UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI CASSINO

E DEL LAZIO MERIDIONALE

Dottorato di Ricerca in Ingegneria Civile,

Meccanica e Biomeccanica

XXIX Cic lo

Fabio Iannet ta

Relazione di primo anno di attività

3 Dicembre 2014

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1. Tematiche di ricerca studiate

Fabio Iannetta, allievo del XXIX Ciclo del Dottorato di Ricerca in Ingegneria Civile, Meccanica e

Biomeccanica, durante il primo di anno di corso è stato impegnato in attività di studio e formazione della Fisica Tecnica Industriale allo scopo di allargare e consolidare le proprie conoscenze in funzione del tema di ricerca che sarà affrontato nei successivi anni. Il tema cardine dell’attività di ricerca del primo anno è stato l’approfondimento delle problematiche relative alle misure e regolazioni energetiche e termofluidodinamiche.

In particolare, nel primo periodo, è stata affrontata la problematica relativa alle misurazioni in campo per la diagnosi energetica degli edifici residenziali e la stima della trasmittanza termica.

Gli attuali decreti legislativi (D.Lgs. 192/2005 – D.Lgs. 311/2006) obbligano i costruttori ad obbedire a vincoli sempre più stringenti circa il consumo energetico e le prestazioni degli edifici sia esistenti che di nuova costruzione.

La conoscenza della trasmittanza termica degli edifici è di importanza strategica ai fini della

diagnosi energetica, quando si vogliono valutare gli interventi correttivi da adottare per migliorare

le prestazioni energetiche. In quest’ ottica, la misura della trasmittanza in opera rappresenta una

tecnica di rilievo fondamentale per la valutazione delle effettive prestazioni energetiche degli

edifici, in particolare quando non è nota la stratigrafia dell’elemento oggetto di indagine e non è

possibile operare saggi (si pensi, ad esempio, al caso degli edifici storici). In ogni caso la misura

della trasmittanza in opera può costituire un utile strumento di verifica del metodo stratigrafico

operato sulla base delle proprietà termiche e dimensionali dei materiali individuati.

Al giorno d’oggi, esistono due possibili approcci per valutare le prestazioni dei componenti edilizi:

1. la stima attraverso dati stratigrafici; 2. le misure in campo;

Nel caso non siano noti i dati stratigrafici, analisi in campo, come indagini endoscopiche (Fig.1),

carotaggi od informazioni da abachi presenti in letteratura (UNI TS 11300 – 1:2008) possono essere adoperati.

Le misure in campo della trasmittanza termica viene effettuata attraverso strumenti di misura, i

termoflussimetri (HFM), con poche e semplici operazioni. Tali misure, tuttavia, necessitano di lunghi tempi di campionamento e incertezze di misura non trascurabili. L’attuale strumento normativo di riferimento (ISO 9869:1994) sulle misure in campo per mezzo di HFM non fornisce un modello dettagliato per la stima completa dei differenti contributi di incertezza che affliggono tali misurazioni.

Durante il primo anno, sono state condotte diverse campagne sperimentali su differenti siti di misura e con diversi HFMs al fine di effettuare un’analisi metrologica completa circa il principio

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di misura, i fattori di influenza e il contributo dei diversi fattori di incertezza in diversi regimi climatici e temporali.

Fig.1 – Immagini dell’apparato sperimentale per le indagini endoscopiche effettuate.

Nella seconda parte del primo anno, invece, il focus di ricerca ha riguardato lo studi di sistemi non invasivi finalizzati a misurazioni di campi dinamici di velocità in sezioni di fluido. In particolare, è stata approfondita la tecnica della Particle Image Velocimetry (PIV), attraverso la quale è possibile ottenere campi di velocità valutando il cammino percorso da particelle di inseminante mescolate con il fluido studiato. Il Laboratorio di Misure Industriali (LAMI) (Fig. 2) della Facoltà di Ingegneria dell’Università degli Studi di Cassino e del Lazio Meridionale ha acquisito,

recentemente, una galleria del vento a circuito chiuso completo della strumentazione necessaria a studiare e sviluppare attività sperimentali con tecnica PIV, costituita da:

− Laser Nd: Yag ;

− Sensore fotografico CCD (2048 px);

− Generatore di fumo ROSCO 1700;

Fig.2 – Galleria del vento a circuito chiuso in dotazione al LAMI.

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La galleria del vento a circuito chiuso e vena aperta in dotazione, fornita dalla Allemano

Metrology, riesce a garantire incertezze molto basse (dell’ordine del 2%) nel range di velocità 5 ÷ 20 m/s.

E’ stata, inoltre, condotta un’attività sperimentale al fine di caratterizzare il diametro delle

particelle di tracciante per stimarne la velocità di sedimentazione, con il risultato di una moda pari a 1.2 × 10-6 m in linea con le più comuni applicazioni di questo tipo.

