Analisi sperimentale e teorica del flusso evaporante di liquidi criogenici

La crisi energetica che sta investendo l’Italia e l’Europa e la contestuale necessità di raggiungere gli obiettivi che la comunità internazionale si è preposta per uno sviluppo sostenibile stanno spingendo sempre di più verso l’utilizzo di fonti energetiche alternative. In questo contesto il gas naturale liquefatto (LNG) può assumere un ruolo chiave per il trasporto a lunghe distanze.Il gas naturale liquefatto fa parte della classe dei liquidi criogenici. Uno dei problemi principali dei liquidi criogenici riguarda gli aspetti di sicurezza come, ad esempio, il comportamento del liquido criogenico in seguito ad un rilascio accidentale.Questo lavoro di tesi si è focalizzato sulla caratterizzazione sperimentale del flusso l’evaporazione di liquidi criogenici.Per condurre lo studio, per motivi di sicurezza, è stato utilizzato l’azoto liquido (LN2), liquido con caratteristiche criogeniche simili all’LNG, ma non reattivo. Analisi preliminari hanno evidenziato come il contributo legato allo scambio termico per conduzione sia quello preponderante per la determinazione del flusso evaporante. Per questo motivo, lo sversamento è stato eseguito su diverse tipologie di substrato, rappresentative dei materiali più comuni e che plausibilmente possano andare a contatto con liquidi criogenici. Nello specifico sono stati valutati i seguenti substrati: ghiaia, sabbia, terreno secco, terreno umido e cemento. In seguito, è stato valutato il profilo di massa, velocità di evaporazione e temperatura rispetto al tempo per comprendere la durata della fase evaporativa e i principali fenomeni coinvolti. La velocità media e massima di evaporazione è risultata fortemente influenzata dalle proprietà fisiche del substrato e dalla presenza di acqua al suo interno.I dati raccolti rappresentano un passo in avanti fondamentale per la caratterizzazione del comportamento dei liquidi criogenici in atmosfera, favorendo la progettazione di tecnologie e procedure opportune per il loro utilizzo in sicurezza.

Un Teorema di Lebesgue e Du Bois-Reymond sulle Serie Trigonometriche, e Applicazioni

L'argomento della Tesi è lo studio delle serie trigonometriche e di Fourier: in particolare, il problema dello sviluppo in serie trigonometrica di una data funzione 2π-periodica e l'unicità di tale sviluppo, che si deduce dal Teorema di Lebesgue e Du Bois-Reymond. Nel Capitolo 1 sono stati richiamati alcune definizioni e risultati di base della teoria delle serie trigonometriche e di Fourier. Il Capitolo 2 è dedicato alla teoria della derivata seconda di Schwarz (una generalizzazione della derivata seconda classica) e delle cosidette funzioni 1/2-convesse: il culmine di questo capitolo è rappresentato dal Teorema di De la Vallée-Poussin, che viene applicato crucialmente nella prova del teorema centrale della tesi. Nel Capitolo 3 si torna alla teoria delle serie trigonometriche, applicando i risultati principali della teoria della derivata seconda di Schwarz e delle funzioni 1/2-convesse, visti nel capitolo precedente, per definire il concetto di funzione di Riemann e di somma nel senso di Riemann di una serie trigonometrica e vederne le principali proprietà. Conclude il Capitolo 3 la prova del Teorema di Lebesgue e Du Bois-Reymond, in cui vengono usate tutte le nozioni e i risultati del terzo capitolo e il Teorema di De la Vallée-Poussin. Infine, il Capitolo 4 è dedicato alle applicazione del Teorema di Lebesgue e Du Bois-Reymond. In una prima sezione del Capitolo 4 vi sono alcuni casi particolari del Teorema di Lebesgue e Du Bois-Reymond e in particolare viene dimostrata l'unicità dello sviluppo in serie trigonometrica per una funzione 2π-periodica e a valori finiti. Conclude la Tesi un'altra applicazione del Teorema di Lebesgue e Du Bois-Reymond: la prova dell'esistenza di funzioni continue e 2π-periodiche che non sono la somma puntuale di nessuna serie trigonometrica, con un notevole esempio di Lebesgue.

