Multi-Physical Modelling and Prototyping of an Energy Harvesting System Integrated in a Railway Pneumatic Suspension

La multi-fisica è un approccio fondamentale per comprendere e progettare sistemi complessi come quelli utilizzati nel settore ferroviario. Questa sezione introduce il concetto di energy harvesting, evidenziando l'importanza di recuperare energia da fonti altrimenti sprecate, come le vibrazioni delle sospensioni ferroviarie. L'obiettivo principale di questa ricerca è sviluppare un sistema di energy harvesting integrato in una sospensione pneumatica ferroviaria, sfruttando l'effetto piezoelettrico per convertire l'energia meccanica in energia elettrica. La ricerca si basa su un'analisi approfondita delle fonti di energia e propone un approccio multi-fisico per massimizzare il recupero energetico. Come affermato da Albert Einstein, “Se sapessimo (esattamente) quel che stiamo facendo, non si chiamerebbe ricerca.” Questo sottolinea l'importanza della scoperta e dell'innovazione nel campo dell'ingegneria.

L'approccio multi-fisico è essenziale per analizzare le interazioni tra diversi fenomeni fisici nel contesto del energy harvesting. Questa sezione discute le tecniche utilizzate per modellare il sistema di energy harvesting integrato nella sospensione pneumatica. L'uso di tecniche di elementi finiti consente di simulare il comportamento del sistema in condizioni reali. La combinazione di processi di estrazione energetica è stata esplorata per ottimizzare le prestazioni del sistema. L'analisi delle sorgenti di eccitazione, come le vibrazioni indotte da irregolarità nel binario, è cruciale per comprendere come massimizzare il recupero energetico. La ricerca ha dimostrato che l'integrazione di trasduttori piezoelettrici commerciali può migliorare significativamente l'efficienza del sistema. La validazione dei modelli attraverso prove sperimentali ha confermato l'affidabilità delle simulazioni.

La fase di prototipazione è un passo cruciale nello sviluppo di un sistema di energy harvesting. Questa sezione descrive le attività sperimentali condotte per testare il prototipo di un sistema di energy harvesting integrato in una sospensione pneumatica. Un primo mock-up è stato costruito e testato su un shaker per ottimizzare il modello numerico. Successivamente, è stato realizzato un prototipo a grandezza naturale per applicazioni metropolitane. La progettazione di un nuovo banco di prova ha permesso di testare il componente a grandezza naturale, garantendo che il sistema soddisfi le specifiche richieste. I risultati dei test hanno dimostrato l'efficacia del sistema integrato, evidenziando il potenziale per applicazioni pratiche nel monitoraggio e nella diagnostica dei veicoli ferroviari. La validazione dei modelli attraverso prove sperimentali ha confermato l'affidabilità delle simulazioni.

Le conclusioni di questa ricerca evidenziano l'importanza del multi-fisico nella progettazione di sistemi di energy harvesting. I risultati ottenuti dimostrano che è possibile recuperare energia dalle vibrazioni delle sospensioni ferroviarie, contribuendo a una maggiore sostenibilità nel settore dei trasporti. Le applicazioni pratiche di questo sistema possono portare a un miglioramento significativo nell'efficienza energetica dei veicoli ferroviari. Gli sviluppi futuri potrebbero includere l'ottimizzazione dei materiali utilizzati nei trasduttori piezoelettrici e l'esplorazione di nuove tecniche di energy harvesting. La ricerca continua a essere fondamentale per affrontare le sfide energetiche del futuro, promuovendo l'innovazione e la sostenibilità nel settore ferroviario.