Fisica Tecnica

COMPONENTI DEL GRUPPO

• Mauro Scungio ricercatore rtd-A DEIM – Università della Tuscia
• Marco Barbanera ricercatore rtd-A DEIM – Università della Tuscia
• Giorgio Buonanno – professore ordinario Università Parthenope, Napoli
• Andrea Nicolini professore associato Università di Perugia
• Fausto Arpino professore associato Università di Cassino
• Luca Stabile ricercatore rtd-B Università di Cassino
• Gianluca Cavalaglio ricercatore rtd-A Università di Perugia
• Gino Cortellessa ricercatore rtd-A Università di Cassino

Il gruppo di ricerca di Fisica Tecnica nasce dalla collaborazione tra le Università della Tuscia, Napoli Parthenope, Cassino e Perugia. Le attività di ricerca riguardano sia tematiche di base della Fisica Tecnica e della Metrologia relative a misure termiche, fluidodinamiche e ambientali sia la valorizzazione delle biomasse per la produzione di biocombustibili e biochemicals, con particolare attenzione alla sostenibilità ambientale delle filiere

Tematiche di ricerca

Gli argomenti di ricerca sono relativi a quattro aree principali:

• Termo-fluidodinamica. Le attività in questa area sono relative alla caratterizzazione e allo studio, sperimentale e numerico, di problemi termo-fluidodinamici relativi a flussi liberi e confinati in regime laminare e turbolento, in condizioni sia isoterme che non isoterme (trasmissione del calore)
• Metrologia per il monitoraggio ambientale. In questa area le attività sono relative alla misura delle emissioni di inquinanti da impianti industriali a allo studio della successiva dispersione in atmosfera e ricaduta in ambiente, mediante l’ausilio di software dedicato e misure sperimentali
• Valorizzazione energetica delle biomasse. Le attività riguardano la caratterizzazione chimico-fisica delle biomasse e lo studio di processi innovativi di trasformazione energetica e industriale mediante prove sperimentali e l’impiego di software commerciali per la modellazione e l’ottimizzazione di processi complessi.
• Sostenibilità ambientale di prodotti e processi. Le attività riguardano l’applicazione e lo sviluppo dei principali strumenti per analisi di sostenibilità basate su un approccio di ciclo di vita (Life Cycle Assessment, Life Cyle Costing, Social Life Cyle Analysis).

Strumentazione per la misura/campionamento delle polveri atmosferiche

Simulazione numerica 3D del flusso su una micro turbina eolica ad asse verticale di uso domestico

Tracciante illuminato da un laser per una misura di un campo di moto mediante tecnica PIV in galleria del vento

Misura di concentrazione in numero e distribuzione dimensionale di nanoparticelle in emissione da un impianto di incenerimento

Linee di flusso sulla superficie di un veicolo ad elevata efficienza energetica ottenute mediante simulazione CFD

Strumentazione per la misura della durabilità meccanica del pellet

Bio-olio ottenuto da digestato solido mediante processo di liquefazione a microonde

Strumentazione per l’analisi termogravimetrica di biomasse

Progetti finanziati

• 2016. Convenzione di ricerca “Protocollo per il monitoraggio dell’esposizione alle polveri durante le operazioni di dismissione di centrali nucleari”. SOGIN S.p.A.
• 2016. Convenzione di ricerca “Analisi ed ottimizzazione delle prestazioni di una micro turbina eolica ad asse verticale attraverso modelli in scala testati in galleria del vento”. Arken S.p.A.
• 2017. Convenzione di ricerca relativa allo sviluppo di tecniche di controllo e all’analisi CFD del flusso sulle pale di una micro turbina eolica. Arken S.p.A.
• 2017. Convenzione di ricerca “Modellazione della ricaduta al suolo degli inquinanti emessi in atmosfera dall’impianto di produzione di cemento Costantinopoli in Barile (PZ)”. Cementeria Costantinopoli S.r.l.
• 2018. Convenzione di ricerca relativa alla caratterizzazione delle emissioni di polveri ultrafini dall’impianto di incenerimento di rifiuti A2A di Acerra (NA) e alla simulazione della ricaduta nelle zone limitrofe. A2A Ambiente S.p.A.
• 2017-. “AppEcoBIO ovvero un’applicazione per l’autocertificazione ambientale per l’agricoltura biologica”, PSR Umbria 2014-2020, Sottomisura 16.2 – Intervento 16.2.2
• 2012-2016. “FFW – Liquid and Gas Fischer Tropsch Fuel Production From Olive Industry Waste: Fuel From Waste”, VII Programma Quadro (SME-targeted Collaborative Project; Work programme topics addressed: ENV.2012.6.3-1).
• 2014-.”BIT3G -Bioraffineria di III generazione integrata nel territorio”, finanziato dal Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca con bando competitivo Decreto Direttoriale 12 Luglio 2012.
• 2014-2015. “Bovineprint2020″, PSR Umbria 2007-2013, Asse 1 – Misura 1.2.4.
• 2010-2015.”Bioetanolo di II generazione e biocombustibili ad elevato indice di sostenibilità ambientale – BIOETA2″, finanziato dal Ministero dell’Ambiente e della Tutela del Territorio e del Mare

