CENTRO INTERUNIVERSITARIO DI RICERCA SULL INQUINAMENTO DA AGENTI FISICI STRUMENTAZIONI DI LABORATORIO

Transcript

1 CENTRO INTERUNIVERSITARIO DI RICERCA SULL INQUINAMENTO DA AGENTI FISICI STRUMENTAZIONI DI LABORATORIO 1

2 STRUMENTAZIONI DISPONIBILI Generalità. Nei laboratori si utilizzano, oltre agli strumenti avuti in dotazione dall Università degli Studi di Perugia, anche alcune apparecchiature e strumentazioni avute in prestito dall'e.n.e.a., Dip. F.A.R.E. e dal C.N.R., Centro di Studio sulle Cause di Deperimento e sui Metodi di Conservazione delle Opere d Arte. L attività sperimentale di ricerca è attualmente possibile grazie a finanziamenti Universitari (progetto di Ateneo) e Ministeriali. Le principali strumentazioni disponibili sono le seguenti: - camere riverberanti adiacenti (ISO 140/1) per la misura del potere fonoisolante di elementi costruttivi (pannelli, porte, finestre, divisori, solai, ecc.); - sistema aria bicanale in tempo reale; - analizzatore Symphonie; - strumentazione completa per misure acustiche; - apparecchiatura per il controllo attivo del rumore nei condotti d aria condizionata; - apparecchiatura per il controllo attivo del rumore trasmesso attraverso pareti vetrate; - apparecchiatura per il controllo attivo delle vibrazioni di una piattaforma per il trasporto delle opere d arte; - apparecchiature per il controllo attivo del rumore allo scarico di motori a combustione interna; - apparecchiatura per il controllo attivo del rumore da rotolamento; - camera climatica; - macchina frigorifera ad assorbimento; - centralina e strumentazioni diverse per misura di grandezze microclimatiche; - centralina con sonde psicrometrica e filo caldo; - spettrofotometro fisso UV-VIS-NIR ( nm); - spettrofotometro portatile UV-VIS ( nm); - gas-cromatografo da banco; - gas-cromatografo portatile; - sistema di monitoraggio sequenziale per il campionamento delle polveri; - strumentazione per misure illuminotecniche; - apparecchiatura per la misura di tensione di vapore; - calorimetro a flusso termico differenziale di tipo Calvet; - apparecchiatura per il rilievo della condensa superficiale sulle murature; - apparecchiatura per la determinazione di scambi igrometrici superficiali delle murature; - viscosimetri Ubbelohde (Range 6-30; ; ; cstk); - densimetri e picnometri per la misura della densità di liquidi; - calcolatori elettronici e strumentazioni accessorie.

3 Si riportano descrizioni dettagliate delle strumentazioni disponibili impiegate in fase di ricerca nel settore energia solare. - Camera Climatica E il modello C330G5 di costruzione Mazzali. Le dimensioni interne utili della camera sono di mm 700 x 600 x 680, per un volume di circa 300 litri. Il campo di temperature di esercizio è compreso fra -40 C e +150 C. Il controllo della temperatura è assicurato, per temperature inferiori a quella ambiente, da una macchina frigorifera a compressione, di tipo alternativo, funzionante con R22, della potenzialità di 3 kw frigoriferi (potenza elettrica del motore di trascinamento del compressore: 1 kw). Per il raggiungimento di temperature maggiori di quella ambiente, si impiegano quattro resistenze elettriche, alimentate a 220 V, le quali dissipano globalmente una potenza termica di 4 kw. L umidità relativa può variare in un campo piuttosto esteso, essendo l u.r. minima minore del 15% e l u.r. massima in prossimità della saturazione, con una precisione pari a +/-3%. Il controllo dell u.r. è assicurato da un sistema di umidificazione a vapore e da un sistema di deumidificazione, costituito da un serpentino di raffreddamento alloggiato in un intercapedine ricavata in corrispondenza delle pareti laterali della camera. Per ottenere una elevata uniformità di temperatura e umidità relativa, all interno della camera climatica si effettua una energica circolazione di aria in circuito chiuso, realizzata per mezzo di due ventilatori assiali. Si ottiene così, secondo i dati forniti dal Costruttore, una uniformità di temperatura nello spazio di +/- 0.5%, ad una distanza dalle pareti maggiore di 5 cm; la stabilità di temperatura nel tempo è pari a +/- 1%. - Centralina microclimatica modello HSA DGT Si dispone di una centralina microclimatica modello HSA DGT di fabbricazione TCR TECORA. Lo strumento è in grado di acquisire, elaborare e memorizzare dati microclimatici rilevati da sensori ad esso connessi. E dotato di un display a cristalli liquidi, di una stampante alfanumerica e di una interfaccia RS 232 per il trasferimento ad un computer esterno dei dati acquisiti. Permette, grazie ad un software dedicato, di effettuare indagini microclimatiche, senza necessità di presidio da parte dell operatore. Lo strumento è in grado di misurare ed elaborare varie grandezze fisiche di cui fornisce i valori massimo, minimo e lo scarto quadratico medio. Le grandezze fisiche misurabili direttamente sono: - temperatura del globotermometro; - temperatura di bulbo umido a ventilazione forzata; - temperatura di bulbo umido a ventilazione naturale; - temperatura dell'aria o di bulbo secco a ventilazione forzata; - velocità dell aria. Lo strumento inoltre calcola, a partire dai dati misurati, le seguenti grandezze fisiche: - umidità relativa; - pressione di vapore; - temperatura media radiante. Tramite il software di cui è dotato lo strumento, è possibile infine calcolare alcuni parametri indicativi delle condizioni di benessere termoigrometrico per l uomo, ed in particolare: - temperatura operativa; - voto medio previsto; - percentuale degli insoddisfatti.

