DOTTORATO DI RICERCA IN
"TECNOLOGIE CHIMICHE ED ENERGETICHE"
TEMATICHE DI RICERCA PROPOSTE (CURRICULA):
Il dottorato di ricerca proposto intende affrontare in termini interdisciplinari alcuni dei temi più importanti e più attuali nel campo energetico-ambientale, con il supporto di docenti provenienti da diverse aree culturali, complementari tra loro.
Considerando le molteplici problematiche il cui studio rientra nell’ambito delle tecnologie chimiche ed energetiche, si sono individuati in particolare undici importanti filoni di indagine, di etrema attualità, il cui approfondimento viene proposto come argomento di base per lo sviluppo delle ricerche dei dottorandi del corso:
1) Aspetti energetici della progettazione ed esercizio dei motori per trasporto su strada
2) Computational transport phenomena
3) Impianti energetici a basso impatto ambientale
4) Inquinamento e depurazione ambientale
5) Ottimizzazione dello scambio termico
6) Ottimizzazione energetica delle turbomacchine
7) Superfici e catalisi
8) Tecnologie chimiche
9) Tecnologie dei materiali e metallurgia
10) Uso razionale dell’energia nell’ambito civile e industriale
11) Sicurezza e protezione
Di seguito viene riportato un breve inquadramento generale della tematica, all’interno della quale il dottorando potrà sviluppare la sua ricerca specifica.
1) Aspetti energetici della progettazione ed esercizio dei motori per trasporto su strada:
La tematica riguarda lo studio di metodologie innovative di progettazione e di gestione e lo sviluppo di soluzioni tecniche avanzate per il contenimento dell’impatto ambientale dei motori alternativi a combustione interna, dal punto di vista della riduzione dei consumi energetici e delle emissioni inquinanti. Le ricerche inerenti il tema potranno riguardare sia le prestazioni di motori di diverse categorie e taglie, o di loro componenti, sia la valutazione dell’impatto ambientale da un punto di vista più generale, riguardante l’intero processo energetico con il quale interagisce la macchina durante la sua vita operativa.
Rientrano quindi nella tematica, a titolo di esempio, i) studi sulla progettazione ottimizzata dei condotti, delle camere di combustione, dei sistemi di iniezione e del relativo controllo ii) studi sull’efficacia di convertitori catalitici e altri dispositivi di abbattimento delle emissioni iii) indagini sull’utilizzo in motori a ciclo Otto e Diesel di combustibili alternativi e sulla compatibilità ambientale ed economica della relativa filiera produttiva iv) ricerche su sistemi propulsivi ibridi basati su motori termici, su sistemi fotovoltaici o su celle a combustibile.
Le metodologie di indagine potranno essere di natura teorico-numerica e di natura sperimentale. I Dipartimenti cui afferisce il corso di Dottorato dispongono di strumenti software, sia commerciali che proprietari, per l’esecuzione di simulazioni CFD di componenti dei motori, per la simulazione del comportamento dinamico e lo sviluppo di algoritmi di controllo, per la ottimizzazione dei componenti e di sistemi propulsivi o di generazione completi. Per quanto riguarda le attività sperimentali, sono disponibili banchi prova motore, anemometri a filo caldo e laser doppler, un rilevatore di campi di velocità PIV, analizzatori di gas, sistemi di misura di pressioni, temperature, emissioni acustiche e vibrazioni.
2) Computational transport phenomena:
Lo studio dei fenomeni di trasporto di massa, quantita’ di moto ed energia riveste una notevole importanza sia in ambito industriale che ambientale, viste le implicazioni pratiche di fenomeni di trasporto quali diffusività, scambio termico, mescolamento, etc.
L’attività di ricerca legata allo studio di tali fenomeni è pertanto rivolta a dottorandi che desiderino sviluppare competenze in settori trasversali quali la meccanica dei fluidi e la termofluidodinamica, acquisendo familiarità nell’ambito della modellizzazione matematica e della simulazione numerica di flussi turbolenti multifase di interesse per applicazioni pratiche.
