Ralph DTE

Bringing art into engineering

La continua lotta contro il sistema Italia: La privacy

Scritto da Raffaele Berardi il 10 novembre 2016

Rubrica: Così è la vita

Titolo o argomento: Risolvere i problemi dell’Italia da soli

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Nota. Sebbene il fenomeno sia presente anche in Italia è corretto porre all’attenzione che ovviamente si tratta di un problema globale e che almeno alcuni documentari nazionali di rilievo hanno evidenziato questa problematica. Ora sarebbe bene parlarne anche nelle scuole inserendo programmi scolastici aggiornati, evoluti e tenuti anche da personale giovane e preparato in materia.

Pagamenti elettronici, tracciamento delle attività sul web da qualunque dispositivo, social network, scatole nere sui veicoli, smartphone vulnerabili (perché hackerabili come comuni computers) e sovente ricchi di app che hanno accesso a numerosi contenuti privati presenti in memoria, sistemi di telecamere per le strade, applicazioni per il fitness con condivisione di dati e sincronizzazione tramite la rete, elettrodomestici collegati in rete (IoT, Internet of Things), nuvole (clouds), dispositivi GPS associati a fotocamere così come a telefoni, cardiofrequenzimetri, veicoli, giocattoli…

E’ oggi possibile sapere tutto di una persona: quel che gli piace o meno, le sue abitudini, cosa compra, i suoi gusti, come impiega il proprio tempo libero, cosa pensa, le sue debolezze, i suoi desideri, le sue ambizioni, che cibo mangia, quanto dorme, le sue condizioni di salute, il suo stato fisico e mentale, il suo rischio di ictus o di attacco cardiaco (anche se vi dicono che non è possibile prevederlo, ma si riferiscono al momento esatto in cui se ne può esser colti, non al rischio di…), la sua intelligenza, le sue capacità, la sua influenza sugli altri, la sua viralità, il suo credo, piccole manie, tic, ossessioni. Significa poter prevedere agevolmente che acquisti farà, la sua età biologica, il suo stato di salute, se risponderà o meno a tendenze che lo vogliono prevaricare (spesso senza che nemmeno se ne accorga), se oltre a provare l’impeto di reagire dispone degli strumenti dell’intelletto che gli permettano di raggiungere realmente un risultato, se esercita una qualche influenza sulle persone che ha intorno… se può rappresentare un pericolo per un mondo che ha altri progetti e come distrarlo dai suoi intenti.

Significa, potenzialmente, poter un domani creare problemi su misura per le persone, probabilmente riuscire a deviarle da un percorso o, addirittura, isolarle qualora queste risultassero in grado di esercitare una certa influenza senza però appartenere ad una qualche parrocchia. In sintesi: Controllo.

Sempre meno “Masanielli” nel futuro della nostra società “moderna”, sempre meno “Imprevedibili Innovatori”, sempre più adeguamenti, istinti assopiti, addomesticamenti e caramelle colorate per lenire impulsi e desideri. I videogiochi ad esempio permettono di sfogare in un mondo fittizio la voglia di trasgredire, evadere, ribellarsi. I gadget elettronici (come smartphone e tablet) invece sfamano il desiderio (spesso l’illusione) di controllo sulla propria vita. Ogni cosa sembra al suo posto, organizzabile e controllabile mentre la vita ci sfugge inspiegabilmente da sotto le mani ma facciamo fatica a collegare le due cose percependo solo una stressante “ansia” (che avrà i suoi effetti sulla salute).

La totale assenza di privacy è lo strumento ideale per muovere previsioni con un margine di errore minimo (è il motivo per cui i motori di ricerca utilizzati in rete conoscono prima dell’individuo stesso che automobile acquisterà anche se non ha ancora pensato di acquistarne una, se si ammalerà o meno di influenza questo inverno e quale sarà il prossimo medico specialista di cui avrà bisogno), operare previsioni ha generalmente pochi fini: la statistica (ad esempio per fini assicurativi), la prevenzione (per non esser colti in contropiede da un fenomeno dilagante) ed il controllo (per esercitare un’influenza ed orientare le masse in una determinata direzione pressappoco come il bestiame). Si può conoscere la tendenza di un mercato o, al contrario, se un’influenza esercitata sulla massa sta restituendo i risultati sperati al fine di “gestire” il mercato con un ciclo inverso rispetto al suo percorso naturale, o di gestire le volontà delle persone più deboli con tecniche da “mentalista” inducendole a determinati pensieri con metodi degni di un gioco di prestigio.

Premesso che sono dell’avviso che “Il caso non esiste”, penso che oggi, come non mai, ci sia davvero poco da imputare al caso a men che non si voglia generare caos utilizzando in modo anomalo e biricchino tutti i dispositivi sopra citati fornendo dati depistanti. Ma solo un’azione di massa produrrebbe viraggi significativi dei miliardi di miliardi di dati che ogni giorno vengono storati e classificati sulla razza umana. Del resto, se ci pensate… una balena potrebbe mai immaginare che il pizzicotto che ha sentito dopo aver incontrato una barca piena di ricercatori è servito a impiantarle un dispositivo che serve per studiare la sua vita? Che ne sa una balena di sensori, dati, datalogger, trasmissioni satellitari, studi e ricerche? Allo stesso modo temo sia molto difficile ipotizzare cosa realmente possa fare chi si trova dall’altra parte dei nostri big data.

