Modellazione matematica delle non linearit�� di sistemi acustici mediante serie di Volterra modificate

In questa tesi si �� studiato un metodo per modellare e virtualizzare tramite algoritmi in Matlab le distorsioni armoniche di un dispositivo audio non lineare, ovvero uno ���strumento��� che, sollecitato da un segnale audio, lo modifichi, introducendovi delle componenti non presenti in precedenza. Il dispositivo che si �� scelto per questo studio il pedale BOSS SD-1 Super OverDrive per chitarra elettrica e lo ���strumento matematico��� che ne fornisce il modello �� lo sviluppo in serie di Volterra. Lo sviluppo in serie di Volterra viene diffusamente usato nello studio di sistemi fisici non lineari, nel caso in cui si abbia interesse a modellare un sistema che si presenti come una ���black box���. Il metodo della Nonlinear Convolution progettato dall'Ing. Angelo Farina ha applicato con successo tale sviluppo anche all'ambito dell'acustica musicale: servendosi di una tecnica di misurazione facilmente realizzabile e del modello fornito dalla serie di Volterra Diagonale, il metodo permette di caratterizzare un dispositivo audio non lineare mediante le risposte all'impulso non lineari che il dispositivo fornisce a fronte di un opportuno segnale di test (denominato Exponential Sine Sweep). Le risposte all'impulso del dispositivo vengono utilizzate per ricavare i kernel di Volterra della serie. L'utilizzo di tale metodo ha permesso all'Universit�� di Bologna di ottenere un brevetto per un software che virtualizzasse in post-processing le non linearit�� di un sistema audio. In questa tesi si �� ripreso il lavoro che ha portato al conseguimento del brevetto, apportandovi due innovazioni: si �� modificata la scelta del segnale utilizzato per testare il dispositivo (si �� fatto uso del Synchronized Sine Sweep, in luogo dell'Exponential Sine Sweep); si �� messo in atto un primo tentativo di orientare la virtualizzazione verso l'elaborazione in real-time, implementando un procedimento (in post-processing) di creazione dei kernel in dipendenza dal volume dato in input al dispositivo non lineare.

Un servizio di route planning per scenari di mobilit�� elettrica

Nelle smart cities moderne, la mobilit�� di veicoli elettrici (EV) �� considerata un fattore determinante nella riduzione del consumo di combustibili fossili e conseguenti emissioni inquinanti. Tuttavia, nonostante gli interessi e investimenti a livello globale, l'accettazione da parte degli utenti �� ancora bassa, principalmente a causa della mancanza di infrastrutture e servizi a supporto dei guidatori di EV. Queste mancanze sono la causa principale della cosiddetta range anxiety (timore che il veicolo non abbia autonomia sufficiente per raggiungere la destinazione) e hanno portato al preconcetto che gli EV siano adatti alla sola percorrenza di brevi tragitti. Per contrastare questi problemi, in questo documento �� proposta un'applicazione di route planning che supporti mobilit�� di EV anche su percorsi medio-lunghi, mediante utilizzo di un modello di predizione del consumo energetico e considerazione dell'eventuale necessit�� di ricarica. Saranno descritte tecniche per determinare il tragitto che un EV sia in grado di percorrere per arrivare a destinazione, in considerazione di restrizioni energetiche, fattore altimetrico del percorso ed eventuali operazioni di ricarica necessarie. Il modello di consumo e l'algoritmo che determina il miglior percorso (dal punto di vista energetico) sono implementati da un web service che interagisce con i servizi di Google Maps (per ottenere indicazioni stradali, dati altimetrici e informazioni in tempo reale sul traffico) e con servizi che offrono informazioni sulle stazioni di ricarica e relative posizioni. Dopo aver descritto il modello di consumo e l'algoritmo per la ricerca del percorso, sar�� presentata l'architettura del servizio implementato. Sar�� quindi fornita una valutazione del servizio, analizzandone performance e scalabilit��, nonch�� l'efficacia nel supporto di percorsi di EV all'interno di scenari su larga scala (nello specifico la regione Emilia Romagna), attraverso tecniche di simulazione.

