RELAZIONE DI FINE TIROCINIO DI LAUREA MAGISTRALE

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1 Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Civile per la Protezione dai Rischi Naturali RELAZIONE DI FINE TIROCINIO DI LAUREA MAGISTRALE Strumenti di misura del canale del moto ondoso Tutor Universitario: Prof. Leopoldo Franco Studentessa: Martina Martini Anno accademico 2016/2017

2 Indice Premessa... 3 Canale del moto ondoso... 4 Sonde di Livello... 6 Sensori di Pressione... 7 Trafag TM/N Trafag NAL Acquisizione dei dati Indice delle figure

3 Premessa La seguente relazione descrive le attività effettuate ai fini dello svolgimento della tesi di laurea, con particolare riferimento all acquisizione di ulteriore conoscenze. Tali attività sono previste dall art. 10, co. 5 let. d/e e considerate equivalenti al tirocinio per un numero di ore non inferiore a 150, come previsto dal piano di studi, pari a 6 CFU. Le attività si sono svolte tra Novembre 2017 e Gennaio 2018 presso il Laboratorio di Idraulica Dipartimento di Ingegneria Civile dell Università degli Studi Roma Tre e riguardano lo studio e il montaggio delle varie attrezzature per il canale del moto ondoso per consentire lo svolgimento delle successive prove. Sono state seguite anche tutte le fasi del dimensionamento e della messa in opera della diga a scogliera nel nuovo canale. 3

4 Canale del moto ondoso Nel laboratorio di Idraulica sono presenti due canali di generazione del moto ondoso. Il primo canale ha una lunghezza di 9 m, una larghezza di 0.27 m ed una altezza di 0.5 m e permette di riprodurre modelli in scala 1:50. Il materiale in cui è realizzata la vasca è perspex, completamente trasparente. Figura 1. Primo canale del moto ondoso. Il nuovo canale ha una lunghezza di 16 m, una larghezza di 0.9 m ed una altezza di 1 m e permette di riprodurre modelli in scala 1:20. Figura 2. Secondo canale del moto ondoso. 4

5 Nel canale di dimensioni maggiori è stata costruita una diga a scogliera con i seguenti strati: - Nucleo con massi con diametro inferiori a 1.25 cm e con volume complessivo di cm 3 - Filtro su due stati con diametro compreso tra 1.25 e 1.70 cm di spessore totale pari a 3.60 cm - Mantellata in massi naturali di diametro compreso tra 2.54 e 3.66 di spessore complessivo pari a 6.40 cm In sommità è stato posto un coronamento, su cui sono stati montati 11 sensori di pressione per poter studiare le forze indotte su di esso dal moto ondoso e una vasca di raccoglimento per poter misurare la portata tracimante. Figura 3. Sezione della diga a scogliera completa. 5

6 Sonde di Livello Le sonde di livello misurano le variazioni dell elevazione della superficie libera nei punti del canale in cui vengono installati. Le sonde a disposizione del canale possono essere spostate lungo l asse del canale. Le sonde sono composte da due elettrodi, realizzati attraverso due aste in acciaio inox parallele tra loro e unite nel punto terminale. La misura dell elevazione della superficie libera avviene misurando il passaggio della corrente elettrica tra i due elettrodi: in aria la resistenza elettrica è elevata, mentre in acqua la resistenza è molto inferiore. Il segnale inviato dalle sonde di livello è quindi una misura di differenza di potenziale in Volt e viene convertito in una misura di lunghezza in cm attraverso MatLab, dopo aver effettuato la calibrazione. Figura 4. Sonde di livello. 6

7 Sensori di Pressione I sensori di pressione sono stati posti sul coronamento della diga per misurare le forze agenti su di esso ad opera del moto ondoso. Sono trasmettitori di pressione a immersione della società svizzera Trafag AG che consentono di misurare campi di piccole pressioni (inferiori ad 1 bar) su base piezoresistiva. I sensori installati sono di due tipologie diverse: - Numero 5 sensori Trafag TM/N 22 - Numero 6 sensori Trafag NAL 8838 Figura 5. Schema dei sensori senza rivestimento da catalogo Trafag. La lunghezza dei sensori, comprensiva di rivestimento, è di 10 cm. Ogni sensore è dotato di un suo cavo di lunghezza 20 m. Le due tipologie di sensori si differenziano per range di misura della pressione, voltaggio dell input, per diametro terminale del sensore, quest ultimo fornito dal catalogo in pollici nominali. 7

