Processo biotecnologico a cellule immobilizzate per la produzione di acidi grassi volatili da acque di vegetazione

Le acque di vegetazione (AV) costituiscono un serio problema di carattere ambientale, sia a causa della loro elevata produzione sia per l��� elevato contenuto di COD che oscilla fra 50 e 150 g/l. Le AV sono considerate un refluo a tasso inquinante fra i pi�� elevati nell���ambito dell���industria agroalimentare e la loro tossicit�� �� determinata in massima parte dalla componente fenolica. Il presente lavoro si propone di studiare e ottimizzare un processo non solo di smaltimento di tale refluo ma anche di una sua valorizzazione, utlizzandolo come materia prima per la produzione di acidi grassi e quindi di PHA, polimeri biodegradabili utilizzabili in varie applicazioni. A tale scopo sono stati utilizzati due bioreattori anaerobici a biomassa adesa, di identica configurazione, con cui si sono condotti due esperimenti in continuo a diverse temperature e carichi organici al fine di studiare l���influenza di tali parametri sul processo. Il primo esperimento �� stato condotto a 35��C e carico organico pari a 12,39 g/L���d, il secondo a 25��C e carico organico pari a 8,40 g/L���d. Si �� scelto di allestire e mettere in opera un processo a cellule immobilizzate in quanto questa tecnologia si �� rivelata vantaggiosa nel trattamento continuo di reflui ad alto contenuto di COD e carichi variabili. Inoltre si �� scelto di lavorare in continuo poich�� tale condizione, per debiti tempi di ritenzione idraulica, consente di minimizzare la metanogenesi, mediata da microrganismi con basse velocit�� specifiche di crescita. Per costituire il letto fisso dei due reattori si sono utilizzati due diversi tipi di supporto, in modo da poter studiare anche l���influenza di tale parametro, in particolare si �� fatto uso di carbone attivo granulare (GAC) e filtri ceramici Vukopor S10 (VS). Confrontando i risultati si �� visto che la massima quantit�� di VFA prodotta nell���ambito del presente studio si ha nel VS mantenuto a 25��C: in tale condizione si arriva infatti ad un valore di VFA prodotti pari a 524,668 mgCOD/L. Inoltre l���effluente in uscita risulta pi�� concentrato in termini di VFA rispetto a quello in entrata: nell���alimentazione la percentuale di materiale organico presente sottoforma di acidi grassi volatili era del 54 % e tale percentuale, in uscita dai reattori, ha raggiunto il 59 %. Il VS25 rappresenta anche la condizione in cui il COD degradato si �� trasformato in percentuale minore a metano (2,35 %) e questo a prova del fatto che l���acidogenesi ha prevalso sulla metanogenesi. Anche nella condizione pi�� favorevole alla produzione di VFA per��, si �� riusciti ad ottenere una loro concentrazione in uscita (3,43 g/L) inferiore rispetto a quella di tentativo (8,5 g/L di VFA) per il processo di produzione di PHA, sviluppato da un gruppo di ricerca dell���universit�� ���La Sapienza��� di Roma, relativa ad un medium sintetico. Si pu�� constatare che la modesta produzione di VFA non �� dovuta all���eccessiva degradazione del COD, essendo questa nel VS25 appena pari al 6,23%, ma piuttosto �� dovuta a una scarsa concentrazione di VFA in uscita. Questo �� di buon auspicio nell���ottica di ottimizzare il processo migliorandone le prestazioni, poich�� �� possibile aumentare tale concentrazione aumentando la conversione di COD in VFA che nel VS25 �� pari a solo 5,87%. Per aumentare tale valore si pu�� agire su vari parametri, quali la temperatura e il carico organico. Si �� visto che il processo di acidogenesi �� favorito, per il VS, per basse temperature e alti carichi organici. Per quanto riguarda il reattore impaccato con carbone attivo la produzione di VFA �� molto ridotta per tutti i valori di temperatura e carichi organici utilizzati. Si pu�� quindi pensare a un���applicazione diversa di tale tipo di reattore, ad esempio per la produzione di metano e quindi di energia.