4 -Multindicatore portatile BABUC per la misura di grandezze fisiche La linea strumentale Babuc consiste in un assieme di strumenti, sensori, accessori e programmi software per l acquisizione visualizzazione, memorizzazione ed elaborazione di una grande varietà di grandezze tecniche, gestite in un ambiente informativo unitario. Gli strumenti Babuc hanno ingressi universali, cioè possono ricevere qualsiasi combinazione di sensori di tipo diverso, avendo la capacità di riconoscerli automaticamente e di predisporre in conformità le proprie funzionalità. Visualizzazione simultanea del valore istantaneo, minimo, massimo, medio e deviazione standard. E fornita di tastiera numerica a 21 tasti e display LCD 20 caratteri x 4 righe. L alimentazione è a 9 Volt con batterie interne o alimentatore 220 Vca. A seconda delle modalità di utilizzo, i livelli di ricchezza informativa realizzabili sono: - visualizzazione immediata di tutti i valori istantanei e delle elaborazioni significative della misura in corso; - memorizzazione dei dati, costituzione di un archivio locale dei rilievi eseguiti, stampe selettive dei dati e di elaborazioni significative; - trasferimento dell archivio locale su PC, possibilità di elaborazioni con programmi applicativi o con l ausilio di fogli elettronici. Gli strumenti Babuc si prestano molto bene all utilizzo sia come strumenti portatili per informazioni immediate, sia come stazioni fisse o semifisse di raccolta dati anche per lunghi periodi. I modelli in nostro possesso sono 2: BABUC/M con 6 ingressi di cui 4 analogici, 1 impulsivo e 1 anemometrico campioni di memoria BABUC/A con 11 ingressi di cui 9 analogici, 1 impulsivo e 1 anemometrico campioni di memoria Le grandezze che si possono acquisire sono: Temperatura, Umidità relativa, Flusso termico, Radiazione, Illuminamento, Pressione atmosferica differenziale, Velocità dell aria, Concentrazione di gas, Rumore, Velocità di rotazione, Livello acqua, ph, Spostamento. In dettaglio si riportano: Sonda radiometrica per la misura del rapporto tra gli illuminamenti rispettivamente ultravioletto e visibile, prodotti da sorgenti luminose poste in ambiente dove sono presenti oggetti che possono subire degrado causato da reazioni fotochimiche. Grandezze misurate: - illuminamento E nel visibile (lux), secondo la risposta dell occhio umano (curva VI CIE) con correzione del coseno; - illuminamento energetico E (μw/m 2 ) nello spettro UVA (0.315<λ<0.4μm) con correzione del coseno Grandezze calcolate: - rapporto ultravioletto/visibile (μw/lm); - intensità luminosa della sorgente (cd); - risoluzione sul valore calcolato: 0.5; - precisione sul valore calcolato: 10. Sonda radiometrica per la misura della radiazione globale; sensibilità spettrale: nm; grandezze ottenute: radiazione globale (Wm -2 ). Sonda di temperatura per la misura della temperatura in ambienti, con elemento sensibile Pt1000 DIN-A in ceramica AL610, campo nominale: C. Sonda per la misura della radiazione netta in ambienti confinati. Grandezze ottenute: - temperatura asimmetria radiante ( C) UNI-EN ; - insoddisfatti da asimmetria radiante (%) UNI-EN 7730;