Eco-sistemi informatici, distribuiti, real-time, a supporto del lavoro cooperativo in scenari di emergenza: Studio e realizzazione di un caso applicativo

I sistemi software nati dall'esigenza di supportare agevolmente ed efficacemente il lavoro cooperativo, in particolare quelli orientati al supporto di azioni di soccorso in scenari di emergenza, appaiono tutt'ora fortemente limitati e frammentati. In molti casi vengono affrontate solamente specifiche dimensioni del problema complessivo, anche se il livello al quale �� giunto lo sviluppo tecnologico e i risultati osservati in ambito di ricerca permettono di delineare soluzioni complete e significative per l'impiego in ambiti reali. Tale tipologia di sistemi �� stata scelta per il grande interesse che desta sia dal punto di vista accademico, essendo costituita da molteplici sotto--sistemi spesso eterogenei che debbono necessariamente interagire e supportare l'azione umana, sia dal punto di vista industriale, interpretando la necessit�� crescente di iniettare nel maggior numero possibile di livelli sociali la forte dipendenza (il supporto allo stesso tempo) dalle scienze tecnologiche ed informatiche, per rafforzare e talvolta estendere le possibilit�� dell'essere umano in quanto tale. Dopo una prima fase in cui verr�� delineato un quadro concettuale piuttosto dettagliato circa i principali elementi e problematiche che caratterizzano la classe di sistemi considerati, sar�� dato spazio alla validazione di tali principi e considerazioni emerse, confrontandosi con la progettazione e sviluppo in forma prototipale di un sotto--sistema relativo ad un caso di studio reale, significativo per l'ambito di applicazione, nato dalla collaborazione con l'Universit�� degli Studi di Bologna di un'azienda della regione Emilia--Romagna. Il sistema software realizzato vuole essere innanzi tutto la risposta alle esigenze emerse nel caso di studio trattato, in modo tale da potersi sostituire agli attuali limitati supporti alla cooperazione, ma anche un esperimento che possa essere considerato un artefatto centrale da utilizzare come base di conoscenza condivisa, in cui vengano fattorizzati i concetti e meccanismi chiave, fondamentali per sviluppi futuri.

Indagini di tomografia geoelettrica sulle dune costiere della Provincia di Ravenna

Questa tesi Magistrale �� frutto di un'attivit�� di ricerca, che consiste nella realizzazione di un'indagine geofisica di tipo geoelettrico (ERT Electrical Resistivity Tomography). Lo scopo �� quello di caratterizzare l'idrogeologia di una porzione limitata dell'acquifero freatico costiero ravennate, situato nella Pineta Ramazzotti di Lido di Dante, cercando di apportare nuove conoscenze sulle dinamiche che favoriscono l'ingressione marina (problema di forte attualit��)che potrebbero contribuire a migliorare la gestione e la tutela delle risorse idriche. In questo contesto la tesi si pone come obiettivo quello di valutare l'applicabilit�� del metodo geoelettrico verificando se questo �� in grado d'individuare efficacemente l'interfaccia acqua dolce-salata e le strutture presenti nel sottosuolo, in due tipologie di ambiente, con e senza un sistema di dune. I risultati dimostrano che dal punto di vista scientifico, il metodo geoelettrico ha verificato il principio di Ghyben-Herzberg, il quale suppone che vi sia una relazione inversa tra quota topografica e limite superiore della zona satura con acqua salata, inoltre si �� riscontrata una certa stagionalit�� tra i profili acquisiti in momenti diversi (influenzati dalla piovosit��). Mentre dal punto di vista tecnologico, il metodo, �� di difficile utilizzo negli ambienti di transizione tanto ch�� chi si occupa professionalmente di questi rilievi preferisce non eseguirli. Questo �� dovuto alla mancanza di un protocollo per le operazioni di acquisizione e a causa dell'elevato rumore di fondo che si riscontra nelle misurazioni. Con questo studio �� stato possibile calibrare e sviluppare un protocollo, utilizzabile con diverse spaziature tra gli elettrodi, che �� valido per l'area di studio indagata. Si �� riscontrato anche che l'utilizzo congiunto delle informazioni delle prospezioni e quelle dei rilievi classici (monitoraggio della superficie freatica, parametri chimico-fisici delle acque sotterranee, rilievo topografico e sondaggi geognostici), generino un prodotto finale di semplice interpretazione e di facile comprensione per le dinamiche in atto.

Modellazione matematica delle dinamiche di rilevamento dell'espressione del gene N-MYC mediante un sensore biomolecolare sintetico

L'espressione del gene MYCN �� un importante indicatore della severit�� del NBL. Poich�� il numero di copie di MYCN �� un indice grezzo della sua espressione quantificarle utilizzando tecniche come la ���fluorescent in situ hybridization��� (FISH) pu�� servire a formulare una stima del livello di espressione MYCN [Shapiro 1993]. Tuttavia, l'espressione aberrante di MYCN nel NBL non �� sempre associata all'amplificazione genica; pertanto la valutazione diretta del livello di espressione di questo gene sarebbe un miglior indicatore prognostico. Questa tesi �� stata sviluppata nell'ambito di un progetto che si propone di realizzare un sensore biomolecolare sintetico per l'identificazione del livello di espressione di MYCN. Di seguito saranno presentati i dettagli relativi alla progettazione della topologia circuitale e all���analisi in silico che sono state condotte per caratterizzare il comportamento dinamico del sistema. Questo lavoro �� stato svolto nel laboratorio di Ingegneria Cellulare e Molecolare "S. Cavalcanti", presso la Sede di Cesena del Dipartimento di Ingegneria dell'Energia elettrica e dell'Informazione "Guglielmo Marconi" (DEI) dell���Ateneo di Bologna.

