Model identification and optimal control of a sulfur-zinc hybrid redox flow battery

LAUREA MAGISTRALELe batterie a flusso redox (RFB) rappresentano una soluzione promettente per l'accumulo di energia su larga scala, in particolare per l'integrazione delle fonti rinnovabili nella rete elettrica. Questa tesi si concentra sull'identificazione del modello e sul controllo ottimale di una batteria a flusso redox ibrida Zolfo-Zinco (SZ-HRFB), un innovativo sistema di accumulo sviluppato da Sinergy Flow Srl. Lo studio inizia con lo sviluppo di un ambiente di simulazione che rappresenta accuratamente i sottosistemi idraulico ed elettrico della batteria, inclusa il funzionamento delle pompe, fondamentali per la circolazione degli elettroliti. Viene proposto un modello elettrico equivalente a parametri concentrati (ECM) a ordine ridotto, in cui parametri come la tensione a circuito aperto (OCV) e la resistenze ohmica sono identificati in funzione dello stato di carica (SOC) e delle portate degli elettroliti, considerate indipendenti e asimmetriche per le due semicelle. Il modello è validato attraverso dati sperimentali acquisiti da test di laboratorio su un prototipo a cella singola. Successivamente, viene progettata una strategia di controllo predittivo del modello (MPC) per ottimizzare il funzionamento della batteria, regolando dinamicamente la velocità delle pompe. L'obiettivo è massimizzare l'efficienza del ciclo di carica e scarica (RTE) garantendo al contempo un funzionamento stabile in diverse condizioni operative. L'efficacia del sistema di controllo è valutata tramite simulazioni. I risultati dimostrano che l'adattamento delle portate in base alle condizioni operative migliora l'efficienza rispetto alle strategie a portata fissa e a fattore di flusso fisso. L'approccio proposto per la modellizzazione e il controllo offre un quadro scalabile per future implementazioni delle SZ-HRFB nelle applicazioni di rete, aprendo la strada a soluzioni di accumulo più efficienti e flessibili.Redox Flow Batteries (RFBs) are a promising solution for large-scale energy storage, particularly for integrating renewable energy sources into the grid. This thesis focuses on the model identification and optimal control of a Sulfur-Zinc Hybrid Redox Flow Battery (SZ-HRFB), a novel energy storage technology developed by Sinergy Flow Srl. The study begins with the development of a simulation environment that represents the hydraulic and electrical subsystems of the battery, including the behavior of pumps, which are crucial for electrolyte circulation. A reduced-order electrical equivalent circuit model (ECM) is proposed, where parameters such as open-circuit voltage (OCV) and ohmic resistance are identified as functions of state of charge (SOC) and electrolyte flow rates, considered independent and asymmetrical for the two half-cells. The model is identified and validated through experimental data acquired from laboratory tests on a single-cell prototype. A model predictive control (MPC) strategy is then designed to optimize the operation of the battery by dynamically adjusting the pump speeds. The objective is to maximize round-trip efficiency (RTE) while ensuring stable operation across different charge and discharge cycles and the effectiveness of the control system is assessed through simulations. Results demonstrate that adjusting flow rates based on operating conditions improves efficiency compared to fixed flow rate and fixed flow factor strategies. The proposed modeling and control approach provides a scalable framework for future implementations of SZ-HRFBs in grid applications, paving the way for more efficient and flexible energy storage solutions