Ci suggeriscono che questo genere di tecnologia sia utile per individuare ad esempio chi “ruba” ma… in fondo sappiamo bene che chi ha depredato un paese non era certo un comune ladro di galline, quell’innocuo civile a cui si accede rapidamente (e senza timori) perché debole. Il vero furto è sempre stato rappresentato dalle deregolamentazioni folli, da chi ha gestito i fili delle marionette che si sono adoperate nel teatrino della crisi economica globale (pilotata), da chi ha depredato piccole e medie imprese ed ha troncato a metà aziende con tassi di innovazione spaventosi (come quelle che producevano le migliori celle li-ion del mondo o i migliori powertrain range-extender) che potevano rappresentare un serio vantaggio per i consumatori. I veri ladri sono coloro che hanno privato le persone della vera tecnologia dando loro in cambio tecnologia fidelizzante e sovrintendente e dopo averle divise in categorie al fine di stuzzicare l’inutile e dispendiosa lotta tra soggetti che nemmeno si accorgon più di esser dello stesso coro.

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Fitness tracker

Oggetti come un semplice fitness tracker si indossano, raccolgono
dati, si sincronizzano con il nostro telefono (che ha una sim
univoca) o con il nostro pc (che ha un suo indirizzo IP) oppure
mettono direttamente tali dati su una nuvola (cloud). Questa
diffusione di dati, potenzialmente, può permettere persino di
rilevare quante possibilità ci siano che tu raggiunga una
determinata età e possa ad esempio usufruire di determinati
prodotti e servizi. Negli anni ’90 indossavamo un
cardiofrequenzimetro, lo guardavamo noi e, qualche volta, il
nostro medico sportivo. Farne partecipe il mondo che risvolti
dovrebbe invece avere sulla prestazione agonistica?
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Le torri dissipative, un ottimo ausilio contro i terremoti

Scritto da Raffaele Berardi il 2 novembre 2016

Rubrica: Tecnologie in edilizia

Titolo o argomento: Dissipare l’energia dei terremoti

Mentre il paese pensa ai fiori di lillà e non ci facciamo mancare ogni tipo di ossessione, ci sfugge qualcosa di più importante. L’Italia, la terra delle menti brillanti (tra i maggiori esportatori al mondo di cervelli), ha potenzialmente soluzioni per ogni cosa e la capacità di intraprenderle autonomamente essendo una primizia mondiale (purtroppo sovente mal custodita) in settori quali, le scienze, la medicina, l’ingegneria, la robotica, l’aerospaziale, l’energia, i materiali, l’industria, la fisica, l’arte, la cultura… e molto altro condotto sempre con doti quali la capacità di innovare, la creatività, l’originalità…

Penso però sia veramente un peccato che certe chicche del progresso siano masticate solo da tecnologi di settore e mai chiacchierate in larga diffusione affinché tutti ne conoscano quantomeno l’esistenza. Un esempio importante, in questo periodo di risveglio del nostro sottosuolo (con la serie di terremoti iniziata il 24 Agosto ed in realtà mai terminata, a memoria storica, dal 1700), è rappresentato dalle “Torri dissipative” brevettate con merito (con brevetto internazionale che comprende anche Cina, Giappone e Stati Uniti, affermatosi  nel 2013 al Salone Internazionale delle Invenzioni di Ginevra, la più importante esposizione di invenzioni al mondo), in una versione innovativa, dall’Ing. Alessandro Balducci dell’Università Politecnica delle Marche. All’evento queste innovative Torri dissipative hanno vinto la medaglia d’oro* e la menzione speciale nell’ambito della classe D, ovvero Costruzioni, Architettura, Edilizia civile.

*Il brevetto era in competizione, a Ginevra, con circa 800 invenzioni dal mondo delle imprese, istituti, università e inventori provenienti da 41 paesi, davanti a oltre 60.000 visitatori. La giuria internazionale era composta da 85 specialisti di ogni settore.

Le Torri dissipative sono state mostrate anche durante l’evento “Your Future Festival”, tenutosi presso l’Università Politecnica delle Marche nel 2014, dove studenti e visitatori ne hanno potuto apprezzare un fedele e funzionante modello in scala (immagini in basso). Si tratta di un dispositivo per la protezione sismica degli edifici, una protezione che potremmo definire di tipo attivo se paragonata ad esempio ai dispositivi di sicurezza dei veicoli.

La tecnologia sviluppata dall’Ingegner Balducci vanta una notevole efficacia (consente agli edifici di resistere anche a terremoti di grande intensità) e costi di applicazione decisamente contenuti (circa 150 Euro per ogni metro quadro). Tanto per capirci con il costo di una piccola utilitaria si può evitare di perdere la casa (previa possibilità di installazione del dispositivo) o importanti strutture come scuole e ospedali.

Il sistema prevede l’applicazione di torri (costituite da tralicci metallici) all’esterno degli edifici. Queste vengono posizionate in modo strategico, a ridosso dei punti critici delle strutture, al fine di assorbire le oscillazioni degli edifici e scaricarle alle loro basi. Tali basi sono vincolate a terra tramite un appoggio centrale a cerniera sferica (immagini in basso) e le oscillazioni sono controllate da dispositivi di dissipazione montati su manovellismi di amplificazione degli spostamenti, disposti radialmente per risultare attivi in tutte le direzioni. L’effetto che ne deriva si traduce in una significativa riduzione delle accelerazioni e degli spostamenti dell’edificio. Il sistema, in quanto esterno, può essere applicato agli edifici senza interferenze con gli spazi e quindi senza interrompere l’operatività delle funzioni degli edifici stessi: per questo è stato giudicato particolarmente adatto a ospedali e scuole.

