Misura di concentrazione di polveri aerodisperse mediante sensori ottici = Development of a measuring device for airborne dust through optical sensors

Nella maggior parte dei test standardizzati per la valutazione dei parametri di esplosività, come concentrazione rappresentativa si assume quella nominale, cioè quella determinata dal rapporto fra massa del campione di polvere e il volume della camera di prova, basandosi sul presupposto che la nuvola di polvere, formatasi entro la camera di prova, sia il più possibile omogenea. Questo approccio, seppure assunto come standard, non prende in considerazione il carattere non stazionario delle condizioni di prova, in particolare l’effetto della sedimentazione e in generale delle variazioni della concentrazione di polvere nel tempo che si hanno localmente nel volume della camera, durante i test. La parte sperimentale di questa tesi, mira a sviluppare un metodo di misura basato sull’utilizzo di sensori ottici nel campo dell’Infrarosso, per studiare l’andamento nel tempo dell’attenuazione del segnale luminoso (da sorgente IR) provocato dalla sospensione della nube di polvere nel Tubo di Hartmann modificato alle condizioni di prova indicate dalla UNI EN 13821:2004. In questa tesi sono state effettuate una serie di prove sperimentali mirate all’acquisizione di informazioni quantitative circa la variazione della concentrazione di polvere all’interno del tubo di Hartmann, che è stato modificato sostituendo la coppia di elettrodi, normalmente utilizzati per la valutazione della MIE, con un sistema ottico costituito da un diodo emettitore (di luce a lunghezza d’onda IR) e un fotodiodo ricevitore collegati ad un microcontrollore, al fine di valutare la variazione dell’intensità della radiazione e quindi della concentrazione di polvere in una zona limitata dell’apparecchiatura. Dai risultati sperimentali si osserva una buona correlazione tra le quantità di polvere utilizzate ed i valori di assorbanza, coerentemente con il fenomeno descritto dalla legge di Lambert-Beer. Si osserva inoltre che a parità di quantità, l’assorbanza aumenta all’aumentare della pressione di iniezione. I dati sperimentali acquisiti sono stati utilizzati per studiare la dinamica della nube, in particolare per valutare l’arco di tempo che intercorre fra il passaggio della nube di polvere tra i sensori e la sua completa sedimentazione e che quindi identifica il tempo in cui la nuvola di polvere è presente nella zona dell’apparecchiatura monitorata dai sensori. Ciò è particolarmente utile in quanto il ritardo di accensione da utilizzare nei test per la determinazione dei parametri standard va selezionato attentamente in modo da riferirsi alle condizioni più conservative. In prospettiva futura, per migliorare la raccolta dati sperimentale, sarebbe necessario migliorare il sistema di iniezione che dovrebbe consentire una regolazione della pressione di iniezione più accurata e quindi rendere più riproducibili i dati sperimentali e le conseguenti correlazioni. Sarà poi opportuno modificare i sensori al fine di limitare lo sporcamento nel corso della prova. Inoltre, andrebbero utilizzate polveri con densità e distribuzioni granulometriche diverse, e conseguenti velocità di sedimentazione differenti, per validare il metodo. Le suddette proprietà infatti sono fra quelle che più influiscono sul comportamento delle nubi di polvere. Valutare, infine, la variazione della PSD in situ, come già effettuato da alcuni autori, potrebbe costituire un altro riferimento utile per la caratterizzazione delle nubi di polvere e per una più corretta individuazione dei parametri di esplosività.