Attivita' di Ricerca nel Settore Fisica Tecnica

La Fisica Tecnica è quella disciplina che si occupa delle proprietà termiche dei corpi e dei fenomeni che coinvolgono le grandezze fisiche quali la temperatura, il calore, l’energia, il rumore e la luce. I principali ambiti di applicazione sono la termodinamica, la trasmissione del calore, l’acustica e l’illuminotecnica.

Nel settore della Fisica Tecnica, incardinato storicamente nell’area culturale dell’Ingegneria, sono attualmente attivi due settori scientifico disciplinari, che operando con le stesse basi metodogiche si differenziano in particolare per i diversi ambiti applicativi:

• Fisica Tecnica Industriale (ING-IND/10)
• Fisica Tecnica Ambientale (ING-IND/11)

L’ampio spettro delle tematiche correlate con le competenze dei due settori scientifico disciplinari fanno sì che i docenti e i ricercatori operanti nel settore della fisica tecnica svolgano attività di ricerca sia di base (di tipo teorico e sperimentale) sia applicative. Le attività di ricerca sono correlate in maniera prevalente con le discipline di riferimento, ma hanno importanti ricadute soprattutto nell’ambito dell’energetica civile e industriale.

Le principali tematiche di ricerca trattate dai docenti di Fisica Tecnica afferenti al DESTEC sono in particolare:

- TERMODINAMICA APPLICATA (con particolare riferimento alla analisi termodinamica di processi per la produzione, gestione e distribuzione dell’energia);
- TRASMISSIONE DEL CALORE (con particolare riferimento alle modalità fisiche di trasmissione del calore e al controllo termico di dispositivi e sistemi);
- ENERGETICA ED ANALISI DI METODOLOGIE, PROCESSI E COMPONENTI PER L’USO DI FONTI ENERGETICHE
- TERMOFLUIDODINAMICA DI PROCESSI INDUSTRIALI E AMBIENTALI;
- ENERGIE RINNOVABILI;
- PSICROMETRIA E FENOMENI DI TRASPORTO DI MASSA;
- ACUSTICA E RUMORE AMBIENTALE;
- ILLUMINOTECNICA E FOTOMETRIA;
- IMPIANTI TERMOTECNICI, IMPIANTI FRIGORIFERI E PROCESSI CRIOGENICI;
- TERMOENERGETICA DEGLI EDIFICI E IMPIANTI DI CLIMATIZZAZIONE;
- MISURE TERMOFLUIDODINAMICHE.

Le attività di ricerca che si svolgono nei vari ambiti sono finanziate sia mediante fondi di ricerca di tipo istituzionale, anche attraverso il ricorso a bandi competitivi di livello internazionale e nazionale (quali progetti europei, progetti di rilevante interesse nazionale, progetti regionali, ecc.), sia mediante fondi di tipo commerciale, legati ad attività svolte per aziende multinazionali e per piccole-medie e imprese operanti nel territorio. Il gruppo di ricerca è ben inserito nel panorama scientifico internazionale e vanta numerose collaborazioni con enti e istituzioni italiani ed esteri.

DOCENTI COINVOLTI:
Carlo Bartoli - Professore associato  - S.S.D. ING-IND/10 Fisica Tecnica Industriale
Paolo Conti - Ricercatore a tempo determinato B - S.S.D. ING-IND/10 Fisica Tecnica Industriale
Paolo Di Marco - Professore ordinario - S.S.D. ING-IND/10 Fisica Tecnica Industriale
Fabio Fantozzi - Professore associato - S.S.D. ING-IND/11 Fisica Tecnica Ambientale
Sauro Filippeschi - Professore associato - S.S.D. ING-IND/10 Fisica Tecnica Industriale
Alessandro Franco - Professore ordinario - S.S.D. ING-IND/10 Fisica Tecnica Industriale
Francesco Leccese - Ricercatore universitario - S.S.D. ING-IND/11 Fisica Tecnica Ambientale
Mauro Mameli - Ricercatore a tempo determinato A - S.S.D.ING-IND/10 Fisica Tecnica Industriale
Giacomo Salvadori - Ricercatore a tempo determinato A- S.S.D. ING-IND/11 Fisica Tecnica Ambientale
Daniele Testi - Professore associato - S.S.D.ING-IND/10 Fisica Tecnica Industriale

