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Analisi sperimentale e simulazione numerica del controllo in closed-loop dello scambio termico di un coating polimerico adsorbente per la cattura del vapore acqueo atmosferico

Daniele Basile

Analisi sperimentale e simulazione numerica del controllo in closed-loop dello scambio termico di un coating polimerico adsorbente per la cattura del vapore acqueo atmosferico.

Rel. Marco Simonetti, Vincenzo Maria Gentile. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Ingegneria Meccanica, 2022

Abstract:

Il principale oggetto di studio è stato un coating polimerico, con spiccate capacità adsorbenti e igroscopiche. Nello specifico sono state condotte analisi sperimentali e teoriche per la definizione di un modello di controllo della capacità di catturare e rilasciare attraverso la superficie del coating polimerico, un elevato numero di particelle d’acqua sotto forma di vapore o umidità. Attraverso un ciclo termodinamico si è poi in grado di riscaldare il polimero e liberare l’acqua catturata: infatti, all’aumento della temperatura si riduce la quantità d’acqua in grado di essere contenuta dal polimero che viene quindi espulsa sotto forma di vapore; tale processo, successivo a quello di adsorbimento, è chiamato rigenerazione. Ci si è concentrati su un sistema miniaturizzato, costituito da un cilindro cavo con alettatura distribuita radialmente, detta scaffold, realizzato mediante stampa 3D; un resistore elettrico posto all’interno dello scaffold; uno strato di biopolimero posto come rivestimento dello scaffold, detto coating. Durante l’esperienza di tesi sono stati raccolti e analizzati i dati della fase di riscaldamento prima del solo resistore ceramico, poi dello stesso rivestito da un cilindro cavo sottile di alluminio per uniformare la temperatura sull’intera superficie del resistore e infine dell’intero sistema. L’alimentazione è stata fornita in duty cycle dalla tensione di rete. Sono state poi effettuate delle simulazioni numeriche mediante l’uso di MATLAB e un suo apposito tool in grado di risolvere le PDE (Partial Differential Equations). Per fare ciò è stato necessario conoscere le proprietà dei materiali coinvolti; per questo motivo è stata effettuata parallelamente una campagna di test per determinare la densità del biopolimero adsorbente. Infine, è stato progettato e simulato numericamente il sistema di controllo closed-loop per il sistema della stella miniaturizzata. Per fare ciò, sono state definite funzioni nel dominio del tempo interpolanti le soluzioni numeriche restituite dal PDETool di MATLAB; sono state poi effettuate le trasformate di Laplace di tali funzioni, in modo da progettare il sistema di controllo mediante l’approccio della robust stability. L’esperienza di tesi è stata svolta presso Aquaseek S.r.l., una società che ha come scopo la produzione di acqua distillata dall’umidità, ovvero dal vapore acqueo contenuto nell’atmosfera. La società è depositaria dei brevetti di produzione del biopolimero adsorbente e del ciclo termodinamico in grado di far avvenire il fenomeno di rigenerazione.

Relatori: Marco Simonetti, Vincenzo Maria Gentile
Anno accademico: 2022/23
Tipo di pubblicazione: Elettronica
Numero di pagine: 113
Informazioni aggiuntive: Tesi secretata. Fulltext non presente
Soggetti:
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Ingegneria Meccanica
Classe di laurea: Nuovo ordinamento > Laurea magistrale > LM-33 - INGEGNERIA MECCANICA
Aziende collaboratrici: AQUASEEK SRL SOCIETA' BENEFIT
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/25636
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