La prima realizzazione in assoluto delle torri dissipative è stata operata presso una scuola, il Liceo Benedetto Croce di Avezzano, seguito poi dal Liceo da Varano nel centro di Camerino e dal complesso Ospedaliero di Torrette di Ancona. L’applicaione sta ora avendo successo a livello mondiale.

Maggiori informazioni

Per maggiori informazioni trovate tutta la documentazione necessaria ed i contatti con l’Ingegner Alessandro Balducci, al seguente link: www.torridissipative.com

Curiosità

Il sistema di connessione del traliccio all’edificio è assimilabile ai triangoli delle sospensioni che nelle vetture connettono le ruote al telaio.

Il traliccio della torre è di per sé assimilabile al telaio in tubi a traliccio di una vettura o di una moto da corsa.

Il sistema di dissipazione dell’energia alla base della torre è invece assimilabile al sistema di leveraggi di una sospensione motociclistica.

Torri dissipative innovative - Ing. Balducci

Torri dissipative - Prevenzione terremotiTorri dissipative - Prevenzione terremotiTorri dissipative - Prevenzione terremotiTorri dissipative - Prevenzione terremotiTorri dissipative - Prevenzione terremoti

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Electronic Throttle Control: modificare le curve di risposta dell’acceleratore drive by wire

Scritto da Raffaele Berardi il 29 ottobre 2016

Rubrica: Incominciamo a parlare di automobili | Le domande dei lettori

Titolo o argomento: Effetti della modifica della curva di risposta dell’acceleratore elettronico

Risponendo a: Matteo

Matteo scrive: Ciao Ralph, ho scoperto da qualche giorno il tuo sito e ho letto molti dei tuoi contenuti poiché da tempo sono interessato agli approfondimenti tecnici legati al mondo della meccanica, informatica, elettronica (ho una laurea magistrale in Ing. Informatica al Politecnico di Milano). Da diversi mesi monto sulla mia auto un dispositivo che aumenta la reattività dell’acceleratore e mi domando quanto questo possa influire sull’usura del motore.

Mi pare di aver capito che tali dispositivi non fanno altro che modificare la “mappa del gas” praticamente amplificando (o variando) la risposta del potenziometro del gas, in modo che il corpo farfallato venga aperto più rapidamente e secondo una curva diversa da quella di fabbrica inserita nella centralina motore (immagino sia il modulo PCM)

In linea teorica questo non dovrebbe influenzare più di tanto l’usura del motore, ma, leggendo sul tuo blog, ho trovato una tua considerazione in merito all’utilizzo del gas che aperto oltre il necessario manderebbe sotto sforzo il motore.

A questo punto mi domando, quanto possono influire sull’usura del motore dispositivi che modificano la risposta del gas? Sono relativamente sicuri ?

La casa madre costruisce una mappa così “lenta” solo per motivi di inquinamento o in realtà anche per affidabilità, o semplicemente marketing su modelli di auto destinati ad un utenza più familiare e non sportiva?

L’acceleratore elettronico offre sostanzialmente il vantaggio di rilevare la richiesta di carico del guidatore e fornirla in entrata alla centralina elettronica che la restituirà “corretta” al sistema di alimentazione del motore. Questo offre una risposta più morbida e digeribile dalla maggior parte dei guidatori, permette di evitare carichi eccessivi in quei transitori in cui le condizioni del motore non permettono di erogare nell’immediato la coppia e la potenza richieste (ovvero quelle situazioni in cui ci accorgiamo che alzando il piede dall’acceleratore il motore sale di giri più agevolmente) e permette di ridurre l’inquinamento in quanto si riducono gli incombusti che passano direttamente allo scarico e, in generale, la quantità di carburante immessa in camera di combustione.

Modificare le curve di risposta della centralina alle diverse azioni sull’acceleratore, può rendere la guida più “scattosa” (effetto on/off), più allegra e sportiva e quindi più diretta e rassomigliante a quella che si aveva quando il corpo farfallato, o i corpi farfallati, erano azionati dal filo meccanico. Nonostante ciò anche in quel caso vi era una gran differenza tra l’alimentazione mediante carburatori o iniettori in quanto la misura della portata d’aria (presente nei sistemi di alimentazione a iniezione) già forniva una prima correzione nella portata degli iniettori nonostante il comando dell’acceleratore fosse di tipo meccanico.

Quindi la situazione più diretta, scorbutica, sportiva e inquinante era quella con l’acceleratore meccanico ed i carburatori, mentre la risposta più dolce e ottimizzata è ora rappresentata dall’iniezione, la sensoristica, la centralina elettronica ed il drive by wire.

La guida diventa talmente dolce e la progressione costante (grazie anche ad opportuni anticipi di accensione, leggi di apertura delle valvole e via discorrendo) che motori con una certa potenza rendono i veicoli gestibili anche da un’utenza meno esperta ed anche in condizioni di fondo stradale sconnesso o bagnato.

