AUTORE: Pulli Emilio

ABSTRACT
Gran Mitsio è un’isola situata nel Nord del Madagascar dove, durante il mio percorso in Alta Scuola Politecnica, ho collaborato al progetto multidisciplinare ENVAO con l’obiettivo di avviare un processo di elettrificazione sostenibile per il villaggio rurale di Ampanitsoha. Questa tesi è stata concepita come un follow-up dell’attività di ENVAO e mira a sviluppare il design concettuale di una microturbina eolica ad asse orizzontale, basandosi unicamente su pezzi di ricambio automobilistici facilmente reperibili al fine di poter essere localmente realizzata e manutenuta. Dopo un’iniziale introduzione sul contesto dell’isola di Grand Mitsio, un’analisi anemologica volta a caratterizzare la risorsa ventosa dell’area d’intervento dimostra come le basse velocità medie del vento possano comunque essere sfruttate per soddisfare i bisogni primari di energia degli abitanti. In seguito a questa ricerca preliminare, viene proposto un algoritmo basato sulla teoria Blade Element Momentum (BEM) per progettare e valutare le prestazioni di potenza di due principali geometrie di pala: la prima consiste in una pala a corda e calettamento costante, più facile da realizzare rispetto alla seconda caratterizzata da una geometria rastremata e svergolata. Variando il calettamento del profilo di pala, la linearizzazione radiale di corda, il tip-speed ratio di progetto e il numero di pale sono state ottenute diverse configurazioni di generatore eolico. Tra queste, la configurazione con pale a corda e calettamento costante con le migliori prestazioni di potenza presenta un coefficiente di potenza (CP) di 0.29, mentre la migliore con pale rastremate e svergolate raggiunge un valore di 0.37 grazie al suo design aerodinamico più efficiente. Successivamente, le verifiche di resistenza sulle sezioni del longherone e della torre eolica identificano due nuove configurazioni di generatore eolico come compromesso ottimale tra prestazioni di potenza e resistenza meccanica. La progettazione prosegue con la caratterizzazione sperimentale di un alternatore automobilistico volta a sviluppare un’originale logica di regolazione supportata da un nuovo circuito di controllo in grado di accoppiare in modo ottimale la relativa curva di potenza con quelle eoliche ottenute dalle simulazioni BEM. I risultati sperimentali di un circuito di eccitazione modificato composto da un pick-up magnetico e due transistor in configurazione Darlington evidenziano un efficiente accoppiamento di potenza con il generatore eolico. Il lavoro si conclude con il design concettuale di un sistema frenante basato sull’utilizzo di un sincronizzatore estratto dal cambio di un’automobile e quello di un sistema di orientamento realizzato con una molla a gas del bagagliaio di un’auto. Il manoscritto è supportato da disegni CAD che evidenziano l’accoppiamento dei pezzi di ricambio impiegati e offrono spunti interessanti per possibili sviluppi futuri.

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AUTORE: Colombo Marco

ABSTRACT
Garantire la sicurezza alimentare, migliorare la nutrizione e promuovere l’agricoltura sostenibile sono le tre grandi sfide da affrontare per raggiungere l’obiettivo di sviluppo sostenibile “Fame Zero” (SDG 2). Queste sfide, già di per sé particolarmente ardue, sono ulteriormente complicate nell’attuale contesto di cambiamento globale, i cui effetti vanno ad aggravare situazioni già precarie come quella di alcune zone del continente africano. Inoltre, la produzione alimentare ha a sua volta impatti rilevanti sul clima, attraverso i cambiamenti di uso del suolo e le emissioni climalteranti del settore agricolo e dell’allevamento, e contribuisce quindi in modo fondamentale alla possibilità di raggiungere l’obiettivo di sviluppo sostenibile “Lotta contro il cambiamento climatico” (SDG 13) La ricerca di strategie produttive efficaci, in grado di coniugare gli aspetti di sicurezza alimentare e sostenibilità ambientale, richiede un approccio multidisciplinare che tenga conto degli ecosistemi e degli agro-ecosistemi non solo nel garantire servizi ecosistemici di approvvigionamento (produzione di cibo), ma anche servizi di regolazione fondamentali come quelli dei cicli biogeochimici. L’obiettivo di questo lavoro è il confronto tra diverse pratiche agricole in termini di servizi di approvvigionamento e servizi di regolazione del ciclo del carbonio. L’approccio è stato applicato nell’isola di Nosy Mitsio, in Madagascar, dove è in corso un progetto di cooperazione internazionale volto a garantire la sicurezza alimentare della popolazione locale. Il confronto riguarda un progetto di realizzazione di orti multifamiliari, la pratica agricola maggiormente utilizzata nell’isola, il cosiddetto slash and burn, e un sistema di agroforestazione (un sistema agricolo promiscuo che combina specie erbacee, arbustive e arboree). Gli scenari considerati sono stati valutati mediante l’uso di indicatori che ne quantificano le prestazioni sia nel campo della sicurezza alimentare, in termini di copertura e bilanciamento della dieta sia nel campo della sostenibilità ambientale, in termini di servizi ecosistemici legati al ciclo del carbonio (rimozione e stoccaggio di carbonio nella biomassa vegetale e nel suolo). I risultati mostrano come sia l’orticoltura sia l’agroforestazione siano delle valide alternative alla pratica dello slash and burn nell’isola di Nosy Mitsio. L’orticoltura garantisce maggiore stabilità nella produzione di cibo e nel bilanciamento della dieta e l’agroforestazione fornisce prestazioni ambientali migliori. La pratica dell’agroforestazione garantirebbe una produzione di cibo che, seppur meno varia di quella degli orti, è in grado di superare le necessità di un singolo villaggio aprendo alla possibilità di commerciare i beni in eccesso nelle occasioni di viaggio verso l’entroterra. Una combinazione delle due pratiche potrebbe essere quindi la soluzione ideale, per garantire ottime prestazioni in entrambi gli ambiti considerati.

