Caratterizzazione Fluidodinamica di dispositivi idraulici cavitanti = Fluid dynamic characterization of cavitating hydraulic devices

L’acqua potabile è universalmente riconosciuta come un diritto fondamentale alla vita. Oggi giorno l’accesso a tale risorsa risulta scontato nelle zone del mondo dove le tecnologie sviluppatesi ne permettono un costante approvvigionamento. In altre aree, l’impossibilità di accedervi risulta essere ancora una delle maggiori cause di morte. Diverse tecnologie si sono sviluppate, ma globalmente la disinfezione con agenti chimici, come il cloro, risultano essere i principali metodi di disinfezione. Questa tipologia di trattamento, seppur è il più efficiente, prevede la generazione di sottoprodotti dovuti all'ossidazione chimica, che possono essere causa di ulteriori problemi. Negli ultimi anni, trattamenti di tipo fisico si sono sviluppati per migliorare l’efficienza di disinfezione. In particolare, si pone attenzione alla cavitazione idrodinamica e agli effetti fisico-chimici che il fenomeno sviluppa. In questo contesto, il presente lavoro di tesi ha come obiettivo quello di analizzare le caratteristiche fluidodinamiche di due dispositivi idraulici che hanno l’intento di migliorare le caratteristiche chimico- fisiche dell’acqua e diminuirne la carica batterica. A tal fine si è effettuata una caratterizzazione idraulica dei due dispositivi oggetto di indagine. Si è valutata l’efficienza di disinfezione attraverso dei test microbiologici. Infine, si sono implementate delle simulazioni numeriche, utilizzando come condizioni al contorno le grandezze riscontrate durante i test in laboratorio. Lo studio si incentra sull'influenza della particolare geometria interna dei due dispositivi e se questa ne migliora l’efficienza nella fluidodinamica e nella disinfezione. Molti studi in letteratura hanno dimostrato che la cavitazione idrodinamica produce un abbattimento della carica batterica, ma tutt'ora non è del tutto noto il meccanismo d’azione. La produzione di radicali liberi altamente reattivi e gli stress fluidodinamici indotti dal fenomeno si ipotizza siano le possibili cause. I risultati di questo lavoro dimostrano che la fluidodinamica del dispositivo è fortemente influenza dalla geometria. In particolare, si è riscontrato che una determinata configurazione interna influenza l’accelerazione del flusso e la generazione di turbolenza, creando zone dove le caratteristiche fluidodinamiche sono tali per cui si può avere cavitazione idrodinamica. Inoltre, per tale condizione si riscontra abbattimento della carica batterica dopo diversi passaggi all'interno del dispositivo. Pertanto, l’analisi fluidodinamica è risultata essere uno studio preliminare di fondamentale importanza per analizzare i meccanismi fisici coinvolti all'interno dei due dispositivi al fine di migliorarne la geometria e l’efficienza.