Modificare le curve di risposta all’input dell’acceleratore elettronico sollecita di più il motore ma i picchi di tali sollecitazioni, se il motore è rimasto originale, restano gli stessi. Il numero di giri non cambia, la massima potenza erogata e la relativa coppia, nemmeno. Cambia la rapidità con cui variano le sollecitazioni (previste in fase di progettazione) e tutt’al più la “sofferenza” della trasmissione. Penso, ma non ho testato la cosa, che cambi anche la rapidità con cui viene smaltito il calore, problematica dalla quale potrebbe emergere una certa usura non trascurabile (ma questo dipende molto da quanto il guidatore “insiste” nelle sue richieste; una variazione saltuaria o per brevi tratti non penalizza particolarmente la vita utile prevista del gruppo motopropulsore).

Il problema ora è: modificando le curve di risposta all’azione sull’acceleratore, sono rilevabili “cronometricamente” dei miglioramenti in termini di prestazioni? Oppure il sound si fa più accattivante ma l’attesa che si verifica nell’accelerare la massa del veicolo è tale da generare solo maggiori emissioni? Non di rado un’azione più dolce genera un’erogazione della coppia persino migliore, tutto sta nella capacità del motore di “respirare” e quindi avere una certa natura intrinseca nel voler salire rapidamente di giri; ciò dipenderà dai suoi condotti, dalla sua distribuzione e dalle sue geometrie di progettazione tipiche dei “calcoli della serva” (ovvero i calcoli di routine che si fanno inizialmente).

Generalmente sonde e cronometri offrono risposte decisamente migliori delle mie : )

Nelle immagini

Il sistema ETC (Electronic Throttle Control) della Bosch. Il guidatore effettua la sua richiesta di potenza e coppia, la centralina, grazie ad innumerevoli rilievi operati dai sensori motore, fa da supervisore e calcola in una frazione minima di secondo se la richiesta può essere soddisfatta o se genererà maggiori emissioni perfettamente evitabili. La centralina elettronica, a differenza del guidatore, conosce perfettamente la situazione del motore in ogni istante: temperature e pressioni in gioco, curva di coppia e potenza, numero di giri, velocità, dettagli della guida, condizioni della combustione, predisposizione o meno del motore a salire di giri in un determinato transitorio, rischio di detonazione, fattibilità o meno di una precisa richiesta e compatibilità della stessa con i parametri in cui il motore dovrebbe rientrare…

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Rubrica: Incominciamo a parlare di automobili
Rubrica: Domande tecniche dei lettori

Acceleratore elettronico BOSCH - Sistema ETC Electronic Throttle Control Acceleratore elettronico BOSCH - Sistema ETC Electronic Throttle Control

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Do It Yourself – Piccole grandi soddisfazioni: la chitarra elettrica

Scritto da Raffaele Berardi il 26 ottobre 2016

Rubrica: DIY – Do It Yourself

Titolo o argomento: I vantaggi inaspettati della formazione extra…

Ebbene sì, sono andato a martorizzare pure la chitarra. Non so spiegare bene ma ho come la sensazione di possedere realmente un oggetto solo nel momento in cui ho imparato a conoscerlo a fondo. Non ho mai sentito la chitarra così mia come quando sono stato costretto ad averne particolare cura, conoscendola più a fondo per smontarla in tutte le sue parti (non l’avevo mai fatto prima). Studiare anche la Meccatronica oltre la Meccanica pare stia dando inaspettati frutti. Ovviamente scherzo, la parte elettrica di una chitarra è in realtà piuttosto semplice e la Meccatronica l’ho aggiunta ai miei studi per ben altri motivi, ma pare che comunque… sia molto più utile di quanto pensassi. Certo è che più sei formato (specie sulla pratica) e più possibilità hai di essere “libero”.

Un bel giorno una levetta che mi permette di modificare il suono emesso dalla chitarra elettrica, smette di funzionare. Questa parte si chiama “selettore” e permette di scegliere quali pick-up della chitarra elettrica utilizzare. I pick-up, per intenderci, sono dei dispositivi in grado di trasformare le vibrazioni delle corde in impulsi di tipo elettrico.

Le prime volte che il selettore ha presentato dei problemi era sufficiente stuzzicarlo un po’ e si rianimava senza indugio; con il tempo, invece, ha smesso di dare segni di vita generando sguardi di ilare insofferenza nel mio maestro di musica. Dopo alcune settimane e una nutrita gamma di colorite parole atte ad esprimere l’insostenibilità della situazione, mi sono deciso e mi sono informato sui costi del ricambio e della manodopera. Ho scoperto così che il ricambio ha tutto sommato un costo contenuto (una ventina d’Euro) mentre la manodopera, giustamente, va più su. Il lavoro implica lo smontaggio di tutte le corde, l’apertura delle cover (superiore e inferiore), il dissaldamento dei cavi elettrici e la sostituzione del pezzo. La curiosità è stata più forte di me ed ho deciso di tentare da solo (con l’aiuto di un esperto radiotecnico a me particolarmente caro).

