Analisi dei tornado del 19 settembre 2021 in Pianura Padana tramite simulazioni numeriche ad altissima risoluzione

Il 19 settembre 2021 si sono formati in poche ore 7 tornado tra Lombardia ed Emilia Romagna, 4 dei quali di intensità F2. Una simile sequenza di tornado in Pianura Padana non ha precedenti. Il caso studio è stato analizzato sia dal punto di vista delle osservazioni che attraverso simulazioni numeriche ad altissima risoluzione con la catena modellistica BOLAM-MOLOCH, allo scopo di comprendere i meccanismi fisici che hanno portato alla genesi delle supercelle tornadiche. E' stata verificata la capacità del modello MOLOCH di simulare accuratamente lo sviluppo delle supercelle, alla luce dei modelli teorici in letteratura. Tramite le osservazioni al suolo, è stato osservato come durante l'evento sulla Pianura Padana si sia creato un "punto triplo", ossia una convergenza tra tre masse d'aria con caratteristiche diverse, nei pressi di dove si sono verificati i tornado. Per l'innesco della convezione è stato fondamentale il contributo di un cut-off low in quota, associato a un fronte freddo al suolo sulla pianura lombarda. Inoltre, l'avvezione di aria umida e instabile dall'Adriatico verso i settori di innesco, in prossimità della superficie, ha rivestito un ruolo rilevante. In Emilia invece è stata probabilmente determinante una convergenza tra il flusso instabile di origine adriatica e il flusso sud-occidentale sceso dagli Appennini. Per quanto riguarda l'intensificazione e il successivo sviluppo delle supercelle e dei tornado, sono state individuate due sorgenti principali di vorticità orizzontale: la vorticità baroclina che si è generata lungo il fronte freddo in Lombardia e la vorticità generata dallo shear verticale in presenza di un low-level jet. La circolazione nei bassi strati atmosferici ha trasportato la vorticità generata da entrambe queste sorgenti verso i sistemi convettivi in Lombardia, dove il processo di tilting ha trasformato la vorticità orizzontale in vorticità verticale ciclonica.

Valutazione della funzionalità proteica di filetti di salmone affumicati

L’obiettivo del presente lavoro di tesi è stato quello di valutare l’effetto di diverse modalità di affumicatura sulla funzionalità della frazione proteica di filetti di salmoni norvegesi, valutata tramite la determinazione della solubilità e dell’ossidazione delle proteine. A tale scopo, 60 filetti di salmone dal peso omogeneo di circa 600g sono stati sottoposti a salagione e successivamente suddivisi in 3 gruppi sperimentali in funzione del processo di affumicatura (n=20/gruppo): ad aria a 20°C (AR-20), ad azoto a 20°C (AZ-20) e a 5°C (AZ-5). Al termine dei trattamenti tutti i filetti sono stati confezionati sottovuoto, conservati in cella frigorifera e sottoposti alle determinazioni analitiche a 5 diversi tempi di campionamento, per un totale di 17 giorni di conservazione. Dai dati ottenuti si evince come la tecnica di affumicatura commerciale (AR-20) determini, nel complesso, una riduzione della solubilità totale delle proteine, presumibilmente dovuta all’innesco di fenomeni ossidativi che hanno causato un accumulo di composti carbonilici, prevalentemente riscontrabile al termine della conservazione. L’affumicatura con azoto ha fatto invece registrare un miglioramento della funzionalità proteica a prescindere dalla temperatura impiegata, se paragonata all’affumicatura commerciale. A discapito di quanto atteso, l’affumicatura con azoto a 5°C non ha determinato un miglioramento in termini di solubilità ed ossidazione proteica, se paragonato alla controparte affumicata a 20°C; infatti i campioni appartenenti al gruppo AZ-20 hanno mostrato valori di solubilità proteica più elevati congiuntamente ad un contenuto di carbonili significativamente ridotto rispetto agli altri gruppi sperimentali. Alla luce di questi aspetti, ulteriori studi sono necessari al fine di confermare i risultati ottenuti ed approfondire l’effetto delle diverse modalità di affumicatura sulle proprietà funzionali e tecnologiche dei filetti di salmone.

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.