5 - radiazione netta (Wm -2 ); - temperatura della termopila ( C). In ambienti con bassa velocità dell aria è possibile ricavare una misura vicina alla temperatura media radiante ottenendo la direzionalità dei flussi radianti. Range: Wm -2 ; elemento sensibile: termopila; campo spettrale: μm. r) Sonda di temperatura per immersione e penetrazione in Inconel ad isolamento minerale. Elemento: TC-k ANSI special. Campo nominale: C. -Luxmetro E il modello Digital Mavolux della casa costruttrice Gossen. Si tratta di uno strumento a lettura digitale di facile impiego, in grado di provvedere alla misura di: Illuminamento in lux Luminanza in cd/m 2 Intensità di radiazione solare in W/m 2 per luce solare di 6000 K. Il calcolatore è corretto al colore; la sua sensibilità spettrale si accorda con la curva di sensibilità dell occhio umano V(λ). I filtri correttivi sono alloggiati nella sonda di misurazione. Tutte le tipologie di luce possono essere correttamente misurate senza avere la necessità di apportare fattori di correzione ai dati di output. Inoltre il Mavolux possiede un sistema automatico di correzione del coseno ottenuto mediante un opportuno diffusore alloggiato sopra la fotocellula. I range di illuminamento che tale luxmetro è in grado di apprezzare sono così suddivisi: da 0,1 a 199,9/1999/19990/ lux. Lo strumento dal punto di vista tecnico consiste essenzialmente in una sonda di misurazione che ospita una fotocellula al silicio ed i filtri di correzione, ed il misuratore vero e proprio. -Stazione Meteo Fisica Della Ditta Fisher mod composto da un igrometro a capelli e da un termometro bimetallico, fissati uno di fianco all altro su una piastra metallica. Campi di misura: - u.r % divisione 1%; precisione ± 3.5% u.r C divisione 1 C; precisione ± 1 C dimensione della piastra 238 x 135 mm; diametro quadrante 100 mm. Spettrofotometro portatile E il modello S2000 della Ocean Optics, Inc. Il sistema permette l effettuazione di analisi fotometriche nel campo di lunghezze d onda che va da 360 a 1100 nm di corpi solidi, liquidi e gassosi. Si possono eseguire misure relative di riflettanza, trasmittanza ed assorbanza e analisi colorimetrica del colore. L ingombro è relativamente modesto quindi lo strumento può essere utilizzato anche per misure in situ. E dotato di scheda di acquisizione PCMCIA della national Instruments (DAQCard-700) e del software SW2000 per l elaborazione dei dati. Stazione meteorologica senza fili E' il modello WMR918 della OREGON SCIENTIFIC. Si tratta di un sistema che permette di monitorare i seguenti dati climatici: - temperatura dell'aria; - umidità relativa; - pressione barometrica; - velocità e direzione del vento; - precipitazioni.

