BLESS: Strumento per la determinazione in tempo reale dell interfaccia sedimenti-acqua in un fiume/torrente
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- Gianfranco Contini
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1 POLITECNICO DI MILANO UNIVERSITA DI PADOVA BLESS: Strumento per la determinazione in tempo reale dell interfaccia sedimenti-acqua in un fiume/torrente Staff: Gianluca Crotti, Francesco Ballio Politecnico di Milano, Dip. I.I.A.R. Stefano Manzoni, Alfredo Cigada Politecnico di Milano, Dip. Meccanica Fabio Inzoli Politecnico di Milano, Dip. Energia Carlo Someda Università di Padova, Dip. Ingegneria dell informazione Bruno Griffoni GHT Photonics, Padova SISTEMI DI MONITORAGGIO DEI RISCHI NATURALI Barzio, settembre 2010
2 Indice 1. BLESS: Presentazione dello strumento 2. Funzionamento e risultati di laboratorio 3. Installazione esistente Borgoforte, MN, Italy 4. Versatilità dello strumento
3 1. BLESS: Presentazione dello strumento BLESS Bed LEvel Seeking System BLESS: sedimetro costituito da un array di sensori di temperatura in fibra ottica, del tipo a reticolo di Bragg (FBG, Fiber Bragg Grating) RETICOLO DI BRAGG: ottenuto tramite la modificazione permanente dell indice di rifrazione del nucleo indotta mediante esposizione a radiazione ottica, tipicamente UV. P input P trasmessa P riflessa λ B λ λ λ λ B = lunghezza d onda riflessa caratteristica del sensore
4 1. BLESS: Presentazione dello strumento BLESS Bed LEvel Seeking System RETICOLO DI BRAGG: qualsiasi deformazioni meccanica e/o termica provoca una variazione della lunghezza d onda riflessa dal sensore Δλ k T B g m f r P λ B λ B λ B Deformazioni meccaniche Variazioni termiche λ
5 1. BLESS: Presentazione dello strumento BLESS Bed LEvel Seeking System RETICOLO DI BRAGG: qualsiasi deformazioni meccanica e/o termica provoca una variazione della lunghezza d onda riflessa dal sensore Δλ k T B g m f r P λ B λ B λ B Deformazioni meccaniche Variazioni termiche λ Sensore di temperatura
6 1. BLESS: Presentazione dello strumento BLESS Bed LEvel Seeking System Cavo armato contenente la fibra ottica Tubo in acciaio inox (Ø = 3-6 mm) Fibra contenente uno o più sensori di Bragg Questa particolare configurazione rende il sensore insensibile alle deformazioni meccaniche SENSORE DI BRAGG MISURA SOLO LA TEMPERATURA
7 1. BLESS: Presentazione dello strumento BLESS Bed LEvel Seeking System Innovazione tecnica: sistema scaldante Tubo in acciaio inox (Ø = 3-6 mm) Termorestringente Posizione indicativa del sensore Cavi elettrici che scorrono lungo la fibra 2 1 3
8 1. BLESS: Presentazione dello strumento BLESS Bed LEvel Seeking System Layout finale dello strumento Termo-restringente totale Layout finale Posizione indicativa del sensore
9 2. Funzionamento e risultati di laboratorio Schema del sistema di monitoraggio Aria BLESS Interrogatore fibra ottica Ts Generatore V = cost. Analisi dei dati Acqua Interfaccia acqua-sedimenti Sedimenti N sensori in acqua corrente Ta M sensori nel fondo (sedimenti) Tsed
10 2. Funzionamento e risultati di laboratorio Sensori in acqua corrente Interrogatore fibra ottica BLESS Generatore V = cost. Analisi dei dati Aria Acqua Interfaccia acqua-sedimenti Sedimenti N sensori in acqua corrente T=0 P gen =0 Ts = Ta T>0 P gen =cost Ts > Ta
11 2. Funzionamento e risultati di laboratorio Sensori in acqua corrente Ambiente: acqua corrente Scambio termico convezione Δtemperatura = Ts(t)-Ta Sensore in acqua corrente
12 2. Funzionamento e risultati di laboratorio Sensori nei sedimenti Ambiente: nei sedimenti Scambio termico conduzione Δtemperatura = Ts(t)-Tsed Sensore interrato Sensore in acqua corrente
13 2. Funzionamento e risultati di laboratorio Differenza di comportamento TRANSITORIO conduzione è più lenta della convezione Sensore interrato Sensore in acqua corrente
14 2. Funzionamento e risultati di laboratorio Differenza di comportamento TRANSITORIO conduzione è più lenta della convezione Sensore interrato Sensore in acqua corrente EQUILIBRIO conduzione dissipa meno calore rispetto alla convezione
15 2. Funzionamento e risultati di laboratorio Conclusione RISULTATO: misurando la variazione di temperatura si può determinare l ambiente in cui è immerso il sensore Sensore interrato Sensore in acqua corrente
16 2. Funzionamento e risultati di laboratorio Conclusione Valutazione dei 2 Interrogatore sensori consecutivi con comportamento differente: A fibra ottica N e B 1 Posizione del fondo: tra i sensori A N e B 1 BLESS Aria Generatore V = cost. Analisi dei dati Acqua Interfaccia acqua-sedimenti A 1 A N B 1 Sensori B 1 B M Sensori A 1 A N Sedimenti B M Info aggiuntive
17 3. Installazione esistente Borgoforte, MN, Italy Sul ponte stradale della statale MANTOVA-MODENA che attraversa il fiume Po, Borgoforte (MN), è in fase di collaudo il primo sistema di monitoraggio del fondo del fiume in tempo reale con tecnologia BLESS Mantova ex SS62 Borgoforte corrente Pila 32 Modena
18 quote (m slm) 3. Installazione esistente Borgoforte, MN, Italy 12 Risposta strumento BLESS Sensore BLESS 8 Ecoscandaglio Palo Δtemperatura ( C)
19 4. Versatilità dello strumento A. Monitoraggio localizzato intorno alle strutture in alveo, quali spalle o pile di ponti (es. Borgoforte). B. Monitoraggio degli alvei montani per la valutazione e determinazione del problema trasporto solido (applicazione futura in Val Canaria, Airolo, Svizzera). C. Monitoraggio di manufatti per la protezione e mitigazione di eventi idrogeologici, quali ad esempio briglie di trattenuta. Canaria
20 Grazie per l attenzione
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