La geodinamo e le inversioni del campo geomagnetico

Lo studio del geomagnetismo è una disciplina che da sempre ha catturato l’attenzione e la curiosità dell’uomo. L’inesorabilità dell’azione magnetica è probabilmente la particolarità che ha destato maggior interesse e ha certamente turbato l’uomo-navigatore, che sin dal primo millennio doveva considerare l’influenza magnetica sull’orientamento della bussola, ben prima che fossero sviluppati modelli per comprenderne i meccanismi. Quali sono le modalità di generazione del campo geomagnetico, che influenza simultaneamente la vita di tutti? Quali modelli si possono elaborare per simulare un processo simile? L’obiettivo di questa tesi è quello di dare una risposta a queste domande, alla cui soluzione si giungerà passando dallo sviluppo della formulazione delle equazioni della Magnetoidrodinamica, che governano l’interazione tra il campo magnetico e il moto del fluido conduttore, fino alla presentazione di modelli che riproducono in modo realistico la genesi del campo. È stata approfondita la teoria della Geodinamo, riconosciuto il ruolo primario ricoperto dall’interazione tra le due zone del nucleo, di composizione chimica diversa e ricostruita l’evoluzione temporale delle linee di campo. Nell’ultima parte dell’elaborato è stata poi indagata la dinamica di inversione di polarità del campo geomagnetico. Grazie a numerose misure paleomagnetiche, è stata individuata una ventina di periodi di transizioni di polarità e sono state precisate le modalità di inversione con una rotazione dell’asse del dipolo, che in un determinato istante di tempo interseca il piano equatoriale. Nello stesso intervallo temporale, si registra un parziale azzeramento dell’intensità del campo misurato sulla superficie terrestre e una successiva stabilizzazione del valore che torna a essere quello iniziale ma con polarità invertita. L’analisi del modello di Rikitake ha evidenziato inoltre il comportamento caotico delle inversioni, con una forte dipendenza dalle condizioni iniziali.

Studio della shelf-life di filetti di salmone crio-affumicati tramite un processo innovativo

Il salmone atlantico (Salmo salar), grazie alle proprie caratteristiche sensoriali e nutrizionali, è una specie ittica ad alto valore commerciale, oggetto di numerose ricerche volte a migliorare l’efficienza del suo allevamento e la qualità dei suoi prodotti trasformati. Ad oggi, l’affumicatura a freddo (< 30°C) è il processo più comunemente applicato per valorizzare il salmone ed estenderne la shelf-life (SL), ma l’esposizione all’ossigeno atmosferico durante suddetta operazione favorisce l’ossidazione dei lipidi e la perdita di valore nutrizionale. Lo scopo del presente lavoro di tesi è stato quello di valutare l’effetto di un processo innovativo di crio- affumicatura sulla SL di filetti di salmone atlantico. A tal fine, dei filetti sono stati affumicati a 5 e 22 °C attraverso un prototipo che sfrutta l'azoto liquido come fluido di raffreddamento e l’azoto gassoso come carrier dei fumi e sono stati confrontati con filetti affumicati a 22°C in aria (affumicatura a freddo convenzionale) per lo stesso tempo (3 ore). Una volta disidratati osmoticamente, affumicati e confezionati sottovuoto, i campioni sono stati sottoposti alle determinazioni di colore, texture, sale, contenuto lipidico, aw, umidità, pH, fenoli e indici di ossidazione lipidica durante 32 giorni di conservazione refrigerata. L’evoluzione della qualità microbiologica dei filetti è stata invece valutata fino a 45 giorni. Dai risultati è emerso che, a parità di durata del trattamento, l’utilizzo della crio-affumicatura in azoto ha permesso di ridurre l’entità della perossidazione lipidica e ottenere una SL microbiologica maggiore rispetto all’affumicatura a freddo in azoto, probabilmente in ragione del mantenimento della catena del freddo. Inoltre, a seguito dell’utilizzo di azoto come gas carrier al posto dell’aria, l’assorbimento dei fenoli è risultato minore, fatto che probabilmente ha determinato una minore inibizione della crescita microbica e, pertanto, una SL microbiologica più breve.

Studio di fattibilità e simulazione termodinamica di un prototipo di pompa di calore a R290 di potenza nominale pari a 35 kW

L’elaborato presenta nel dettaglio le fasi di progettazione di un prototipo di unità idronica reversibile condensata ad aria avente come fluido refrigerante l’R290 ed una capacità frigorifera nominale in freddo di circa 35 kW partendo dalla struttura di una macchina già realizzata La progettazione è stata eseguita servendosi di un foglio di calcolo realizzato ad-hoc, presentando i metodi di bilancio per una macchina operante sia in regime di riscaldamento che raffrescamento, nonché il calcolo degli indici di efficienza puntuali e stagionali in accordo alla normativa vigente. In parallelo sono state eseguite le medesime simulazioni al calcolatore mediante l’impiego di un software tecnico di configurazione, mostrato nel dettaglio, con lo scopo di appurare l’accuratezza del software e capire se i bilanci energetici fossero stati condotti correttamente. Pertanto, nell'elaborato sono esposte le modalità con cui tale software è strutturato e come esso interagisce con i vari componenti costituenti la macchina modellata e simulata.

