{"id":2384,"date":"2017-04-06T12:28:05","date_gmt":"2017-04-06T10:28:05","guid":{"rendered":"http:\/\/ledspadova.eu\/?p=2384"},"modified":"2018-04-07T12:58:53","modified_gmt":"2018-04-07T10:58:53","slug":"come-recuperare-energia-dalle-vibrazioni","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.ledspadova.eu\/en\/2017\/04\/come-recuperare-energia-dalle-vibrazioni\/","title":{"rendered":"Come recuperare energia dalle vibrazioni"},"content":{"rendered":"

Sorry, this entry is only available in Italian<\/a>.<\/p>

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Luned\u00ec 10 Aprile ore 16 e 30, Aula Me, DEI. Incontro con la ricerca, 3\u00b0 appuntamento secondo semestre.<\/p>\n

\u25ba L\u2019OSPITE \u25c4<\/p>\n

I nostri ospiti sono attualmente docenti presso l\u2019Universit\u00e0 degli Studi di Padova. Il professor Daniele Desideri tiene i corsi di teoria dei circuiti per la triennale di Ingegneria dell\u2019Informazione e micro\/nano dispositivi elettrici ed elettromagnetici per la Laurea Magistrale in Ingegneria dell\u2019Energia Elettrica. Il professor Alberto Doria tiene i corsi di Meccanica applicata alle macchine e di Meccanica delle vibrazioni ed alcune delle sue principali aree di ricerca sono incentrate sulla biomeccanica del pilota e sullo sviluppo di veicoli leggeri per la mobilit\u00e0 sostenibile. L\u2019ingegner Federico Moro svolge attivit\u00e0 didattica in corsi di Elettrotecnica, dove ricopre il ruolo di Ricercatore. I suoi interessi di ricerca riguardano principalmente l’elettromagnetismo computazionale, la compatibilit\u00e0 elettromagnetica, la modellazione multi-physics.<\/span><\/p>\n

\u25ba L\u2019EVENTO \u25c4<\/p>\n

Quello dell\u2019energy harvesting piezoelettrico \u00e8 un fronte di ricerca relativamente recente che coinvolge scienziati di diverse estrazioni e competenze. In particolare, al Dipartimento di Ingegneria Industriale dell\u2019Universit\u00e0 di Padova, il team che svolge attivit\u00e0 di ricerca in questo campo \u00e8 composto da esperti di ingegneria elettrica, meccanica, elettronica e dei materiali.<\/p>\n

Interviene inizialmente il professor Alberto Doria, per introdurre gli aspetti fondamentali che riguardano la meccanica delle vibrazioni. Dopo aver fornito una definizione operativa di \u201cvibrazione\u201d (moto alternativo di piccola ampiezza), ci spiega l\u2019importanza del concetto di \u201cfrequenza naturale di un sistema oscillante\u201d: questa \u00e8 la frequenza alla quale un sistema vibrante entra in risonanza, ossia assume la massima ampiezza di oscillazione.<\/p>\n

Il fenomeno della risonanza \u00e8 particolarmente evidente quando un sistema \u00e8 soggetto ad una perturbazione esterna, sostenuta nel tempo, che induca una \u201cvibrazione forzata\u201d alla frequenza naturale del sistema stesso. E questo \u00e8 proprio il caso di maggior interesse quando si parla di energy harvesting piezoelettrico: un harvester massimizza l\u2019energia raccolta quando lavora in risonanza.<\/p>\n