Le principali tematiche di ricerca relative all’analisi computazionale dei fenomeni di trasporto di massa, quantita’ di moto ed energia possono essere cosi’ suddivise:
1. Fluidodinamica Computazionale
Sviluppo di codici agli elementi finiti per la determinazione dei campi di moto e temperatura negli ambienti e in applicazioni industriali e aeronautiche; flussi in microcanali; simulazione numerica diretta (DNS) e Large-Eddy Simulation (LES) di flussi base (strato limite, canale, tubazione, getti∑) con codici pseudo-spettrali e alle differenze finite, modellizzazione numerica di nanofluidi.
2. Flussi Ambientali
Modelli di trasporto e trasformazione di inquinanti ambientali (rilascio di inquinanti in atmosfera e corpi idrici).
3. Flussi Multifase
Interazioni fra fase dispersa (particelle, gocce o bolle) con strutture turbolente; approccio Lagrangiano-Euleriano (DNS e LES); applicazioni a processi di separazione e mescolamento in flussi industriali e ambientali, parallelizzazione ed ottimizzazione di codici di ricerca per la simulazione di flussi bifase (gas-solido, solido-liquido).
Queste linee di ricerca sono state definite in collaborazione con docenti afferenti ad enti e gruppi di ricerca di universita’ italiane ed estere, che assieme costituiscono un riconosciuto centro di eccellenza a livello internazionale per la fluidodinamica computazionale. In particolare, gli argomenti di ricerca ad esso legati vengono svolti in collaborazione con:
* Universita’ di Trieste (Prof. V. Armenio)
LES della dispersione Lagrangiana di particelle inerziali su orografie complesse
* Universita’ di Pisa (Prof. M.V. Salvetti)
LES della dispersione Lagrangiana di particelle inerziali in tubazione
* Johns Hopkins University (Prof. A. Prosperetti, Prof. C. Meneveau), Baltimora (USA)
Modelli di sottogriglia per particelle
* Mc Gill University (Prof. L. Cortelezzi), Montreal (Canada)
Analisi fluidodinamica di getti in flusso trasversale
* Universidad Complutense de Madrid (Prof. M. Velarde), Madrid (Spagna)
Simulazione numerica del trasferimento di massa e calore in film sottili
* University of Newcastle (Prof. M. Reeks), Newcastle (Gran Bretagna)
Modellazione matematica dei fenomeni di diffusione turbolenta
* Insitute de Mécanique des Fluides de Toulouse (Prof. O. Simonin), Tolosa (Francia)
Validazione di modelli Euleriani-Euleriani (two-fluid models) per la dispersione turbolenta di particelle inerziali
* Joint research Center (Prof. Y. Drossinos), Ispra (Italia)
Simulazione numerica diretta dell’effetto della diffusività molecolare sui processi di diffusione turbolenta in canale
* Univeristà di Parigi 3 (Prof. B. Andreotti), Parigi (Francia)
A "wall model" for aqueous transport of dense particles.
3) Impianti energetici a basso impatto ambientale:
Il miglioramento delle efficienze energetiche intese come energia consumata (elettrica e termica) per unità di prodotto o per fase di un ciclo produttivo, è uno dei fattori che influenzano il livello di concorrenzialità delle aziende ad elevato assorbimento energetico. E’ di estrema importanza quindi individuare alcune attività industriali di rilevante interesse generale e di particolare importanza locale, per analizzare sistematicamente le possibili applicazioni tecnologiche di risparmio energetico e valutarne gli effetti in termini teorici e pratici nonché la fattibilità tecnica ed economica.
