Umberto Lucia

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Professore Ordinario (L.240)
Dipartimento Energia (DENERG)

  • Componente Centro Interdipartimentale PolitoBIOMed Lab - Biomedical Engineering Lab

Profilo

Interessi di ricerca

Analytical modeling
Bio-energy with carbon capture and storage
Biophysics
Irreversible thermodynamics
Membrane potential
Quantum physics
Second law of thermodynamics
Sustainability
Sustainability science and engineering
Thermodynamics

Curriculum

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Settore scientifico discliplinare

IIND-07/A - Fisica tecnica industriale
(Area 0009 - Ingegneria industriale e dell'informazione)

Linee di ricerca

  • - Aspetti fondamentali ed applicativi della termodinamica • Si è condotta una analisi dei processi irreversibili sviluppando la teoria di Gibbs, Shannon, Jaynes e introducendo l’ordinamento stocastico rispetto ai cammini termodinamici nei processi irreversibili dei sistemi aperti con dissipazione, per applicazioni ingegneristiche, evidenziando il ruolo fondamentale della produzione di entropia. • Si è dimostrata l’equivalenza della generazione interna di entropia con la produzione di entropia nell’ambiente. • Si è quindi applicata al problema per flussi fluidi, alle reazioni chimiche dei cianobatteri per la produzione di biocarburanti da reazioni di fotosintesi, all’analisi termodinamica dei sistemi aperti in relazione alla variazione di entropia. • Infine, si è giunti alla formulazione del principio di irreversibilità strutturale della materia, con particolare attenzione alle irreversibilità dei sistemi quantistici aperti sviluppando l’analisi delle irreversibilità atomiche, connesse con l’interazione fotone-elettrone atomico, a partire dai risultati di Planck del corpo nero. - Fenomeni termofluidodinamici in sistemi biologici • Si è sviluppato un approccio della termodinamica dei processi irreversibili e del non equilibrio alla materia biologica, con particolare attenzione all’analisi delle irreversibilità nella crescita dei tumori, fondata sull’analisi exergetica. • In questo ambito si è anche sviluppato la progettazione degli esperimenti di verifica della teoria sviluppata, conducendone anche la realizzazione (Analisi termografica infrarossa per la determinazione delle variazioni di temperatura di sistemi cellulari sani e tumorali rispetto all’ambiente). • In questo modo si è evidenziato l’effetto biofisico che il nostro sistema di trattamento anticancro genera, in termini di variazione di flussi di massa (ionici) e di energia, utilizzabili dal sistema cellulare introducendo il concetto di risonanza termica e termomagnetica. - Fenomeni di trasporto • In ambito biomedico, in relazione alle proprietà della materia soffice, si è determinata la relazione tra pressione intraoculare in ed il trasporto di massa del Cl−, Na+, K+, Fe2+ e Ca2+, utilizzando una analisi di primo principio sia sulle cellule cancerose sia sul sistema occhio, e in questo ultimo caso con particolare attenzione al sistema trabecolare. • In ambito oftalmico, si è determinata una relazione tra la pressione intraoculare (IOP) e la temperatura ambiente, impostando quindi una parametrizzazione utile alle procedure di sicurezza sui luoghi di lavoro per gli ambienti sottoposti ad alte temperature, ma anche per il controllo termico e tonometrico durante gli interventi di cross-linking. - Efficienza energetica, termoeconomia, & transizione energetica • Dall’analisi dell’indicatore dell’ONU HDI si è giunti ad evidenziarne i limiti per implementarne l’utilizzo con l’introduzione del nuovo indice THDI. Questo ha consentito di sviluppare l’analisi exergetica della produzione dei biocarburanti, procedendo allo studio dell’ottimizzazione della loro produzione con una analisi comparata basata sul mutualismo. • Infine, si è utilizzato l’indice THDI per analizzare la possibilità di utilizzo degli scarti agroindustriali con particolare attenzione alla paglia di riso, che attualmente non viene sfruttata industrialmente. Si è così analizzato il suo sfruttamento in ambito di produzione di metano. - Tecnologie per la refrigerazione • Si è anche sviluppata l’analisi termofisica per l’applicazione dell’effetto magnetocalorico nella progettazione di frigoriferi con particolare interesse all’utilizzo dei ferrofluidi ed alle loro caratteristiche termofluidodinamica e paramagnetiche. - Termodinamica quantistica • Si è condotta l’analisi delle irreversibilità in ambito atomico, nel caso in cui non si consideri l’approssimazione di Franck-Condon.