Lo spiega il professor Federico Moro nel suo intervento. L\u2019idea che sta alla base di qualunque tecnologia di energy harvesting \u00e8 quella di raccogliere tutta quell\u2019energia \u201cdegradata\u201d, liberamente disponibile nell\u2019ambiente, che normalmente verrebbe completamente dispersa, in quanto non convertibile in lavoro utile con sistemi tradizionali. Una forma di energia di questo tipo \u00e8 quella trasportata dalle vibrazioni: di intensit\u00e0 troppo ridotta per essere sfruttata utilmente nella quasi totalit\u00e0 delle applicazioni tradizionali, essa \u00e8 tuttavia associata a fenomeni indesiderati (ad esempio il rumore) e, non di rado, anche distruttivi (specie nel campo delle costruzioni). L\u2019energy harvesting piezoelettrico \u00e8 pensato per raccogliere questa energia e destinarla ad utilizzi che richiedono piccolissime potenze (dell\u2019ordine dei 10-9<\/sup>\u00f710-3<\/sup> W), come accade ad esempio nell\u2019ambito dell\u2019elettronica e della sensoristica: l\u2019idea \u00e8 quella di sostituire totalmente o parzialmente le batterie per aumentare l\u2019autonomia di tutta una serie di dispositivi che non possono essere permanentemente collegati ad una linea di alimentazione.<\/p>\n

Per fare questo, si sfrutta la capacit\u00e0 di cui sono dotati certi materiali (ad esempio il quarzo), per la quale essi sono in grado di generare una tensione elettrica, se sottoposti ad una deformazione meccanica \u2013 e viceversa. Questi materiali possiedono una struttura cristallina simmetrica (simmetria assiale, non centrale) che in stato di quiete garantisce la neutralit\u00e0 elettrica; uno sforzo applicato esternamente induce una deformazione della cella cristallina, la quale si polarizza generando una differenza di potenziale (la polarit\u00e0 dipende dal tipo di sforzo \u2013 trazione o compressione).<\/p>\n

La progettazione di un harvester piezoelettrico efficace passa per la scelta del materiale, per lo studio dell\u2019orientazione ottimale dei cristalli ed infine per la realizzazione della tecnologia migliore per raccogliere le vibrazioni e convertirle. Ogni passaggio prevede un\u2019accurata attivit\u00e0 di modellizzazione numerica, nonch\u00e9 di simulazione delle risposte statiche, dinamiche ed elettriche del dispositivo che si vuole realizzare, per assicurarsi che esso vada poi a lavorare alla propria frequenza di risonanza. Questo consente di massimizzare l\u2019energia raccolta.<\/p>\n

Le tecnologie oggi in commercio sfruttano una struttura laminare, in cui due strati flessibili di piombo-zirconato di titanio (PZT) operano la conversione delle sollecitazioni in elettricit\u00e0. Il PZT \u00e8 un materiale dalle eccellenti propriet\u00e0 piezoelettriche, ma presenta problemi di sostenibilit\u00e0 se utilizzato in larga scala, in quanto contiene piombo \u2013 elemento tossico per gli esseri viventi. Per questo motivo, l\u2019Universit\u00e0 di Padova sta studiando come sostituire il PZT con l\u2019innocuo nitruro di alluminio (AlN), materiale dalle propriet\u00e0 piezoelettriche pienamente soddisfacenti.<\/p>\n

Il professor Daniele Desideri ci parla dell\u2019attivit\u00e0 del gruppo di ricerca. Dopo aver ultimato la delicata fase di modellizzazione, il team \u00e8 attualmente impegnato ad ottimizzare il processo di realizzazione del prototipo di harvester che vogliono produrre. Gli ingegneri utilizzano un processo chiamato \u201cmagnetron-sputtering\u201d per depositare \u2013 molecola per molecola \u2013 un film sottile di AlN su di una lamina di rame. L\u2019efficienza di conversione del dispositivo dipende, infatti, dall\u2019orientazione dei cristalli del nitruro di alluminio, che deve essere dunque perfettamente controllata in fase di formazione.<\/p>\n

Il professor Doria ci illustra le potenziali applicazioni della tecnologia che stanno studiando. Si spazia dall\u2019elettronica di consumo agli apparecchi biomedicali, dalla sensoristica ai circuiti integrati, fino alla generazione micro eolica o micro idrica. Un paio di esempi pratici presentati: lo zaino e le scarpe intelligenti, che sfruttano il moto del corpo umano per alimentare piccoli apparecchi elettronici; pneumatici intelligenti, all\u2019interno dei quali sono montati dei sensori alimentati dall\u2019impatto degli harvester con l\u2019asfalto.<\/p>\n

\u25ba LINK UTILI<\/strong><\/p>\n

Slide della presentazione<\/a><\/p>\n

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