Formulazione di particolato atmosferico sintetico e sviluppo di una tecnica di deposizione per studi di corrosione

Ad oggi il particolato (PM) viene considerato come uno dei principali inquinanti atmosferici e costituisce un fattore dannoso sia per la salute sia per l’ambiente essendo in grado di interagire sia con gli organismi che con i materiali. I rischi per l’uomo sono stati e sono tutt’ora studiati, mentre l’interazione del PM con le superfici non è stata ancora indagata completamente. L’obbiettivo di questo lavoro è quello di formulare un particolato sintetico rappresentativo e sviluppare una tecnica di deposizione artificiale per via secca che possa simulare quella reale, con lo scopo di indagare poi, attraverso invecchiamento accelerato, l’influenza del PM sulla corrosione del bronzo. I composti scelti per ottenere una formulazione di particolato rappresentativa di siti urbani e non sono stati macinati ad una granulometria compatibile con quella del PM reale, poi sono stati miscelati. Successivamente, la deposizione secca è stata simulata con l’ausilio di un aerografo. Infine, l’invecchiamento accelerato è stato condotto in una camera climatica impostando un ciclo che simulava condizioni giorno-notte con parametri ambientali che fossero rappresentativi di giornate invernali ed estive. L’avanzamento dello stato di corrosione è stato valutato principalmente tramite analisi SEM-EDS e Raman. I risultati ottenuti fino ad ora sono promettenti per lo studio del ruolo del particolato nella corrosione del bronzo.

Effetto della temperatura sull’aderenza e la delaminazione di rinforzi FRCM applicati su supporto in muratura

Negli ultimi tempi, i compositi FRCM (Fiber Reinforced Cementitious Matrix) sono largamente utilizzati per il rinforzo di costruzioni murarie esistenti, tuttavia rimangono dubbi riguardo la loro durabilità e le loro prestazioni meccaniche in condizioni ambientali avverse. L'obiettivo del presente lavoro di tesi è stato quello di analizzare il comportamento meccanico e l'aderenza di due diversi compositi FRCM applicati su supporto murario, sottoposti a prove di distacco condotte a temperatura. A tal proposito, le prove sono state eseguite all'interno di una camera climatica mediante la quale è stato possibile procedere al condizionamento termico dei campioni: le temperature indagate sono comprese nell'intervallo da 23 a 140°C. Dai risultati ottenuti è stato possibile notare come, all'aumentare della temperatura, il comportamento meccanico del generico composito cambiasse, presentando tensioni di picco via via inferiori e un progressivo cambiamento della modalità di rottura. Infatti, mentre i campioni testati a temperatura ambiente hanno mostrato un comportamento fragile con rottura del tessuto esterno al rinforzo, i campioni testati a temperature superiori hanno manifestato un comportamento meno fragile, caratterizzato dallo scorrimento del tessuto presente all'interno della malta.

Analisi delle potenzialità di produzione di una linea di processo

L’obiettivo della tesi è l’analisi delle potenzialità di produzione di una linea di processo dell’azienda Basf, trovando i colli di bottiglia e proponendo delle modifiche per migliorare il processo, sia in efficienza che in volumi prodotti. L’impianto è suddiviso in tre sezioni: sintesi, estrazione e distillazione del prodotto P1. Produrre maggiori quantità di P1 è fondamentale per mantenere lo stabilimento al passo con le richieste del mercato. Lo studio è stato caratterizzato dall’analisi delle apparecchiature della linea nelle condizioni di esercizio e da verifiche secondo le portate attuali; successivamente sono state valutate delle modifiche, intere o parziali, della sezione di distillazione. Le proposte si differenziano nell’investimento necessario, esse sono definite: "low cost”, “high cost 1”, “high cost 2”. La prima opzione equivale ad un classico revamping, in cui vengono sostituiti i riempimenti delle colonne di distillazione per migliorare l’efficienza fluidodinamica e assicurare un punto di esercizio sotto il limite dell’ingolfamento. La proposta high cost 1 suggerisce, invece, oltre ai riempimenti strutturati, la sostituzione di una colonna con un’altra di diametro maggiore nella sezione di esaurimento. La terza proposta prevede di modificare la quasi totalità della linea di processo, effettuando uno scambio delle tre colonne di distillazione, in cui la minore viene eliminata, con l’installazione di una terza di dimensioni superiori. Ogni proposta permette di ottenere delle quantità di P1 maggiori generando un beneficio economico stimato con il Valore Attuale Netto, il punto di ritorno e il Tasso Interno di Rendimento. Per ridurre la necessità di vapore e acqua di torre è stato valutato un recupero energetico che ha come ulteriore beneficio la diminuzione delle emissioni di CO2 in atmosfera. L’elaborato si conclude con la scelta della proposta più conveniente sulla base dei criteri sopra citati e della possibilità realistica di implementazione.