Analisi sperimentale delle prestazioni di una pompa di calore dual-source in configurazione geotermica al variare della lunghezza del campo sonde

Nell’ambito di questa Tesi è stata svolta un’analisi sperimentale delle prestazioni di una pompa di calore dual-source (DSHP). Essa è una pompa di calore a doppia sorgente in grado di scambiare potenza termica con due diversi serbatoi termici esterni: aria e terreno. Il campo sonde è composto da quattro sonde geotermiche a doppio tubo ad U, due da 60m e due da 100m, disposte in linea ed accoppiate ad una camera climatica per test su pompe di calore elettriche. Sono stati eseguiti test sul prototipo DSHP in configurazione geotermica stabilendo dei criteri per lo svolgimento delle prove, che in corso d’opera sono stati perfezionati. è stata eseguita la calibrazione dei sensori di temperatura, le termocoppie e le termoresistenze, che sono state collocate lungo il circuito idronico e in camera climatica, dove è installata la DSHP. Invece, per monitorare la temperatura del terreno viene impiegato un filo in fibra ottica inserito rispettivamente nella mandata e nel ritorno di uno dei tubi ad U delle sonde da 60m e da 100m. Si è stabilito di affidarci esclusivamente ai valori di offset che la centralina DTS, alla quale sono collegati i quattro filamenti in fibra ottica, applica di volta in volta sulle misurazioni di temperatura. È stata curata nel dettaglio una prova condotta mantenendo attive tutte le sonde del campo geotermico. Al fine di definire le prestazioni della pompa di calore, è stato eseguito il calcolo del Coefficient of Performance (COP) della macchina lungo lo svolgimento della prova, in modo da poter confrontare questo risultato con quelli ottenuti nelle differenti configurazioni analizzate in questa Tesi. I risultati contenuti in questa tesi hanno permesso di stabilire i tempi di scarica e recupero del terreno, l’entità dell’interferenza che si genera tra sonde adiacenti sottoposte ad un carico termico e di studiare il comportamento del terreno nei suoi strati più superficiali in funzione delle condizioni metereologiche esterne.

Data Visualization e Sonification per aumentare la consapevolezza sull'inquinamento attraverso un'applicazione web interattiva

Nonostante la consapevolezza sulle condizioni non ottimali della qualità dell'aria sia sempre più diffusa, a molte persone risulta ancora insidioso comprendere il significato dei dati sull'argomento tramite la sola rappresentazione grafica. L'obbiettivo di questo progetto è quello di presentare, tramite un'applicazione web interattiva, le informazioni sull'inquinamento atmosferico in maniera più semplice e coinvolgente. La strategia scelta è la Sonificazione: un processo che trasforma un dato di qualsiasi natura in un suono che ne rispecchia le caratteristiche. Su questa base, vengono approfondite le problematiche dell'inquinamento, le metodologie di rappresentazione e le debolezze di queste ultime. Dopo essere entrato in dettaglio sul funzionamento della Sonificazione e sulle sue applicazioni, il volume segue lo sviluppo del sistema in tutte le sue fasi: l'analisi dei requisiti, la scelta delle tecnologie, l'implementazione e i test. L'elaborato presta particolare attenzione a spiegare in dettaglio la realizzazione della traccia audio di Sonificazione, l'elemento più importante di tutto l'applicativo.