Applicazioni sperimentali di conglomerati bituminosi drenanti a ridotto impatto ambientale

La salvaguardia ambientale, intesa come la capacità di garantire nel futuro la stabilità di un ecosistema, i processi ecologici che lo interessano e la sua biodiversità, costituiscono i pilastri fondamentali del concetto moderno di sostenibilità. Il presente lavoro di tesi ha lo scopo di fornire informazioni in merito all’utilizzo di granulato di conglomerato bituminoso e di scorie d’acciaieria, all’interno di miscele prodotte a caldo per strati di usura drenanti. Si è proceduto ad analizzare le caratteristiche meccaniche e prestazionali di due miscele di conglomerato bituminoso, confezionate una con percentuali di scorie d’acciaieria al suo interno, ed una con percentuali sia di scorie d’acciaieria sia di granulato di conglomerato bituminoso. La prima fase della sperimentazione si è concentrata nella calibrazione della quantità di materiali da inserire all’interno delle due miscele. Successivamente, la seconda fase della sperimentazione ha coinvolto i test di caratterizzazione per entrambe le miscele confrontandole con le prestazioni date della miscela di riferimento. Le due miscele di conglomerato bituminoso a ridotto impatto ambientale sono risultate paragonabili, in termini di prestazioni, alla miscela di riferimento e idonee al rispetto delle principali caratteristiche prestazionali imposte dal capitolato speciale d’appalto di Autostrade per l’Italia.

BIM-FEM model interoperability for the design of a prestressed concrete bridge deck

In questa tesi ho analizzato il passaggio dall'ambiente BIM a quello FEM di un impalcato da ponte a travata precompressa, identificando criteri e applicando una metodologia che hanno consentito lo sviluppo di un modello FEM utilizzabile per l'analisi strutturale. Nella tesi si descrive l'opera e il suo dimensionamento, con l'analisi statica e le verifiche strutturali eseguite sia a mano sia sul modello in ambiente FEM importato dall'ambiente BIM. Oltre a ciò, viene modellata l'opera nella sua interezza ed inserita in un contesto reale. La tesi discute l'interoperabilità tra i due software evidenziando vantaggi (modello geometrico di partenza in ambiente FEM, trasferimento di informazioni inserite in ambiente BIM, riduzione dei tempi di modellazione e inserimento proprietà dei materiali e caratteristiche degli oggetti, inserimento armature di precompressione) e criticità (implementazione manuale di alcuni elementi nel modello geometrico, perdita di alcune informazioni, definizione di alcuni parametri, limitata interoperabilità FEM-BIM) della metodologia applicata.

Ottimizzazione del processo di distillazione per il recupero del TiCl4 in un impianto di sintesi dei catalizzatori Ziegler-Natta

Il presente lavoro di tesi riguarda lo studio di fattibilità e valutazione comparativa di soluzioni impiantistiche e di processo finalizzate all’ottimizzazione dell’attuale sezione di distillazione di un impianto di produzione dei catalizzatori Ziegler-Natta. Il TiCl4 figura tra i principali reagenti impiegati nella sintesi dei catalizzatori, ma la tecnologia attualmente in uso non ne consente il totale recupero. A partire da una panoramica dell’intero processo produttivo dei catalizzatori Ziegler-Natta, si sono analizzate le criticità della sezione di distillazione e si sono valutate possibili soluzioni. Con l’obiettivo di ottenere un significativo recupero del TiCl4 rispetto alla situazione attuale, lo studio di fattibilità si è orientato verso un processo di distillazione con solvente. Al fine di valutare l’efficacia di tale soluzione, si è utilizzato il programma Aspen Plus V12. I principali composti coinvolti nel processo, che verranno implementati nell’ambiente di simulazione, sono: il TiCl4, il TiCl3(OC2H5) e un solvente. Quest’ultimo è il risultato di una ricerca tra sostanze con proprietà idonee al processo di distillazione studiato. Per ognuno dei composti sono richieste le principali proprietà termo-fisiche. Tuttavia, per il TiCl3(OC2H5) non vi sono informazioni disponibili presso le banche dati e la molecola è termicamente instabile. È stato perciò impiegato un particolare approccio ai contributi di gruppo per stimarne le proprietà d’interesse. Il solvente adottato è costituito da una miscela di isomeri: sono state effettuate delle misurazioni al fine di confermare un composto puro per l’ambiente di simulazione. Le simulazioni di processo hanno permesso di condurre con successo lo studio di fattibilità. Ulteriori proposte impiantistiche e per apparecchiature sono state valutate a completamento di tale studio. Il presente lavoro è stato svolto presso il centro Ricerche e Sviluppo “Giulio Natta” nella sede di Ferrara di LyondellBasell Industries.