Identificazione dei parametri meccanici del ponte metallico ferroviario a Pontelagoscuro attraverso un algoritmo di ottimizzazione di tipo evolutivo

Nel periodo storico compreso tra la seconda met�� dell���Ottocento ed il primo ventennio del Novecento, un���ondata di innovazioni tecnologiche e scientifiche, unitamente all���espansione dell���industria siderurgica e la conseguente diffusione del ferro come materiale da costruzione, portarono alla realizzazione di strutture metalliche grandiose. Ci�� fu reso possibile grazie ad una fervida attivit�� di ricerca che permise la risoluzione di problematiche tecniche di assoluto rilievo, come la progettazione di grandi coperture o di ponti destinati al traffico ferroviario in grado di coprire luci sempre maggiori. In questo contesto si svilupp�� il sistema della chiodatura come metodo di unione per il collegamento rigido e permanente dei vari elementi che compongono la struttura portante metallica. Ad oggi il sistema della chiodatura �� stato quasi completamente sostituito dalla bullonatura di acciaio ad alta resistenza e dalla saldatura, che garantendo gli stessi standard di affidabilit�� e sicurezza, offrono vantaggi in termini economici e di rapidit�� esecutiva. Tuttavia lo studio delle unioni chiodate continua a rivestire notevole importanza in tutti quei casi in cui il progettista debba occuparsi di restauro, manutenzione o adeguamento di strutture esistenti che in molti casi continuano ad assolvere le funzioni per le quali erano state progettate. La valutazione delle strutture esistenti, in particolare i ponti, ha assunto un���importanza sempre crescente. L���incremento della mobilit�� e del traffico sulle infrastrutture di trasporto ha portato ad un incremento contemporaneo di carichi e velocit�� sui ponti. In particolare nelle ferrovie, i ponti rappresentano una parte strategica della rete ferroviaria e in molti casi, essi hanno gi�� raggiunto i loro limiti di capacit�� di traffico, tanto �� vero che l���et�� media del sessanta percento dei ponti metallici ferroviari �� di un centinaio di anni. Pertanto i carichi di servizio, i cicli di sforzo accumulati a causa dei carichi da traffico e il conseguente invecchiamento delle strutture esistenti, inducono la necessit�� della valutazione della loro rimanente vita a fatica. In questo contesto, la valutazione delle condizioni del ponte e le conseguenti operazioni di manutenzione o sostituzione diventano indispensabili. Negli ultimi decenni sono state effettuate numerose iniziative di ricerca riguardo il comportamento a fatica dei ponti ferroviari chiodati, poich�� le passate esperienze hanno mostrato che tali connessioni sono suscettibili di rotture per fatica. Da uno studio dell���ASCE Committee on Fatigue and Fracture Reliability �� emerso che l���ottanta, novanta percento delle crisi nelle strutture metalliche �� da relazionarsi ai fenomeni di fatica e frattura. Il danno per fatica riportato dai ponti chiodati �� stato osservato principalmente sulle unioni tra elementi principali ed �� causato dagli sforzi secondari, che si possono sviluppare in diverse parti delle connessioni. In realt�� riguardo la valutazione della fatica sui ponti metallici chiodati, si �� scoperto che giocano un ruolo importante molti fattori, anzitutto i ponti ferroviari sono soggetti a grandi variazioni delle tensioni indotte da carichi permanenti e accidentali, cos�� come imperfezioni geometriche e inclinazioni o deviazioni di elementi strutturali comportano sforzi secondari che solitamente non vengono considerati nella valutazione del fenomeno della fatica. Vibrazioni, forze orizzontali trasversali, vincoli interni, difetti localizzati o diffusi come danni per la corrosione, rappresentano cause che concorrono al danneggiamento per fatica della struttura. Per questo motivo si studiano dei modelli agli elementi finiti (FE) che riguardino i particolari delle connessioni e che devono poi essere inseriti all���interno di un modello globale del ponte. L���identificazione degli elementi critici a fatica viene infatti solitamente svolta empiricamente, quindi �� necessario che i modelli numerici di cui si dispone per analizzare la struttura nei particolari delle connessioni, cos�� come nella sua totalit��, siano il pi�� corrispondenti possibile