Analisi fluidodinamica di reattori utilizzati per la produzione di biogas

Il lavoro riguarda la caratterizzazione fluidodinamica di un reattore agitato meccanicamente utilizzato per la produzione di biogas. Lo studio è stato possibile attraverso l’impiego della PIV (Particle Image Velocimetry), tecnica di diagnostica ottica non invasiva adatta a fornire misure quantitative dei campi di velocità delle fasi all’interno del reattore. La caratterizzazione è stata preceduta da una fase di messa a punto della tecnica, in modo da definire principalmente l’influenza dello spessore del fascio laser e dell’intervallo di tempo tra gli impulsi laser sui campi di moto ottenuti. In seguito, il reattore è stato esaminato in due configurazioni: con albero in posizione centrata e con albero in posizione eccentrica. Entrambe le geometrie sono state inoltre analizzate in condizione monofase e solido-liquido. Le prove in monofase con albero centrato hanno permesso di identificare un particolare regime transitorio del fluido nei primi minuti dopo la messa in funzione del sistema di agitazione, caratterizzato da una buona efficienza di miscelazione in tutta la sezione di analisi. In condizioni di regime stazionario, dopo circa 1 ora di agitazione, è stato invece osservato che il fluido nella zona vicino alla parete è essenzialmente stagnante. Sempre con albero centrato, le acquisizioni in condizione bifase hanno permesso di osservare la forte influenza che la presenza di particelle di solido ha sui campi di moto della fase liquida. Per l’assetto con albero in posizione eccentrica, in condizione monofase e regime di moto stazionario, è stata evidenziata una significativa influenza del livello di liquido all’interno del reattore sui campi di moto ottenuti: aumentando il livello scalato rispetto a quello usato nella pratica industriale è stato osservato un miglioramento dell’efficienza di miscelazione grazie al maggior lavoro svolto dal sistema di agitazione. In questa configurazione, inoltre, è stato effettuato un confronto tra i campi di moto indotti da due tipologie di giranti aventi stesso diametro, ma diversa geometria. Passando alla condizione bifase con albero eccentrico, i risultati hanno evidenziato la forte asimmetria del reattore: è stato evidenziato, infatti, come il sistema raggiunga regimi stazionari differenti a seconda delle velocità di rotazione e delle condizioni adottate per il raggiungimento della stabilità. Grazie alle prove su piani orizzontali del reattore in configurazione eccentrica e condizioni bifase, è stato concluso che i sistemi in uso inducano un campo di moto prettamente tangenziale, non ottimizzato però per la sospensione della fase solida necessaria in questa tipologia di processi.

Analisi satellitare della struttura fisica di un ciclone di tipo tropicale sul mediterraneo

Negli ultimi decenni sono stati studiati sul mar Mediterraneo dei fenomeni con caratteristiche comuni a quelle dei cicloni tropicali, chiamati medicane. L'obiettivo principale di questa tesi è quello di migliorare le attuali conoscenze sui medicane utilizzando un approccio di tipo satellitare per ottenere un algoritmo di detection. Per tale ragione sono stati integrati dati di diverse tipologie di sensori satellitari e del modello numerico WRF. Il sensore SEVIRI ha fornito misure di TB a 10.8μm e informazioni sulla distribuzione del vapor d’acqua atmosferico attraverso i due canali a 6.2 e 7.3 μm. I sensori AMSU–B/MHS hanno fornito informazioni sulle proprietà delle nubi e sulla distribuzione verticale del vapor d’acqua atmosferico attraverso le frequenze nelle microonde nell’intervallo 90-190 GHz. I canali a 183.31 GHz, sono stati utilizzati per alimentare gli algoritmi 183-WSL, per la stima delle precipitazioni, e MWCC, per la classificazione del tipo di nubi. Infine, le simulazioni tramite modello WRF hanno fornito i dati necessari per l’analisi dei campi di vento e di vorticità nella zona interessata dal ciclone. Lo schema computazione a soglie di sensibilità dell’algoritmo di detection è stato realizzato basandosi sui dati del medicane “Rolf” che, nel novembre 2011, ha interessato la zona del Mediterraneo occidentale. Sono stati, inoltre, utilizzati i dati di fulminazione della rete WWLLN, allo scopo di identificare meglio la fase di innesco del ciclone da quella matura. La validità dell’algoritmo è stata successivamente verificata su due casi studio: un medicane che nel settembre 2006 ha interessato la Puglia e un MCS sviluppatosi sulla Sicilia orientale nell'ottobre 2009. I risultati di questo lavoro di tesi da un lato hanno apportato un miglioramento delle conoscenze scientifiche sui cicloni mediterranei simil-tropicali, mentre dall’altro hanno prodotto una solida base fisica per il futuro sviluppo di un algoritmo automatico di riconoscimento per sistemi di tipo medicane.