In particolare il recupero degli scarti industriali e dei rifiuti urbani, ai fini di una riduzione dell’impatto ambientale esterno e di un riciclo di materiali in termini energetici, è uno degli indirizzi normativi più ricorrenti nelle norme nazionali. In quest’ambito sono utili indagini in termini quantitativi e qualitativi degli scarti prodotti per alcuni importanti processi industriali atte ad individuare e valutare le possibili forme di riutilizzo a fini energetici, con particolare riguardo a sistemi cogenerativi in teleriscaldamento, ottenibili anche realizzando imprese consortili con fornitura di energia termica ad agglomerati urbani e/o industriali. Ad esempio nella realtà locale del Friuli-Venezia Giulia e del Veneto sono presenti rilevanti insediamenti industriali nel campo della lavorazione del legno (sedia e mobili) con più di 500 aziende nel settore nella sola regione F.V.G.. Dette aziende producono rilevanti quantitativi di scarti a prevalente contenuto cellulosico, attualmente riutilizzati per alimentare caldaie a copertura dei fabbisogni termici e tecnologici. Una interessante opportunità è rappresentata dal loro riutilizzo in impianti di gasificazione di piccola taglia per alimentare motori endotermici per la produzione di energia elettrica.
A questo va aggiunto, nell’ottica della diversificazione delle fonti energetiche, l’interesse strategico delle soluzioni rivolte alla valorizzazione energetica delle biomasse e dei rifiuti solido urbani e loro derivati (come previsto anche nell’art.6 della legge 10/91 e dalle procedure definite dall’ENEA).
Infine nell’ambito delle strategie politiche energetiche, riveste rilevante importanza a livello applicativo l’individuazione delle regioni e dei bacini energetici, intesi come comprensori territoriali con caratteristiche di omogeneità in termini di impiantistica con rilevante consumo energetico o di applicabilità di opportunità tecnologiche. A questo riguardo è di estrema importanza per esempio proporre un approccio metodologico nella stesura dei piani energetici regionali, al fine di dare contenuti progettuali oggettivi alle azioni di politica energetica e di attivazione delle sinergie presenti nel territorio.
Lo studio dei sistemi energetici utilizzati negli impianti di cogenerazione è quindi di estrema importanza e attualità, concentrando l’attenzione anche sull’impatto ambientale prodotto. L’ottimizzazione di tali sistemi si può basare sull’analisi approfondita del funzionamento delle singole macchine componenti l’impianto, che può essere condotta utilmente mediante modelli di previsione delle prestazioni, e quindi realizzando dei modelli di simulazione del comportamento dell’impianto per stimare le prestazioni energetiche ottenibili in diverse condizioni, l’economicità di funzionamento e le emissioni prodotte. In quest’ottica impianti cogenerativi a combustione, basati su turbine a vapore, turbine a gas o motori alternativi, sono oggetto di studio, con riguardo particolare anche ai combustibili utilizzati.
Su questi temi i docenti coinvolti nel corso di dottorato sono da tempo impegnati, collaborando a ricerche nazionali ed internazionali nonché lavorando su specifiche tematiche di interesse industriale.
4) Inquinamento e depurazione ambientale:
I temi sempre attuali dello sviluppo sostenibile e della protezione della qualità dell’ambiente assieme alle recenti normative europee, nazionali e regionali del settore, si stanno evolvendo verso nuove prospettive che stimolano la comunità scientifica e tecnologica. Non di meno il dialogo tra ricerca ed impresa, assieme al rafforzamento della loro capacità di interazione, sono fattori strategici per ottenere dalle attività di R&S ricadute concrete in termini di innovazione, competitività, disponibilità di risorse umane altamente qualificate. In questo ambito le tematiche che riguardano l’inquinamento e la depurazione dell’ambiente assumono una importanza fondamentale e diventano spesso veicolo di confronto tra pubblico e privato.
Il Dottorato in Tecnologie Chimiche ed Energetiche nel settore dell’inquinamento e depurazione dell’ambiente comprende attività teoriche e sperimentali finalizzate al miglioramento dei processi di trattamento delle acque, dell’aria e di altre matrici collegate. L’interesse della ricerca si concentra in particolare sulle applicazioni sperimentali a scala di laboratorio e pilota, sulle realizzazioni progettuali e sulla verifica di funzionamento di impianti per il trattamento degli inquinamenti. L’ approccio degli ambiti di ricerca si inserisce tra le discipline ingegneristiche sanitarie-ambientali e chimiche tecnologiche ed ha come finalità la formazione di personale qualificato, il sostegno ad aziende ed Enti pubblici territoriali e il contributo alla risoluzione di problemi dell’inquinamento ambientale.