Analisi acustica di una finestra forata: modellazione numerica mediante COMSOL multiphysics

���Immaginate di potervi rilassare a casa in una giornata d���estate tenendo le finestre aperte per lasciare passare la brezza ma senza essere disturbati dai rumori della citt��, oggi �� possibile���. Quello che voglio fare attraverso questa tesi �� di studiare la fattibilit�� per la realizzazione di una finestra che permetta il passaggio dell���aria ma non dei rumori. L���idea di questa particolare finestra silenziosa mi �� stata fornita dallo studio fatto dal professor Sang-Hoon Kim del Mokpo National University maritime e dal professor Seong-Hyun Lee del Korea Institute of Machinery and Materials in Corea del Sud. Essi hanno utilizzato i metamateriali acustici per risolvere il problema dell���inquinamento sonoro in citt��. Queste finestre hanno il vantaggio di tenere i rumori fuori dalla nostra abitazione ma permettere il passaggio dell���aria attraverso dei fori aventi dimensioni e posizioni adeguate da garantire questo particolare fenomeno. I principi su cui si basano queste finestre sono: la diffrazione e i risonatori di Helmholtz, che analizzeremo nel dettaglio nei capitoli 1 e 2 di questa tesi. Dopo aver analizzato i due principi attraverso simulazione fatte mediante il programma COMSOL multiphysics, sono passata all���analisi della finestra vera e propria: ovvero alla realizzazione delle dimensioni adeguate dei risonatori di Helmholtz utilizzati, alle dimensioni dei rispettivi fori d���ingresso e alla combinazione di questi risonatori per ricavare la miglior finestra silenziosa, che trattenesse al suo esterno il maggior numero di dB.

Simulazione Monte Carlo applicata all'analisi di scenari di intrusione salina in acquiferi costieri

Il presente elaborato analizza il problema dell'intrusione salina e valuta l'influenza dei parametri idrologici e idrogeologici sulle dinamiche del processo mediate simulazioni Monte Carlo. A scopo esemplificativo, l���intrusione salina viene studiata in condizioni stazionarie e nell���ipotesi di interfaccia netta. La tecnica di simulazione viene descritta a partire dai concetti statistici di base che includono la definizione delle distribuzioni di probabilit�� scelte per descrviere il comportamento dei parametri del modello concettuale e la procedura di campionamento di tali distribuzioni. Un codice in Matlab �� stato realizzato per l���applicazione ad un semplice caso studio.

Valutazione formativa in matematica. Strumenti di rilevazione delle abilit�� in matematica nei video del progetto FAMT&L

Questa tesi espone il mio lavoro all'interno del progetto di ricerca del FAMT&L, progetto sviluppato dal dipartimento di Matematica e dal dipartimento di Scienze dell'Educazione sulla valutazione formativa in matematica, finanziato dall'Unione Europea e svolto in collaborazione con Francia, Svizzera, Olanda e Cipro. Questo progetto di ricerca �� centrato sulla formazione degli insegnanti alla valutazione formativa. L'obiettivo �� quello di formare gli insegnanti a fare valutazione formativa in matematica. Lo strumento scelto �� quello di lavorare su video di situazioni in classe. Il mio lavoro di tesi �� consistito nell'analizzare le situazioni dei video per trovare delle categorie relative ai contenuti, alle competenze matematiche e alle caratteristiche dell'apprendimento della matematica. Questi materiali saranno utilizzati come materiale nella formazione insegnanti.