Sviluppo economico e qualità istituzionale: il ruolo di disuguaglianza e corruzione

Nell'ambito delle teorie dello sviluppo, un filone di studi, originato dai lavori di North (1973) e consolidatosi negli ultimi anni, individua nelle istituzioni, definite come le regole del gioco o i vincoli disegnati dagli uomini per disciplinare i loro rapporti, i fattori fondamentali dello sviluppo economico. Le istituzioni, nel modello elaborato da Acemoglu, Johnson e Robinson (2004), sono il frutto di interazioni dinamiche tra potere politico de jure, determinato dalle istituzioni politiche, e potere politico de facto, determinato dalla distribuzione delle risorse economiche. Sulla base di questa prospettiva teorica, questa tesi propone uno studio di carattere quantitativo sulla qualità istituzionale, la traduzione operativa del concetto di istituzioni, composta dalle tre fondamentali dimensioni di democrazia, efficienza ed efficacia del governo e assenza di corruzione. La prima parte, che analizza sistematicamente pro e contro di ciascuna tipologia di indicatori, è dedicata alla revisione delle misure quantitative di qualità istituzionale, e individua nei Worldwide Governance Indicators la misura più solida e consistente. Questi indici sono quindi utilizzati nella seconda parte, dove si propone un'analisi empirica sulle determinanti della qualità istituzionale. Le stime del modello di regressione cross-country evidenziano che la qualità istituzionale è influenzata da alcuni fattori prevalentemente esogeni come la geografia, la disponibilità di risorse naturali e altre caratteristiche storiche e culturali, insieme ad altri fattori di carattere più endogeno. In quest'ultima categoria, i risultati evidenziano un effetto positivo del livello di sviluppo economico, mentre la disuguaglianza economica mostra un impatto negativo su ciascuna delle tre dimensioni di qualità istituzionale, in particolare sulla corruzione. Questi risultati supportano la prospettiva teorica e suggeriscono che azioni di policy orientate alla riduzione delle disparità sono capaci di generare sviluppo rafforzando la democrazia, migliorando l'efficienza complessiva del sistema economico e riducendo i livelli di corruzione.

Caratteristiche micromeccaniche di giunzioni friction welding

Studio della caratterizzazione micromeccanica di provini in alluminio 6082 T6 saldati con la tecnica della rotary friction welding, tecnica innovativa nell’ambito delle tecnologie di giunzione solida, che sfrutta il principio della saldatura per attrito. Dopo un'introduzione teorica sulle principali tematiche affrontate e sui principali sistemi di misura usati, verranno effettuate micrografie dei giunti e prove di microdurezza sugli stessi. Si termina riportando i grafici delle microdurezze trovate, in modo da poter confrontare i risultati ottenuti con le caratteristiche del materiale base. Da questi si osserva che: nonostante la qualità accettabile dei giunti, le elevate temperature raggiunte durante la saldatura hanno alterato il trattamento termico del materiale base, che da T6 assume caratteristiche più simili a un T4. In altre parole il materiale saldato presenta caratteristiche micromeccaniche inferiori a quelle nominalmente assegnabili al materiale base.