Goal-oriented adaptive mesh refinements for corona discharge simulations

LAUREA MAGISTRALECon questo progetto è stato sviluppato un codice di raffinamento adattivo di tipo goal-oriented ed è stato messo alla prova nel contesto del progetto IPROP. Questo approccio nasce dall’esigenza di simulare in modo accurato il campo elettrico intorno agli emettitori dei propulsori elettroidrodinamici (EHD), grandezza fondamentale per misurare la generazione di ioni a carica positiva delle molecole d’aria in atmosfera. A questo scopo, è stata impostata una solida base matematica per la stima degli errori, per poi aggiungere progressivamente nuovi livelli di complessità dal punto di vista geometrico, spaziando dall’introduzione di superfici curve all’impiego di geometrie con rapporti di scala molto alti fra le dimensioni dell’emettitore e la distanza di questo dal collettore, per rispecchiare al meglio le condizioni reali. Tra le migliorie chiave risaltano l’imposizione in fase di raffinamento della geometria ai bordi e l’impiego di mappe polinomiali di secondo ordine fra la cella di riferimento e la controparte sul dominio reale. Queste innovazioni garantiscono che l’algoritmo mantenga elevati livelli di precisione e robustezza anche in ambienti di simulazione complessi. I test di validazione dimostrano la superiorità di questo metodo rispetto a molteplici tecniche di raffinamento tradizionali. Inoltre, l’algoritmo è stato applicato ad un caso reale. La triangolazione risultante dal processo di raffinamento adattivo è stata impiegata con successo nel risolutore delle equazioni di drift-diffusion, per la simulazione di una scarica effetto corona. Considerando le esigenze di simulazioni su larga scala, il codice è stato parallelizzato e la griglia completamente distribuita, così da permetterne l’utilizzo su piattaforme di calcolo ad alte prestazioni con molti nodi di CPU. Nel complesso, questo lavoro non solo affronta sfide critiche nel campo della simulazione numerica, ma fornisce anche uno strumento computazionale preciso ed efficiente, con importanti implicazioni per le simulazioni avanzate di campi elettrici e plasmi.A goal-oriented adaptive refinement code with dual-weighted error estimation has been developed and put to the test within the framework of the IPROP project. This approach is motivated by the need to accurately simulate the electric field around the emitters of electrohydrodynamic (EHD) thrusters, which is determinant in the generation of positive ions from molecules of atmospheric air. To address this challenge, a robust mathematical foundation for the error estimation is established and the geometric complexity is progressively increased, including curved shapes and geometries with pronounced scale disparities between the emitter’s size and its distance from the collector, in order to resemble the real setup as faithfully as possible. Key improvements include the imposition of the description of the underlying geometry at the boundaries and the utilization of second-order polynomial mappings from the reference to the physical cell. These enhancements ensure that the algorithm maintains accuracy and robustness even in complex simulation environments. Validation tests demonstrate that this method outperforms several established refinement techniques. Furthermore, the algorithm has been applied to the real case geometry, where the resulting triangulation has been successfully utilized to solve the drift-diffusion equations and simulate a corona discharge. Recognizing the demands of large-scale simulations, the code has been converted to a fully-distributed parallel form, allowing its execution on high-performance computing platforms with multiple CPU nodes. Overall, this work not only addresses critical simulation challenges but also provides an accurate and efficient computational tool with significant implications for advanced electric field and plasma simulations

An evaluation of strategies to avoid vendor lock-in in VR applications

LAUREA MAGISTRALEI motori di gioco sono framework software utilizzati per creare videogiochi, e negli ultimi anni il loro utilizzo ed espansione sono aumentati enormemente, grazie alla crescente diffusione dei videogiochi come mezzo di intrattenimento. Anche la Realtà Virtuale sta raggiungendo livelli di prestazione sempre più elevati ed è ora più accessibile che mai. Esistono moltissimi motori di gioco che differiscono notevolmente tra loro, rendendo la scelta del motore un aspetto cruciale. Solitamente, vengono sviluppati da colossi tecnologici come Epic Games e Unity Technologies, e per questo sono soggetti a frequenti aggiornamenti e modifiche, anche nelle loro politiche di utilizzo. Ma cosa succede in caso di vendor lock-in? E se, per qualsiasi motivo, uno sviluppatore dovesse cambiare il motore di gioco su cui ha lavorato per anni? In questo articolo discutiamo le differenze tra i motori di gioco, come vengono implementati i componenti XR in tre motori di gioco popolari (Unity, Unreal Engine e Godot) e come uno sviluppatore può pianificare in anticipo la struttura degli asset e la logica di un'applicazione in Realtà Virtuale per facilitarne il trasferimento tra diversi motori di gioco.Game engines are software frameworks used to create video games, and their expansion and usage increased massively in the latest years, with the rise of video games as a more widespread media. Virtual Reality is also achieving high levels of performances, and is now more affordable than ever. There are game engine of any kind, and they differ a lot from each other, therefore making the choice of the game engine crucial. Game engines are usually developed by technological colossus like Epic Games and Unity Technologies, and so they are subject to frequent updates and changes, even to their usage policies. But what happens in the case of a vendor lock-in? What if, for any reason, a developer needs to change the game engine they've spent years working on? In this paper we discuss the differences amongst game engines, how XR components are implemented in three popular game engines, namely Unity, Unreal Engine and Godot, and how a developer can plan ahead and structure assets and the logic behind a VR application in order to be more easily transferable between game engines