Operando una prima ispezione ci siamo accorti che il selettore non mostrava alcun danno e non era necessario sostituirlo. Grazie ad un comune multimetro (tester) abbiamo osservato che vi era continuità su tutti i suoi contatti. Il problema, ben più banale, anche se piuttosto fastidioso e ingannevole, proveniva invece dalla qualità delle saldature, alcune delle quali risultavano, come si usa dire in gergo, fredde. Ciò significa che non conducevano elettricità a dovere e, in taluni casi, non conducevano affatto. Pulite e ripristinate le sedi dei contatti del selettore ed effettuate nuove saldature, la chitarra ha ripreso a funzionare regolarmente, con nostra grande soddisfazione ed alla modica cifra di 0 Euro. Piccole grandi soddisfazioni per ogni Do It Yourselfer : )

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Tipologie di Data Logger

Scritto da Raffaele Berardi il 13 ottobre 2016

Rubrica: Strumenti per il Lab

Titolo o argomento: Strumenti per registrare dati fisici

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A livello commerciale si posono distinguere 4 tipologie di data logger: stand-alone, web-based data logging systems, wireless data nodes e BLE (Bluetooth Low Energy) data loggers. Un quinto tipo è rappresentato invece dai registratori di dati che si possono montare a bordo, ad esempio su un prototipo di un veicolo. Parliamo quindi della possibilità di registrare dati come le forze agenti su un veicolo in movimento o i parametri di un powertrain (a combustione interna, elettrico o ibrido) durante il suo utilizzo. Infine vi sono soluzioni di data logger assemblate ad hoc, per particolari esigenze, da chi fa ricerca. In quest’ultimo caso non pensate per forza a grandi laboratori di grandi realtà irraggiungibili, potrebbe trattarsi anche del vostro garage di casa. Del resto, diceva Wernher von Braun, “Ricerca è ciò che faccio quando non so che sto facendo”.

Data logger portatili

Stand-Alone Data Logger

I data logger di tipo stand-alone sono compatti, portatili e riutilizzabili. Hanno un prezzo contenuto e si utilizzano facilmente in quanto necessitano solo di essere avviati e stoppati all’occorrenza. Generalmente sono monocanale e quindi rilevano una sola grandezza alla volta (ad esempio solo la temperatura). In linea di massima acquisiscono un solo tipo di grandezza anche se ne esistono, con costi leggermente più alti, modelli in grado di acquisire più tipi di grandezze (ad esempio tutte quelle rilevate da un multimetro) ma pur sempre una alla volta.

Includono al loro interno sia la memoria che conserva i dati acquisiti, sia il circuito dello specifico sensore di cui sono dotati nonché l’unità che rileva le grandezze fisiche e le trasforma nel dato utile all’utente, sia la batteria che li alimenta. Al loro esterno hanno generalmente un display, che mostra i dati istantanei catturati, e la presa che permette di collegare il sondino contenente lo specifico sensore. Generalmente il sondino ha un cavo di una lughezza sufficiente a tenere il data logger distante dalla zona del rilievo, questo ad esempio quando è necessario proteggerlo dalla presenza di liquidi o alte temperature. Altre volte invece anche il sensore è contenuto all’interno della scocca del data logger ad esempio ove è richiesta compattezza, dove il rilievo riguarda l’intero ambiente o dove è necessario un elevato grado di protezione ad esempio ai liquidi.

I data logger stand-alone possono comunicare con un computer tramite un’interfaccia USB oppure estraendo la memoria presente all’interno e trasportando così solo i dati senza rimuovere il dispositivo dal luogo del rilievo.

Onboard Data logger

Se nel lavoro che svolgono sono in tutto e per tutto analoghi a tutti gli altri data logger, quello che cambia è il contesto in cui vengono inseriti, come vengono alimentati, quali parametri solitamente registrano e la possibilità di scaricarli manualmente sul computer o di trasmetterli con un sistema a radiofrequenza, una rete telefonica o un collegamento ottico. La loro costruzione deve essere “robusta” per sopportare, sollecitazioni e condizioni sfavorevoli (vibrazioni, sporco, umidità, temperature elevate) e devono essere in grado di registrare una gran mole di dati provenienti da più canali con un’elevata frequenza di campionamento.

Data logger per stazione fissa

Web-based Data Logging Systems

I data logger web-based permettono l’accesso ai dati tramite un cellulare GSM, tramite il Wi-Fi o la rete Ethernet. Questi sistemi possono essere configurati con una gran varietà di sensori esterni e trasmettere i dati ad un server sicuro che li raccolga e li renda fruibili.

Wireless Data Nodes

I wireless data nodes trasmettono in tempo reale i dati da una moltitudine di stazioni ad un computer centrale eliminando la necessità di andare fisicamente presso ogni postazione a scaricare i dati di ogni data logger.

BLE Data Logger

I BLE data logger (Bluetooth Low Energy) misurano e trasmettono dati ad un dispositivo mobile nel raggio di 30 metri.

Data Logger assemblati ad hoc

Non si comprano in un negozio, si assemblano, si aggiornano, si modificano, si espandono, si smontano e si rifanno ad hoc per ogni nuova situazione che richieda l’acquisizione di dati. Ci si procura l’hardware necessario (sensori, relativi circuiti, scheda di acquisizione degli input analogici o digitali, relativo software e un computer) e lo si assembla sulle proprie specifiche esisgenze che possono variare di volta in volta cambiando solo i sensori, i relativi circuiti e la programmazione che permette alla scheda che acquisisce gli input di tradurre i rilievi e renderli fruibili come valori finali all’utente. Quello che è rischiesto in questo caso è la conoscenza dei sensori necessari, la matematica che permette di trasformare le grandezze fisiche rilevate nel valore desiderato (nei precedenti articoli abbiamo fatto l’esempio del termistore la cui resistenza diminuisce al crescere della temperatura e per il quale un’opportuna equazione di terzo grado permette la traduzione dei valori di resistenza in valori di temperatura facilmente interpretabili dall’utente), la capacità di assemblare piccoli circuiti e di interfacciare il tutto con il computer. Pratica sicuramente estremamente laboriosa le prime volte ma in grado di offrire personalizzazioni, espansioni e strumenti estremamente aderenti alle proprie esigenze riutilizzando e riconfigurando più e più volte la maggior parte dello stesso hardware.