Seismic sequences analysis for estimation of earthquake source parameters: corner frequency, stress drop, and seismic moment observations

The present study has been carried out with the following objectives: i) To investigate the attributes of source parameters of local and regional earthquakes; ii) To estimate, as accurately as possible, M0, fc, Δσ and their standard errors to infer their relationship with source size; iii) To quantify high-frequency earthquake ground motion and to study the source scaling. This work is based on observational data of micro, small and moderate -earthquakes for three selected seismic sequences, namely Parkfield (CA, USA), Maule (Chile) and Ferrara (Italy). For the Parkfield seismic sequence (CA), a data set of 757 (42 clusters) repeating micro-earthquakes (0 ≤ MW ≤ 2), collected using borehole High Resolution Seismic Network (HRSN), have been analyzed and interpreted. We used the coda methodology to compute spectral ratios to obtain accurate values of fc , Δσ, and M0 for three target clusters (San Francisco, Los Angeles, and Hawaii) of our data. We also performed a general regression on peak ground velocities to obtain reliable seismic spectra of all earthquakes. For the Maule seismic sequence, a data set of 172 aftershocks of the 2010 MW 8.8 earthquake (3.7 ≤ MW ≤ 6.2), recorded by more than 100 temporary broadband stations, have been analyzed and interpreted to quantify high-frequency earthquake ground motion in this subduction zone. We completely calibrated the excitation and attenuation of the ground motion in Central Chile. For the Ferrara sequence, we calculated moment tensor solutions for 20 events from MW 5.63 (the largest main event occurred on May 20 2012), down to MW 3.2 by a 1-D velocity model for the crust beneath the Pianura Padana, using all the geophysical and geological information available for the area. The PADANIA model allowed a numerical study on the characteristics of the ground motion in the thick sediments of the flood plain.

Ground penetrating radar early-time technique for soil electromagnetic parameters estimation

In recent years, thanks to the technological advances, electromagnetic methods for non-invasive shallow subsurface characterization have been increasingly used in many areas of environmental and geoscience applications. Among all the geophysical electromagnetic methods, the Ground Penetrating Radar (GPR) has received unprecedented attention over the last few decades due to its capability to obtain, spatially and temporally, high-resolution electromagnetic parameter information thanks to its versatility, its handling, its non-invasive nature, its high resolving power, and its fast implementation. The main focus of this thesis is to perform a dielectric site characterization in an efficient and accurate way studying in-depth a physical phenomenon behind a recent developed GPR approach, the so-called early-time technique, which infers the electrical properties of the soil in the proximity of the antennas. In particular, the early-time approach is based on the amplitude analysis of the early-time portion of the GPR waveform using a fixed-offset ground-coupled antenna configuration where the separation between the transmitting and receiving antenna is on the order of the dominant pulse-wavelength. Amplitude information can be extracted from the early-time signal through complex trace analysis, computing the instantaneous-amplitude attributes over a selected time-duration of the early-time signal. Basically, if the acquired GPR signals are considered to represent the real part of a complex trace, and the imaginary part is the quadrature component obtained by applying a Hilbert transform to the GPR trace, the amplitude envelope is the absolute value of the resulting complex trace (also known as the instantaneous-amplitude). Analysing laboratory information, numerical simulations and natural field conditions, and summarising the overall results embodied in this thesis, it is possible to suggest the early-time GPR technique as an effective method to estimate physical properties of the soil in a fast and non-invasive way.

Early Warning For Large Earthquakes: Observations, Models and Real-Time Data Analysis

This thesis is a collection of works focused on the topic of Earthquake Early Warning, with a special attention to large magnitude events. The topic is addressed from different points of view and the structure of the thesis reflects the variety of the aspects which have been analyzed. The first part is dedicated to the giant, 2011 Tohoku-Oki earthquake. The main features of the rupture process are first discussed. The earthquake is then used as a case study to test the feasibility Early Warning methodologies for very large events. Limitations of the standard approaches for large events arise in this chapter. The difficulties are related to the real-time magnitude estimate from the first few seconds of recorded signal. An evolutionary strategy for the real-time magnitude estimate is proposed and applied to the single Tohoku-Oki earthquake. In the second part of the thesis a larger number of earthquakes is analyzed, including small, moderate and large events. Starting from the measurement of two Early Warning parameters, the behavior of small and large earthquakes in the initial portion of recorded signals is investigated. The aim is to understand whether small and large earthquakes can be distinguished from the initial stage of their rupture process. A physical model and a plausible interpretation to justify the observations are proposed. The third part of the thesis is focused on practical, real-time approaches for the rapid identification of the potentially damaged zone during a seismic event. Two different approaches for the rapid prediction of the damage area are proposed and tested. The first one is a threshold-based method which uses traditional seismic data. Then an innovative approach using continuous, GPS data is explored. Both strategies improve the prediction of large scale effects of strong earthquakes.