Coupling of thermal and mechanical deformation in high-speed testing of aluminum

LAUREA MAGISTRALEQuesta tesi studia l’accoppiamento dei fenomeni termici e meccanici dell’alluminio 6060 T6 in prove ad alta velocità di deformazione. Lo studio si basa sulla valutazione di tutti i parametri caratterizzanti il materiale da un punto di vista termico e meccanico. In particolare, l’attenzione è focalizzata sulla quantificazione del coefficiente di Taylor-Quinney, il parametro chiave per determinare la percentuale di lavoro plastico convertita in energia termica, durante la deformazione plastica del materiale. Successivamente, attraverso la risoluzione dell’equazione di conservazione dell’energia, è stata calcolata la distribuzione della deformazione locale a partire dalla sola misura di temperatura superficiale durante una prova di trazione. Sono state sperimentalmente valutate grandezze fisiche come la densità e il calore specifico, la risposta meccanica a un carico di trazione e la dipendenza dalla velocità di deformazione. Il metodo sviluppato permette di calcolare il coefficiente di Taylor-Quinney (TQC) durante prove di trazione a diverse velocità di deformazione, nell'intervallo 1 s−1 – 105 s−1, tramite la simultanea misurazione cinematica e termica, rispettivamente attraverso la termografia a infrarossi (IRT) e la Digital Image Correlation (DIC). Successivamente, la distribuzione di deformazione locale è stata calcolata dalle temperature ottenute tramite termografia a infrarossi (IRT) e confrontate con le misurazioni fatte applicando la Digital Image Correlation (DIC). Il coefficiente di Taylor-Quinney è risultato dipendere dalla deformazione plastica, partendo da valori più bassi (0,2 - 0,6) e aumentando fino a 0,88 nel punto di rottura, con un valore medio di 0,72. Inoltre, è risultato indipendente dalla velocità di deformazione, nell’intervallo oggetto di studio. La buona corrispondenza tra le distribuzioni di deformazione ottenute con IRT e DIC, la stima dello snervamento e la possibilità di distinguere il regime elastico da quello plastico, dimostrano il potenziale della termografia a infrarossi come tecnica di misurazione senza contatto nello studio di prove meccaniche ad alta velocità di deformazione.This thesis investigates the thermal and mechanical deformation coupling of aluminium 6060 T6 during high strain rate tests. The study is based on the evaluation of all the required data to fully characterize the material, from a thermal and mechanical perspective. Specifically, the focus is on the assessment of the Taylor-Quinney Coefficient (TQC), the key parameter to evaluate the plastic work conversion into heat. Then, through the resolution of the energy conservation equation, the local full field strain distribution is computed from the full field temperature measurement of a tensile test. Physical quantities, such as density and specific heat capacity, mechanical response to tensile load, and strain rate dependency, are experimentally evaluated. The method developed evaluates the Taylor-Quinney Coefficient (TQC) during tensile tests at different strain rates, in the range 1 s-1 – 105 s-1, through simultaneous thermal and kinematic measurements, respectively, with Infrared Thermography (IRT) and Digital Image Correlation (DIC). Then, the local full field strain distribution is calculated from full field temperature data obtained with Infrared Thermography (IRT) and compared with Digital Image Correlation (DIC) measurements. The Taylor-Quinney Coefficient is found to vary with plastic strain, from lower values (0,2 - 0,6) up to 0,88 at fracture, with a mean value around 0,72. In the evaluated strain rate range, it is strain rate independent. The good agreement between IRT and DIC strain distributions, the estimation of the yielding strain and the possibility of isolating the elastic deformation regime from the plastic one, show the potential of infrared thermography application as a non-contact measuring technique, in the study of high strain rate loading conditions

