Towards the decarbonization of transport systems: experimental investigation on a new generation of pavement infrastructure for the application of Dynamic Wireless Power Transfer System technology

Il presente lavoro di Tesi affronta la ricerca sperimentale di una pavimentazione induttiva in conglomerato bituminoso in grado di garantire la ricarica wireless dei veicoli elettrici durante la marcia La ricarica induttiva dei veicoli avverrà grazie all’alimentazione di coil elettromagnetici posizionati al di sotto della pavimentazione stradale, in grado di generare un campo elettromagnetico ad alta potenza in grado di trasmettere energia alle batterie poste a bordo dei veicoli durante il loro movimento. L’argomento trattato è innovativo per svariati campi dell’ingegneria. Il coinvolgimento dell’ingegneria civile sotto il punto di vista infrastrutturale interpreta e cerca di mettere in atto uno dei temi focali dell’ingegneria ambientale: la decarbonizzazione dei sistemi di trasporto come incipit della riduzione delle emissioni di CO2 nelle attività antropiche. Altri settori ingegneristici coinvolti in prima linea sono quelli dell’ingegneria elettrica, necessari per lo sviluppo e l’incremento dell’efficienza del sistema di ricarica wireless dei veicoli elettrici e dell’ingegneria delle telecomunicazioni per la trasmissione di dati. Lo sviluppo delle tematiche affrontate è stato suddiviso in due ambiti di sperimentazione: in sito, per la progettazione in scala reale sperimentazione del sistema Dynamic Wireless Power Transfer system e delle interazioni che comporta il suo funzionamento; in laboratorio, per la verifica del funzionamento del sistema, l’ottimizzazione delle frequenze e dell’ampiezza di trasmissione, la messa a punto di modelli e protocolli di simulazione e verifica in ambiente controllato, cosi da individuare tutte le variabili aleatorie chimico fisiche che influenzano la trasmissione dell’energia in sito. La sperimentazione fatta in larga scala ha riguardato dapprima la caratterizzazione dei materiali e degli additivi di carattere innovativo impiegati nelle miscele di conglomerato bituminoso per l’aumento delle performances del sistema di ricarica wireless, dopodichè si è proggettato e costruito un circuito pilota della lunghezza di 1050 m dove sono state svolte campagne di misurazioni sperimentali e di monitoraggio delle prestazioni dell’infrastruttura realizzata. In laboratorio, la sperimentazione ha comportato la costruzione di due prototipi per lo studio approfondito dei processi di decadimento delle prestazioni dei materiali assoggettati ai carichi di progetto e alle condizioni al contorno del sito reale. Il primo prototipo ha consentito di riprodurre l’invecchiamento accelerato del bitume a radiazioni ultraviolette nel campo di emissione della lunghezza d’onda degli UVA, UVB e UVC. Il secondo prototipo ha simulato, mediante l’utilizzo di un coil elettromagnetico, delle stesse caratteristiche di quelle installate in sito, le grandezze elettriche del campo elettromagnetico generato in sito per la ricarica dei veicoli elettrici. Sui campioni di bitume e conglomerato bituminoso sottoposti al campo elettromagnetico generato dal coil sono stati eseguite analisi di caratterizzazione chimico-fisica e meccanica al fine di tracciare l’evoluzione del decadimento prestazionale dei materiali assoggettati ai processi di invecchiamento. Al fine di individuare e quantificare le variabili e i fenomeni che comportano la perdita delle proprietà intrinseche e della resistenza dei materiali, sono state effettuate campagne di misurazione delle grandezze fisiche che provocano i fenomeni di invecchiamento e delle analisi chimiche e fisiche di caratterizzazione approfondita dei legami costituenti la struttura molecolare del bitume.