Advanced modelling of time domain electromagnetic data with updated hydrogeological interpretations

Several countries have acquired, over the past decades, large amounts of area covering Airborne Electromagnetic data. Contribution of airborne geophysics has dramatically increased for both groundwater resource mapping and management proving how those systems are appropriate for large-scale and efficient groundwater surveying. We start with processing and inversion of two AEM dataset from two different systems collected over the Spiritwood Valley Aquifer area, Manitoba, Canada respectively, the AeroTEM III (commissioned by the Geological Survey of Canada in 2010) and the “Full waveform VTEM” dataset, collected and tested over the same survey area, during the fall 2011. We demonstrate that in the presence of multiple datasets, either AEM and ground data, due processing, inversion, post-processing, data integration and data calibration is the proper approach capable of providing reliable and consistent resistivity models. Our approach can be of interest to many end users, ranging from Geological Surveys, Universities to Private Companies, which are often proprietary of large geophysical databases to be interpreted for geological and\or hydrogeological purposes. In this study we deeply investigate the role of integration of several complimentary types of geophysical data collected over the same survey area. We show that data integration can improve inversions, reduce ambiguity and deliver high resolution results. We further attempt to use the final, most reliable output resistivity models as a solid basis for building a knowledge-driven 3D geological voxel-based model. A voxel approach allows a quantitative understanding of the hydrogeological setting of the area, and it can be further used to estimate the aquifers volumes (i.e. potential amount of groundwater resources) as well as hydrogeological flow model prediction. In addition, we investigated the impact of an AEM dataset towards hydrogeological mapping and 3D hydrogeological modeling, comparing it to having only a ground based TEM dataset and\or to having only boreholes data.

Toward a Magnitude Scale for Low Frequency Seismicity The LP energy for Campi Flegrei caldera

The energy released during a seismic crisis in volcanic areas is strictly related to the physical processes in the volcanic structure. In particular Long Period seismicity, that seems to be related to the oscillation of a fluid-filled crack (Chouet , 1996, Chouet, 2003, McNutt, 2005), can precedes or accompanies an eruption. The present doctoral thesis is focused on the study of the LP seismicity recorded in the Campi Flegrei volcano (Campania, Italy) during the October 2006 crisis. Campi Flegrei Caldera is an active caldera; the combination of an active magmatic system and a dense populated area make the Campi Flegrei a critical volcano. The source dynamic of LP seismicity is thought to be very different from the other kind of seismicity ( Tectonic or Volcano Tectonic): it’s characterized by a time sustained source and a low content in frequency. This features implies that the duration–magnitude, that is commonly used for VT events and sometimes for LPs as well, is unadapted for LP magnitude evaluation. The main goal of this doctoral work was to develop a method for the determination of the magnitude for the LP seismicity; it’s based on the comparison of the energy of VT event and LP event, linking the energy to the VT moment magnitude. So the magnitude of the LP event would be the moment magnitude of a VT event with the same energy of the LP. We applied this method to the LP data-set recorded at Campi Flegrei caldera in 2006, to an LP data-set of Colima volcano recorded in 2005 – 2006 and for an event recorded at Etna volcano. Experimenting this method to lots of waveforms recorded at different volcanoes we tested its easy applicability and consequently its usefulness in the routinely and in the quasi-real time work of a volcanological observatory.

Recupero di polifenoli contenuti nelle acque di vegetazione provenienti da oleifici mediante adsorbimento

I problemi ambientali legati alla tossicità delle OMW e l’impossibilità del loro utilizzo diretto come acque di irrigazione, a causa dell’elevato contenuto di composti fenolici, spingono verso lo sviluppo di un processo di separazione che permetta la decontaminazione e valorizzazione delle acque di scarto e il recupero dei composti fenolici ad alto valore aggiunto. Lo scopo del lavoro è stato quello di studiare la fattibilità di un processo in continuo per il recupero dei composti fenolici contenuti nelle acque di vegetazione di due differenti oleifici, mediante adsorbimento in fase solida su una resina polimerica.