Sensorialita' negli spazi educativi: il ruolo di colore, materiali e percezione nell'esperienza didattica

LAUREA MAGISTRALEPercepire correttamente gli ambienti in cui trascorriamo gran parte del nostro tempo quotidianamente influisce direttamente sul nostro benessere fisico e psicologico. In questi termini, gli spazi educativi hanno la necessità e il dovere di adattarsi alle nuove esigenze sia da un punto di vista didattico-metodologico, sia a supporto di chi ne fruisce quotidianamente. La qualità percettiva di un ambiente, sebbene sia spesso semplificata a una mera interpretazione degli stimoli visivi, rappresenta un sistema complesso, influenzato da molteplici fattori multisensoriali e personali tra cui svolgono un ruolo determinante anche colore, matericità e caratteristiche sensoriali. Oltre a un impatto estetico e funzionale, questi aspetti possono influenzare emozioni, comportamento e performance degli studenti. Per comprendere come una progettazione consapevole di queste componenti possa influire sull’esperienza didattica, sono stati approfonditi i principi teorici della percezione. In particolare, sono stati indagati i processi cognitivi legati alla visione e alla sensorialità, oltre al ruolo del colore nella costruzione dell’esperienza spaziale. A conclusione dell’analisi teorica e delle strategie individuate, lo studio si traduce in una proposta progettuale applicata all’interno dell’edificio B2 del Politecnico di Bovisa.Properly perceiving the environments where we spend most of our daily lives directly affects our physical and psychological well-being. In this regard, educational spaces must evolve to meet new didactic and methodological needs while ensuring comfort for those using them regularly. Although the perceptive quality of an environment is often reduced to a simple interpretation of visual stimuli, it represents a complex system, influenced by multiple multi-sensorial and personal factors. Elements such as color, materiality, and sensorial characteristics play a crucial role, not only in shaping the aesthetic and functional aspects of a space but also in influencing students' emotions, behavior, and performance. In order to understand how a conscious design of these components can influence the learning experience, perceptual theoretical principles have been explored. Specifically, this thesis investigates the cognitive processes related to vision and sensoriality, as well as the role of colour in the construction of spatial experience. Building on the theoretical analysis and the identified strategies, the study concludes with a design proposal applied within the Bovisa Politecnico building B2

Characterization of apodized chirped Bragg gratings: fundamentals, GDR comparative analysis, and pulse compression