Il patrimonio disponibile di un Ente pubblico e l'approccio metodologico per la sua valorizzazione

Il lavoro di tesi ha avuto come obbiettivo quello di indagare il corpo normativo, lo stato dell’arte sulla gestione patrimoniale anche attraverso l’analisi di alcune esperienze condotte in Italia, per definire l’approccio metodologico e gli strumenti per la valorizzazione del patrimonio immobiliare disponibile di un Ente pubblico, applicata al caso studio del comune di Bologna, con la collaborazione del Dipartimento Lavori Pubblici, Verde, Mobilità e Patrimonio ed in particolare con il Settore Patrimonio. L’indagine si è concentrata sulla sezione dei fabbricati del patrimonio edilizio comunale e non sui terreni, in quanto ritenuta più interessante ai fini della valorizzazione. Il patrimonio immobiliare del comune di Bologna, secondo il materiale fornito, è composto da circa 1800 unità di varia natura e dimensione; tuttavia la maggior parte di queste proprietà fanno parte del patrimonio indisponibile. Il presente lavoro, ha riguardato il patrimonio disponibile distribuito su tutto il territorio metropolitano di Bologna, per il quale è stata condotta l’indagine per fornire gli elementi necessari per sviluppare alternative per la sua valorizzazione. L’analisi condotta sul patrimonio disponibile del comune di Bologna, nonostante le varie selezioni effettuate sull’elenco fornito, ha portato ad individuare un numero considerevole di immobili valorizzabili, per i quali è emerso uno stato di conoscenza generale piuttosto scarso. E’ emersa quindi la difficoltà da parte dell’amministrazione di occuparsi degli immobili, che non sono direttamente utilizzati a fini istituzionali per la loro messa a reddito, nonostante si abbiano a disposizione strumenti normativi specifici per questo tipo di operazioni.

Modellazione assistita di curve di probabilità (POD) per il rilevamento di difetti strutturali mediante fibre ottiche

I sensori a fibre ottiche rappresentano una delle tecnologie più promettenti per il monitoraggio di varie strutture ingegneristiche. Tali sensori, dopo che sono stati incollati su differenti tipologie di strutture grazie a un dispositivo optoelettronico, restituiscono il profilo di deformazione del materiale ospite. Tuttavia, risulta piuttosto complicato ottenere queste curve, in quanto sono necessari numerosi provini che richiedono spese onerose e molto tempo per i singoli esperimenti. In più, si deve tenere in considerazione che i provini non sono mai completamente identici e che l’operatore può commettere errori. In questo studio si genera un programma attraverso cui si simulano diversi andamenti di deformazione, cercando di riprodurre al meglio i vari casi sperimentali. Infine, utilizzando un codice già esistente, si ricavano le curve di probabilità di rilevamento del danno in funzione della lunghezza di cricca. Una volta creato il codice, si modificano alcuni parametri, in particolare si alterano lo shear lag e alcune caratteristiche meccaniche della fibra ottica, ovvero il raggio e il modulo di Young, per vedere l’influenza che hanno sulle curve di probabilità. I risultati hanno dimostrato che lo shear lag della fibra ottica deve essere il più possibile alto e di conseguenza il raggio e il modulo di Young della fibra devono essere bassi, in quanto quest’ultimi si trovano a denominatore della formula usata per calcolare lo shear lag.