Nell’immagine sotto, un semplice circuitino che abbiamo realizzato per ottenere un sensore di temperatura, in sostanza altro non è che una comune sonda K autocostruita. Questa viene sollecitata dal calore, di conseguenza varia la sua resistenza, una scheda di elaborazione (ne trovate quante ne volete sul mercato) di input/output analogici/digitali non fa altro che leggere i valori, inserirli nella equazione di terzo grado che li trasforma in temperatura e fornirli in uscita sul computer restituendo valori istantanei, liste di valori, tabelle, grafici e tutto ciò per cui l’avete programmata. Ovviamente è possibile fornire come dati in ingresso i valori provenienti da più sonde contemporaneamente, sia dello stesso tipo che di tipo differente e riconfigurare ogni volta l’intero sistema in maniera aderente alle nuove esigenze.

Link correlati

Che cos’è un Data Logger?
Come lavora un Data Logger?
Tipologie di Data Logger
Sessioni di Data Logging (Verrai reindirizzato alla pagina Instruments)

Sensore di temperatura realizzato tramite termistore

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Come lavora un Data Logger?

Scritto da Raffaele Berardi il 12 ottobre 2016

Rubrica: Strumenti per il Lab

Titolo o argomento: Strumenti per registrare dati fisici

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I data logger di tipo stand-alone possono funzionare tranquillamente in maniera autonoma, alimentati dalle proprie batterie e collegati ai propri sensori. Essi permetteranno di scaricare i dati sul computer (ora anche su smartphone e tablet) in un secondo momento mediante un normale cavo USB o con trasmissione bluetooth o, ancora, tramite una rete wifi.

I data logger che funzionano invece interfacciandosi con il pc offrono, via via che cresce la loro complessità, maggiori possibilità di personalizzazione a partire dall’intervallo di tempo che intercorre tra la registrazione di un dato e l’altro (frequenza di campionamento), passando per il bit-rate, fino al numero di canali di registrazione ed all’impostazione del momento di avvio e termine del rilievo. Gli utenti più esperti possono inoltre programmarne di specifici per leggere numerose tipologie di sensori, in tal caso è richiesta la conoscenza delle grandezze fisiche variabili e la matematica che le lega al relativo segnale elettrico generato. L’esempio più semplice è quello del termistore la cui resistenza si riduce, seguendo una precisa equazione di terzo grado, con l’aumentare della temperatura; in tal caso la diminuzione della resistenza elettrica offrirà in uscita un incremento di temperatura espresso in gradi Kelvin o Celsius (quest’ultima scala si ottiene semplicemente inserendo nell’espressione matematica, elaborata dal processore del datalogger, un’ultima sottrazione: -273,15).

Data logger più moderni offrono la possibilità di controllo remoto dei dati tramite smartphone, tablet o mediante un pc remoto collegato alla rete; laddove necessario possono essere impostati valori di allarme che avvisano l’utente, ovunque esso si trovi, che sono state raggiunte precise soglie.

Diverse aziende che commercializzano data logger di tipo “consumer” (ossia dai costi contenuti e dedicati ad un utenza generica) pasticciano i loro prodotti fornendo separatamente il relativo software per la visualizzazione dei dati (liste, tabelle e grafici) e per l’esportazione dei file (generalmente txt, csv, xml…). A questo sovente si associano anche procedure di download astruse e troppo laboriose per poter essere digerite da normali utenti. Inoltre, talvolta, il software è disponibile addirittura con un costo aggiuntivo nonostante il tipo di applicativo che legge e organizza i dati sia tra i più banali esistenti.

Per simili ragioni coloro che hanno almeno dei rudimenti di fisica, matematica e meccatronica tendono ad assemblare autonomamente dei data logger dedicati ideali per le proprie esigenze. Si tratta di utilizzare schede di elaborazione dati (microcontrollori, schede embedded, schede di elaborazione input/output analogico/digitale) che possano leggere input provenienti dai sensori scelti (già inseriti in un circuito o da inserire in appositi circuiti realizzati ad hoc) e dialogare con un normale notebook al fine di immagazzinare liste di dati e trasformarli poi in tabelle e grafici. A fronte di una maggior fatica iniziale, necessaria per l’apprendimento di numerosi concetti, la libertà che ne segue poi, nonché l’enorme rapidità di realizzazione di ogni strumento necessario, non hanno prezzo. Vedremo alcuni curiosi esempi negli articoli più specifici, che seguiranno, dedicati alle sessioni di data logging.

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Link correlati

Che cos’è un Data Logger?
Come lavora un Data Logger?
Tipologie di Data Logger
Sessioni di Data Logging (Verrai reindirizzato alla pagina Instruments)

Data Logging da stazione fissa mediante multimetro con data logger integrato

Nell’immagine una sessione di data logging da stazione fissa
mediante multimetro con data logger integrato e relativo software
per l’acquisizione e la gestione dei dati su computer.
Sul multimetro è possibile vedere il valore istantaneo rilevato,
mentre sul pc si osserva l’ultimo dato trasmesso e acquisito.