6 La WMR918 utilizza i seguenti componenti: - Unità principale: può sopportare fino a sette differenti rilevatori comandati a distanza. Al sistema si possono inoltre collegare fino a tre sensori termici o termo-igrometri opzionali. La stazione ha una gamma di ricezione di 100 m. - Anemometro: per la misura della velocità e direzione del vento Campo di misurazione: da 0 a 56 m/s (0 a mph) da 0 a 359 Risoluzione: 0.2 m/s (0.4 mph) digitale 1 grafica 10 - Termometro-igrometro: per la misura esterna della temperatura e dell'umidità. Campo di misurazione: da -20 a 60 C (-4 a 140 F) da 2 a 98% Risoluzione: 0.1 C (0.2 F) 1% UR - Pluviometro: per la misura della quantità totale e il tasso di precipitazioni piovose Campo di misurazione giornaliera e cumulativa: da 0 a 9999 mm risoluz. 1 mm Campo di misurazione tasso di precipitazione: da 0 a 999 mm/hr risoluz. 1 mm/hr - Barometro-termometro-igrometro: per la misura della pressione atmosferica, temperatura e umidità. Campo di misurazione: da 795 a 1050 mb da -5 a 50 C da 2 a 98% Risoluzione: 1 mb 0.1 C 1% UR L'anemometro, il termo-igrometro e il pluviometro sono alimentati da celle solari le quali sfruttano l'energia solare per alimentare gli strumenti cui sono collegati, sono previsti di accumulatori e batterie di riserva. Sistema di monitoraggio sequenziale per polveri E' il modello EXPLORER della ditta Zambelli srl. Si tratta di un campionatore a portata costante in grado di eseguire e gestire fino a 32 prelievi in sequenza. Il sistema sequenziale, costituito dal modello explorer abbinato ad uno o più moduli EV8 e ad un idoneo captatore, permette di eseguire il campionamento delle polveri per la successiva determinazione dell'impatto ambientale in aree confinate. Permette inoltre di eseguire campionamenti di lunga durata in ottemperanza all'allegato IV del DPR 203 del L affidabilità della portata costante garantita da una collaudata pneumatica è ottimizzata in questo strumento da un sistema a microprocessore per la lettura digitale del flusso. Il modello explorer è composto da un modulo di controllo e da un modulo pompa. Il modulo di controllo viene utilizzato per la programmazione, per la visualizzazione dei parametri di campionamento, per il conteggio del volume, per il controllo da uno a quattro gruppi elettrovalvole e per il controllo del modulo pompa. La normalizzazione dei volumi finali viene calcolata automaticamente sulla base del valore preimpostato dall operatore e attraverso la gestione della frequenza delle rilevazioni della temperatura, per un calcolo più preciso e reale. Il sistema di cambio automatico della membrana consente il campionamento per il numero di ore programmato. Specifiche tecniche: - range operativo: 5-70 l/min; - portata massima della pompa a bocca libera: > 80 l/min; - vuoto massimo della pompa: > 65 cmhg; - perdita pneumatica ottenuta con il vuoto massimo: < 2 l/min; - compensazione automatica dei flussi; - contatore volumetrico a secco - errore massimo +/- 3%; - batteria tampone per tenere i dati in memoria - autonomia carica: > di 8 ore.

7 Elaboratore automatico 5005 L elaboratore 5005 della ditta Zambelli, viene utilizzato per campionamenti isocinetici nel controllo delle emissioni di sostanze inquinanti. Esso rileva in tempo reale i parametri termodinamici (temperatura e pressione differenziale) necessari per il calcolo delle portate dei flussi convogliati. I dati vengono inoltre elaborati per ottenere le informazioni necessarie ad effettuare il prelievo di polveri in condizioni isocinetiche, secondo le normative UNICHIM, CTI, EPA. L elaboratore 5005 consente il calcolo degli affondamenti per sezioni circolari secondo la norma Unichim 422. L ispezione del condotto, attraverso rilevazioni in continuo, permette di tracciare il profilo del flusso. Misure puntali e istantanee consentono il calcolo dei valori medi di temperatura, pressione differenziale e velocità, dai quali viene poi ricavata l emissione oraria, alle condizioni di esercizio e normalizzata a 0 C. Per ogni misura viene fornito il valore di flusso (l/min) da impostare al campionatore, a seconda del diametro di ugello utilizzato (noi siamo provvisti di 3 ugelli 4-6-8), per effettuare il prelievo isocinetico delle polveri. Lo strumento è dotato di memoria permanente (6 files contenenti fino a 99 misure) per la memorizzazione dei dati che possono essere successivamente visualizzati a display, stampati o trasferiti a PC per opportune elaborazioni. Stazione microclimatica da esterno Minimet La stazione della ditta Tecnoel consente il rilievo di: temperatura, umidità relativa e pressione atmosferica dell'aria esterna; radiazione solare incidente sul piano orizzontale; velocità e direzione del vento; quantità di pioggia. La stazione è costituita dalle seguenti unità: 1. Acquisitore dati DATAHOG 2 Canali di ingresso: n.15 Risoluzione: convertitore A/D 15 bit Acquisizione: ad intervalli programmabili indipendentemente per ciascun canale Memoria di massa: RAM interna tamponata File dati: records orari e giornalieri Trasferimento dati: a mezzo interfaccia seriale RS 232-C con software fornito a corredo Alimentazione: a batterie Temperatura di funzionamento: da -20 C a + 60 C Contenitore: stagno con grado di protezione IP65 2. Sensore termoigrometrico Misura di: temperatura e umidità relativa dell'aria Campo di misura: da -20 C a + 70 C e da 0 al 100% Precisione: ± 0,1 C di temperatura, ± 2% di umidità relativa Collegamento: diretto ad acquisitore dati con connettore stagno 3. Schermo antiradiazione solare Idoneo a minimizzare l'errore di misura dei sensori di temperatura ed umidità dovuto alla radiazione solare diretta ed alla radiazione infrarossa diffusa Realizzato in alluminio anticorodal e verniciato a fuoco con vernici ad alta riflettenza Completo di braccio per fissaggio a palo 4. Sensore di pressione barometrica Tipo: piezoresistivo Campo di misura: da 850 a 1050 mbar Precisione: ± 0,2 mbar Collegamento: diretto ad acquisitore dati con connettore stagno 5. Gruppo anemometrico composto da: Trasduttore di direzione del vento

