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Antonio Morandi

Professore associato

Dipartimento di Ingegneria dell'Energia Elettrica e dell'Informazione "Guglielmo Marconi"

Settore scientifico disciplinare: ING-IND/31 ELETTROTECNICA

Temi di ricerca

Si studiano i dispostivi e i sistemi superocnduttivi di potenza. In particolare si sviluppano le seguenti applicazioni
- Accumulatori di energia (SMES)
- Limitazione di corrente di guasto (SFCL)
- Trasmissione e distribuzione DC dell'eenergia elettrica
- Levitazione magnetica, generazione di campi magnetici e impiego nelle macchine

Tra i superconduttori disponibili si considerano sia il diboruro di magnesio (MgB2) che i materiali ad alta temperatura critica (HTS).
Si sviluppano i modelli numerici non lineari per la progettazione e l'ottimizzazione dei dispositivi superocnduttivi.  

                           
Si anlizzano inoltre i dispostivi per il trattamento elettromagentico dei materiali a livello industriale. Tra questi figurano i riscaldatori ad induzione ad alta efficienza (sia per l'alluminio che per l'acciaio) e i filtri elettromagnetici per la rimozione di microinquinanti da liquidi e polveri sottili da atmosfera.

Le attività di ricerca sono svolte in collaborazione con numerose industrie ed enti di ricerca.



Relativamente ai sistemi a superconduttore per l'accumulo di energia (SMES), presso il Laboratorio di Ingegneria Magnetofluidodinamica e Superconduttività Applicata (LIMSA) dell'Università di Bologna è stato progettato e brevettato un sistema di accumulo dell'energia basato su uno SMES (Superconducting Magnetic Energy Storage) raffreddato mediante combustibile criogenico. Il dispositivo è ideato in particolare per essere alloggiato nel serbatoio dei veicoli ibridi (dotati di motore a combustione interna associato ad un motore/generatore elettrico) alimentati ad idrogeno liquido, ed in prospettiva a metano liquido se i superconduttori in grado di operare al corrispondente livello di temperatura verranno adeguatamente sviluppati. Nei veicoli a trazione ibrida, ma anche nei veicoli dotati di fuel-cell, la funzione principale del sistema di accumulo dell'energia elettrica è quella di erogare potenza nei momenti di maggiore richiesta (accelerazioni) e assorbire potenza nei momenti di eccedenza (decelerazioni). Uno SMES presenta caratteristiche tecniche favorevoli per l'applicazione come sistema di accumulo a bordo di veicoli ibridi, in quanto offre elevata potenza per unità di massa, basse perdite, e la possibilità di sostenere migliaia di cicli di carica/scarica veloce. L'obiettivo della ricerca pertanto è l'analisi del sistema e dei flussi di potenza attraverso i convertitori di interfacciamento con il sistema elettrico del veicolo. Per ciascuno dei componenti fondamentali ci si propone di sviluppare i modelli teorici ed i codici di calcolo e di validare tali modelli con i dati sperimentali disponibili. Relativamente ai dispositivi per la limitazione delle correnti di guasto (FCL), una parte considerevole della ricerca è volta allo studio delle perdite nel superconduttore in regime di corrente alternata ed allo studio della distribuzione di corrente nei cavi superconduttori multifilamentari. Poiché tali dispositivi sono finalizzati al miglioramento della Power Quality, ci si propone inoltre di simulare il comportamento degli stessi all'interno della rete, al fine di ottimizzarne le prestazioni e di valutarne la convenienza rispetto ai sistemi convenzionali. Verranno studiati sia sistemi che utilizzano materiale superconduttore a bassa Tc (NbTi e Nb3ST), sia sistemi che utilizzano i materiali superconduttori ad alta Tc (YBCO, BiSCCO). Relativamente ai filtri ed ai separatori magnetici, l'obiettivo generale è lo studio sistematico dei fenomeni, accoppiati in modo non lineare, di origine elettromagnetica, termica e fluidodinamica nelle applicazioni EPM (Electromagnetic Processing of Materials) di più rilevante interesse tecnologico-industriale. L'applicazione simultanea di campi magnetici statici, alternativi, rotanti, traslanti, impulsati e modulati da luogo all'insorgere di un sistema di forze che, agendo direttamente su materiali (o miscele) rendono possibile una molteplicità di applicazioni tecnologico-industriali. Fra le più promettenti vi sono: i trattamenti termici ad alta efficienza, la rimozione dei microinquinanti dai liquidi e l'abbattimento del particolato atmosferico ultra-fine. Possibili applicazioni industriali riguardano la desolforazione del carbone, la purificazione delle acque di scarico industriali ed urbane, il controllo dell'emissione dei gas combusti nelle centrali termoelettriche, nelle acciaierie, nei cementifici, nelle cartiere. Per applicazioni HGMS (High Gradient Magnetic Separation) la tecnologia superconduttiva è imprescindibile, a causa degli intensi campi magnetici necessari per elevare le prestazioni e permettere, ad esempio, l'estrazione delle impurità dagli acciai e l'abbattimento degli agenti inquinanti quali PM10, PM2.5 etc.. Un ulteriore obiettivo della ricerca è la formulazione di metodologie per l'analisi ed il progetto dei sistemi studiati. Lo studio è rivolto sia alla formulazione dei modelli sia allo sviluppo di metodi risolutivi adeguati. Tra i risultati della ricerca, una parte significativa è costituita dal confronto delle capacità e delle prestazioni dei metodi sviluppati nell'ambito della stessa e quelli reperibili in letteratura. Si sono stabiliti accordi con i più importanti Laboratori Nazionali ed Internazionali che svolgono ricerche nel settore della Superconduttività Applicata, così come risulta anche dai lavori pubblicati congiuntamente e dai contratti di ricerca ottenuti.

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