Nicola Fontana

L’attività di ricerca riguarda l’idraulica e la meccanica dei fluidi, con applicazioni ai sistemi idrici, alla gestione delle risorse ambientali, alla sicurezza delle infrastrutture e all’ingegneria biomedica. Le ricerche integrano modellazione teorica e numerica, sviluppo di prototipi e sperimentazione in laboratorio e sul campo. I principali temi sono:

• Recupero energetico e controllo in tempo reale nei sistemi idrici: sviluppo e sperimentazione di sistemi per la produzione microidroelettrica mediante pompe utilizzate come turbine e microturbine, con regolazione delle pressioni, controllo idraulico ed elettrico e funzionamento connesso alla rete o in isola. Studio di sistemi di accumulo energetico mediante pompaggio.
• Gestione, ottimizzazione e monitoraggio delle reti acquedottistiche: allocazione delle risorse idriche, distrettualizzazione, controllo attivo delle pressioni, programmazione ottimale dei pompaggi e posizionamento dei sensori. Modellazione delle perdite e integrazione di analisi idrauliche e strutturali per il monitoraggio delle reti.
• Transitori idraulici e sicurezza delle condotte: analisi teorica, numerica e sperimentale dei fenomeni di moto vario nelle reti in pressione, con particolare riferimento al riempimento delle condotte, alla presenza e all’espulsione dell’aria e al dimensionamento dei dispositivi di protezione dalle sovrappressioni.
• Gestione delle risorse idriche e dei sistemi irrigui: analisi della siccità e della variabilità idrologica, modellazione e riabilitazione delle reti irrigue, miglioramento dell’efficienza idrica ed energetica e dell’equità della distribuzione, anche mediante tecnologie di monitoraggio e controllo. Studio di laghetti collinari e piccoli invasi, anche organizzati in rete, per la raccolta e l’accumulo delle acque a servizio degli usi irrigui e zootecnici e della gestione delle emergenze, valutandone il contributo alla disponibilità idrica nei periodi di scarsità.
• Metodi entropici in idraulica e idrologia: applicazione del concetto di entropia alla modellazione delle correnti a pelo libero e in pressione, alla determinazione delle distribuzioni di velocità e all’analisi dei processi idrologici, con verifiche sperimentali dei modelli.
• Idraulica fluviale e interazione tra correnti e vegetazione: studio sperimentale degli effetti della morfologia, della flessibilità e della stagionalità della vegetazione sulle distribuzioni di velocità, sulle strutture di moto e sulla turbolenza.
• Mitigazione del rischio idraulico e idrogeologico e sicurezza dei ponti: modellazione delle piene, studio delle opere di laminazione e valutazione delle interazioni tra correnti fluviali e infrastrutture. Sviluppo di procedure per la classificazione e la valutazione del rischio idraulico dei ponti.
• Tutela dei corpi idrici e monitoraggio ambientale: studio delle vasche di prima pioggia e degli scaricatori di piena per la riduzione dell’impatto inquinante sui ricettori. Monitoraggio delle acque e valutazione degli effetti delle opere infrastrutturali nelle fasi ante operam, in corso d’opera e post operam.
• Microfluidica inerziale per la separazione cellulare: progettazione, modellazione e sperimentazione di dispositivi finalizzati all’isolamento di cellule tumorali circolanti per applicazioni alla biopsia liquida. Studio dei meccanismi di focalizzazione e separazione idrodinamica in microcanali a spirale e a serpentina, con prove su microparticelle e modelli cellulari e valutazione dell’efficienza e della purezza di separazione.
• Microfluidica biomimetica per l’emboloterapia: progettazione di reti microfluidiche rappresentative di geometrie vascolari reali e studio numerico e sperimentale del trasporto, della deformabilità, dell’occlusione e della migrazione di microparticelle embolizzanti, comprese le interazioni tra particelle e pareti.
• Integrazione di microfluidica e biosensori ottici: studio delle condizioni di flusso, del trasporto di biomolecole e del posizionamento delle sonde in dispositivi microfluidici integrati con biosensori in fibra ottica, per ottimizzare l’interazione tra campione e sensore e migliorare la rilevazione di biomarcatori.