Confronto tra composizione tassonomica e struttura trofica delle comunit�� macrobentoniche di spiagge dell'Emilia Romagna

Lo studio si inserisce all���interno del progetto THESEUS, il cui obiettivo primario �� quello di fornire una metodologia integrata per la pianificazione di strategie di difesa sostenibile per la gestione dell���erosione costiera e delle inondazioni. Nel presente lavoro di tesi in particolare sono state esaminate le componenti biotiche e abiotiche della zona intertidale di 6 spiagge (Lido di Spina, Bellocchio, Lido di Dante, Cervia, Cesenatico, Cesenatico sud) lungo la costa emiliano-romagnola, diverse tra loro per caratteristiche morfodinamiche, per grado di antropizzazione, modalit�� di gestione ed interventi effettuati per contrastare i fenomeni di erosione costiera. Sono state quindi considerate porzioni di litorale in cui non sono presenti opere di difesa costiera rigide, quali pennelli e barriere, e dove sono quasi del tutto assenti strutture turistico-balneari, e tre siti pi�� antropizzati per la presenza di strutture di difesa costiera o per attivit�� inerenti il turismo. Lo scopo di questo lavoro consiste nella: 1) analisi delle comunit�� macrobentoniche della zona intertidale in termini di composizione tassonomica; 2) analisi delle comunit�� macrobentoniche in termini di gruppi funzionali o gruppi trofici, cio�� specie che, all���interno della comunit��, svolgono la stessa funzione ecologica; 3) relazione fra la struttura delle comunit�� e le caratteristiche abiotiche e morfodinamiche delle spiagge indagate. L���analisi dei dati ha mostrato come le comunit�� rinvenute a Bellocchio e Lido di Dante, sia in termini di struttura trofica che tassonomica, siano le pi�� diverse fra di loro. Con l���eccezione di Bellocchio, tutte le spiagge sono dominate dal gruppo trofico dei ���suspension feeders��� a causa dell���elevata abbondanza del bivalve Lentidium mediterraneum. Quando dalla matrice multivariata biotica viene elimina questa specie, si evidenziano differenze pi�� marcate fra i siti definiti naturali e quelli definiti pi�� antropizzati. Considerando le matrici morfo-abiotiche, Lido di Spina, Cesenatico e Cesenatico sud presentano un sedimento medio-fine e moderatamente ben classato, tipico delle spiagge del litorale emiliano-romagnolo; viceversa Lido di Dante e Bellocchio presentano un sedimento rispettivamente pi�� grossolano e molto fine e argilloso a Bellocchio.

Indagine geomorfologica e modellazione numerico-idraulica del torrente Ghiaia in prossimit�� dell'abitato di Monteveglio

L���analisi morfologia e delle dinamiche evolutive di un alveo fluviale rappresenta una componente fondamentale per la gestione e riqualificazione dei corsi d���acqua naturali. Il presente elaborato tratta i principali aspetti dell���analisi geomorfologica fluviale e della modellazione numerico-idraulica per ci�� che riguarda la gestione fluviale e la difesa del suolo, in relazione ad un tratto del torrente Ghiaia nei pressi dell���abitato di Monteveglio, seguendo una linea concettuale conforme alle norme regionali e territoriali. La prima fase del lavoro ha messo in evidenza le dinamiche evolutive del corso d���acqua in riferimento ad una scala temporale di circa 30 anni. �� stata effettuata un���accurata indagine geomorfologica, confrontando diversi tipi di materiale disponibile: ortofoto e rilievi topografici relativi alla planimetria dell���alveo, alle sezioni trasversali e ai profili longitudinali. La seconda fase del lavoro ha messo in evidenza lo stato di fatto dell���area in studio, avvalendosi di un modello idraulico generato con l���utilizzo del software HEC ��� RAS 4.2.0. Sono stati simulati differenti scenari di analisi in moto permanente, i quali hanno permesso di verificare l���officiosit�� idraulica delle sezioni, il conseguente rischio idraulico, quindi di stimare quei valori di portata associati al Tempo di Ritorno che mettono in crisi il sistema, esponendo il centro abitato a situazioni di potenziale allagamento. Lo studio cos�� effettuato ha permesso di ottenere un quadro preliminare delle condizioni idrauliche dell���area in esame, potendo indicare alcune ipotesi di intervento per mettere in sicurezza il territorio ed in particolare il centro abitato di Monteveglio. Gli interventi proposti sono stati mirati al contenimento almeno della piena trentennale e consistono nel risezionamento del tratto in studio e nella gestione della vegetazione, entrambi volti a migliorare il deflusso idrico e garantire l���officiosit�� idraulica del tratto in studio.

