Metodi ottici di misura della concentrazione di nubi di polveri = Optical methods for dust clouds concentration measurements

Negli impianti industriali dove sono prodotte, processate o immagazzinate polveri combustibili o sostanze contenenti polvere si potrebbero verificare delle esplosioni. Le esplosioni che coinvolgono nubi di polveri sono molto comuni nei mulini per la farina, magazzini e silo per il grano e nell’industria mineraria del carbone. Un’esplosione di povere può essere generata partendo da una miscela polvere/aria con concentrazioni sopra i limiti inferiori di esplosività (LEL) e sotto i limiti superiori di esplosività (UEL) per diverse cause di innesco (scintilla elettrica, superficie calda, ecc). In modo particolare un’esplosione di povere si verifica se sono soddisfatte cinque condizioni (pentagono dell’esplosione): combustibile, comburente, innesco, confinamento e una buona dispersione della polvere in aria. Incidenti che coinvolgo esplosioni di poveri possono avere effetti anche molto gravi: si ricorda una serie di esplosioni di silo contenenti grano a Westwego vicino a New Orleans (USA) nel 1977 che uccise 35 persone. Vista l’importanza del valore assunto dalla concentrazione nella dinamica di un’esplosione di polvere è necessario sviluppare dei metodi di misura efficaci per valutarla correttamente. Alcuni metodi di misura di concentrazioni di una nube di polvere prevedono l’utilizzo di metodi ottici basati sullo scattering e sull’estinzione di una radiazione elettromagnetica all’interno della nube di polvere. Le metodologie standard prevedono l’utilizzo della legge di Lambert-Beer e la costruzione di una curva di taratura misurando la trasmittanza del sistema in nubi a concentrazione nota di polvere. L’obiettivo di questa tesi è sviluppare un metodo che tramite la conoscenza delle proprietà della polvere (dimensione e densità del solido) e delle proprietà ottiche riassunte nell’indice di rifrazione, permette di stimare il coefficiente di estinzione teoricamente tramite il principio dello scattering. In questo modo l’analisi in caso di nuova polvere diventa più veloce in quanto non è più necessaria valutare una curva di calibrazione. Tale metodologia sarà applicata al caso particolare di misura della concentrazione di una nube di polvere condotta nel tubo di Hartmann. Inoltre, l’analisi condotta in questa tesi permetterà di essere implementata in una simulazione Matlab con il fine di stimare il cammino ottico più adatto per svolgere misure di concentrazione nell’intervallo di esplosività delle polveri organiche (30-2500 g/m3), con la lunghezza d’onda impiegata nella strumentazione del laboratorio (radiazione IR con λ = 0.85 μm).