Studio di un generatore elettromagnetico per il monitoraggio di veicoli ferroviari merci = Study of an electromagnetic generator for monitoring freight railway wagons

L'elaborato di tesi riguarda un innovativo sistema di monitoraggio per veicoli ferroviari merci messo a punto dall'azienda WiRail. Lo sviluppo e la commercializzazione di sistemi di monitoraggio per carri merci è un requisito fondamentale affinché il trasporto su rotaia possa risultare competitivo rispetto al trasporto su gomma. Nonostante gli indubbi vantaggi a livello ambientale, la percentuale di merci trasportate su rotaia è costantemente in calo. La principale causa è il forte immobilismo del settore ferroviario merci, rimasto quasi totalmente estraneo alla rivoluzione portata dall'Industria 4.0 e dall'Internet of Things (IoT). Lo sviluppo di carri merci "intelligenti", dotati di una rete di sensori che comunicano tra loro e inviano dati in cloud riguardanti lo stato del carro, risulta fondamentale per risolvere le due principali limitazioni del trasporto ferroviario merci: la difficoltà nella tracciatura del parco veicoli e l'assenza di un sistema onboard che permetta di monitorare lo stato di salute del carro. Il sistema di WiRail prevede un nodo centrale posto sulla cassa del treno e una serie di nodi boccola sensorizzati. I nodi sono dotati di sensori per la localizzazione GPS e il monitoraggio dei parametri fondamentali per conoscere lo stato di salute del carro, come la temperatura della boccola, le pressioni all'interno dell'impianto frenante e le accelerazioni in direzione verticale e longitudinale. Inoltre, sono completamente autonomi dal punto di vista energetico a causa della presenza di due diverse tipologie di energy harvester: un EH elettromagnetico per il nodo centrale e un generatore elettromagnetico per i nodi boccola. L'elaborato di tesi si concentra sui due generatori prodotti all'interno dell'azienda. I due generatori sono destinati a due tipologie di boccole diverse: la boccola TR383 dei carrelli Y25 e la boccola del carro Laekks dell'azienda Sitfa, detto bassotto. Si tratta di due generatori a flusso assiale con magneti permanenti di cui si è condotta una caratterizzazione sperimentale completa. Allo stesso tempo, si è condotto uno studio analitico di supporto per una corretta interpretazione dei risultati sperimentali. Dalle prove è emerso che il generatore bassotto, il secondo cronologicamente sviluppato in azienda, produce una potenza in output significativamente maggiore del generatore TR383, nonostante presenti un diametro esterno inferiore. Questo ha motivato uno studio numerico su Ansys Maxwell per la riprogettazione del generatore TR383. Inizialmente, si sono utilizzati i risultati delle prove sperimentali per validare i modelli numerici dei due generatori. Successivamente si è modificato il modello del generatore TR383 sulla base delle caratteristiche del generatore bassotto. I risultati delle simulazioni della nuova configurazione del generatore confermano la dipendenza della potenza in output dal cubo del diametro esterno, evidenziata nello studio analitico. La riprogettazione consentirebbe un aumento di potenza del 100 % rispetto alla configurazione iniziale del generatore.