Relazione fra comunit�� macrobentoniche e morfodinamica nelle zone costiere dell���Alto Adriatico

Numerosi studi hanno messo in evidenza che la struttura delle comunit�� macrobentoniche delle spiagge sabbiose dipende da una serie di forzanti fisiche; queste ultime interagendo tra loro determinano la morfodinamica della spiagge stesse. Lo scopo di questo lavoro consiste nell���analisi dei popolamenti macrobentonici di due siti presenti lungo la costa emiliano - romagnola, che differiscono per caratteristiche morfodinamiche, grado di antropizzazione e modalit�� gestionali di difesa dall���erosione costiera. I siti oggetto di studio sono Lido Spina e Bellocchio; il primo �� soggetto ad interventi di ripascimento periodici, mentre il secondo rappresenta un���opportunit�� rara, per lo studio degli effetti del retreat, in quanto �� in forte erosione da molti anni ma, essendo inserito all���interno di una riserva naturale, non �� sottoposto ad alcuna misura di gestione. Sono state analizzate le comunit�� macrobentoniche e le variabili abiotiche (mediana e classazione del sedimento, ampiezza della zona intertidale, pendenza della spiaggia, contenuto di sostanza organica totale presente nel sedimento e i principali parametri chimico-fisici). I risultati del presente studio hanno evidenziato un���elevata eterogeneit�� della struttura di comunit�� all���interno del sito di Bellocchio rispetto a Spina; inoltre i popolamenti presenti a Bellocchio mostrano una netta differenza tra i due livelli mareali. Per quanto riguarda i descrittori abiotici, i due siti differiscono per ampiezza della zona intertidale e pendenza della spiaggia; in particolare Lido Spina presenta una condizione di minore dissipativit��, essendo caratterizzata da un profilo pi�� ripido e una granulometria pi�� grossolana rispetto a Bellocchio. Nel complesso le caratteristiche granulometriche (mediana e classazione) e il contenuto di materia organica rappresentano le variabili ambientali maggiormente responsabili delle differenze osservate tra i popolamenti macrobentonici analizzati. Al fine di valutare la resistenza dell���habitat intertidale agli eventi naturali di disturbo (storm surge e flooding), sono state effettuare delle simulazioni considerando lo scenario attuale (SLR=0), mediante un modello ibrido fuzzy naive Bayes. I risultati indicano una maggiore resistenza delle comunit�� presenti nel sito di Spina, in quanto non si hanno variazioni significative del numero medio di taxa e di individui; viceversa le simulazioni relative a Bellocchio mostrano una diminuzione del numero medio di taxa e aumento del numero medio di individui, sottolineando una maggiore vulnerabilit�� delle comunit�� macrobentoniche presenti in questo sito. L���inasprimento dei fenomeni estremi potrebbe quindi avere un effetto negativo sulla diversit�� della componente macrobentonica, soprattutto per gli ambienti di transizione gi�� interessati da fenomeni erosivi, come nel caso di Bellocchio. La perdita di specie, che svolgono processi ecosistemici particolarmente importanti, come il riciclo di nutrienti, potrebbe favorire l���aumento di abbondanza di specie opportunistiche, l���insediamento di specie alloctone, con la conseguente alterazione, se non scomparsa delle principali funzioni ecologiche svolte da questi ecosistemi costieri.