Attività di ricerca nel settore Macchine a Fluido e Sistemi per l’Energia e l’Ambiente

Il Dipartimento di Ingegneria dell’Energia, dei Sistemi, del Territorio e delle Costruzioni (DESTEC), attraverso i suoi ricercatori e consulenti di ricerca, è attivo con numerosi progetti e attività di ricerca, sia a livello nazionale che internazionale, che comprendono gli aspetti relativi alla conversione dell’energia da fonti rinnovabili, al risparmio energetico, ai sistemi di trasformazione, distribuzione, accumulo ed utilizzazione, alla gestione dei flussi di energia, allo sviluppo di apparati, macchine, sistemi, processi ed impianti innovativi, allo studio di sistemi di propulsione veicolare. In particolare, le attività relative ai settori disciplinari ing-ind/08 (macchine a fluido) e ing-ind/09 (sistemi per l’energia e l’ambiente) riguardano:

• Studi e progetti per il trasferimento tecnologico in ambito energetico-ambientale.
• Attività di ricerca applicata e sviluppo sperimentale per l’efficienza energetica e per la identificazione delle criticità dei processi produttivi, con individuazione delle possibili soluzioni per la riduzione delle dispersioni energetiche e riduzione degli impatti ambientali.
• Ricerca applicata e sviluppo sul tema dell’utilizzo sostenibile dell’energia. In funzione del tipo di Azienda/Attività, il Dipartimento può elaborare soluzioni innovative per gli aspetti connessi alla produzione e trasformazione di energia e seguire le Aziende nella ricerca da sviluppare anche con test e prove sperimentali, programmando insieme le fasi e le attività per il raggiungimento degli obiettivi.

• Studi e simulazioni, attraverso l’utilizzo di codici numerici appositamente compilati o con codici commerciali (ad esempio ASPEN-Plus) delle prestazioni di impianti sia convenzionali che innovativi dedicati alla trasformazione energetica, alimentati sia con fonti energetiche fossili che rinnovabili (solare, eolico e biomassa), con particolare riguardo alle fonti a bassa entalpia (geotermia e cascami termici).
• Studio e simulazione di impianti per l’accumulo energetico delle fonti rinnovabili non programmabili (Power to Heat, Power to Gas, Power to Fuel).
• Studi di fattibilità e simulazioni delle prestazioni energetiche, con modelli di simulazione tipo ASPEN, di impianti criogenici innovativi dedicati alla liquefazione del gas naturale e del bio-gas.
• Studi e ricerche di processi termochimici adatti all’utilizzo di biomasse solide e liquide ai fini energetici, con particolare riguardo ai processi di gassificazione di biomasse ligno-cellulosiche.
• Attività numeriche e sperimentali dedicate all’ottimizzazione delle prestazioni di motori a due e quattro tempi a combustione interna per autotrazione, con particolare riguardo alla validazione di biocombustibili da biomassa per uso energetico.
• Modellizzazione e sperimentazione delle prestazioni di macchine a fluido rotative innovative, con particolare riguardo alla caratterizzazione di espansori per microgenerazione.