Obiettivo di tale ricerca è quello di studiare ed analizzare casi benchmark utili alla validazione di codici di calcolo non commerciali, sviluppati dal gruppo di Fisica Tecnica, (AC – CBS) per l’analisi CFD.

L’attività sperimentale, attualmente, ha interessato l’investigazione di casi di interesse energetico ed ambientale. Sono stati studiati modelli in scala di canyon urbani (Fig.3) con differenti fattori di forma al fine di studiare la deposizione di polveri ultrafini (UFPs) all’interno di ambienti metropolitani.

Fig.3 – Schematizzazione di un canyon urbano e dominio di investigazione.

L’applicazione della tecnica PIV è stata, inoltre, adoperata per la modellazione aerodinamica di veicoli sportivi ad alta efficienza energetica. In particolare, un veicolo partecipante alla Shell Eco

Marathon 2104 è stato realizzato in scala 1:18 (Fig. 4) tramite una stampante 3D a tecnologia fused deposition modeling e analizzato in galleria del vento a differenti velocità nell’intervallo 10÷ 20 m/s (Fig.5).

Fig.4 – Modellazione in scala di veicoli a basso impatto energetico.

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Fig.5 – Campo di velocità medio globale ottenuto dalle elaborazione dati sperimentali (particolare della scia in coda -

!! = 10 m/s).

I profili di velocità ottenuti sperimentalmente sono stati confrontati con i risultati numerici di

differenti modelli di turbolenza (k – ε, k – ω) con l’obiettivo di migliorare ed ottimizzare l’aerodinamica del veicolo. I risultati ottenuti saranno presentati nell’ambito del “XII A.I.VE.LA. Annual Meeting” che si terrà a Roma il 15 e 16 Dicembre 2014 (Fig.6).

Fig.6 – Abstract presentato in occasione del “XII A.I.VE.LA. Annual Meeting” .

Oltre allo studio di casi benchmark, gli sviluppi prossimi del percorso di studi sarà quello di

affinare un modello completo per la caratterizzazione metrologica completa della strumentazione PIV utilizzata, nonché l’analisi di nuovi casi studio in scala per mezzo di realizzazione con stampa 3D.

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2. Seminari/Corsi

− “Comportamento meccanico di materiali soggetti a carichi impulsivi” tenuto dal Prof. Andrew Ruggiero in data 13.05.2014;

− “Infragilimento da idrogeno” tenuto dal Prof. Francesco Iacoviello in data 03.06.2014;

− “Modellazione numerica di problemi termofluidodinamici” tenuto dal Prof. Fausto Arpino in data

30.06.2014;

− “Termodinamica dei mezzi continui” tenuto dalla Prof.ssa Sonia Marfia in data 14.10.2014;

− “L’idrogeno come vettore di energia” tenuto dal Prof. Giuseppe Spazzafumo in data 21.10.2014;

− “Il MAXXI, dal progetto alla realizzazione: l’interazione dei saperi e dei sottosistemi nel progetto esecutivo/costruttivo” tenuto dal Prof. Alberto Viskovic in data 20.11.2014;

− “Il decision making e i sistemi decisionali multicriterio. Le metodologie AHP e ANP” tenuto dal Prof.

Fabio De Felice in data 24.11.2014;

− “Incertezza della misura” tenuto dalla Prof.ssa Maria Grazia D’Urso in data 25.11.2014;

− “Covenant of mayors and mayors adapt: due iniziative per promuovere Smart Community” – proposto

dal Polo Energia & Ambiente della Regione Lazio in data 01.12.2014;

− “Dai dati di terreno all’interferometria differenziale SAR (DinSAR) per la caratterizzazione della subsidenza lenta ed istantanea” tenuto dal Prof. Michele Saroli in data 03.12.2014;

− Corso di “Strumenti e metodologie per la redazione in inglese di relazioni scritte ed orali” tenuto dal Prof. Francesco Pontuale nel periodo Aprile/Maggio 2014;

− Corso di “Algebra delle Matrici” tenuto dal Prof. Antonio Corbo Esposito nel periodo Ottobre/Dicembre 2014;

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3. Convegni/Congressi/Attività di tirocinio

− “3rd International Conference on computational methods for Thermal Problems”, 2 – 4 Giugno 2014, Lake Bled, Slovenia;

− “VII Edizione Scuola Estiva di Fisica Tecnica: Zero Energy Building, involucro edilizio, modellazione energetica e sistemi polivalenti”, 30 Giugno – 4 Luglio 2014, Università degli Studi del Sannio, Benevento;

− “XII A.I.VE.LA. Annual Meeting” , 15 – 16 Dicembre 2014, Universià di Tor Vergata, Roma;

− Tirocinio presso l’Istituto Motori del Centro Nazionale delle Ricerche (CNR), sede di Napoli, in collaborazione con il Prof. Gerardo Valentino, Dicembre 2014.

4. Bibliografia

o Artico l i s c i ent i f i c i :

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