Il Dottorato si svolge in collaborazione con Enti pubblici, società private, istituzioni regionali, nazionali ed internazionali che si occupano di argomenti riguardanti l’inquinamento e la depurazione dell’ambiente.
Alcune tra le attività principali che si svolgono durante l’attività di dottorato sono di seguito elencate:
1. Teoria e applicazione di tecniche tradizionali ed innovative per il controllo e l’abbattimento di composti inquinanti sversati nei corpi idrici.
2. Approfondimenti di temi relativi al sistema idrico integrato: monitoraggio di inquinanti pericolosi in acque potabili, reflui e matrici fangose.
3. Studio teorico e sperimentale sull’ossidazione ad umido catalitica di reflui complessi.
4. Studio teorico e sperimentale di modelli per la valutazione dell’andamento dei processi depurativi e per il miglioramento delle prestazioni di un impianto di trattamento acque.
5. Sviluppo e realizzazione di impianti a scala di laboratorio e pilota per la depurazione.
6. Indagini sperimentali e assistenza al progetto per impianti di trattamento di inquinamenti ambientali.
7. Sintesi e sperimentazione di nuovi materiali per la depurazione dell’ambiente e l’energia.
5) Ottimizzazione dello scambio termico:
Negli ultimi anni lo studio dei meccanismi d’intensificazione della convezione negli scambiatori di calore compatti ha avuto un notevole impulso. Le applicazioni studiate nell’ambito delle normali attività di ricerca e dei corsi di questo dottorato hanno riguardato sia scambiatori per liquidi che per aeriformi.
Alcuni argomenti trattati recentemente ed ancora aperti ad approfondimenti sono:
- progettazione di scambiatori di calore compatti anche in condizioni di deumidificazione;
- ottimizzazione della forma delle alettature impiegate nei dissipatori di calore per l’industria elettronica;
- effetti tridimensionali in flussi teoricamente bidimensionali.
Progettazione di scambiatori di calore compatti
Gli scambiatori di calore compatti, a batterie od a piastre alettate, sono caratterizzati da valori elevati del rapporto superficie su volume. La disponibilità di scambiatori di questo tipo ha rivoluzionato i tradizionali processi di scambio termico in settori come il condizionamento dell’aria ed il recupero del calore di scarto. La riduzione delle sezioni di passaggio (indotta dall’aumento del rapporto superficie/volume), e la contemporanea riduzione delle velocità d’attraversamento (dovuta alla necessità di contenere le perdite di carico e le emissioni di rumore) hanno richiesto una completa revisione delle procedure di progettazione in uso nelle industrie produttrici di scambiatori compatti. Al fine di mantenere elevati valori dell’efficienza degli scambiatori, infatti, oltre ad aumentare le superfici di scambio attraverso un utilizzo esteso di alette, è stato necessario introdurre nuovi dispositivi d’intensificazione dello scambio termico del tipo di intagli, corrugazioni, e promotori di vortici longitudinali. Di conseguenza le industrie hanno dovuto allargare le proprie basi di conoscenza sui meccanismi d’intensificazione della convezione, tant’è vero che diversi risultati di ricerca ottenuti in passato sono già incorporati nelle "best practices" industriali.