Smart contracts per acquisto e gestione di assicurazioni sanitarie

In questo elaborato vengono introdotte le caratteristiche fondamentali della blockchain ed in particolare dello sviluppo di smart contract tramite Solidity nella Blockchain Ethereum. Successivamente, sono illustrate le applicazioni di questa tecnologia in ambito sanitario e viene presentato il progetto sviluppato. In seguito, viene spiegata nel dettaglio l’implementazione del già menzionato progetto e si mostrano i test svolti; viene, inoltre, mostrata una semplice analisi sul costo computazionale, in termini di gas, del codice scritto. Questa tecnologia si presta efficacemente a sviluppi di applicazioni in ambito sanitario per le sue proprietà, come l’immutabilità e la privacy; nel sistema sviluppato la profonda sicurezza delle transazioni (data dalla blockchain) rende possibile l’acquisto e la gestione di un’assicurazione sanitaria senza la necessità di appoggiarsi a terze parti. In conclusione, vengono discusse possibili modifiche e miglioramenti al sistema proposto.

Vettore energetico idrogeno: specificità per un'adeguata sperimentazione

L'elaborato analizza, in maniera generica, come avviene la produzione, lo stoccaggio ed il trasporto dell'idrogeno e valuta i mezzi che sfruttano l'idrogeno come combustibile: i veicoli a fuel cell e i veicoli con motori a combustione interna alimentati a idrogeno (H2ICE). Poiché le proprietà dell'idrogeno sono molto diverse rispetto a quelle dei combustibili convenzionali, queste nuove tecnologie necessitano di celle di prova appositamente progettate e dimensionate. L'elaborato, pertanto, descrive nel dettaglio quali sono le normative, le strumentazioni e gli standard da rispettare per garantire che, all'interno della sala, i test possano essere eseguiti in totale sicurezza. Inoltre, vengono esaminati i sistemi di consegna e dosaggio dell'idrogeno, passando poi al sistema di ventilazione che gioca un ruolo fondamentale nel funzionamento dei test. Infine, sono riportati esempi di specifici set-up sperimentali volti allo studio delle problematiche riscontrate nei motori a combustione interna alimentati a idrogeno. Nel primo set-up, vengono descritti i sistemi di controllo, il tipo di motore e tutti i sensori utilizzati per analizzare l'impatto che ha l'EGR sui motori H2ICE; mentre, nel secondo, vengono esaminati i fattori che inducono la detonazione e la relativa frequenza.

Sviluppo e valutazione di un modello GT-Power di un motore sovralimentato ad accensione comandata e iniezione diretta alimentato ad idrogeno

Negli ultimi decenni sempre più attenzione è stata posta sugli effetti derivanti dalla produzione dell'energia. In particolare, emissioni di specie inquinanti e gas serra sono state oggetto di continue limitazioni al fine di raggiungere soluzioni energetiche sempre meno climalteranti. Ciò ha evidenziato la necessità di sviluppare nuove soluzioni inerenti alla mobilità sostenibile. Tra le possibili soluzioni, l'utilizzo di idrogeno rappresenta una delle più promettenti grazie alle proprietà chimiche che lo contraddistinguono. L'impiego di tale elemento come combustibile in un tradizionale motore a combustione interna propriamente convertito garantirebbe la possibilità di una transizione energetica progressiva grazie all'utilizzo di una tecnologia già ampiamente consolidata e avanzata. Questo lavoro si concentra sullo sviluppo di un modello 1D di un motore a combustione interna alimentato ad idrogeno per studiarne le potenzialità. Al fine di ottenere dati attendibili, si è sviluppato e validato un modello su un motore noto di cui i dati in benzina erano disponibili. Successivamente, tale modello è stato convertito all'utilizzo di idrogeno. Completata la conversione sono state svolte svariate prove al variare dei principali parametri motoristici quali: lambda, anticipo d'accensione, giri, carico. Il modello sviluppato ha mostrato risultati comparabili con i dati attualmente disponibili in letteratura al variare delle diverse condizioni operative. In particolare, alte efficienze e basse emissioni sono garantite da combustioni magre, tuttavia alti carichi non possono essere raggiunti per limiti derivanti dal gruppo di sovralimentazione. Sono stati ottenuti promettenti risultati che incoraggiano uno sviluppo avanzato del modello, con l’obbiettivo futuro di effettuare esperimenti con l’idrogeno su un motore reale.