8 Trasduttore di velocità del vento Limite di soglia: 1,3 m/s Collegamento diretto ad acquisitore dati con connettori stagni 6. Sensore di radiazione solare tipo: a cella di silicio campo di misura: 400/1100 nm precisione ± 3% collegamento: diretto ad acquisitore dati con connettore stagno completo di supporto e livella 7. Sensore di quantità di pioggia Tipo: a vaschetta basculante Bocca tarata: 400 cm 2 Risoluzione: 0,2 mm di acqua Collegamento: diretto ad acquisitore dati con connettore stagno 8. Palo di sostegno telescopico Stativo in alluminio di altezza massima di 2,5 metri Altezza minima di 1,1 metri; peso 4,7 Kg 9. Software Programmazione della centralina Scaricamento dei dati acquisiti Rappresentazione grafica delle variabili misurate Nome del software: Wizzcom 10. Modulo di trasmissione GSM Il modulo consente il collegamento con una postazione remota in un intervallo di tempo giornaliero prefissabile equipaggiato con SIM card dati completo di antenna e di pannello fotovoltaico per alimentazione autonoma. - Sistema di acquisizione dati Delta Logger Il sistema della ditta Lombard & Marozzini è il modello DL2e-AK. Il sistema è gestito da un microprocessore che opera secondo: - un programma firmware scritto su una Eprom e quindi non modificabile; - un programma di configurazione personalizzabile. Il sistema è dotato di 12 (oppure 24) ingressi analogici e di due ingressi digitali. Gli ingressi analogici fanno capo a un multiplexer che consente al sistema di acquisire i valori istantanei dei segnali connessi ai vari ingressi. I valori istantanei dei segnali vengono: - validati come valori accettabili, se coerenti con il campo di lavoro stabilito, altrimenti vengono marcati come non coerenti ; - convertiti in unità ingegneristiche; - elaborati (se richiesto) ( media, valore minimo, valore massimo); - salvati nel banco di memoria del sistema. Il banco di memoria ha una capacità di dati ed è dotato di una pila al litio con funzione di back-up anche per la RAM di sistema. La comunicazione con l esterno avviene tramite una interfaccia RS-232. Il sistema in oggetto prevede il collegamento di n 21 trasduttori di temperatura (PT100 a 4 fili) e n 3 trasduttori con uscita in mv (placche di flusso). Il collegamento dei trasduttori al sistema è realizzato mediante 6 basette di collegamento: n 5 CT40 = idonea al collegamento di 4 termoresistenze PT100 (Dis SC102); n 1 CVS = idonea al collegamento di 1 termoresistenza PT100 e n 3 trasduttori con uscita in mv (2805-SC111).