alla situazione reale. Ci�� che ci si propone di sviluppare in questa tesi �� un procedimento che consenta di affinare i modelli numerici in modo da ottenere un comportamento dinamico analogo a quello del sistema fisico reale. Si �� presa in esame la seguente struttura, un ponte metallico ferroviario a binario unico sulla linea Bologna ��� Padova, che attraversa il fiume Po tra le localit�� di Pontelagoscuro ed Occhiobello in provincia di Ferrara. Questo ponte fu realizzato intorno agli anni che vanno dal 1945 al 1949 e tra il 2002 e il 2006 ha subito interventi di innalzamento, ampliamento ed adeguamento nel contesto delle operazioni di potenziamento della linea ferroviaria, che hanno portato tra l���altro all���affiancamento di un nuovo ponte, anch���esso a singolo binario, per i convogli diretti nella direzione opposta. Le travate metalliche del ponte ferroviario sono costituite da travi principali a traliccio a gabbia chiusa, con uno schema statico di travi semplicemente appoggiate; tutte le aste delle travi reticolari sono formate da profilati metallici in composizione chiodata. In particolare si �� rivolta l���attenzione verso una delle travate centrali, della quale si intende affrontare un���analisi numerica con caratterizzazione dinamica del modello agli Elementi Finiti (FEM), in modo da conoscerne lo specifico comportamento strutturale. Ad oggi infatti l���analisi strutturale si basa prevalentemente sulla previsione del comportamento delle strutture tramite modelli matematici basati su procedimenti risolutivi generali, primo fra tutti il Metodo agli Elementi Finiti. Tuttavia i risultati derivanti dal modello numerico possono discostarsi dal reale comportamento della struttura, proprio a causa delle ipotesi poste alla base della modellazione. Difficilmente infatti si ha la possibilit�� di riscontrare se le ipotesi assunte nel calcolo della struttura corrispondano effettivamente alla situazione reale, tanto pi�� se come nella struttura in esame si tratta di una costruzione datata e della quale si hanno poche informazioni circa i dettagli relativi alla costruzione, considerando inoltre che, come gi�� anticipato, sforzi secondari e altri fattori vengono trascurati nella valutazione del fenomeno della fatica. Nel seguito si prenderanno in esame le ipotesi su masse strutturali, rigidezze dei vincoli e momento d���inerzia delle aste di parete, grandezze che caratterizzano in particolare il comportamento dinamico della struttura; per questo sarebbe ancora pi�� difficilmente verificabile se tali ipotesi corrispondano effettivamente alla costruzione reale. Da queste problematiche nasce l���esigenza di affinare il modello numerico agli Elementi Finiti, identificando a posteriori quei parametri meccanici ritenuti significativi per il comportamento dinamico della struttura in esame. In specifico si andr�� a porre il problema di identificazione come un problema di ottimizzazione, dove i valori dei parametri meccanici vengono valutati in modo che le caratteristiche dinamiche del modello, siano il pi�� simili possibile ai risultati ottenuti da elaborazioni sperimentali sulla struttura reale. La funzione costo �� definita come la distanza tra frequenze proprie e deformate modali ottenute dalla struttura reale e dal modello matematico; questa funzione pu�� presentare pi�� minimi locali, ma la soluzione esatta del problema �� rappresentata solo dal minimo globale. Quindi il successo del processo di ottimizzazione dipende proprio dalla definizione della funzione costo e dalla capacit�� dell���algoritmo di trovare il minimo globale. Per questo motivo �� stato preso in considerazione per la risoluzione del problema, l���algoritmo di tipo evolutivo DE (Differential Evolution Algorithm), perch�� gli algoritmi genetici ed evolutivi vengono segnalati per robustezza ed efficienza, tra i metodi di ricerca globale caratterizzati dall���obiettivo di evitare la convergenza in minimi locali della funzione costo. Obiettivo della tesi infatti �� l���utilizzo dell���algoritmo DE modificato con approssimazione quadratica (DE-Q), per affinare il modello numerico e quindi ottenere l���identificazione dei parametri meccanici che influenzano il comportamento dinamico di una struttura reale, il ponte ferroviario metallico a Pontelagoscuro.