Caratterizzazione a flessione di materiali compositi per impiego automotive

L’introduzione dei materiali compositi all’interno dell’ambiente industriale ha modificato l’idea di progettazione delle strutture, permettendo il raggiungimento di eccellenti prestazioni difficilmente ottenibili con materiali classici. Grazie all’uso dei compositi si sono ottenute elevata resistenza e leggerezza, caratteristiche di grande interesse nell’industria aerospaziale, delle costruzioni civili e soprattutto del settore automobilistico. Il materiale composito viene considerato oggigiorno un materiale innovativo del quale non si conoscono in modo esaustivo tutte le caratteristiche. Da questa premessa è nata la campagna sperimentale di questa tesi, il cui scopo è la definizione della sequenza di laminazione per la realizzazione della molla posteriore per la sospensione del prototipo da competizione Emilia5, del team Onda Solare. Si è ricercata la configurazione che conferisse una rigidità flessionale maggiore rispetto a quelle campionate. Si è proceduto, quindi, allo studio delle possibili sequenze di laminazione con cui realizzare la molla e sono stati creati i provini utilizzando CFRP unidirezionale, materiale caratterizzato da un’elevata resistenza lungo l’asse longitudinale. I 5 provini realizzati si differenziano principalmente per le metodologie di sovrapposizione delle lamine contigue e per i materiali utilizzati. Sui provini realizzati è stata eseguita una caratterizzazione mediante prova di flessione in tre punti, dalla quale sono stati ricavati i dati necessari alla successiva analisi delle proprietà. Infine, con i risultati ottenuti si è proceduto alla determinazione della sequenza di laminazione ottimale per la realizzazione del prototipo.

Scansione 3D per lo sviluppo di prodotti sportivi

Il presente elaborato descrive un lavoro il cui fine ultimo è valutare la fattibilità di una applicazione dell’Additive Manufacturing allo sviluppo di prodotti per il settore sportivo. In particolare, sfruttando la tecnica denominata Fused Deposition Modelling (FDM), si vuole riprodurre la forma di una parete d’arrampicata di roccia. Questa applicazione potrebbe trovare impiego nelle palestre indoor da arrampicata per garantire una esperienza simile a quella reale in un ambiente chiuso, senza problematiche dovute all’influenza delle condizioni atmosferiche e con rischi minori. Per l’acquisizione della geometria di una roccia reale ai fini di realizzare una replica in Additive, si è ritenuto di utilizzare tecniche di Reverse Engineering e, in particolare, la tecnica di scansione 3D basata sull’emissione di luce bianca. Questa tecnologia consente di acquisire tutti i dettagli e le proprietà che un oggetto presenta, creando un modello 3D digitale che rispecchia esattamente il componente reale con cui, successivamente, si potrebbe realizzare una replica accurata del soggetto di partenza, una roccia nel caso in esame, tramite il processo di stampa 3D. Pertanto, lo scopo dell’elaborato è presentare la metodologia che potrebbe essere seguita per riprodurre in Additive una roccia reale. La tesi descrive, quindi, come potrebbe essere svolta la scansione. L'attività si è conclusa con la produzione di un prototipo di roccia tramite tecniche di Additive Manufacturing.

Sviluppo ed ingegnerizzazione di nuovi sistemi ibridi a base di nanoparticelle inorganiche e bio-tensioattivi

In questo lavoro di tesi è stata investigata la sintesi di compositi a base di nano particelle di biossido di titanio rivestite da un bio-tensioattivo naturale. Il noto fotocatalizzatore (Nano-TiO2) è stato accoppiato ad un bio-tensioattivo dalle riconosciute proprietà antibatteriche, antivirali e anti-tumorali per ottenere un materiale composito multifunzionale. Diverse opzioni di design sono state investigate e la sintesi ottimizzata attraverso una caratterizzazione sistematica dei materiali prodotti, sia sulle sospensioni (DLS, ELS, TEM) sia sui prodotti granulati e calcinati (XRD, FT-IR, SEM, UV-Vis., BET). Per comprendere il ruolo del bio-tensioattivo e i potenziali effetti sinergici che il materiale composito potesse generare, si sono effettuate diverse caratterizzazioni funzionali testando il materiale per la realizzazione di nano-fasi fotocatalitiche da impiegare in processi di adsorbimento/degradazione di inquinanti acquosi, per la realizzazione di rivestimenti tessili antibatterici e come composito utile per l’assorbimento di metalli pesanti.