Competenze

Settori ERC

PE8_6 - Energy processes engineering
PE8_13 - Industrial bioengineering
PE3_16 - Physics of biological systems
PE3_15 - Statistical physics: phase transitions, noise and fluctuations, models of complex systems, etc.
PE8_11 - Sustainable design (for recycling, for environment, eco-design)
PE2_14 - Thermodynamics
PE3_3 - Transport properties of condensed matter

SDG

Goal 3: Good health and well-being
Goal 7: Affordable and clean energy
Goal 9: Industry, Innovation, and Infrastructure
Goal 11: Sustainable cities and communities
Goal 13: Climate action

Premi e riconoscimenti

  • Constructal Law Prize conferito da Constructal Law Board (2024)
  • Siebel Energy Institute - Smart Energy conferito da Siebel Energy Institute, Stati Uniti (2015)

Partecipazioni scientifiche

  • Fellow (riconoscimento scientifico) - Constructal Law & Second Law Conference, Brasile (2018-2019)
    Member of the Scientific Commitee - Constructal Law & Second Law Conference, Porto Alegre, 2019
  • Fellow (riconoscimento scientifico) - Constructal Law & Second Law Conference, Romania (2016-2017)
    Member of the Scientific Commitee - Constructal Law & Second Law Conference, Bucarest 2017
  • Fellow (riconoscimento scientifico) - US Department of Energy (DOE) - Office of Basic Energy Sciences (BES) - Energy Frontier Research Centers (EFRC) program, Stati Uniti (2014-2015)
    Reviewer
  • Fellow (riconoscimento scientifico) - Constructal Law & Second Law Conference, Parma 2015, Italia (2014-2015)
    Member of the Scientific Commitee
  • Fellow (riconoscimento scientifico) - Collège Doctoral, Ecole Doctorale 3MPL, ISMANS, Institut Supérieur des Matériaux et Mécanique Avancés, École d'Ingénieurs, Université di Main, Le Mans (France), Francia (2012-2013)
    Member of the Commission (19 February 2013)
  • Fellow (riconoscimento scientifico) - Third SPMC Conference 3rd international Workshop on Statistical Physics and Mathematics for Complex Systems SPMCS'2012 (25-30 August, Kazan, Russia, Federazione Russa (2012)
    Member of the Scientific Commitee
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Comitati editoriali

  • FRONTIERS IN PHYSICS (2020-), Associate Editor di rivista o collana editoriale
  • INVENTIONS (2018-), Direttore di rivista, collana editoriale, enciclopedia
  • ENTROPY (2015), Guest Editor di rivista o collana editoriale
  • HELIYON (2015-2024), Membro del Comitato Editoriale

Congressi

  • Constructal Law & Second Law Conference – Porto Alegre (11/3/2019-12/3/2019), Program commitee (membro del comitato scientifico)
  • Constructal Law & Second Law Conference - Bucarest (15/5/2017-16/5/2017), Program commitee (membro del comitato scientifico)
  • Constructal Law & Second Law Conference - Parma (18/5/2015-19/5/2015), Partecipazione al comitato organizzativo
  • Third SPMC Conference 3rd international Workshop on Statistical Physics and Mathematics for Complex Systems PMCS'2012 - 25-30 August, Kazan, Russia (25/8/2012-30/8/2012), Program commitee (membro del comitato scientifico)

Altri incarichi di ricerca o didattica esterni

  • Visiting Researcher, presso École Polytechnique de Montréal (1/1/2013-31/12/2015)

Accordi collaborativi non commerciali

Didattica

Collegi di Dottorato

  • ENERGETICA, 2024/2025 (40. ciclo)
    Politecnico di TORINO

Collegi dei Corsi di Studio

Insegnamenti

Dottorato di ricerca

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Corso di laurea magistrale

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Corso di laurea di 1° livello

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