Studio di un nuovo processo per la sintesi di anidride maleica mediante ossidazione di 1-butanolo

La sintesi industriale di anidride maleica (AM) �� realizzata industrialmente mediante ossidazione selettiva di n-butano in aria ad opera di un catalizzatore a base di ossidi misti di vanadio e fosforo, avente formula chimica (VO)2P2O7 ed indicato con la sigla VPP (pirofosfato di vanadile). Vi �� attualmente un notevole interesse per lo sviluppo di nuove vie sintetiche che utilizzino come reagenti molecole ottenute da materie prime rinnovabili; un���alternativa �� costituita dall���utilizzo di 1-butanolo, un bio-alcool ottenuto mediante un processo fermentativo da biomasse; la sua disponibilit�� e il prezzo competitivo con quello delle materie prime tradizionali lo rendono una molecola interessante per la produzione di building blocks. Per studiare la reazione di ossidazione selettiva di 1-butanolo ad AM, sono state condotte prove di reattivit�� su un catalizzatore industriale a base di VPP al variare di diversi parametri: configurazione del reattore, temperatura, tempo di contatto e frazione molare di ossigeno in alimentazione. Le prove hanno portato a risultati interessanti di selettivit�� in AM, tali da confermare l���effettiva validit�� di 1-butanolo come reagente alternativo per questo tipo di sintesi.

Valutazione quantitativa del rischio dovuto ad incidenti causati da eventi naturali in impianti di processo

La minaccia derivante da fattori di rischio esterni, come gli eventi catastrofici naturali, �� stata recentemente riconosciuta come una questione importante riguardo la sicurezza degli impianti chimici e di processo. Gli incidenti causati dal rilascio di sotanze pericolose in seguito al danneggiamento di apparecchiature per effetto di eventi naturali sono stati definiti eventi NaTech, data la doppia componente naturale e tecnologica. �� proprio la simultaneit�� del disastro naturale e dell���incidente tecnologico il problema principale di questo tipo di eventi, che, oltre a generare elevate difficolt�� nella gestione delle emergenze, sono caratterizzati da un���elevata criticit�� in quanto la catastrofe naturale pu�� essere la causa del cedimento contemporaneo di pi�� apparecchiature in zone diverse dell���impianto. I cambiamenti climatici in corso porteranno inoltre ad un incremento della frequenza degli eventi idrometerologici estremi, con un conseguente aumento del rischio Natech. Si tratta quindi di un rischio emergente la cui valutazione deve essere effettuata attraverso metodologie e strumenti specifici. Solo recentemente �� stato proposto un framework per la valutazione quantitativa di questo tipo di rischio. L���applicazione di tale procedura passa attraverso l���utilizzo di modelli di vulnerabilit�� che relazionano la probabilit�� di danneggiamento di una specifica apparecchiatura all���intensit�� dell���evento naturale di riferimento. Questo elaborato, facendo riferimento ai modelli di vulnerabilit�� e alle cartteristiche delle apparecchiature prese in esame, avr�� inizialmente lo scopo di sviluppare una procedura a ritroso, calcolando l���intensit�� degli eventi di riferimento (terremoti e alluvioni) capace di causare un incremento di rischio non accettabile, al fine di poter determinare a priori se una data apparecchiatura con determinate condizioni operative e caratteristiche strutturali possa o meno essere installata in una zona specifica.

Coatings ibridi organici-inorganici ottenuti mediante processo sol-gel e contenenti assorbitori di radiazioni uv

In questo progetto di tesi si �� cercato il modo di rendere pi�� efficace la resistenza dei materiali plastici alla fotodegradazione indotta dai raggi ultravioletti, attraverso l���utilizzo di coatings ibridi organici-inorganici preparati utilizzando il processo sol-gel. Tali rivestimenti in grado di migliorare la resistenza superficiale potrebbero essere applicati a diversi materiali ed in particolare ai policarbonati che per le loro eccellenti propriet�� di trasparenza vengono molto utilizzati in illuminotecnica ed altre applicazioni per l���esterno. In particolare il lavoro ha riguardato lo studio e l���utilizzo di due assorbitori UV di tipo fenolico, il 2,2���-diidrossi-4-metossibenzofenone e il 2,2���,4,4���-tetraidrossibenzofenone. Si �� provato a non collocare semplicemente tali assorbitori all���interno del coating sol-gel ma a legarli covalentemente al network tridimensionale di silani auspicando una migliore resistenza alla fotodegradazione UV-indotta. Il nostro interesse si �� concentrato soprattutto sul 2,2���,4,4���-tetraidrossibenzofenone, in quanto abbiamo visto che una sua funzionalizzazione rispetto all���altro assorbitore UV risulta pi�� semplice ed efficace.