D’altra parte, non sono ancora completamente chiariti tutti i processi di scambio termico che hanno luogo negli scambiatori compatti quando le temperature superficiali scendono sotto il punto di rugiada. Ad esempio, la ben nota analogia tra scambi convettivi di calore e di massa, utilizzata in passato, non è sufficiente per la progettazione degli scambiatori che operano a temperature inferiori a quella di rugiada. Quando il vapore condensa sulle superfici alettate, gli apporti di calore latente aumentano il carico termico conduttivo totale sulle alette. Pertanto, le efficienze delle alette diminuiscono ben al di sotto dei corrispondenti valori a secco (in genere vicini all’unità), e l’ipotesi semplificatrice di condizioni al contorno di temperatura costante sulle superfici delle alette non è più valida. Ai fini della modellizzazione è allora necessario risolvere un problema fortemente accoppiato di convezione e conduzione, nel quale le condizioni al contorno convettive per il trasporto di calore e di massa sono molto influenzate dalla conduzione nelle alette. In ultima analisi, quindi, la crescente domanda di nuovi impieghi degli scambiatori compatti a temperature inferiori a quella di rugiada richiede nuovi e sempre più affidabili procedure di simulazione, validate dal confronto con i risultati sperimentali.
Ottimizzazione dei dissipatori di calore per l’industria elettronica
Nei settori della microelettronica e dell’elettronica di potenza si è avuto negli ultimi anni un aumento sensibile e continuo delle potenze termiche specifiche. Nel caso della microelettronica, l’aumento combinato della densità circuitale e della velocità di clock hanno innalzato sia la potenza termica totale, prodotta dal componente, che quella specifica. Per evitare l’insorgenza di guasti ed errori logici è stato necessario realizzare dissipatori alettati compatti ad alta efficienza, che presto richiederanno il passaggio all’uso di liquidi come fluidi termovettori.
Nel caso dell’elettronica di potenza, con particolare riguardo alle applicazioni nella trazione elettrica e nelle telecomunicazioni, il raffreddamento a liquido comincia a sostituire quello ad aria, poiché le potenze termiche specifiche in gioco sono molto elevate e difficilmente dissipabili con un aeriforme.
In tutte queste applicazioni è importante l’ottimizzazione della geometria e della efficienza delle superfici alettate, al fine di ridurre le dimensioni globali dell’apparato. Attualmente, quindi,l’attenzione della ricerca è rivolta alla caratterizzazione termofluidodinamica ed alla ottimizzazione di superfici di scambio alettate in modo particolare (ad esempio pin fins) e confinate all’interno di canali in cui fluisce il fluido refrigerante. Questo studio è reso necessario dalla difficoltà di estendere le relazioni esistenti per superfici non confinate, dove gli effetti di parete vengono esclusi, ai casi in esame, dove hanno luogo effetti di tipo tridimensionale che differenziano in modo importante lo scambio termico. Ciò comporta la necessità di ricavare correlazioni per i coefficienti di scambio termico convettivo, che siano applicabili al caso specifico del dimensionamento di superfici confinate, per le diverse geometrie e disposizioni delle alette più utilizzate nelle applicazioni ingegneristiche.
Effetti tridimensionali in flussi teoricamente bidimensionali
Negli ultimi anni è emerso un importante problema metodologico che riguarda la possibilità di utilizzare schematizzazioni bidimensionali nella modellizzazione dei flussi di interesse tecnico. Infatti, un numero crescente di simulazioni tridimensionali di problemi teoricamente bidimensionali dimostra che instabilità intrinseche al moto, non legate alla presenza delle superfici di confine, possono causare l’insorgenza di effetti tridimensionali anche in flussi teoricamente bidimensionali. Questi effetti tridimensionali esercitano un’influenza significativa sui fattori di attrito e sui numeri di Nusselt globali. Di conseguenza devono essere investigati anche allo scopo di stabilire i limiti di applicazione delle simulazioni bidimensionali (che sono considerevolmente meno costose delle corrispondenti simulazioni tridimensionali). La base di partenza è costituita dalla teoria generale dell’instabilità del moto, applicata a situazioni tradizionalmente considerate bidimensionali. Le investigazioni numeriche saranno condotte per mezzo di simulazioni tridimensionali di flussi nominalmente bidimensionali, applicando una nuova metodologia che la nostra unità sta fortemente contribuendo a sviluppare.