Analisi delle tecnologie BMP per i sistemi di drenaggio urbano

I sistemi di drenaggio urbano meritano particolare attenzione per l���importante compito che devono garantire all���interno della societ��. L���allontanamento delle acque reflue dalle zone urbanizzate infatti �� indispensabile per non creare problemi ed interferenze con attivit�� sociali ed economiche che in esse si svolgono; inoltre un corretto funzionamento del sistema di drenaggio assicura anche un basso impatto ambientale in termini di qualit�� e quantit��. La disponibilit�� di nuove tecnologie costruttive e materiali in continua evoluzione devono fare fronte alla crescente complessit�� idraulica, geotecnica e urbanistica delle strutture componenti i sistemi di drenaggio; in tale elaborato si vuole porre l���accento sul problema dello smaltimento delle acque meteoriche nelle zone densamente urbanizzate, la cui soluzione �� costituita dall'adozione delle cosiddette BMP (Best Management Practices). Le BMP sono definite come strategie, pratiche o metodi per la rimozione, la riduzione, il ritardo o la prevenzione della quantit�� di costituenti inquinanti e contaminanti delle acque di pioggia, prima che giungano nei corpi idrici ricettori. Tra esse ricordiamo le cisterne o rain barrels, i pozzi asciutti, i sistemi drywell, le vasche verdi filtranti, i tetti verdi, i canali infiltranti, i fossi di infiltrazione, i pozzi perdenti, i planting container, i canali inerbiti, i bacini di infiltrazione, le gross pullutant traps (gpts), gli stagni, i sistemi di fitodepurazione estensiva (sfe), le pavimentazioni drenanti. In Italia esse risultano ancora scarsamente studiate ed applicate, mentre trovano pi�� ampio sviluppo in realt�� estere come in Inghilterra ed in Australia. Per comprendere la efficacia di tali tecniche BMP �� necessario analizzarle e, soprattutto, analizzare il loro effetto sul territorio in cui esse vengono inserite e sul regime idrogeologico dell���ambiente. Questa analisi pu�� essere svolta con prove sperimentali su aree di controllo (soluzione economicamente gravosa) o attraverso modelli matematici tramite l���utilizzo di software di calcolo che simulino il comportamento delle portate, dei tiranti idrici e degli inquinanti nei canali e nelle strutture accessorie costituenti la rete fognaria, in conseguenza ad eventi di pioggia dei quali sia nota la distribuzione spaziale e temporale. In questo elaborato si modellizza attraverso il programma Matlab un unico elemento BMP e si osservano i suoi effetti; si procede cio�� alla analisi del funzionamento di un ipotetico brown roof installato nella zona di Rimini e si osservano i benefici effetti che ne derivano in termini di volumi di pioggia trattenuti dal sistema considerando diverse tipologie di pioggia e diversi parametri progettuali per il tetto (i fori dello strato inferiore del tetto, la altezza dello strato di terreno, la sua permeabilit�� e la sua porosit��). Si procede poi con la analisi di una ipotetica zona commerciale che sorge sulle sponde di un fiume. Tali analisi vengono svolte con il software HEC-RAS per quanto riguarda la analisi dei livelli del fiume e delle zone a rischio di inondazione. I risultati forniti da questo studio preliminare vengono poi utilizzati come condizioni al contorno per una successiva analisi effettuata con il software InfoWorks in cui si valutano i benefici che derivano dalla installazione di diverse BMP nella zona commerciale oggetto di studio. Tale modello esamina un verosimile scenario inglese, la cittadina infatti si ipotizza situata in Inghilterra e anche gli eventi pluviometrici a cui ci si riferisce sono tipici eventi di pioggia inglesi. Tutti i dati di input elaborati nelle simulazioni sono stati forniti all���interno di un progetto universitario svolto presso l���universit�� di Bradford con la supervisione dei professori Simon Tait ed Alma Schellart. Infine la parte conclusiva dell���elaborato �� stata sviluppata in collaborazione con Hera S.p.a. di Rimini all���interno di un percorso di tirocinio curriculare che ha previsto la analisi delle tecnologie BMP adatte per l���ambiente cittadino di Rimini e la osservazione delle performance garantite da tecnologie esistenti sul territorio: i parcheggi permeabili. La realt�� riminese infatti deve far fronte a diversi problemi che si innescano durante i periodi di pioggia ed una mitigazione dei volumi di acqua in arrivo alla fognatura grazie a questo tipo di tecnologie, senza quindi ricorrere agli usuali sistemi puntuali, porterebbe sicuramente a notevoli vantaggi. Tali tecnologie per�� non devono solo essere progettate e costruite in modo corretto, ma devono essere sottoposte a periodici controlli ed adeguate operazioni di manutenzione per non perdere la loro efficacia. Per studiare tale aspetto si procede quindi alla misura della permeabilit�� di parcheggi drenanti presenti all���interno dei comuni di Cattolica e Rimini ricercando i fattori che influenzano tale caratteristica fondamentale dei parcheggi.

Analisi sperimentale e modellazione della conducibilit�� termica in materiali per la protezione passiva da incendio esterno