Studio e validazione sperimentale di componenti in materiale composito avanzato ottenuto da materiale di riciclo

I materiali compositi a matrice polimerica rinforzati con fibra di carbonio (CFRP) si stanno sviluppando in maniera esponenziale negli ultimi anni, con una crescita del 20 – 25% annua, tanto che si prevede una domanda di circa 194.000 tonnellate entro il 2022 per cui è evidente che negli anni a venire dovranno essere smaltiti diversi rifiuti realizzati con tale materiale. Lo stato attuale relativo al riciclo dei CFRP prevede, per la maggior parte di essi, di essere conferiti in discarica o inviati all’inceneritore per ottenere un recupero energetico grazie alla presenza della matrice a base polimerica ma questo non consente il recupero della fibra per cui non è una tecnica che sfrutta l’alto valore del rifiuto. È proprio per questo motivo che si stanno sviluppando diverse metodologie di riciclo dei materiali compositi fibro – rinforzati nell’ottica dell’economia circolare, in particolare, si distinguono in riciclo meccanico, termico e chimico in base ai principi che stanno alla base degli stessi. Si precisa che su scala commerciale è stato realizzato solamente il riciclo termico tramite pirolisi mentre per tutte le altre tecniche si è ancora in fase di sperimentazione e di ricerca in laboratorio. L’obiettivo dell’elaborato di tesi è quello di valutare e approfondire il riciclo dei materiali compositi in fibra di carbonio in modo tale da studiare e validare sperimentalmente due componenti realizzati in materiale composito rinforzato con fibra di carbonio riciclata per poterli confrontare con i medesimi componenti realizzati in fibra nuova così da trarre delle conclusioni in merito alle proprietà meccaniche di rigidezza e resistenza ottenibili. Il lavoro di tesi è stato svolto all’interno dell’azienda Bucci Composites S.p.A. con sede a Faenza, la quale si occupa di progettazione e realizzazione di diversi componenti in materiale composito avanzato per diverse aziende clienti provenienti dai settori automotive, aerospaziale, nautico e industriale più in generale.

Formule analitiche per il calcolo delle perdite elettrodinamiche in cavi superconduttori ad alta temperatura critica.

Questo elaborato di tesi si concentra sul calcolo delle perdite che si verificano in cavi superconduttori ad alta temperatura critica per la fusione. La valutazione delle perdite riveste un ruolo di particolare importanza nella fase di progettazione di un cavo o di un avvolgimento superconduttore. Infatti, le proprietà superconduttive si manifestano a basse temperature (inferiori alla temperatura di transizione dalla fase normale alla fase superconduttiva) e di conseguenza è necessario configurare un apparato criogenico per il sistema. In tal senso, le perdite rientrano nel “budget” termico necessario a dimensionare correttamente il sistema di raffreddamento. Nel dettaglio, il lavoro verte sulla modellizzazione analitica e numerica delle perdite in una pila di nastri superconduttori in presenza sia di un campo magnetico esterno sia di una corrente di trasporto, entrambi con andamento variabile nel tempo. Gli obiettivi prefissati sono stati raggiunti grazie allo studio della letteratura e alle simulazioni numeriche, effettuate utilizzando dei software commerciali quali COMSOL Multiphysics e Matlab. Il contributo originale di questo elaborato è stato lo sviluppo di un nuovo modello analitico, che permette di calcolare le perdite per isteresi dovute a campi magnetici e correnti variabili periodicamente nel tempo. Le formule hanno carattere generale e possono essere utilizzate quando i campi e le correnti variano in fase seguendo degli andamenti periodici nel tempo di qualsiasi forma. Le simulazioni agli elementi finiti sono servite per validare le formule analitiche proposte. Le nuove relazioni ottenute sono state utilizzate per la stima delle perdite di un inserto ad alta temperatura critica del solenoide centrale di EU-DEMO (DEMOnstration Power Plant). Il modello analitico elaborato sarà pubblicato prossimamente su IEEE-Transactions on Applied Superconductivity.

Metodi di riduzione della resistenza in natura: effetto della rugosità superficiale

La pelle dello squalo è stata validata come un efficace sistema di controllo della resistenza di attrito privilegiato in regime turbolento. Essa è stata oggetto di numerosi studi volti a rendere realizzabili repliche quanto più simili alla sua reale struttura superficiale. In questa trattazione, partendo da una breve digressione storica sull’evoluzione dello studio delle rugosità superficiali, sono state analizzate le principali campagne sperimentali svolte in merito alla replica di superfici con Riblets 2D. Di queste ultime, sono state stimate le prestazioni per sezioni triangolari, smerlate, a lama e, per ciascuna di esse, è stata fornita la rispettiva ottimizzazione dei parametri caratteristici della geometria. Inoltre, è stato presentato uno studio sperimentale, in cui sono state impiegate Riblets 3D a lama trapezoidale, mostrando le criticità rispetto alle Riblets 2D. Successivamente, è stata fornita un’analisi che ha evidenziato il ruolo dell’orientazione delle superfici Riblet e delle nervature tridimensionali disposte sopra di esse, rispetto al flusso; in quanto è stato supposto che, nella reale pelle di squalo, ciò avrebbe potuto compensare la perdita di prestazioni rispetto al caso 2D. Infine, sono state discusse le tecniche di fabbricazione delle superfici Riblet tramite micro-goffratura e micro-stampaggio, considerando qulle più efficaci per la produzione di superfici ad alte prestazioni, commercializzabili in ambito industriale. In particolare, in questa trattazione è stata discussa la produzione di pellicole di rivestimento per la superficie esterna dei velivoli, stimando la riduzione della resistenza su diversi profili alari in differenti regimi di moto e sono state confrontate le prestazioni delle riblets su tre diversi tessuti impiegati per il nuoto competitivo.

Possibile applicazione di trattamenti termici innovativi per la produzione di conserve vegetali

Gli aspetti descrittivi e tecnologici relativi alle fasi produttive e le operazioni unitarie della produzione di conserve alimentari sono trattati in questo elaborato di tesi, nel quale viene anche illustrata l’opportunità di valorizzazione dei sottoprodotti della suddetta filiera. Viene posta particolare attenzione verso le principali tecnologie innovative applicabili ai processi di stabilizzazione delle conserve alimentari, analizzando il caso studio dell’applicazione delle microonde in combinazione con il trattamento termico convenzionale per la produzione di composta di mele cotogne.