DOCENTI COINVOLTI:
Marco Antonelli - Professore associato  - S.S.D. ING-IND/08 Macchine a Fluido
Andrea Baccioli - Ricercatore a tempo determinato A - S.S.D. ING-IND/09 Sistemi per l'energia e l'ambiente
Umberto Desideri - Professore ordinario - S.S.D. ING-IND/08 Macchine a Fluido
Lorenzo Ferrari - Professore associato- S.S.D. ING-IND/09 Sistemi per l'energia e l'ambiente
Stefano Frigo - Professore associato - S.S.D. ING-IND/08 Macchine a Fluido
Roberto Lensi - Docente esterno - S.S.D. ING-IND/09 Sistemi per l'energia e l'ambiente
Stefania Zanforlin - Ricercatore universitario - S.S.D. ING-IND/08 Macchine a Fluido

Attività di ricerca nel settore Impianti Nucleari

Il settore degli impianti nucleari è focalizzato alle analisi di sicurezza e di progetto dei reattori nucleari in esercizio o in construzione o in progetto al momento attuale. Obbiettivo dell'attività in particolare sono I reattori di grossa Potenza (1000 MWe o maggiore), anche  se alcune attività possono essere estese ai cosiddetti SMR.

Viceverso l'attività non riguarda i reattori di quartea generazion o gl impiani a fusione se non per minime interazioni. Il settore di attività è la termoidraulica nucleare di sistema. Alcune delle attività svolte negli ultimi anni hanno riguardato:

1) Lo sviluppo dell'"approccio" Best Estimate Plus Uncertainty (BEPU) per il licensing degli impianti nucleari dove per licensing si intende la parte 'legale' della sicurezza.

2) Il coordinamento del gruppo di lavoro in sede OCSE (OECD/NEA/CSNI) sui sistemi passivi che include una collaborazione con ENEA in relazione all'utilizzo dell'apparecchiature sperimentale PERSEO disponbile presso il centro di ricerca SIET di Piacenza.

3) Il coordinamento delle network FONESYS e SILENCE costituite dagli sviluppatori di codici termoidraulici di sistema e di "sperimentalisti"

in varie parti del mondo che hanno a disposizioni grosse apparecchiature di ricerca (sempre nel settore della termofluidodinamica).

4) La proposta di un metodo per prioritizzare le attività di ricerca, collegando il contenuto e gli obbiettivi delle attività stesse ai benefici attesi nelle valutazioni per la ottimizzazione del progetto o dei parametri di sicurezza.

5) La stesura di un libro pubblicato da ELSEVIER (più di 1200 pagine) dal titolo 'THERMAL HYDRAULICS IN  WATER COOLED NUCLEAR REACTORS'.

6) Il contributo in qualità di rappresentatente nazionale al Committee on the Safety of Nuclear Installation dell'OCSE.

7) Il contributo fornito in relazionall'utilizzo del Torio  quale combustibile nucleare: in questo ambito è stato ospitato per un anno il Prof. Maiorni dell'Università ABC di San Paolo in Brasile e per sei mesi uno studente PHD proveniente dall'Iran.

8) L'attività sullo "scaling". Il problema fondamentale nella tecnologia nucleare (nel settore dello scaling) è legato al fatto che i codici numerici utilizzati nelle analisi di sicurezza possono essere validati solo in relazione a dati ottenuti in apparecchiature a piccola scala (in confronto ai grossi impianti nucleari). Bisogna quindi dimostrare con opportune procedure che il processo di convalida è sufficiente a garantire la qualità dei risultati.

9) La proposta di estendere (anche in sede ASME) il cosiddetto V&V (Verification and Validation) ad un più funzionale V&V&C (Verification and Validation and Consistency), dove il termine 'Consistency' include anche tutte le attività che non possono essere effettuate sulla base della disponibilità, peraltro limitata, dei dati sperimentali. La dimostrazione delle capacità di scaling delle leggi constitutive è anch'essa parte della 'Consistency'.

10) La revisione dei criteri di accettabilità dei sistemi di emergenza a seguito della dimostrazione, negli ultimi anni, delle debolezze del combustibile nuclerare con particolare riferimento alle situazioni di alto burn-up. In tali situazioni l'idrurazione  (hydriding)della camicia di zircaloy provoca danni irreversibili allle barrette di combustibile e le rende fragili e non resistenti alle sollecitazioni incidentali."

DOCENTI COINVOLTI:
Francesco D'Auria- Professore ordinario - S.S.D. ING-IND/19 Impianti Nucleari