Numerosi incidenti verificatisi negli ultimi dieci anni in campo chimico e petrolchimico sono dovuti all���innesco di sostanze infiammabili rilasciate accidentalmente: per questo motivo gli scenari incidentali legati ad incendi esterni rivestono oggigiorno un interesse crescente, in particolar modo nell���industria di processo, in quanto possono essere causa di ingenti danni sia ai lavoratori ed alla popolazione, sia alle strutture. Gli incendi, come mostrato da alcuni studi, sono uno dei pi�� frequenti scenari incidentali nell���industria di processo, secondi solo alla perdita di contenimento di sostanze pericolose. Questi eventi primari possono, a loro volta, determinare eventi secondari, con conseguenze catastrofiche dovute alla propagazione delle fiamme ad apparecchiature e tubazioni non direttamente coinvolte nell���incidente primario; tale fenomeno prende il nome di effetto domino. La necessit�� di ridurre le probabilit�� di effetto domino rende la mitigazione delle conseguenze un aspetto fondamentale nella progettazione dell���impianto. A questo scopo si impiegano i materiali per la protezione passiva da fuoco (Passive Fire Protection o PFP); essi sono sistemi isolanti impiegati per proteggere efficacemente apparecchiature e tubazioni industriali da scenari di incendio esterno. L���applicazione dei materiali per PFP limita l���incremento di temperatura degli elementi protetti; questo scopo viene raggiunto tramite l���impiego di differenti tipologie di prodotti e materiali. Tuttavia l���applicazione dei suddetti materiali fireproofing non pu�� prescindere da una caratterizzazione delle propriet�� termiche, in particolar modo della conducibilit�� termica, in condizioni che simulino l���esposizione a fuoco. Nel presente elaborato di tesi si �� scelto di analizzare tre materiali coibenti, tutti appartenenti, pur con diversit�� di composizione e struttura, alla classe dei materiali inorganici fibrosi: Fibercon Silica Needled Blanket 1200, Pyrogel��XT, Rockwool Marine Firebatt 100. I tre materiali sono costituiti da una fase solida inorganica, differente per ciascuno di essi e da una fase gassosa, preponderante come frazione volumetrica. I materiali inorganici fibrosi rivestono una notevole importanza rispetto ad altri materiali fireproofing in quanto possono resistere a temperature estremamente elevate, talvolta superiori a 1000 ��C, senza particolari modifiche chimico-fisiche. Questo vantaggio, unito alla versatilit�� ed alla semplicit�� di applicazione, li rende leader a livello europeo nei materiali isolanti, con una fetta di mercato pari circa al 60%. Nonostante l���impiego dei suddetti materiali sia ormai una realt�� consolidata nell���industria di processo, allo stato attuale sono disponibili pochi studi relativi alle loro propriet�� termiche, in particolare in condizioni di fuoco. L���analisi sperimentale svolta ha consentito di identificare e modellare il comportamento termico di tali materiali in caso di esposizione a fuoco, impiegando nei test, a pressione atmosferica, un campo di temperatura compreso tra 20��C e 700��C, di interesse per applicazioni fireproofing. Per lo studio delle caratteristiche e la valutazione delle propriet�� termiche dei tre materiali �� stata impiegata principalmente la tecnica Transient Plane Source (TPS), che ha consentito la determinazione non solo della conducibilit�� termica, ma anche della diffusivit�� termica e della capacit�� termica volumetrica, seppure con un grado di accuratezza inferiore. I test sono stati svolti su scala di laboratorio, creando un set-up sperimentale che integrasse opportunamente lo strumento Hot Disk Thermal Constants Analyzer TPS 1500 con una fornace a camera ed un sistema di acquisizione dati. Sono state realizzate alcune prove preliminari a temperatura ambiente sui tre materiali in esame, per individuare i parametri operativi (dimensione sensori, tempi di acquisizione, etc.) maggiormente idonei alla misura della conducibilit�� termica. Le informazioni acquisite sono state utilizzate per lo sviluppo di adeguati protocolli sperimentali e per effettuare prove ad alta temperatura. Ulteriori significative informazioni circa la morfologia, la porosit�� e la densit�� dei tre materiali sono state ottenute attraverso stereo-microscopia e picnometria a liquido. La porosit��, o grado di vuoto, assume nei tre materiali un ruolo fondamentale, in quanto presenta valori compresi tra 85% e 95%, mentre la frazione solida ne costituisce la restante parte. Inoltre i risultati sperimentali hanno consentito di valutare, con prove a temperatura ambiente, l���isotropia rispetto alla trasmissione del calore per la classe di materiali coibenti analizzati, l���effetto della temperatura e della variazione del grado di vuoto (nel caso di materiali che durante l���applicazione possano essere soggetti a fenomeni di ���schiacciamento���, ovvero riduzione del grado di vuoto) sulla conducibilit�� termica effettiva dei tre materiali analizzati. Analoghi risultati, seppure con grado di accuratezza lievemente inferiore, sono stati ottenuti per la diffusivit�� termica e la capacit�� termica volumetrica. Poich�� �� nota la densit�� apparente di ciascun materiale si �� scelto di calcolarne anche il calore specifico in funzione della temperatura, di cui