9 Ogni basetta è dotata di un cavo (5 metri) completo di connettore. Il sistema in oggetto è equipaggiato con 2 MUX del tipo LFW1, ciascuno dotato di 12 ingressi specializzati per misure di temperatura a 4 fili, per un totale di 24 ingressi. La gestione del sistema avviene esclusivamente utilizzando il software DL2e.exe, tramite un PC connesso, il software è idoneo ad operare in ambiente MS-DOS. Misuratore di luminanza Il LUMINANCE METER LS-100 della Konica-Minolta misura l intensità luminosa di sorgenti di luce e la luminosità delle superfici. Si possono effettuare misure puntuali della Luminanza del rapporto di luminanza fra due diverse sorgenti sia dei picchi di luminanza. La distanza focale minima è di 1014 mm fino a infinito. E alimentato da una singola batteria stilo a 9V. E possibile selezionare le unità di misura cd/m 2 o fl (footlambert impiegata nei sistemi di misura anglosassoni). Lo strumento è dotato di un display per la visualizzazione dei valori misurati, delle principali funzioni attivate e dei messaggi d errore, più un mirino per il puntamento su cui sono mostrate informazioni aggiuntive utili alle misure. E possibile impostare lo strumento con due modalità di acquisizione, nella tabella seguente vengono riportate le caratteristiche al variare del settaggio. Tempo di risposta Range di misura Accuratezza Ripetibilità FAST: tempo di acquisizione 0.1 s; tempo di risposta: s SLOW: tempo di acquisizione: 0.4 s; tempo di risposta: s FAST: ,900 cd/m 2 ( ,530 fl) SLOW: ,990 cd/m 2 ( ,590 fl) cd/m 2 (o fl): ±2% ±2 cifre decimali del valore mostrato cd/m 2 (o fl) o maggiori: ±2% ±1 cifre decimali del valore mostrato (Illuminante A misurato in ambienti con temperatura compresa tra 20 e 30 C cd/m 2 (o fl): ±0.21% ±2 cifre decimali del valore mostrato cd/m 2 (or fl) o maggiori: ±0.2% ±1 cifre decimali del valore mostrato Possibilità di connessione a PC mediante cavo a 2 vie RS-232C. La calibrazione può essere effettuata secondo lo standard Konica-Minolta (default dello strumento) o secondo impostazioni definite dell utente. Funzione CCF (Color Correction Function) per aggiustare misure di oggetti o sorgenti con colori molto diversi dalle calibrazioni standard. -Piranometro Piranometro in classe 1 (Normativa ISO9060) per la misura dell irradiamento solare globale nel campo spettrale 0.3mm 3mm. Sensibilità tipica : 10 µv/(w/m2) Impedenza tipica : Ohm Campo di irradiazione : W/m2 -Oscilloscopi Oscilloscopio modello PM3370B della Fluke. 2 canali di acquisizione, larghezza di banda 60 MHz, frequenza di campionamento 10 GS/s per segnali ripetitivi e 200 GS/s per single shot, rivelatore di picco digitale a 5 ns, massima lunghezza di acquisizione 8K. Oscilloscopio modello V212 della Hitachi. 2 canali di acquisizione, larghezza di banda 20 MHz, Base dei tempi singola, Display CRT

10 -Sistema acquisizione e controllo LaBView della National Instruments. Il CIRIAF ha acquistato recentemente licenze per il sofware LaBVieW (della Natinal- Instruments) insieme a moduli convertitori Input-Output analogi-digitale (moduli FieldPoint e moduli Compact FieldPoint) al fine di poter creare Routine specifiche per il monitoraggio ed il controllo di qualsiasi segnale. LabView è, infatti, un linguaggio di programmazione avanzato per la gestione di dati in fase di acquisizione e controllo. Grazie alla creazione di opportune interfacce grafiche si possono creare dei veri pannelli di controllo in grado di visualizzare mediante grafici le variazione temporali dei parametri acquisiti e di elaborarli al fine di redigere opportuni report. In figura è riportato un interfaccia grafica opportunamente creata per il monitoraggio dei parametri termofisici di un impianto solare termico installato presso i laboratori CIRIAF. I moduli di acquisizione sono in grado di acquisire 32 segnali contemporaneamente e di elaborarli in tempo reale. Figura 1: Interfaccia grafica di sistema monitoraggio implementato con LabView.