziata gradualmente intereagiscono con il mesotelio celomatico superficiale penetrando nell’interno del mesenchima. Dopo la 7a settimana di gestazione, le cellule somatiche, future cellule del Sertoli (cellule pre-Sertoli), circondano ed abbracciano con i loro prolungamenti citoplasmatici le CGP gonadiche dando così luogo ai primi cordoni testicolari. Le CGP, ora prespermatogoni, insieme alle cellule pre-Sertoli proliferano attivamente. Verso la 7,5a settimana di gestazione accadono importanti cambiamenti nella gonade. La tunica albuginea inizia a svilupparsi arricchendosi di grossi fasci di fibre di collagene ad orientamento longitudinale e trasversale; i cordoni testicolari si ramificano e si allungano in modo radiale; ed infine, nell’interstizio compaiono per la prima volta le cellule del Leydig. Queste ultime acquisiscono rapidamente tutte le caratteristiche ultrastrutturali delle cellule secernenti steroidi e raggiungono il loro massimo sviluppo tra la 14a e la 16a settimana di gestazione. In particolare, fra le cellule del Leydig si osservano numerosi spazi canalicolari che contribuiscono a costituire una sorta di unità morfofunzionale endocrina/paracrina. Le cellule del Leydig sono unite fra loro attraverso giunzioni meccaniche di tipo desmosomiale e gap. Queste ultime molto verosimilmente sono coinvolte nella coordinazione dell’attività endocrina/paracrina. In modo graduale si stabilisce nei cordoni una compartimentalizzazione, distinguendosi le aree basale (occupata dai prespermatogoni) e apicale o centrale (maggiormente occupata dalle cellule pre-Sertoli). Verso la 14a settimana di gestazione alcune cellule fibroblastiche si organizzano attorno ai cordoni formando le cellule pericordonali (pre-peritubulari); inoltre, alcuni prespermatogoni e cellule del Leydig evidenziano fenomeni apoptotici. Durante il periodo considerato in questo studio i cordoni sono compatti (non si osserva lume). Le tecniche utilizzate permettono di seguire chiaramente la particolare evoluzione della morfogenesi della gonade embrionale e fetale maschile durante le prime fasi dello sviluppo umano, processo finemente regolato e che segna il potenziale fertile nell’età adulta.
The development of the human testis was studied between the 6th and the 16th week of gestation through the use of transmission (TEM) and high-resolution field-emission scanning (SEM) electron microscopy. Some of the samples processed for SEM were also macerated by using the Osmium-Dimethylsulfoxide-Osmium (ODO) technique. At 6 weeks of gestation, primordial germ cells (PGC) have colonized the indifferent gonad and gradually interact with the superficial coelomic mesothelium penetrating into the mesenchyme. After the 7th week of gestation, somatic cells, future Sertoli cells (pre-Sertoli cells), surround and embed the gonadal PGC with their cytoplasmic processes, thus originating the first testicular cords. The PGC, now called spermatogonia, together with pre-Sertoli cells, actively proliferate. Towards the 7.5 weeks of gestation important changes occur in the gonad. The tunica albuginea consists in a large number of collagen bundles orientated longitudinally and transversally; tescular cords branch and radially elongate; finally, Leydig cells appear for the first time in the interstitial tissue. The latter rapidly acquire all the ultrastructural characteristics of steroid secreting cells and reach their maximum development between the 14th and the 16th weeks of gestation. In particular, canalicular spaces are observed among Leydig cells which likely contribute to give rise to an endocrine/paracrine morphofunctional unit. Leydig cells are joined to each other by desmosomes and gap junctions. The latter are very reasonably involved in the coordination of the endocrine/paracrine activity. Gradually a sort of compartmentalisation is established inside the cords; a basal area (occupied by prespermatogonia) and an apical or central area (mainly occupied by pre-Sertoli cells) can be distinguished. Towards the 14th week of gestation some fibroblastic cells organise around the cords thus forming the pericordonal (pre-peritubular) cells; in addition, some prespermatogonia and Leydig cells evidence apoptotic signs. During the period herein considered cords are compact (without lumen). The techniques used in this study clearly allow the visualisation of the particular evolution of the male embryo-fetal gonad morphogenesis during the first phases of the human development, a process that is finely regulated and that marks the fertile potential of the adulthood.