6) Ottimizzazione energetica delle turbomacchine:
I docenti che si occupano del settore delle turbomacchine coprono per l’esperienza maturata, sia le esigenze sperimentali della ricerca tradizionale, sia quelle più innovative della modellizzazione numerica. In entrambi i campi sono state profuse risorse in mezzi e tempo uomo: i laboratori sono adeguatamente attrezzati con impianti, macchine e apparecchiature di misura per un lavoro sperimentale di buon livello e contemporaneamente i ricercatori possono avvalersi di codici di calcolo fluidodinamico avanzato sviluppati in proprio e commerciali.
Da queste competenze nascono le più recenti attività di ricerca sulle tecniche di ottimizzazione della progettazione e del funzionamento delle turbomacchine.
Infatti poiché l’ottimizzazione energetica di un sistema dipende anche dall’ottimizzazione dei singoli componenti, è di estrema importanza approfondire la conoscenza delle singole macchine componenti l’impianto, ed in particolare quelle turbomacchine di più diffuso impiego quali pompe, ventilatori e compressori. La progettazione di una macchina deve basarsi sull’approfondimento teorico del suo funzionamento nonché sulla ricerca sperimentale.
Per il primo aspetto la ricerca attuale si basa sull’utilizzo di codici di calcolo tridimensionali che permettono di risolvere il campo fluido all’interno delle macchine, e quindi con il loro utilizzo sistematico permettono di analizzare l’influenza dei singoli parametri progettuali sulla geometria finale della macchina oggetto di studio e quindi sul suo funzionamento.
Un particolare rilievo assume quindi lo studio sperimentale, sia per convalidare i codici di calcolo, sia per comprendere più a fondo i principi di funzionamento delle turbomacchine dal punto di vista fluidodinamico e da quello, oggi al primo posto nella ricerca, dei problemi di interfaccia fluido-materiale. In particolare è attualmente di estremo interesse lo studio sperimentale di fenomeni instazionari (ad esempio lo stallo e il pompaggio nei compressori anche finalizzati alla individuazione e controllo del campo di funzionamento utile della macchina), dei fenomeni di erosione prodotta dalla cavitazione, dei fenomeni di scambio termo-fluidodinamico delle pale e degli organi di macchine termiche rivestiti di materiali protettivi (antierosione, anticorrosione, barriere termiche).
Una tematica di rilievo nel risparmio energetico è poi quella dell’utilizzo delle fonti rinnovabili, sia per quanto riguarda le macchine sia dal punto di vista sistemistico. In particolare due sono i settori in cui esistono competenze ed attività di ricerca in grado di produrre competenze: l’energia eolica (progettazione di sistemi eolici complessi, indagini anemologiche e sitologiche e mappe delle risorse territoriali) e l’energia idraulica (utilizzo delle macchine reversibili e dei sistemi energetici di fonte idraulica, indagini statistiche e previsionali del comportamento operativo di pompe usate come turbine)
Infine presso il Dipartimento di Energetica dell’Università di Trieste sono state sviluppate tecniche di ottimizzazione innovative basate su algoritmi sia probabilistici che deterministici applicabili ad un ampio spettro di discipline e che possono costituire il collante ideale fra l’aspetto sistemistico e quello componentistico della progettazione ottimizzata di un sistema energetico.
7) Superfici e catalisi:
Il tema "superfici e catalisi" riguarda lo studio fondamantale dei fenomeni di interazione superficiale legati ai processi catalitici nel settore energetico ed ambientale. L’attività di ricerca è rivolta a studenti di dottorato che desiderino approfondire le seguenti tematiche nel campo della chimica industriale e ingegneria chimica.
In particolare vengono approfonditi i seguenti aspetti:
- Sintesi e caratterizzazione di materiali nanostrutturati a base di elementi delle terre rare.
- Studio di materiali e processi catalitici nel settore energetico e ambientale (combustione catalitica, rimozione di ossidi di azoto e particolato da motori a combustione interna, reazioni di produzione di idrogeno da idrocarburi e fonti rinnovabili, eliminazione di VOC, celle a combustibile ad ossidi solidi).