Ottimizzazione del processo di sintesi di microcapsule melammina-formaldeide

Lo scopo di questo elaborato di tesi �� sintetizzare microcapsule di dimensioni non superiori ai 20 micron, contenenti un composto termocromico in modo da funzionare come indicatori di temperatura. Le capsule devono essere quindi in grado di variare la propria colorazione in funzione della temperatura del mezzo in cui sono disperse o dell���ambiente circostante, senza degradarsi. Il core �� costituito da una miscela contenente un pigmento termocromico il cui colore varia da verde intenso se mantenuto a temperature ambiente, fino ad un verde pallido, quasi bianco, per temperature inferiori ai 10��C. Il core �� stato quindi incapsulato in uno shell, costituito da una resina melammina-formaldeide (MF) mediante polimerizzazione in situ. Questo processo prevede la sintesi di un prepolimero MF che viene poi fatto reticolare in presenza di una emulsione del core in soluzione acquosa. Per prima cosa �� stato ottimizzata la sintesi del prepolimero a partire da una soluzione acquosa di melammina e formaldeide. Vista la tossicit�� della formaldeide (H341-H350-H370) �� stata studiata anche la possibilit�� di sostituire questo reagente con la sua forma polimerica (paraformaldeide) che a 45��C circa degrada rilasciando formaldeide in situ. In questo modo il processo risulta molto pi�� sicuro anche in previsione di un suo possibile sviluppo industriale. In seguito �� stato ottimizzato il processo di microincapsulazione in emulsione su vari tipi di core e studiando l���effetto di vari parametri (pH, temperatura, rapporto core/shell, tipo di emulsionante ecc.), sulle dimensioni e la stabilit�� delle microcapsule finali. Queste sono quindi state caratterizzate mediante spettrometria Infrarossa in trasformata di Fourier (FT-IR) e la loro stabilit�� termica �� stata controllata tramite analisi TermoGravimetrica (TGA). Il processo di reticolazione (curing) della resina, invece, �� stato studiato tramite Calorimetria Differenziale a Scansione (DSC). Le microcapsule sono inoltre state analizzate tramite Microscopio Elettronico (OM) e Microscopio Elettronico a Scansione (SEM).

Simulazione agent-based di un sistema di m-Health per il self-management del diabete di tipo 1

L'obiettivo della tesi �� dimostrare l'utilit�� e i vantaggi che pu�� fornire il Self-Management del diabete mellito di tipo 1 in un sistema di mobile Health a partire da un modello computazionale Agent-Based. Viene quindi affrontata in maniera approfondita la tematica del mobile Health ed il suo sviluppo nei paesi a basso/medio reddito, illustrando i risultati ottenuti dalla ricerca scientifica fino ad oggi, ed il concetto di Self-Management di malattie croniche, un processo di cura caratterizzato dalla partecipazione autonoma del paziente stesso, fornendo una panoramica degli approcci computazionali sviluppati. Viene quindi studiato il diabete mellito in ogni sua caratteristica, seguito dall'illustrazione di diverse applicazioni per la gestione autonoma della suddetta patologia tutt'ora in commercio. Nel caso di studio vengono effettuate diverse simulazioni, tramite la piattaforma di simulazione MASON, per realizzare varie dinamiche della rete fisiologica di un paziente al fine di stabilire feedback qualitativi per il Self-Management della patologia.

Modello di simulazione del processo di gestione ordini e di outbound in linguaggio Arena