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Che cos’è un Data Logger?

Scritto da Raffaele Berardi il 12 ottobre 2016

Rubrica: Strumenti per il Lab

Titolo o argomento: Strumenti per registrare dati fisici

Un data logger è uno strumento elettronico che registra misurazioni ad un preciso intervallo di tempo l’una dall’altra e con uno specifico bit rate (velocità di trasmissione). Nei casi più professionali questi valori sono impostabili dall’utente a seconda della complessità del test e della quantità di dati richiesta. Quest’ultima può essere tanto maggiore quanto più alta è la necessità di affinare la precisione di un grafico, ad esempio una curva di scarica di un pacco batterie installato su un prototipo elettrico da testare.

E’ possibile registrare dati di varia natura (grandezze scalari e vettoriali) e nei più disparati campi applicativi utilizzando diverse tipologie di registratori di dati, mirati per un singolo compito, oppure utilizzando registratori di dati in grado di acquisire più valori di uno stesso ambito (dati meteorologici: pressione, temperatura, umidità, irradianza, ecc.; dati elettrici: tensione, corrente, potenza, coppia, numero di giri, resistenza, temperatura, massimi e minimi, sbilanciamenti, ecc.; dati fisici: accelerazione, velocità, spostamenti, carichi, momenti, torsioni, ecc.) o, ancora, costruendo e programmando un data logger ad hoc per soddisfare mirate necessità di ricerca.

Nell’esempio mostrato in foto ci siamo serviti di una scheda di elaborazione input/output analogico/digitale che abbiamo collegato, nel caso specifico, ad un circuito dotato di termistore da noi realizzato e che abbiamo programmato tramite Linguaggio G. I rilievi effettuati restituivano in uscita il valore istantaneo della resistenza elettrica, il grafico dei valori rilevati nell’intervallo di tempo definito ed una tabella esportabile su qualunque foglio elettronico. Inoltre, inserendo la relativa matematica, è possibile trasformare il valore della resistenza in temperatura espressa in gradi Celsius o Kelvin. Il termistore, infatti, è un componente elettronico sensibile alla temperatura la cui resistenza elettrica varia con la temperatura stessa (come vedremo presto negli specifici articoli delle pagine Instruments e Equipments).

Esempi di dati da raccogliere in un dominio temporale definito sono, più genericamente: temperatura dell’aria, umidità relativa, corrente e tensione continua o alternata, differenze di pressione, tempi di utilizzo (luci, motori, dispositivi per i quali è opportuno tenere sotto controllo la vita utile), intensità della luce, temperatura di un liquido, livello di un liquido, ossigeno dissolto, umidità del terreno, piovosità, velocità del vento, direzione del vento, bagnatura fogliare, segnali di impulso, occupazione delle camere, il carico di una presa di corrente, parametri di un impianto di produzione e accumulo dell’energia, parametri di un powertrain,  prestazioni del corpo umano durante un’attività atletica, temperatura all’interno di sistemi frigoriferi atti al trasporto alimenti o campioni biologici (per il rispetto del protocollo H.A.C.C.P.) e molto altro…

I data logger generalmente sono dispositivi compatti alimentati a batteria dotati di un microprocessore, una memoria e uno o più ingressi ai quali sono connessi sensori dedicati. Possono essere impiegati nelle condizioni più severe (anche sott’acqua ove richiesto) e registrare dati per pochi secondi così come per mesi.

Dispositivi monocanale hanno costi di acquisto molto bassi e svolgono un’unica funzione senza possibilità di personalizzare il rilievo, al contrario i dispositivi multicanale possono collezionare una moltitudine di dati in base al numero di sensori di cui sono corredati. Nel mezzo esiste una grande gamma di prodotti che tuttavia, al momento in cui si scrive, non adottano ancora un medesimo standard nel formato di registrazione dei dati, né nel software impiegato e nella relativa fruibilità di funzioni. Ciò implica la necessità di procurarsi più dispositivi per assolvere, come nel nostro caso, compiti molto diversi tra loro come ad esempio l’acquisizione anche di un solo valore che però possa cambiare da prova a prova, l’acquisizione di valori da stazione fissa oppure onboard mentre ci si trova in movimento anche su terreni sconnessi nei quali è fondamentale che l’unità di registrazione sia compatta, leggera e affidabile per continuare a registrare regolarmente anche sotto stress, nonché impermeabile per far fronte anche ad imprevisti e condizioni variabili.

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Link correlati

Che cos’è un Data Logger?
Come lavora un Data Logger?
Tipologie di Data Logger
Sessioni di Data Logging (Verrai reindirizzato alla pagina Instruments)

Data logging

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Refrigerazione magnetica

Scritto da Raffaele Berardi il 22 settembre 2016

Rubrica: Energia

Titolo o argomento: Principi fisici pratici…

Questo articolo segue da:
Vedi i “link correlati” riportati in basso.

Ciclo termodinamico

Il ciclo termodinamico di un sistema frigorifero magnetico, ovvero di un sistema di refrigerazione che sfrutta l’effetto Magnetocalorico (vedi link riportati in basso), può essere a grandi linee assimilato a quello di una macchina frigorifera a compressore.

Prima di descrivere le 4 fasi ricordiamo che inizialmente il materiale (la lega magnetocalorica) si trova in equilibrio termico con l’ambiente nel quale è collocato, nello specifico tale ambiente risulta isolato per andare in contro alla condizione di adiabaticità.