Gli studi vengono fatti in collaborazione con industrie ed enti di ricerca italiani ed esteri.
8) Tecnologie chimiche:
9) Tecnologie dei materiali e metallurgia:
Metodologie di preparazione convenzionale e non convenzionale delle polveri ceramiche: si ricordano la flo-deflocculazione di polveri commerciali; la coprecipitazione e la denitrazione di precursori solubili; il processo sol-gel; l’alligazione meccanica. Omogeneizzazione delle polveri mediante macinazione e loro caratterizzazione microstrutturale, cristallografica e granulometrica. Sinterizzazione di manufatti di ceramici avanzati quali allumina, allumina-zirconia, zirconia-ittria, zirconia-ceria, zirconia-titania, zirconia-erbia, zirconia-europia. Caratterizzazione meccanica e microstrutturale dei materiali sinterizzati.
Produzione di ceramici tradizionali, tramite la trasformazione di rifiuti in materie prime di nuova concezione. Il risultato viane raggiunto mediante un trattamento termico di bassa temperatura (essiccamento) dei rifiuti umidi e una successiva calcinazione per la loro trasformazione in miscele di ossidi. Omogeneizzazione e taglio di questi rifiuti con altri di provenienza e tipologia differente al fine di bilanciare la composizione chimica e ottenere miscele di poveri adatte alla produzione di ceramici tradizionali da impiegare nell’edilizia. Con ciò si intende la realizzazione di laterizi, piastrelle e leganti di varia natura. Fra i leganti possiamo ricordare i cementi, le malte e i calcestruzzi. Le caratteristiche di tali prodotti potranno essere affinate per approssimazioni successive della composizione.
Ottimizzazione dei processi metallurgici legati alla produzione di acciai speciali mediante l’affinamento dei parametri di processo. Caratterizzazione delle scorie d’acciaieria loro manipolazione per il riciclo nel settore dei materiali ceramici e delle costruzioni. Studi sul possibile utilizzo come additivi nella produzione di cementi e calcestruzzi.
Prove di tribo-corrosione termica e resistenza alla fatica di acciai e altre leghe metalliche. Preparazione metallografica per la caratterizzazione microstrutturale e per le prove di durezza e microdurezza. Analisi al microscopio ottico. Analisi dei profili di composizione mediante GDOES. Esame della microstruttura e della composizione superficiale mediante microscopio elettronico a scansione (SEM e EDXS) e microscopio a forza atomica (AFM).
10) Uso razionale dell’energia nell’ambito civile e industriale:
Tra i settori fondamentali di utenza in cui vengono distinti e classificati i consumi finali di energia, il settore edifici civili ed industriali nel suo complesso assorbe circa 1/3 dei consumi energetici complessivi. In tale settore vengono classificati i consumi del comparto abitativo (residenziale e domestico) e quelli delle più importanti attività del terziario ed industriali ad eccezione dell’energia richiesta nei sistemi di produzione. E’ noto che il comportamento energetico del sistema edificio è estremamente complesso in quanto può essere pensato come una macchina o addirittura come uno stabilimento concepito per produrre nel modo più possibilmente economico ed efficiente i due beni che sono il benessere e la sicurezza. Come succede per ogni attività il funzionamento è possibile solamente se si provvede a fornire con continuità risorse che hanno un valore enorme per la collettività e che sono l’energia e la qualità dell’ambiente. Su questi concetti si basano le leggi 9 e 10 del gennaio 1991.