Studio dell'anisotropia magnetica di bistrati ibridi ferromagnete-organico

L’anisotropia magnetica di film sottili ferromagnetici è un parametro fondamentale nel campo della spintronica. Recenti lavori hanno dimostrato che la formazione di un’interfaccia tra film sottili ferromagnetici e materiali organici è in grado di modificare, l’anisotropia magnetica del costituente inorganico. Questa specifica interfaccia è stata definita spinterface ed è di grande interesse in un’ottica di ingegnerizzazione delle proprietà magnetiche di dispositivi spintronici. Pertanto, in questo lavoro di tesi ho analizzato l’anisotropia magnetica di un film policristallino di Cobalto ricoperto da una molecola organica largamente utilizzata in dispositivi spintronici e optoelettronici, la Gallio-chinolina (Gaq3), con l’obiettivo di verificare il ruolo della molecola nella definizione delle proprietà magnetiche dello strato di Cobalto. Per valutare l’impatto della formazione di spinterface, ho confrontato i risultati sperimentali con quelli ottenuti per un bistrato di riferimento Cobalto/Alluminio (Co/Al). Per comprendere i risultati sperimentali introdurrò nel primo capitolo i concetti fondamentali del magnetismo di film sottili, in particolare i vari contributi di anisotropia magnetica, il concetto di dominio magnetico e il modello di Stoner Wohlfarth. Il secondo capitolo verrà dedicato alla descrizione del concetto di spinterface e come questa interfaccia possa modificare le proprietà magnetiche dei film sottili. Nel terzo capitolo verranno descritte le tecniche di deposizione in Ultra Alto Vuoto con cui sono stati realizzati i bistrati Co/Gaq3 e Co/Al mentre nel quarto capitolo descriver`o il funzionamento del magnetometro MOKE, lo strumento con cui ho studiato l’anisotropia magnetica dei campioni prodotti. I dati sperimentali e la loro discussione saranno presentati nel quinto capitolo dove ho verificato la presenza di effetti di spinterface attraverso l’osservazione di un aumento della coercitività del campione Co/Gaq3.

Parametrizzazione e validazione di campi di forza polarizzabili per l'acetonitrile

Il perfezionamento dei campi di forza in meccanica molecolare, necessario per migliorare l’accuratezza della modellazione classica di materiali, è un procedimento dispendioso. L’accuratezza dei campi di forza è tuttavia la chiave per la predizione affidabile di proprietà chimico-fisiche dalle simulazioni MD. A questo scopo, risulta importante l’inclusione esplicita della polarizzazione, trascurata nei campi di forze tradizionali. Il modello dell’oscillatore di Drude rappresenta una soluzione computazionalmente conveniente ed è implementato in diversi software di simulazione. In questo modello, la polarizzazione atomica è resa dall’introduzione di una particella carica e di massa ridotta, ancorata all’atomo polarizzabile. In questo lavoro di tesi abbiamo sviluppato una procedura per ottenere un campo di forza polarizzabile per molecole organiche in fase liquida, prendendo in esame un solvente polare molto comune: l’acetonitrile. Il nostro approccio si serve di calcoli quantomeccanici preliminari per la determinazione dei valori di riferimento di alcune proprietà molecolari: le cariche parziali atomiche, il momento di dipolo e la polarizzabilità. A questi calcoli seguono due fasi di parametrizzazione basate su algoritmi di minimizzazione. La prima fase riguarda la parametrizzazione delle polarizzabilità atomiche descritte con il modello di Drude e ha come scopo la riproduzione della polarizzabilità molecolare quantomeccanica. Nella seconda fase, si sono ottimizzati i parametri del potenziale Lennard-Jones in modo da riprodurre la densità sperimentale a temperatura e pressione ambiente, ottenendo diverse parametrizzazioni del campo di forza polarizzabile. Infine, queste parametrizzazioni sono state confrontate sulla base della loro capacità di riprodurre alcune proprietà di bulk, quali entalpia di vaporizzazione, costante dielettrica, coefficiente di diffusione e specifiche funzioni di distribuzione radiale.