Fase 1: Magnetizzazione adiabatica

La prima fase consiste nella “magnetizzazione adiabatica”. Il materiale, inserito in un ambiente isolato, viene accoppiato ad un refrigeratore e sottoposto ad un campo magnetico che induce l’allineamento dei dipoli magnetici degli atomi (i domini magnetici si orientano quindi tutti allo stesso modo), la vibrazione delle molecole si incrementa, il materiale si scalda. Conservandosi l’energia, l’aumento di temperatura avviene perché si riduce l’entropia e la capacità termica del materiale (ovvero l’attitudine ad accumulare calore).

Fase 2: Trasferimento entalpico isomagnetico

Nella seconda fase si ha un “trasferimento entalpico isomagnetico”, il calore ottenuto viene prelevato mediante un fluido che evolve attraverso il refrigeratore. Durante questa fase il campo magnetico applicato non cambia, ciò per impedire che i dipoli magnetici possano riassorbire calore. Una volta che il materiale è stato sufficientemente raffreddato (dal fluido che evolve nel circuito) viene separato dal refrigeratore.

Fase 3: Demagnetizzazione adiabatica

La terza fase, detta di “demagnetizzazione adiabatica”, prevede una riduzione del campo magnetico mantenendo la sorgente isolata dall’ambiente esterno (trasformazione adiabatica). I dipoli magnetici si orientano casualmente, la vibrazione delle molecole si riduce ed il materiale si raffredda. L’energia (e l’entropia) è trasferita da entropia termica a magnetica (ovvero disordine dei dipoli magnetici).

Fase 4: Trasferimento entropico isomagnetico

Nella quarta ed ultima fase ha luogo il “trasferimento entropico isomagnetico”, il campo magnetico è mantenuto costante per impedire al materiale di scaldarsi e la lega magnetocalorica (che è stata raffreddata ad una temperatura inferiore a quella ambiente) viene posta a contatto con l’ambiente caldo per asportare il suo calore raffreddandolo.

Nota semplificativa

All’atto pratico queste fasi vengono ottenute generalmente con sistemi assiali azionati da un motore elettrico che mette in rotazione un albero sul quale è posto il magnete che andrà ad avvicinarsi e ad allontanarsi ciclicamente dal materiale ferromagnetico.

Parallelismi con il ciclo frigorifero delle macchine a compressore

La fase 1 sopra descritta equivale a quella di compressione del gas frigorigeno (o fluido refrigerante) in un ordinario ciclo frigorifero.

La fase 2 è equivalente a quella dell’espulsione di calore nel ciclo frigorifero convenzionale.

La fase 3 corrisponde alla fase di espansione del ciclo frigorifero convenzionale ove l’espansione del gas produce l’effetto di raffreddamento. Ed è proprio in seguito all’espansione del gas refrigerante che si produce la potenza frigorifera principale.

La fase 4 equivale all’assorbimento di calore nel ciclo frigorifero convenzionale. L’assorbimento di calore produce l’effetto di raffreddamento nel vano isolato che inizialmente si trovava a temperatura ambiente

Sostanzialmente, quindi, al posto della compressione del gas, si ha l’introduzione di una lega magnetocalorica in un campo magnetico e, al posto dell’espansione del gas, la stessa, viene portata al di fuori del campo. Grazie all’effetto magnetocalorico (vedi in basso i link correlati) si ottiene un assorbimento e un espulsione ciclica di calore analoga a quella di un tradizionale ciclo frigorifero.

Esistono tuttavia delle differenze sostanziali infatti in un fluido refrigerante gassoso l’acquisto e la cessione di calore sono piuttosto rapidi grazie alle turbolenze che si creano le quali inducono una rapida ed efficiente trasmissione del calore. Ciò non avviene invece nei materiali solidi magnetocalorici dove il calore viene trasportato a seguito di una lenta propagazione molecolare. Attualmente sono in studio conformazioni “porose” che si pensa dovrebbero agevolare la propagazione del calore; inoltre una riduzione delle distanze tra la lega magnetocalorica ed il fluido che asporta calore renderebbero più veloce il processo di raffreddamento magnetico.

Vantaggi

Il sistema non necessità di un compressore.
Non vi sono gas refrigeranti (inquinanti o infiammabili) nel circuito.
Non vi sono alte pressioni operative.
Il sistema consuma il 35% di energia in meno rispetto al ciclo a compressore.
Il sistema è sicuro per l’ambiente.
Il sistema permette di raggiungere temperature estremamente basse prossime allo 0 Kelvin (impianti multi-stadio).
Alta reversibilità.

Svantaggi (vedi il video della presentazione)

Il costo iniziale del sistema di refrigerazione è piuttosto alto.
Le leghe magnetocaloriche attuali risultano costose.
I materiali magnetocalorici ideali sono attualmente alla fase di studio

Fonti:
Centro Studi Galileo
Università di Scienze Applicate di Yverdon-les-Bains Svizzera

Link correlati

Che cos’è leffetto magnetocalorico?
Refrigerazione magnetica

Schema refrigerazione magnetica

Image’s copyright: Harekrushna Maharana
https://www.youtube.com/watch?v=KrQR8h4NKk0

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Accumulatori di freddo per contenitori termici e frigoriferi per campioni biologici – Berardi Store

Scritto da Raffaele Berardi il 22 settembre 2016

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