Di fatto esse introducono criteri e regole per controllare e razionalizzare l’inevitabile uso di queste risorse, forzando il tradizionale mercato ad accettare criteri diversi da quelli enunciati dalle leggi di macroeconomia se applicate ad un ambito limitato. Queste due risorse oltre ad essere fondamentali per il normale funzionamento di ogni edificio, e comunque di ogni sistema trasformatore di energia, diventano inevitabilmente anche un vincolo imposto a tutti i modi con cui l’edificio può funzionare. Esso deve essere osservato per il rispetto del bene collettivo e viene espresso dalla compatibilità con le norme di legge. In questo ambito è necessario pertanto che sempre più siano conosciuti i meccanismi di scambio termico che intervengono tra l’edificio (ambiente costruito) e quello esterno (ambiente naturale) attraverso l’involucro edilizio. In particolare è necessario :
a) acquisire tutte le informazioni che riguardano i flussi di energia e di massa della macchina edificio da e verso l’esterno sia in termini qualitativi che quantitativi, e successivamente eseguire un’analisi di come essi ne determinano il funzionamento,
b) predisporre dei documenti necessari per soddisfare gli adempimenti di legge,
c) eseguire lo studio, la predisposizione e la realizzazione di tutte le azioni necessarie per migliorare l’efficienza del sistema. Ciò equivale a garantire un uso razionale delle risorse tenendo conto dei vincoli di inter-compatibilità ambiente-risorse finanziarie-risorse energetiche-benessere.
11) Sicurezza e protezione:
I temi legati alla sicurezza e protezione assumono sempre più un ruolo centrale e strategico nella progettazione di impianti, nuove tecnologie e nella gestione delle attività ad essi correlati. Le recenti normative europee, d’altra parte, concepiscono la sicurezza non solo come requisito finalizzato a garantire elevati livelli di protezione ma anche come elemento di accrescimento della competitività delle imprese e più in generale del sistema economico-produttivo. Questa impostazione assume un significato particolare nel caso delle tecnologie chimiche ed energetiche. I progressi in tali tecnologie infatti per produrre un reale miglioramento delle condizioni di vita e produttività, devono essere concepite, realizzate e gestite in modo da fornire, contestualmente, anche idonee garanzie di sicurezza.
Sicurezza e protezione spingono dunque a sviluppare ricerche basate sulle più avanzate conoscenze scientifiche nel settore e a tenere conto della loro valenza strategica e sociale. In quest’ottica la sicurezza dei sistemi, siano essi impianti, nuove tecnologie, ambienti di lavoro o di vita, deve essere valutata e progettata tenendo in considerazione anche aspetti legati ai fattori umani e alle condizioni di contesto (ad esempio errori umani, rischi naturali, terrorismo). L’approccio settoriale ad un problema come quello della sicurezza, caratterizzato invece da una forte connotazione interdisciplinare, ha storicamente costituito, soprattutto nel nostro Paese, uno dei principali ostacoli allo sviluppo di tecniche e metodiche capaci di coniugare i vari aspetti del problema. Questo ha portato a spostare l’attenzione dal “fine”, ossia dall’effettivo raggiungimento dell’obiettivo di tutela (la vita umana, l’ambiente, i beni, la produttività, ecc.), ad una sempre più spinta definizione del “mezzo” (l’impianto, il processo, ecc) delimitando al tempo stesso l’ambito di intervento a campi via via più specialistici.
Il dottorato, pur focalizzando l’attenzione principalmente sugli aspetti ingegneristici connessi alle tecnologie chimiche ed energetiche vuole spingere i dottorandi a sviluppare ricerche e mettere a punto metodiche integrabili all’interno di un approccio finalizzato e di un contesto interdisciplinare.
Il dottorato si svolge in collaborazione con Enti pubblici e privati, istituzioni regionali, nazionali ed internazionali che si occupano di sicurezza e la protezione.
Alcune tra le attività principali contemplate nell’ambito del dottorato sono di seguito elencate:
1. metodologie e tecniche di analisi di rischio
2. fire safey engeenering e sicurezza sul luogo di lavoro
3. protezione da incidenti con rilevante impatto ambientale
4. progettazione ergonomica dei sistemi di sicurezza e protezione
5. metodologie di approccio integrato alla safety & security
6. rischi NaTech (rischi tecnologici di origine naturale)
7. disaster and emergency management