si �� proposto una correlazione empirica. I risultati sperimentali, concordi per i tre materiali in esame, hanno mostrato un incremento della conducibilit�� termica con la temperatura, da valori largamente inferiori a 0,1 W/(m���K) a temperatura ambiente, fino a 0,3��0,4 W/(m���K) a 700��C. La sostanziale similitudine delle propriet�� termiche tra i tre materiali, appartenenti alla medesima categoria di materiali isolanti, �� stata riscontrata anche per la diffusivit�� termica, la capacit�� termica volumetrica ed il calore specifico. Queste considerazioni hanno giustificato l���applicazione a tutti i tre materiali in esame dei medesimi modelli per descrivere la conducibilit�� termica effettiva, ritenuta, tra le propriet�� fisiche determinate sperimentalmente, la pi�� significativa nel caso di esposizione a fuoco. Lo sviluppo di un modello per la conducibilit�� termica effettiva si �� reso necessario in quanto i risultati sperimentali ottenuti tramite la tecnica Transient Plane Source non forniscono alcuna informazione sui contributi offerti da ciascun meccanismo di scambio termico al termine complessivo e, pertanto, non consentono una facile generalizzazione della propriet�� in funzione delle condizioni di impiego del materiale. La conducibilit�� termica dei materiali coibenti fibrosi e in generale dei materiali bi-fasici tiene infatti conto in un unico valore di vari contributi dipendenti dai diversi meccanismi di scambio termico presenti: conduzione nella fase gassosa e nel solido, irraggiamento nelle superfici delle cavit�� del solido e, talvolta, convezione; inoltre essa dipende fortemente dalla temperatura e dalla porosit��. Pertanto, a partire dal confronto con i risultati sperimentali, tra cui densit�� e grado di vuoto, l���obiettivo centrale della seconda fase del progetto �� stata la scelta, tra i numerosi modelli a disposizione in letteratura per materiali bi-fasici, di cui si �� presentata una rassegna, dei pi�� adatti a descrivere la conducibilit�� termica effettiva nei materiali in esame e nell���intervallo di temperatura di interesse, fornendo al contempo un significato fisico ai contributi apportati al termine complessivo. Inizialmente la scelta �� ricaduta su cinque modelli, chiamati comunemente ���modelli strutturali di base��� (Serie, Parallelo, Maxwell-Eucken 1, Maxwell-Eucken 2, Effective Medium Theory) [1] per la loro semplicit�� e versatilit�� di applicazione. Tali modelli, puramente teorici, hanno mostrato al raffronto con i risultati sperimentali numerosi limiti, in particolar modo nella previsione del termine di irraggiamento, ovvero per temperature superiori a 400��C. Pertanto si �� deciso di adottare un approccio semi-empirico: �� stato applicato il modello di Krischer [2], ovvero una media pesata su un parametro empirico (f, da determinare) dei modelli Serie e Parallelo, precedentemente applicati. Anch���esso si �� rivelato non idoneo alla descrizione dei materiali isolanti fibrosi in esame, per ragioni analoghe. Cercando di impiegare modelli caratterizzati da forte fondamento fisico e grado di complessit�� limitato, la scelta �� caduta sui due recenti modelli, proposti rispettivamente da Karamanos, Papadopoulos, Anastasellos [3] e Daryabeigi, Cunnington, Knutson [4] [5]. Entrambi presentavano il vantaggio di essere stati utilizzati con successo per materiali isolanti fibrosi. Inizialmente i due modelli sono stati applicati con i valori dei parametri e le correlazioni proposte dagli Autori. Visti gli incoraggianti risultati, a questo primo approccio �� seguita l���ottimizzazione dei parametri e l���applicazione di correlazioni maggiormente idonee ai materiali in esame, che ha mostrato l���efficacia dei modelli proposti da Karamanos, Papadopoulos, Anastasellos e Daryabeigi, Cunnington, Knutson per i tre materiali analizzati. Pertanto l���obiettivo finale del lavoro �� stato raggiunto con successo in quanto sono stati applicati modelli di conducibilit�� termica con forte fondamento fisico e grado di complessit�� limitato che, con buon accordo ai risultati sperimentali ottenuti, consentono di ricavare equazioni predittive per la stima del comportamento, durante l���esposizione a fuoco, dei materiali fireproofing in esame. Bologna, Luglio 2013 Riferimenti bibliografici: [1] Wang J., Carson J.K., North M.F., Cleland D.J., A new approach to modelling the effective thermal conductivity of heterogeneous materials. International Journal of Heat and Mass Transfer 49 (2006) 3075-3083. [2] Krischer O., Die wissenschaftlichen Grundlagen der Trocknungstechnik (The Scientific Fundamentals of Drying Technology), Springer-Verlag, Berlino, 1963. [3] Karamanos A., Papadopoulos A., Anastasellos D., Heat Transfer phenomena in fibrous insulating materials. (2004) Geolan.gr http://www.geolan.gr/sappek/docs/publications/article_6.pdf Ultimo accesso: 1 Luglio 2013. [4] Daryabeigi K., Cunnington G. R., and Knutson J. R., Combined Heat Transfer in High-Porosity High-Temperature Fibrous Insulation: Theory and Experimental Validation. Journal of Thermophysics and Heat Transfer 25 (2011) 536-546. [5] Daryabeigi K., Cunnington G.R., Knutson J.R., Heat Transfer Modeling for Rigid High-Temperature Fibrous Insulation. Journal of Thermophysics and Heat Transfer. AIAA Early Edition/1 (2012).