 Strumentazione di ricerca in dotazione

MISURE FLUIDODINAMICHE/TERMICHE

• Galleria del vento a circuito chiuso e camera aperta tipo Eiffel
• Sistema di misura dei campi di moto dei fluidi Particle Image Velocimetry (PIV)
• Termocoppie e termoresistenze di svariate tipologie e prestazioni, anemometri e termo-igrometri con relativi sistemi di controllo (multimetri)

THERMAL AND FLUID DYNAMIC MEASUREMENTS

• Eiffel-type, closed circuit, open chamber wind tunnel equipment
• Particle Image Velocimetry (PIV) measurement system
• Thermocouple and thermoresistances, anemometers and thermo-hygrometers with relative control systems (multimeters)

MISURA/CAMPIONAMENTO POLVERI ATMOSFERICHE

• Campionamento/misura del PM

• campionatore gravimetrico/teste di campionamento (PM10, PM2.5, PM1)

• 1 Nanoparticle Aerosol Sampler TSI 3089

• Misuratori di concentrazione in numero e distribuzione dimensionale di particelle ultrafini

• 2 Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS) TSI 3936

• 1 Aerodynamic Particle Sizer Spectrometer (APS) TSI 3321

• 2 Condensation Particle Counter (CPC) TSI 3775 (butanolo)

• 1 Fast Mobility Particle sizer (FMPS) TSI 3091

• 1 Nanoparticle Surface Aerosol Monitor (NSAM) TSI 3550

• 1 termo-diiluitore per particelle sub-micrometriche

• 1 Diluitore per APS

• Sistemi di generazione/calibrazione

• 1 monodisperse aerosol generation system (TSI 3940)

• 1 Aerosol electrometer TSI 3068B

• 1 Super-micron aerosol disperser Palas

• Strumentazione portatile

• 4 Philips Nanotracer/Testo Discmini

• 1 CPC TSI 3007

• 1 Nanoscan SMPS TSI 3910

• 1 Optical Particle Sizer 3330

• 1 DustTrak photometer 8534

• 1 Aethalometer AE51 BC monitor

VALORIZZAZIONE ENERGETICA DELLE BIOMASSE

• Caratterizzazione chimico-fisica

• Mulino Retsch SM 2000

• Analizzatore termogravimetrico LECO TGA701

• Calorimetro isoperibolico AC-350 LECO

• TekPro New Holmen Ligno Tester

• Mineralizzatore Milestone Ethos One

• Spettrometro ICP-OES PerkinElmer (Optima-8000)

• n. 2 Bioreattori Sartorius (5litri)

• Impianti pilota

• Pellettizzatrice Smartec PLT 100

• Impianto pretrattamento di steam explosion

SOFTWARE

• Software di calcolo della ricaduta di inquinanti emessi CALPUFF, software di calcolo CFD Comsol Multiphysics, software di calcolo CFD Ansys, codice di calcolo CFD proprietario AC-CBS, Software per la generazione di griglie di calcolo CFD Pointwise, Software Simapro per analisi LCA

MEASUREMENT/SAMPLING OF AIRBORNE PARTICLES

• PM measurement/sampling

• gravimetric sampler (PM10, PM2.5, PM1)

• 1 Nanoparticle Aerosol Sampler TSI 3089

• Measuremets of ultrafine particle number concentration and size distribution

• 2 Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS) TSI 3936

• 1 Aerodynamic Particle Sizer Spectrometer (APS) TSI 3321

• 2 Condensation Particle Counter (CPC) TSI 3775 (buthanol)

• 1 Fast Mobility Particle sizer (FMPS) TSI 3091

• 1 Nanoparticle Surface Aerosol Monitor (NSAM) TSI 3550

• 1 termo-diiluitor for sub-micrometric particles

• 1 Diluitor for APS

• Generation/calibration systems

• 1 monodisperse aerosol generation system (TSI 3940)

• 1 Aerosol electrometer TSI 3068B

• 1 Super-micron aerosol disperser Palas

• Portable intrumentation

• 4 Philips Nanotracer/Testo Discmini

• 1 CPC TSI 3007

• 1 Nanoscan SMPS TSI 3910

• 1 Optical Particle Sizer 3330

• 1 DustTrak photometer 8534

• 1 Aethalometer AE51 BC monitor

BIOMASS VALORIZATION TO ENERGY

• Chemical-physical characterization

• Cutting Mill Retsch SM 2000

• Thermogravimetric Analyzer

• Elemental analyzer Truspec CHN LECO

• Isoperibol Calorimeter AC-350 LECO

• TekPro New Holmen Ligno Tester

• Microwave digestion system Milestone Ethos One

• Spectrometer ICP-OES PerkinElmer (Optima-8000)

• n. 2 Bioreattori Sartorius (5litri)

• Pilot plants

• Pelletizing machine Smartec PLT 100

• Steam explosion pilot plant

SOFTWARE

• Atmospheric pollution dispersion software CALPUFF, CFD software Comsol Multiphysics, CFD software Ansys, self-developed CFD software AC-CBS, CFD mesh generation software Pointwise, SimaPro software for LCA analysis