Valutazione preoperatoria del rischio chirurgico in pazienti onco-geriatrici (studio PREOP)

La maggior parte dei pazienti che vengono sottoposti a interventi chirurgici per tumori solidi hanno un’età superiore a 70 anni1. Circa il 30% di questi pazienti vengono considerati “fragili”. Questi infatti presentano numerose comorbidità ed hanno un più elevato rischio di sviluppare complicanze postoperatorie con perdita della riserva funzionale residua. Per questo non esistono sistemi semplici di screening che permettano ai medici responsabili del trattamento di identificare questi pazienti con aumentato rischio postoperatorio. Identificare i pazienti a rischio è infatti il primo passo nel processo attraverso il quale è possibile prevenire in necessarie complicanze postoperatorie come delirio, eventi cardiovascolari e perdita della funzionalità complessiva con conseguente perdita di autonomia. Scopo di questo studio è quello di confrontare l’accuratezza nella previsione di mortalità e morbidità a 30 giorni dei tre test preditivi “Groningen Frailty Index” (GFI); “Vulnerable Elders Survey” (VES-13); “timed up and go test” con alcune componenti del Preoperative Assessment of Cancer in the Elderly (PACE). Lo studio verrà effettuato sui pazienti con età maggiore di 70 anni che dovranno essere sottoposti a intervento chirurgico in anestesia generale per la presenza di una neoplasia solida.

Earthquake forecasting and seismic hazard analysis: some insights on the testing phase and the modeling

This thesis is divided in three chapters. In the first chapter we analyse the results of the world forecasting experiment run by the Collaboratory for the Study of Earthquake Predictability (CSEP). We take the opportunity of this experiment to contribute to the definition of a more robust and reliable statistical procedure to evaluate earthquake forecasting models. We first present the models and the target earthquakes to be forecast. Then we explain the consistency and comparison tests that are used in CSEP experiments to evaluate the performance of the models. Introducing a methodology to create ensemble forecasting models, we show that models, when properly combined, are almost always better performing that any single model. In the second chapter we discuss in depth one of the basic features of PSHA: the declustering of the seismicity rates. We first introduce the Cornell-McGuire method for PSHA and we present the different motivations that stand behind the need of declustering seismic catalogs. Using a theorem of the modern probability (Le Cam's theorem) we show that the declustering is not necessary to obtain a Poissonian behaviour of the exceedances that is usually considered fundamental to transform exceedance rates in exceedance probabilities in the PSHA framework. We present a method to correct PSHA for declustering, building a more realistic PSHA. In the last chapter we explore the methods that are commonly used to take into account the epistemic uncertainty in PSHA. The most widely used method is the logic tree that stands at the basis of the most advanced seismic hazard maps. We illustrate the probabilistic structure of the logic tree, and then we show that this structure is not adequate to describe the epistemic uncertainty. We then propose a new probabilistic framework based on the ensemble modelling that properly accounts for epistemic uncertainties in PSHA.

Valutazione della presenza di contaminanti perfluoroalchilici in alimenti destinati al consumo umano

Le sostanze perfluoralchiliche (PFAS), composti fluorurati ampiamente utilizzati negli ultimi anni in diverse applicazioni industriali e commerciali, sono ritrovati diffusamente nell’ambiente e in diverse specie animali. Recentemente i PFAS hanno destato preoccupazione anche per la salute umana. Il rischio di esposizione è principalmente legato alla dieta (i prodotti ittici sembrano essere gli alimenti più contaminati). Lo scopo di questo lavoro è stato quello di valutare la presenza del perfluorottanosulfonato (PFOS) e dell’acido perfluorottanoico (PFOA), in diverse matrici alimentari: latte vaccino commercialmente disponibile in Italia, latte materno italiano, diverse specie di pesce commercialmente disponibili in Italia e 140 branzini di diverse aree (principalmente Mediterraneo). I campioni di latte sono stati trattati con estrazione liquido-liquido seguita da due fasi di purificazione mediante cartucce SPE prima dell’iniezione nell’UPLC-MS/MS. L’analisi del latte vaccino ha evidenziato una contaminazione diffusa di PFOS, ma a basse concentrazioni (fino a 97 ng/L), mentre il PFOA è stato ritrovato raramente. In questo studio, in grado di individuare anche i livelli delle ultra-tracce, sono state osservate nel latte materno concentrazioni di 15-288 ng/L per il PFOS e di 24-241 ng/LPFOA. Le concentrazioni e le frequenze più alte, per entrambi i PFAS, sono stati ritrovate in campioni di latte forniti da donne primipare, suggerendo un rischio di esposizione per i primogeniti. Il metodo utilizzato per i campioni di pesce era basato su un’estrazione con solvente organico seguita da due fasi di purificazione: una con i sali e una con fase solida dispersiva. L’estratto, analizzato in UPLC-MS/MS, ha confermato la contaminazione di questa matrice a livelli significativi, ma anche l’alta variabilità delle concentrazioni misurate. Il monitoraggio monospecie ha mostrato una contaminazione rilevante (PFOS 11,1- > 10000 ng/L; PFOA < 9-487 ng/L), soprattutto nei branzini pescati, rispetto a quelli allevati.