LAUREA MAGISTRALEI laser a femtosecondi sono attualmente ampiamente utilizzati nella ricerca per applicazioni quali le telecomunicazioni ottiche, la spettroscopia ultraveloce e le tecnologie quantistiche. Tuttavia, quelli presenti sul mercato hanno grandi dimensioni e costi elevati. Il progetto FEMTOCHIP affronta questa sfida sviluppando un laser ultrarapido integrato e compatibile con i sistemi CMOS su una piattaforma di silicio. Un elemento cruciale di questo sistema è il reticolo di Bragg chirpato e apodizzato (ACG) integrato su chip, fondamentale per la compensazione della dispersione e la generazione di impulsi ultracorti. Questa tesi si concentra sulla caratterizzazione di ACGs fabbricati su una piattaforma Si3N4-on-Si e studia diverse tecniche per misurare il ritardo di gruppo e le sue oscillazioni, che rappresentano uno dei problemi principali per ottenere un controllo ottimale della dispersione. Lo studio confronta tre diverse tecniche: l'interferometria a luce bianca, l'analisi delle frange di Fabry-Pérot e un metodo a sfasamento di fase, analizzandone i punti di forza e i limiti. La comprensione di queste tecniche è essenziale per determinare con precisione il ritardo di gruppo, poiché anche piccole variazioni possono avere un impatto significativo sulla qualità dell'impulso e sulle prestazioni del sistema. Uno dei principali risultati di questo lavoro è la dimostrazione della compressione degli impulsi fino a 62.7 fs, che rappresenta uno dei migliori risultati ottenuti su un chip. Inoltre, è stata sviluppata una metodologia avanzata per determinare l'apertura numerica (NA) della guida d'onda fabbricata nella propagazione TM-mode. Questi risultati contribuiscono al progresso della fotonica ultraveloce migliorando la progettazione e la caratterizzazione delle strutture integrate di compensazione della dispersione, aprendo la strada a sistemi laser ultraveloci più efficienti e compatti.Femtosecond lasers are currently widely used in research for applications such as optical telecommunications, ultrafast spectroscopy, and quantum technologies. However, the ones on the market have a large size and high cost. The FEMTOCHIP project addresses this challenge by developing an integrated, CMOS-compatible ultrafast laser on a silicon platform. One of the most important element in this system is the Apodized Chirped Bragg Grating (ACG) integrated on chip, which plays a key role in dispersion compensation and the generation of ultrashort pulses. This thesis focuses on the characterization of ACGs fabricated on a Si3N4-on-Si platform and investigates different techniques for measuring group delay and its ripples, which represent on of the main issues in achieving optimal dispersion control. The study compares three different techniques: white-light interferometry, Fabry-Pérot fringe analysis, and a phase-shifted method, analyzing their strengths and limitations. Understanding these techniques is essential for accurately determining the group delay, as even small variations can significantly impact pulse quality and system performance. A major outcome of this work is the successful demonstration of pulse compression down to 62.7 fs, representing one of the best results achieved on a photonic chip. Additionally, an advanced methodology was developed to determine the numerical aperture (NA) of the fabricated waveguide in TM-mode propagation. These findings contribute to the advancement of ultrafast photonics by improving the design and characterization of integrated dispersion compensation structures, paving the way for more efficient and compact ultrafast laser systems

Il rilievo della Chiesa dei SS. Benedetto e Simeone Abbazia di Polirone San Benedetto Po : progetto del rilievo

LAUREA MAGISTRALEIl lavoro di tesi qui presentato nasce con il proposito di mettere a punto una guida quanto più pratica ad illustrazione di quella che è l’attività di rilievo, restituzione e successiva divulgazione dei dati riferiti al patrimonio costruito che definisce e disegna lo spazio urbano. La Chiesa dei SS. Benedetto e Simone, all’interno di questo processo, si pone come mezzo attraverso cui si rende possibile l’individuazione e l’esposizione di modalità e metodologie. La tesi presentata muove i primi passi dallo studio del patrimonio architettonico esistente, più precisamente, dalla ricerca bibliografica di quello che è annoverato tra i maggiori complessi monastici benedettini d’Italia: l’Abbazia di Polirone. È con questo primo momento di conoscenza che si pongono le premesse alla comprensione dell’oggetto del rilievo ed alla successiva interpretazione dei dati reperiti in sito. Parallelamente alla ricerca storica ed architettonica del manufatto, la tesi presenta poi un conciso excursus riportante generalità e nozioni principali del rilievo architettonico, oltre che una breve disamina dedicata agli strumenti di misura ed al loro funzionamento. Il rilievo del caso studio è qui presentato come compartecipazione di principi teorici e nozioni pratiche acquisite sul campo durante le campagne di rilievo effettuate presso San Benedetto Po, completato da osservazioni e annotazioni volte al buon risultato delle singole operazioni ed articolato secondo la scansione cronologica delle fasi di lavoro sviluppate, prima, in sito e mediante l’elaborazione dei dati acquisiti, poi. Questa fase di post-elaborazione risulta definita da differenti e conseguenti momenti d’interpretaz ione, volti alla corretta e completa restituzione di tutte le informazioni a descrizione del manufatto. L’iter metodologico di rilievo mediante Laser Scanner ha trovato sviluppo conclusivo nella sempre più avanzata tecnologia come mezzo di condivisione e scambio di dati, informazioni e progetti.This thesis aims to provide a practical guide illustrating the processes of surveying, data processing, and dissemination related to the heritage of the built environment, which shapes and defines urban space. The Church of SS. Benedetto e Simone serves as a case study, allowing for the identification and demonstration of methodologies and techniques used in architectural surveying. The research begins with a study of existing architectural heritage, specifically through a bibliographic analysis of one of Italy’s most significant Benedictine monastic complexes: the Abbey of San Benedetto Po. This initial phase lays the groundwork for understanding the subject of the survey and for interpreting the collected data. Alongside the historical and architectural investigation of the building, the thesis presents a concise overview of architectural surveying, covering fundamental principles, key concepts, and a brief discussion of measurement instruments and their operation. The survey of the case study is presented as a synthesis of theoretical principles and practical knowledge gained during fieldwork at San Benedetto Po. The research is enriched with observations and annotations aimed at ensuring the accuracy and effectiveness of each operation. The work follows a chronological structure, detailing the stages of data acquisition on-site, followed by the post-processing phase, which involves various levels of data interpretation to ensure a complete and precise representation of the structure. This thesis also outlines how the methodological framework for laser scanning surveys has been enhanced by advancements in technology, through the facilitation of data sharing and the exchange of information and projects. Ultimately, this thesis serves as a practical guide for surveying large architectural structures, with a focus on laser scanning technology and the preparation of technical documentation to support future conservation and adaptive reuse projects. The methods and approaches outlined in this work explore the relationship between cutting-edge surveying instruments, the subjectivity of the operator’s decisions, and the continuous advancements in technology