 Pubblicazioni recenti

• Scungio, M., Arpino, F., Focanti, V., Profili, M., Rotondi, M. Wind tunnel testing of scaled models of a newly developed Darrieus-style vertical axis wind turbine with auxiliary straight blades. Energy Conversion and Management. Volume 130, 15 December 2016, Pages 60-70
• Scungio, M., Buonanno, G. Arpino, F., Ficco, G. Influential parameters on ultrafine particle concentration downwind at waste-to-energy plants. Waste Management. Volume 38, Issue 1, 2015, Pages 157-163
• Cortellessa, G., Arpino, F., Fraia, S.D., Scungio, M. Two-phase explicit CBS procedure for compressible viscous flow transport in porous materials. International Journal of Numerical Methods for Heat and Fluid Flow. Volume 28, Issue 2, 2018, Pages 336-360
• Scungio, M., Arpino, F., Cortellessa, G., Buonanno, G. Detached eddy simulation of turbulent flow in isolated street canyons of different aspect ratios. Atmospheric Pollution Research. Volume 6, Issue 2, 2015, Pages 351-364
• Scungio, M., Arpino, F., Stabile, L., Buonanno, G. Numerical simulation of ultrafine particle dispersion in urban street canyons with the Spalart-Allmaras turbulence model. Aerosol and Air Quality Research. Volume 13, Issue 5, 2013, Pages 1423-1437
• Neft, I., Scungio, M., Culver, N, Singh, S. Simulations of aerosol filtration by vegetation: Validation of existing models with available lab data and application to near-roadway scenario. Aerosol Science and Technology. Volume 50, Issue 9, 24 June 2016, Pages 937-946
• Buonanno, G., Ficco, G., Stabile, L. Size distribution and number concentration of particles at the stack of a municipal waste incinerator. Waste Management. Volume 29, Issue 2, February 2009, Pages 749-755
• Arpino, F., Ciccolella, M., Cortellessa, G., Massarotti, N., Mauro, A. Influence of one porous layer insert on the transient heat transfer in a tall annulus in presence of large source terms. International Journal of Heat and Technology. Volume 35, Issue Special Issue 1, September 2017, Pages S478-S484
• Arpino, F., Cortellessa, G., Frattolillo, A. Experimental and numerical assessment of photovoltaic collectors performance dependence on frame size and installation technique. Solar Energy. Volume 118, August 01, 2015, Pages 7-19
• Arpino, F., Cortellessa, G., Dell’Isola, M., Scungio, M., Focanti, V., Profili, M., Rotondi, M. CFD simulations of power coefficients for an innovative Darrieus style vertical axis wind turbine with auxiliary straight blades. Journal of Physics: Conference Series. Volume 923, Issue 1, 20 November 2017, Article number 012036
• C Buratti, D Foschini, M Barbanera, F Fantozzi (2018). Fermentable sugars production from peach tree prunings: Response surface model optimization of NaOH alkaline pretreatment. Biomass & Bioenergy 112, 128-137
• Buratti C., Fantozzi F., Barbanera M., Lascaro E., Chiorri M., Cecchini L., 2017. Carbon footprint of conventional and organic beef production systems: an Italian case study. Sci. Total Environ. 76, 129–137
• Buratti C., Barbanera M., Lascaro E., Cotana F., 2017. Optimization of torrefaction conditions of coffee industry residues using desirability function approach. Waste Management 73, 523-53
• P. Bartocci, A. Anca-Couce, K. Slopiecka, S. Nefkens, N. Evic, S. Retschitzegger, M. Barbanera, C. Buratti, F. Cotana, G. Bidini, F. Fantozzi (2017). Pyrolysis of pellets made with biomass and glycerol: kinetic analysis and evolved gas analysis, Biomass & Bioenergy 97, 11-19
• Barbanera M, Lascaro E., Stanzione V., Esposito A., Altieri R., Bufacchi M. (2016). Characterization of pellets from mixing olive pomace and olive tree pruning. Renewable Energy 88, 185-191
• Buratti C, Mousavi S., Barbanera M., Lascaro E., Cotana F., Bufacchi M. (2016). Thermal behaviour and kinetic study of the olive oil production chain residues and their mixtures during co-combustion. Bioresource Technology 214, 266-275
• Cotana F, Buratti C, Barbanera M, Lascaro E (2015). Optimization of the steam explosion and enzymatic hydrolysis for sugars production from oak woods. Bioresource Technology 198, 470-477
• Buratti C, Barbanera M, Bartocci P, Fantozzi F (2015). Thermogravimetric analysis of the behavior of sub-bituminous coal and cellulosic ethanol residue during co-combustion. Bioresource Technology 186, 154-162
• C. Buratti, M. Barbanera, F. Testarmata, F. Fantozzi (2015). Life Cycle Assessment of organic waste management strategies: an Italian case study. Journal of Cleaner Production 89, 125-136
• Rinaldi S., Barbanera M. Lascaro E., (2014). Assessment of carbon footprint and energy performance of the extra virgin olive oil chain in Umbria, Italy. Sci. Total Environ. 482, 71-79