Strategie formulative per la veicolazione nasale di farmaci

Microparticelle a base di complessi polielettrolitici di Chitosano/Pectina per il rilascio nasale di Tacrina cloridrato. Lo scopo di questo studio è stata la ricerca di nuove formulazioni solide per la somministrazione nasale di Tacrina cloridrato allo scopo di ridurre l’eccessivo effetto di primo passaggio epatico ed aumentarne la biodisponibilità a livello del Sistema Nervoso Centrale. La Tacrina è stata incapsulata in microparticelle mucoadesive a base di complessi elettrolitici di chitosano e pectina. Le microparticelle sono state preparate mediante due diversi approcci tecnologici (spray-drying e spray-drying/liofilizzazione) e analizzate in termini di caratteristiche dimensionali, morfologiche e chimico-fisiche. Nanoparticelle di Chitosano reticolate con Sodio Cromoglicato per il trattamento della rinite allergica. Il Sodio Cromoglicato è uno dei farmaci utilizzati per il trattamento della rinite allergica. Come noto, la clearance mucociliare provoca una rapida rimozione dei farmaci in soluzione dalla cavità nasale, aumentando così il numero di somministrazioni giornaliere e, di conseguenza, riducendo la compliance del paziente. Per ovviare a tale problema, si è pensato di includere il sodio cromoglicato in nanoparticelle di chitosano, un polimero capace di aderire alla mucosa nasale, prolungare il contatto della formulazione con il sito di applicazione e ridurre il numero di somministrazioni giornaliere. Le nanoparticelle ottenute sono state caratterizzate in termini di dimensioni, resa, efficienza di incapsulazione e caricamento del farmaco, potenziale zeta e caratteristiche mucoadesive. Analisi quantitativa di Budesonide amorfa tramite calorimetria a scansione differenziale. È stato sviluppato un nuovo metodo quantitativo allo stato solido basato sulla Calorimetria a Scansione Differenziale (DSC) in grado di quantificare in modo selettivo e accurato la quantità di Budesonide amorfa presente in una miscela solida. Durante lo sviluppo del metodo sono stati affrontati problemi relativi alla convalida di metodi analitici su campioni solidi quali la miscelazione di polveri solide per la preparazione di miscele standard e il calcolo della precisione.

Numerical modeling of the Alto Tiberina low angle normal fault

The aim of this Thesis is to obtain a better understanding of the mechanical behavior of the active Alto Tiberina normal fault (ATF). Integrating geological, geodetic and seismological data, we perform 2D and 3D quasi-static and dynamic mechanical models to simulate the interseismic phase and rupture dynamic of the ATF. Effects of ATF locking depth, synthetic and antithetic fault activity, lithology and realistic fault geometries are taken in account. The 2D and 3D quasi-static model results suggest that the deformation pattern inferred by GPS data is consistent with a very compliant ATF zone (from 5 to 15 km) and Gubbio fault activity. The presence of the ATF compliant zone is a first order condition to redistribute the stress in the Umbria-Marche region; the stress bipartition between hanging wall (high values) and footwall (low values) inferred by the ATF zone activity could explain the microseismicity rates that are higher in the hanging wall respect to the footwall. The interseismic stress build-up is mainly located along the Gubbio fault zone and near ATF patches with higher dip (30°