Simulazione fluidodinamica e fluidostrutturale di un tratto aortico addominale

L'obiettivo di questo lavoro di tesi è quello di simulare il comportamento di un'aorta addominale con e senza aneurismatica, considerando sia la fluidodinamica del flusso sanguigno, sia lo spostamento elastico meccanico dell'aorta, quindi come il primo fattore influisca sul secondo e viceversa. Questo elaborato si propone pertanto di investigare gli strumenti che permettano di intervenire ed evitare situazioni degenerative in ambito cardiovascolare. Partendo dal caso di aneurisma dell'aorta addominale (AAA) e servendosi di una serie di strumenti computazionali è possibile compiere un confronto tra quadri clinici di diversi pazienti per favorire e facilitare il lavoro di medici e chirurghi, stabilendo una rapida correlazione tra la cattura di immagini in tempo reale dei pazienti attraverso TAC (Tomografia Assiale Computerizzata) e i parametri d’interesse nella formazione di aneurismi. Si fornisce in questo modo al professionista che li osserva un’immediata ed efficiente comprensione del quadro clinico sulla base del quale potrà decidere se e come intervenire.

Studio sulla sclerocronologia e microstruttura delle valve malformate di Pinna nobilis per dimostrarne la capacità rigenerativa

Il presente studio si pone l’obbiettivo di indagare la capacità rigenerativa di P. nobilis, poiché sono stati osservati in natura individui con probabile ricostruzione delle valve a seguito di danneggiamenti, frequenti in questa specie sessile ed infossata solo in parte nel sedimento. La rigenerazione di parte del guscio potrebbe essere resa possibile in questa specie dalla presenza del mantello “fluido”, non fissato ai lobi della valva e di conseguenza notevolmente retrattile. Sono state analizzate le valve di 19 esemplari che presentavano anomalie strutturali. I campioni provengono da individui morti raccolti durante differenti campagne effettuate in tre aree mediterranee: delta dell’Ebro (Spagna), laguna veneta (Italia) e Port de Sète (Francia). L’analisi dei campioni è avvenuta attraverso l’osservazione microscopica delle sezioni dell’impronta del muscolo adduttore posteriore. In tre campioni, provenienti da aree diverse, è stato possibile documentare l’effettiva ricostruzione delle valve, resa evidente dall’intrusione di depositi di calcite all’interno della madreperla, che si inspessiscono gradualmente in direzione posteriore fino alla formazione della nuova conchiglia. Lo spessore sottile del nuovo strato di calcite e l’assenza delle marche annuali, caratteristiche simili della fase giovanile (in cui l’individuo si accresce velocemente), fa supporre che la ricostruzione avvenga molto rapidamente, ciò sarebbe giustificato dalla necessità di riparare velocemente il danno subito. In tre campioni, nonostante l’avvenuta divisione della valva, è assente il deposito di calcite all’interno della madreperla, probabilmente a causa della ricostruzione avvenuta ad un livello più posteriore. I restanti campioni hanno permesso di osservare la riparazione di piccole porzioni di guscio e dell’apice anteriore e la presenza di depositi di calcite più spessi, probabilmente dovuti al maggior apporto di proteine.

Simulazione numerica di un flusso turbolento bifase

Nel seguente elaborato è stata trattata l’analisi di un flusso bifase, newtoniano, incomprimibile, turbolento attraverso i dati ricavati tramite una simulazione numerica diretta (DNS) del flusso. I due fluidi, aventi le stesse caratteristiche di densità e viscosità, sono stati separati da un’interfaccia caratterizzata da una tensione superficiale costante. Sono quindi stati paragonati i risultati ottenuti da tale simulazione con quelli ricavati da una DNS di flusso bifase precedentemente svolta, avente stesse proprietà dei fluidi ma diversa altezza dell’interfaccia. Attraverso tale confronto, si è notato come la presenza di un’interfaccia abbia modificato in maniera rilevante il comportamento della turbolenza nei pressi di quest’ultima, incrementando la portata volumetrica del flusso. In particolare si è osservato come, ad un maggiore spessore del fluido lubrificante (fluido avente spessore minore tra i due), seguisse una portata volumetrica maggiore.

Valutazione ingegneristica di alcuni aspetti del ciclo di vita degli impianti per la produzione, il trasporto, lo stoccaggio e l’utilizzo di idrogeno

La domanda energetica mondiale è cresciuta significativamente negli ultimi decenni e la maggior parte dell’energia attualmente prodotta deriva da combustibili fossili. Una delle sfide attuali è quella di ridurre le emissioni di gas serra generate dalla produzione di energia tramite risorse non rinnovabili. A tal riguardo, la ricerca di nuovi vettori energetici e lo sviluppo di nuovi processi per la produzione di energia da risorse rinnovabili costituiscono alcuni tra gli elementi necessari per raggiungere tale obiettivo. L’idrogeno, allo stato attuale, è considerato uno dei vettori energetici più promettenti; tuttavia presenta degli svantaggi a causa delle sue caratteristiche chimico-fisiche. Infatti esso presenta un ampio campo di infiammabilità, una bassa energia di ignizione, delle dimensioni molecolari piccole al punto da renderne complesso il contenimento; inoltre, la bassa densità del fluido causa dei problemi per quanto riguarda lo stoccaggio ed il trasporto. In questo contesto si inserisce il presente lavoro di tesi, che è stato sviluppato durante un tirocinio svolto presso una società di ingegneria operante nel settore “Oil&gas”. Lo scopo di questo elaborato è quello di valutare la possibilità di convertire una condotta attualmente impiegata per il trasporto di gas naturale a idrogenodotto e studiare la fattibilità della produzione e dello stoccaggio di idrogeno ai fini dell’alimentazione a un turbogeneratore per la produzione di energia elettrica. Dopo il Capitolo 1 avente carattere introduttivo, nel Capitolo 2 viene analizzata la possibilità di convertire a idrogenodotto una condotta attualmente impiegata per il trasporto di gas naturale. Nel Capitolo 3 viene valutata la fattibilità dell’acquisto e stoccaggio o dell’autoproduzione e stoccaggio di idrogeno tramite elettrolisi dell’acqua, ai fini dell’alimentazione a un turbogeneratore. Infine, nel Capitolo 4 vengono riportate le conclusioni delle analisi effettuate.