A 4D-CT based workflow for the 3D quantification of RVOT time-dependent anatomy and TPVI planning

LAUREA MAGISTRALELa pianificazione dell’impianto transcatetere della valvola polmonare (TPVI) è un processo complesso a causa della notevole variabilità anatomica e del comportamento dinamico del tratto di efflusso del ventricolo destro (RVOT), soprattutto nei pazienti con cardiopatie congenite come la tetralogia di Fallot (ToF). Gli strumenti attualmente disponibili si basano su immagini statiche, senza riuscire a cogliere le deformazioni dinamiche dell’RVOT, fondamentali per una corretta pianificazione dell’intervento. Inoltre, i metodi di tracking dinamico esistenti si concentrano su sezioni specifiche, senza ricostruire la deformazione volumetrica completa, limitando l’accuratezza dell’analisi del movimento. Per superare queste limitazioni, è stato sviluppato un metodo completamente automatizzato basato su immagini 4D di Tomografia Computerizzata (4D CT), che consente la registrazione dinamica dell’RVOT lungo l’intero ciclo cardiaco. Il processo integra segmentazione, estrazione di superfici triangolate, tecniche di registrazione non rigida, calcolo delle deformazioni e analisi dei parametri geometrici, garantendo una caratterizzazione più completa della biomeccanica dell’RVOT. Il metodo è stato testato su un dataset di 34 pazienti, costituito da 19 candidati TPVI, 11 candidati alla sostituzione chirurgica della valvola polmonare (SPVR) e 4 in lista d’attesa. La validazione è stata condotta su un sottoinsieme di 10 pazienti, valutando l’accuratezza della segmentazione, le prestazioni della registrazione, il calcolo dei parametri geometrici e delle deformazioni. Le misurazioni delle aree trasversali hanno mostrato un’elevata concordanza con un riferimento semi-automatico, mentre gli errori di registrazione sono rimasti entro limiti clinicamente accettabili. I risultati confermano che l’analisi basata su immagini 4D CT migliora significativamente la valutazione dell’RVOT rispetto agli approcci tradizionali. L’integrazione dell’imaging 4D con l’analisi morfometrica e delle deformazioni introduce un nuovo strumento computazionale per supportare la pianificazione della TPVI. Il metodo proposto consente una valutazione più accurata e personalizzata dell’RVOT, migliorando gli esiti procedurali e ampliando le sue potenziali applicazioni cliniche oltre la TPVI.The planning of Transcatheter Pulmonary Valve Implantation (TPVI) is a complex task due to the highly variable anatomy and dynamic behavior of the Right Ventricular Outflow Tract (RVOT), particularly in patients with congenital heart diseases such as Tetralogy of Fallot (ToF). Current commercial tools rely on static imaging, failing to capture time-dependent RVOT deformations, which are crucial for procedural planning. Additionally, existing dynamic tracking methods focus on selected cross-sections rather than the 3D structure, limiting the accuracy of motion analysis. To address these limitations, a fully automated Four-Dimensional Computed Tomography (4D CT) workflow was developed. This workflow enables frame-by-frame registration of the right ventricular outflow tract (RVOT) throughout the cardiac cycle, allowing for a comprehensive biomechanical evaluation of the RVOT. The automated workflow included the following steps: i) segmentation of the RVOT, ii) creation of a RVOT mesh for each phase of the 4D CT sequence, iii) non-rigid registration of the meshes and three-dimensional tracking of the relevant geometric features, and iv) calculation of the local deformations of the RVOT throughout the cardiac cycle. The workflow was tested on a dataset of 34 patients, including 19 TPVI candidates, 11 Surgical Pulmonary Valve Replacement (SPVR) candidates, and 4 on a waiting list. Validation was conducted on a subset of 10 patients, assessing segmentation accuracy, registration performance, geometric parameters, and strain calculation. Cross-sectional area measurements agree with a semi-automatic reference, and registration errors remained within clinically acceptable limits. The results confirm that 4D CT-based tracking significantly improves RVOT evaluation compared to traditional approaches. By combining 4D imaging with morphometric and strain analysis, this study introduces a novel computational tool for TPVI planning. The proposed workflow enhances patient-specific RVOT evaluation, ultimately improving procedural outcomes and broadening its potential clinical applications beyond TPVI