Metodi elettromagnetici per la rilevazione di rifiuti plastici galleggianti

Recentemente è stato stimato che si trovino circa 150 milioni di tonnellate di plastica nei mari di tutto il mondo, con conseguente aumento annuo di 8 milioni di tonnellate: si dice anche che entro il 2050 sarà presente, in termini di peso, nei mari e negli oceani più plastica che pesci. Inoltre, non solo le macro plastiche sono un serio problema ambientale, ma anche la loro frammentazione e decomposizione a causa della prolungata esposizione al sole, acqua e aria porta a microplastiche (dimensione minore di 5 mm): questi piccoli rifiuti che si vanno a depositare nei fondali rappresentano una seria problematica per la salute umana, poiché questi ultimi potrebbero essere ingeriti da pesci, provocandogli anche ridotta riproduttività e infiammazioni, entrando dunque nella nostra catena alimentare. L’idea di questo elaborato sviluppato mediante la collaborazione con il centro di ricerca VTT in Finlandia è quella di sviluppare soluzioni innovative e nuovi metodi per la rilevazione di rifiuti in plastica galleggianti. In sintesi, in questo elaborato sarà presente una parte di ricerca bibliografica, in cui vengono illustrati i principali articoli che spiegano i progetti più attinenti al Remote Sensing di rifiuti di plastica galleggianti trovati in letteratura, successivamente sarà presente la parte più pratica svolta al VTT, in particolare verrà spiegato il Radar MIMO a 60 GHz (prodotto dal VTT) utilizzato per le misurazioni di test su una piccola piscina circolare con i relativi dati ottenuti, infine si descriverà la campagna di misure tramite telecamere iperspettrali, sensori RGB e termo-infrarossi ad Oulu con, anche in tale caso, i dati spettrali di risalto che sono stati ricavati. Infine, in aggiunta ai risultati della campagna iperspettrale, si vuole cercare di applicare degli algoritmi di Machine Learning per cercare di classificare e dunque di identificare i vari campioni di plastica visualizzati nelle varie immagini spettrali acquisite.

Analisi sulla sostenibilità e sicurezza di combustibili innovativi

Al fine di mitigare gli impatti ambientali legati alla produzione energetica, lo sviluppo di tecnologie per l’utilizzo di carburanti carbon-free risulta essere essenziale. Si confida che la sostituzione di combustibili convenzionali con sorgenti di energia rinnovabili e bio-combustibili possa ridurre le emissioni di gas serra. Tuttavia, l’intermittenza della maggior parte delle sorgenti di energia rinnovabile comporta problemi di stoccaggio dell’energia. Pertanto, risulta necessaria l’introduzione di opportuni vettori energetici quali l’idrogeno. Nonostante l’elevata reattività dell’idrogeno, gli elevati costi per raggiungere standard di sicurezza opportuni nella fase di trasporto e stoccaggio limitano il suo uso estensivo. Per tale motivo, sono state vagliate sostanze alternative, quali l’ammoniaca, caratterizzate da processi produttivi collaudati oltreché di facile stoccaggio e trasporto. Considerando i processi produttivi di entrambe le sostanze, la possibile presenza di metano ha suggerito lo studio di miscele ternarie costituite da metano, idrogeno e ammoniaca. Sulla base di queste premesse, il presente lavoro di tesi è stato incentrato sull’analisi cinetica e sulla valutazione dei principali parametri di sicurezza di alcune miscele gassose in presenza di aria e aria arricchita. Tale analisi ha permesso una valutazione preliminare della sostenibilità delle miscele ternarie in esame al variare delle condizioni operative. Infatti, sono state quantificate le prestazioni ambientali e gli standard di sicurezza al fine di confrontare la sostenibilità e la convenienza delle alternative di processo.

Simulazione numerica di un getto di idrogeno sottoespanso mediante OpenFOAM

Questa tesi tratta lo studio e l’applicazione di una metodologia per la simulazione di getti gassosi sottoespansi, nello specifico getti di idrogeno in aria. La necessità di questo lavoro nasce dall’esigenza, nel mondo dei trasporti, di abbandonare i combustibili fossili derivati dal petrolio. L’idrogeno, come il metano, viene iniettato in fase gassosa, quindi occorre studiare bene i fenomeni e i meccanismi in gioco per ottimizzare la miscelazione con l’aria. La parte iniziale della tesi riguarda lo studio teorico e generale della letteratura sui getti sottoespansi, con l’obiettivo di capire cosa sono, come si formano, da cosa sono governati e quali sono i loro parametri principali. Successivamente si passa alla loro analisi numerica tramite il software CFD open source OpenFOAM. Le analisi condotte hanno permesso di valutare l’impiego di diversi approcci di modellazione al fine di trovare quello ottimale. Sono stati testati differenti risolutori (rhoCentralFoam, rhoPimpleFoam e reactingFoam), diverse configurazioni della mesh (wedge 2-D, empty 2-D e cyclic 3-D) e diversi modelli di turbolenza (k − ϵ, RNG k − ϵ e k − ω SST).