8 Tipologia sensore Input [Volt] Diametro [pollici nominali] Diametro [mm] Range di pressione [bar] TM/N /2 '' NAL /4 '' Figura 6. Confronto tra i due modelli di sensori. 8

9 Trafag TM/N 22 I primi sensori sono trasmettitori di pressione piezoresistivi TM/N 22. Il range di pressione che riescono a misurare va da -0.3 fino a 1.2 bar gauge (relativi alla pressione atmosferica) ovvero, considerando la pressione atmosferica di un bar, da 1.3 a 2.2 bar (relativi alla pressione assoluta). Figura 7. Sensore Trafag. Sono stati posizionati nella parte centrale del muro di coronamento: tre sul paramento verticale e due sul paramento orizzontale alla base per misurare anche le sottopressioni. La posizione dei fori è stata scelta il più possibile lontana dalle pareti del canale per evitare interazioni con le onde riflesse su esse. I fori sul muro sono stati eseguiti con un trapano con punta già filettata di 2 cm. 9

10 Figura 8. Posizionamento dei primi 5 sensori sul coronamento. Per poterli posizionare e far in modo che non ci fossero spostamenti relativi tra muro e sensore è stato inserito come supporto una tavola in legno in modo che il sensore fosse a filo con il paramento lato mare e con la tavola lato terra. Per posizionare il terzo sensore sulla verticale è stato necessario tagliare il raccordo di legno tra il paramento orizzontale e verticale, in modo da porte posizionare il sensore il più in basso possibile. Figura 9. Coronamento in posizione con i primi 5 sensori. 10

11 Trafag NAL 8838 Gli ultimi sensori che sono stati installati sono stati i NAL Figura 10. Sensori NAL Sono arrivati in laboratorio a Dicembre. Per poterli installare sono stati realizzati nuovi fori sul muro, differenti in diametro, ed è stato necessario acquistare un nuovo trasformatore da 24 Volt. Figura 11. Nuovo alimentatore Kert da 24 Volt. 11

12 I fori sul coronamento sono stati eseguiti con un trapano con punta liscia da 1.2 cm e la filettatura è stata eseguita a mano. Figura 12. Dettaglio della parte terminale del sensore. Misure in millimetri e pollici nominali. La posizione dei fori è stata scelta in modo speculare ai precedenti già eseguiti, facendo in modo di non creare contatti tra i sensori posti in posizione verticale e quelli in posizione orizzontale. Figura 13. Nuovi sensori in posizione sul coronamento. 12

13 Acquisizione dei dati Ogni sensore è dotato di un cavo la cui estremità è stata inserita nella scheda di acquisizione. La scheda presente in laboratorio è una National Instruments (NI-PCI 6229, M Series). Figura 14. Scheda di acquisizione. Sono stati creati i collegamenti elettrici grazie all aiuto del Prof. Bellotti, seguendo le indicazioni presenti nel manuale presente sul sito: Ogni sensore ha tre cavi di acquisizione: - Bianco +Vin - Giallo Pout - Marrone GROUND 13

14 Ogni cavo è stato inserito nella scheda di acquisizione. Figura 15. Foto scattata durante il collegamento dei sensori. Volendo acquisire più segnali di ingresso sono state utilizzate più configurazioni di collegamento: differenziale, usando due canali e Single-Ended di tipo 1, usando un solo canale. Figura 16. A sinistra modalità differenziale e a destra Single-Ended di tipo 1. 14

15 Indice delle figure Figura 1. Primo canale del moto ondoso Figura 2. Secondo canale del moto ondoso Figura 3. Sezione della diga a scogliera completa Figura 4. Sonde di livello Figura 5. Schema dei sensori senza rivestimento da catalogo Trafag Figura 6. Confronto tra i due modelli di sensori Figura 7. Sensore Trafag Figura 8. Posizionamento dei primi 5 sensori sul coronamento Figura 9. Coronamento in posizione con i primi 5 sensori Figura 10. Sensori NAL Figura 11. Nuovo alimentatore Kert da 20 Volt Figura 12. Dettaglio della parte terminale del sensore. Misure in millimetri e pollici nominali Figura 13. Nuovi sensori in posizione sul coronamento Figura 14. Scheda di acquisizione Figura 15. Foto scattata durante il collegamento dei sensori Figura 16. A sinistra modalità differenziale e a destra Single-Ended di tipo

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