Lunar-based manufacturing: investigation of regolith simulant in laser powder bed fusion with in-situ process monitoring

LAUREA MAGISTRALECon l'annuncio del programma Artemis, la NASA ha delineato la sua visione per l'avanzamento dell'esplorazione lunare, con l'obiettivo di stabilire una presenza umana sostenibile sulla Luna. Questo obiettivo ambizioso include la necessità di realizzare basi abitabili, presentando molte sfide nell'utilizzo delle risorse in-situ come materiali da costruzione. La manifattura additiva si dimostra una soluzione promettente per il conseguimento di questo obiettivo. Tra le varie tecnologie, la fusione a letto di polvere si presenta come un candidato eccellente grazie alla sua capacità di produrre geometrie complesse senza richiedere materiali aggiuntivi, come leganti o resina, da dover portare da Terra. Studi precedenti hanno dimostrato la fattibilità dell'uso della fusione a letto di polvere con la regolite lunare. Questa tesi, invece, approfondisce come le variazioni dei parametri di processo influenzano il risultato finale, quantificando questi effetti tramite caratterizzazione ex-situ. Un'innovazione di questa ricerca è stata l'integrazione di un sistema di monitoraggio durante il processo per rilevare la curva di raffreddamento dei campioni strato per strato. Questo strumento ha permesso l'identificazione di un continuo accumulo di calore, dovuto alla scarsa conducibilità termica del materiale ceramico, il quale ha ostacolato l'ottimizzazione dei parametri di processo applicabili all'intero campione. Sulla base di questi risultati, è stata proposta una strategia di controllo, introducendo un intervallo temporale tra ogni strato per mitigare questo problema.With the announcement of the Artemis program, NASA revealed its vision for advancing lunar exploration, with the purpose of establishing a sustainable human presence on the Moon. This ambitious scope requires the creation of habitable outposts, presenting many challenges in using in-situ resources as construction materials. Additive manufacturing shows significant potential for the achievement of this objective. Among the various technologies, Laser Powder Bed Fusion (LPBF) stands out as an excellent candidate due to its ability to produce complex geometries without requiring additional materials such as binder or resin to be launched from Earth. Previous studies have demonstrated the feasibility of using LPBF with lunar regolith. This thesis takes a deeper investigation into how process parameters affect the final part quality, in terms of type of defects, and solidification mechanism. An innovation of this work was the integration of a monitoring system into the process to detect specimens’ cooling curve layer by layer. This tool enabled the identification of continuous heat accumulation, due to the poor thermal conductivity of the ceramic material, which limits the optimization of process parameters applicable to the entire specimen. Based on these findings, a control strategy was proposed, introducing a time delay between each layer to mitigate this issue