La tesi ha l'obiettivo di analizzare e tradurre in un modello di simulazione il processo di evasione di ordini dal sito di stoccaggio di un���azienda di e-commerce al fine di valutarne le possibili evoluzioni. In prima analisi sono stati evidenziati i principali motivi che spingono i clienti a preferire gli store online rispetto a quelli fisici e come alcuni dei vantaggi siano il frutto dell���efficienza della gestione dell���outbound. Si �� passati, quindi, all���esame del caso di studio, alla scomposizione delle singole fasi di lavorazione degli ordini e alla loro traduzione in linguaggio Arena. Il modello ottenuto �� stato valutato grazie alla comparazione dei risultati di statistiche automatiche e manuali, frutto della simulazione, con i dati reali. La fase finale ha riguardato, invece, la valutazione in termini di efficienza di una possibile evoluzione del sistema che consiste nell���introduzione di un robot addetto al packing: il modello �� stato modificato e le statistiche del caso as-is sono state confrontate con quelle frutto della nuova simulazione. Con i dati utilizzati �� stato dimostrato come un unico robot garantisca prestazioni superiori rispetto allo stato attuale e risulti pi�� che sufficiente per la mole di lavoro di una giornata tipo. Nei periodi dell���anno caratterizzati da un aumento esponenziale degli acquisti, tuttavia, potrebbe essere necessario affiancare alla soluzione automatica quella manuale.

Analisi di aspetti di Security da attacchi informatici su Impianti di Processo

Gli impianti industriali moderni sono di tipo automatizzato, i processi sono cio�� pilotati da un���unit�� di calcolo che fornisce i comandi necessari atti al corretto funzionamento dell���impianto. Queste tecnologie espongono le apparecchiature a problemi di Security, dunque attacchi volontari provenienti dall���esterno, al sistema di controllo. Esso pu�� diventare la variabile manipolabile del terrorista informatico il quale pu�� causare lo shut down del segnale o cambiare l���impostazione dei parametri di processo.Lo studio esposto si propone di identificare le possibili modalit�� di attacco e di individuare uno strumento sistematico che permetta di valutarne la vulnerabilit�� ad un possibile atto di sabotaggio. La procedura proposta �� la PSC-SHaRP (Process System Cyber-Security Hazard Review Procedure) essa consta di due strutture chiamate rispettivamente Alpha e Beta. La metodologia �� volta a individuare i potenziali pericoli posti dagli attacchi informatici piuttosto che a stimarne un profilo di rischio e/o probabilit�� di successo. La ShaRP Alpha, viene utilizzata per analizzare le conseguenze di deviazioni cyber su singole macchine presenti in impianto o sistemi modulari. La ShaRP Beta viene utilizzata per analizzare le conseguenze di attacchi cyber sul sistema costituito dall���impianto di processo. Essa �� quindi in grado di analizzare le ripercussioni che manipolazioni su una o pi�� apparecchiature possono avere sull���impianto nel suo complesso. Nell���ultima parte dell���elaborato sono state trattate le possibilit�� di accesso da parte del ������terrorista������ al sistema di controllo e sicurezza, dunque i sistemi di gestione del DCS e del SIS e le barriere software e hardware che possono essere presenti.

Studio del processo di incisione laser su lastre in polietilene-tereftalato

Il presente elaborato si inserisce in un progetto di ricerca volto alla sostituzione del polistirene (PS) con il polietilene-tereftalato (PET) per la realizzazione di vasetti per yogurt, in formato singolo e multiplo, con l���obiettivo di ridurre l���impatto ambientale e allo stesso tempo aumentare le percentuali di riciclo del materiale utilizzato. La tenacit��, caratteristica del PET, rende problematica l���incisione di quest���ultimo attraverso i classici sistemi meccanici utilizzati per il PS, per l���ottenimento di una rottura di tipo fragile in formati multipack. Al fine di ottenere una corretta incisione e una conseguente rottura fragile, per la separazione di due vasetti per yogurt adiacenti �� stata focalizzata l���attenzione su tecnologie di taglio e incisione alternative a quella meccanica, pi�� in particolare verso i sistemi efficienti, di taglio e incisione laser. In questo contesto, il progetto di tirocinio ha riguardato la caratterizzazione del processo di taglio e incisione laser di lastre di PET. In particolare, sono state effettuate analisi dinamometriche al fine di studiare il comportamento meccanico del PET e di confrontarlo con quello del PS, sono state condotte analisi di viscosit�� intrinseca e di spettroscopia infrarossa ATR-IR per verificare la presenza di un processo degradativo, in seguito al passaggio del laser sul materiale. Infine, sono stati caratterizzati alcuni prodotti di degradazione, appartenenti alla frazione pesante, mediante analisi NMR e ESI-MS, e sono stati eseguiti dei test di migrazione globale.