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ABSTRACT
Nosy Mitsio, nel Nord del Madagascar, è un’isola rurale, estremamente povera in termini monetari, ma ricca di risorse naturali ed opportunità. In questo contesto nasce il progetto multidisciplinare ENVAO, come parte integrante del curriculum dell’Alta Scuola Politecnica. Il suo obiettivo è la creazione di una strategia sostenibile di elettrificazione per il villaggio di Ampanitsoha. Questo lavoro di tesi è uno studio tecnico a supporto dell’implementazione della proposta nota come “Light Trail”. Essa consiste nella creazione di un sistema energetico stand-alone, condiviso da un gruppo di edifici. Il dimensionamento e la dislocazione dei suddetti punti di generazione dell’energia, insieme alla creazione di “quartieri energetici”, è al centro del presente studio. Al fine di sviluppare tale strategia, è necessario possedere una conoscenza approfondita del territorio del villaggio. Pertanto, il primo lavoro svolto da questo studio consiste nella mappatura della copertura di suolo dell’isola mediante OpenStreetMap, una banca dati cartografica globale e collaborativa. Successivamente, sulla base del posizionamento degli edifici e delle aree vegetate, vengono generati diversi scenari di elettrificazione, basati sull’uso di pannelli fotovoltaici. Per questo scopo, vengono utilizzate due metodologie. Il primo approccio consiste nella creazione di otto scenari, ognuno dei quali fornisce una diversa capacità nominale a un numero variabile di punti di generazione dell’energia. Le connessioni elettriche tra ogni punto e gli edifici serviti sono scelte in maniera casuale. Il secondo approccio, invece, è basato sulla suddivisione del villaggio in quartieri energetici prestabiliti, definiti sulla base della struttura sociale della comunità. I sistemi energetici vengono poi dimensionati mediante il modello di programmazione lineare MicroGrids Py. La valutazione del costo capitale di ogni scenario evidenzia come l’implementazione della strategia generata con il secondo approccio permetta dei risparmi economici significativi, uniti ad un minor impatto ambientale e sociale. I risultati di questo studio mostrano come i progetti di elettrificazione, in contesti rurali, non possano prescindere dal contesto in cui vengono realizzati. Le caratteristiche del sistema vanno adattate agli elementi sociali ed ambientali preesistenti, in modo tale da aumentare, complessivamente, la sostenibilità della soluzione proposta.

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ABSTRACT
Nel mondo, 759 milioni di persone vivono senza elettricità. Tre quarti di queste si trovano nell’Africa sub-sahariana. La diretta correlazione tra accesso all’elettricità e miglioramento della qualità della vita rende fornire energia elettrica alle comunità rurali off-grid una questione urgente da affrontare. Con una popolazione destinata a raddoppiare entro il 2050 e il riscaldamento globale in aumento, i paesi africani si trovano ad affrontare l’ulteriore sfida di trovare modi innovativi per soddisfare la domanda energetica in crescita senza ricadere in schemi di produzione di energia non rinnovabile. Le opportunità da sfruttare in questo caso sono le riserve quasi illimitate di fonti energetiche rinnovabili e gli sforzi crescenti di nazioni e organizzazioni per raggiungere lo sviluppo sostenibile del continente. All’interno di questo ampio contesto, questa tesi esplora il tema della progettazione di sistemi di energia rinnovabile e la loro integrazione nelle povere comunità rurali africane. Più precisamente, dal punto di vista del design, indaga l’esistenza di approcci ideali per portare innovazione e coinvolgimento alle comunità che possono contribuire ad avviare uno sviluppo più sostenibile e resiliente. La ricerca svolta conferma l’idea che l’approccio Product-Service System sostenibile (S.PSS) applicato ai sistemi di Energia Rinnovabile Distribuita (DRE) sia probabilmente la migliore strategia per creare soluzioni sostenibili dal punto di vista economico, sociale e ambientale. Inoltre, viene avanzata l’idea che incoraggiare la popolazione locale a conoscere e armeggiare con prodotti alimentati da energia rinnovabile possa innescare una serie di innovazioni frugali che amplino lo spazio delle soluzioni fornite dal sistema S.PSS+DRE, affrontando quindi i bisogni più peculiari e nascosti dei vari stakeholder. Per incoraggiare e aiutare le organizzazioni a sbloccare la creatività e il coinvolgimento degli utenti locali, viene proposto un framework che consentirebbe di stimolare le innovazioni frugali degli abitanti e integrarle nel sistema ad energie rinnovabili. Infine, una possibile applicazione di tale framework all’isola di Nosy Mitsio in Madagascar esemplifica i concetti proposti e offre una visione di un futuro alimentato da energia rinnovabile per la sua comunità.

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