B.R.I.C. bioedilizia rigenerativa per un impatto zerocarbon : la terra cruda come soluzione carbon neutral nella progettazione di una cantina vitivinicola nelle Langhe

LAUREA SPECIALISTICA A CICLO UNICOQuesta ricerca si propone di individuare soluzioni costruttive più sostenibili nel settore edilizio, con l’obiettivo di ridurre l’impatto ambientale e le emissioni di CO2. In particolare, si intende dimostrare la fattibilità della realizzazione di una cantina vitivinicola utilizzando la terra cruda come materiale da costruzione, affiancata dall’integrazione di materiali biogenici derivati dagli scarti agricoli locali, promuovendo un approccio basato sull’architettura rigenerativa. Le cantine sono solitamente realizzate in calcestruzzo armato, un materiale che, lungo il suo ciclo di vita, contribuisce in modo significativo alle emissioni di gas serra. Per questo motivo, si sono esplorate soluzioni alternative più sostenibili, puntando ad un impatto zeroCarbon. La scelta è ricaduta sulla terra cruda dato il forte legame con le tradizioni delle cantine vitivinicole e il paesaggio circostante. Il confronto con i materiali edilizi tradizionali ha evidenziato che, per ottenere le stesse prestazioni strutturali, i muri in terra battuta necessitano di spessori maggiori, aumentando il consumo di materiale e portando ad avere un impatto ambientale ancora alto. Per ridurlo è stata quindi esplorata l’integrazione di materiali biogenici, in particolare dei gusci di nocciola, per la loro capacità di stoccaggio di CO2. A supporto di questa ipotesi, sono state condotte sperimentazioni di laboratorio su un bio-composito terra-gusci per valutarne l’idoneità come materiale da costruzione. Parallelamente, nel progetto sono stati integrati anche altri materiali biogenici, come i raspi d’uva, utilizzati sia come isolante sia come fibra negli intonaci di terra, con lo scopo di rafforzare il concetto di economia circolare, ridurre gli sprechi e valorizzare le risorse locali. La ricerca ha evidenziato il potenziale del bio-composito terra-gusci e delle soluzioni integrate per il raggiungimento della Carbon Neutrality, promuovendo un modello di edilizia più sostenibile e rigenerativa.This research aims to identify more sustainable construction solutions in the building sector, with the objective of reducing environmental impact and CO2 emissions. In particular, the aim is to demonstrate the feasibility of constructing a wine cellar using raw earth as a building material, with the integration of biogenic materials derived from local agricultural waste, promoting an approach based on regenerative architecture. Winery are usually made of reinforced concrete, a material that contributes significantly to greenhouse gas emissions during its life cycle. For this reason, more sustainable alternatives were explored, aiming for a zero-carbon impact. Raw earth was chosen because of its strong connection to the traditions of the wine cellars and the surrounding landscape. Comparison with traditional building materials showed that, to achieve the same structural performance, rammed earth walls require greater thicknesses, increasing material consumption and leading to a still high environmental impact. To reduce this, the integration of biogenic materials was therefore explored, in particular hazelnut shells, for their CO2 storage capacity. To support this hypothesis, laboratory experiments were conducted on a soil-shell bio-composite to assess its suitability as a building material. At the same time, other biogenic materials, such as grape stalks, used both as insulation and as a fibre in earth plasters, were also integrated into the project, with the aim of strengthening the concept of a circular economy, reducing waste and valorising local resources. The research highlighted the potential of soil-shell bio-composite and integrated solutions to achieve Carbon Neutrality, promoting a more sustainable and regenerative building model