ITSA20130001A1 - Camera di misura per la determinazione chimico-fisica dei composti gassosi e la misura degli odori, (code - chamber for odor detection). - Google Patents
Camera di misura per la determinazione chimico-fisica dei composti gassosi e la misura degli odori, (code - chamber for odor detection).Info
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Description
DESCRIZIONE DETTAGLIATA
La camera di misura, per la determinazione dei composti gassosi in continuo, in atmosfera, con proprietà odorigene in atmosfera, garantisce la riproducibilità delle condizioni chimiche e consente all’array di sensori, da posizionare al suo interno, il tempo di contatto necessario ad effettuare la fase di riconoscimento e di misura. La camera di misura ha un volume interno progettato in maniera tale da ottimizzare il tempo di risposta dei sensori del tipo MOS (semiconduttori ad ossido di metallo) per la misura dei composti odorigeni ed à ̈ realizzata con materiale inerte, inodore, non reattivo e resistente alle alte temperature (ad es. teflon). La camera comprende 4 parti principali e strettamente interdipendenti tra loro (Figura 1):
1 elemento di chiusura superiore (II);
1 corpo cilindrico di chiusura laterale esterno (I2);
1 elemento interno di distribuzione del flusso gassoso (I3);
1 elemento di chiusura inferiore (I4).
Il corpo di chiusura laterale esterno (I2) à ̈ realizzato con geometria cilindrica cava e presenta un numero di fori pari a 16 per l’alloggiamento di sensori di misura. I fori sono disposti su due piani orizzontali, a differente quota; ogni piano presenta un numero di fori pari ad 8 tale da assicurare la completa rappresentatività delle maggiori classi dei composti chimici con proprietà odorigena da analizzare; i fori tra i 2 piani sono sfalsati di un angolo a pari a 22,5° rispetto alla verticale passante per il baricentro del foro situato al piano inferiore. La distanza orizzontale tra i baricentri di 2 fori posizionati sui due piani differenti, come si evince dalla Figura 2, rispetta la seguente relazione: f = (Ch2-Ch1) x tga
Tale disposizione geometrica garantisce il tempo di contatto ideale per la determinazione dei composti gassosi con proprietà odorigena da parte dei sensori. Inoltre, il numero di sensori per piano, assicura la rappresentatività completa delle classi di composti chimici gassosi aventi le più spiccate proprietà odorigene. L’esistenza di due piani, infine, garantisce la verifica completa dei dati della misura e della sua affidabilità , attraverso ad esempio l utilizzo di coppie di sensori di misura identici, disposti in maniera speculare, sui due piani diversi.
I fori di posizionamento dei sensori di misura presentano, nella loro zona centrale, una sottile scanalatura, praticata lungo l’intera circonferenza, con all’ interno posizionata una guaina di gomma che consente la perfetta adesione e tenuta della camera, oltre ad una veloce e facile estrazione e sostituzione dei sensori MOS di misura.
Gli elementi di chiusura superiore (I1) ed inferiore (I4) sono anch’essi realizzati in materiale inerte, inodore, non reattivo e resistente alle alte temperature (ad es. acciaio inox), hanno forma cilindrica e sono dotati di un’apertura centrale per il passaggio del flusso gassoso.
Gli elementi di chiusura superiore (I1) ed inferiore (I4) sono anch’essi realizzati in materiale inerte, inodore, non reattivo e resistente alle alte temperature (ad es. teflon, acciaio inox), hanno forma cilindrica e sono dotati di un’apertura centrale per il passaggio del flusso gassoso.
Gli elementi di chiusura inferiore (I4) e superiore (I1) sono caratterizzati dall’essere costituiti da 2 anelli a diverso raggio, ciascuno di spessore pari a 5 mm; con l’anello interno, di raggio inferiore e pari al diametro interno del corpo di chiusura laterale esterno ( I2 ).
L’elemento di chiusura superiore (I1) ha la funzionalità di limitare la portata del flusso odorigeno da analizzare ed indirizzarlo in uscita attraverso la presenza di un foro, avente un raggio pari ad 1/10 del raggio complessivo, realizzato in posizione perfettamente baricentrica
L’ elemento di chiusura inferiore (I4) presenta un foro avente un raggio pari ad 1/10 del raggio complessivo, realizzato in posizione perfettamente baricentrica, a diretto contatto con l’elemento interno di distribuzione del flusso gassoso (I3), al fine di regolare ed indirizzare in ingresso il flusso odorigeno da analizzare. Tale configurazione permette la chiusura ermetica con l’elemento I2 tale da rendere la camera di misura perfettamente a tenuta.
Sulla superficie esterna del foro praticato sull’anello di raggio maggiore dell’elemento di chiusura inferiore (I4) à ̈ collocato un filtro in nitrocellulosa PTFE, avente la finalità di impedire l’ingresso di elementi particellari all’ interno della camera di misura.
Al centro della camera di misura à ̈ presente l’elemento di distribuzione del flusso gassoso (I3), anch’esso in materiale chimicamente inerte ed inodore (ad es. teflon). Tale elemento presenta 16 fori per la distribuzione del gas odorigeno da analizzare all’interno della camera, disposti in maniera speculare al posizionamento dei fori adibiti all’alloggiamento dei sensori di misura. La conformazione interna del diffusore (Figura3) à ̈ tale da rispettare le seguenti proporzioni:
- Ch1= Dh1+ D x tgβ, con β pari a 22,5°
- Ch2= Dh2
Tale disposizione geometrica garantisce l’uniforme e la completa omogeneizzazione del flusso gassoso all’intemo della camera, evitando così la presenza di zone di flusso d’aria di calma, ovvero con tempo di permanenza interno superiore a quello necessario per la determinazione dei composti gassosi odorigeni.
L’elemento di distribuzione del flusso gassoso (I3) à ̈ ancorato all’elemento di chiusura inferiore (I4), tramite delle viti ed una guarnizione in gomma in maniera tale da garantire la perfetta tenuta del flusso odorigeno da analizzare; mentre non à ̈ a contatto con l’elemento di chiusura superiore (I1) al fine di consentire il libero passaggio in uscita del fluido odorigeno analizzato, nei tempi ottimali di misura. La miscela da analizzare entra nella camera di misura attraverso l’apertura praticata nell’elemento di chiusura inferiore, dopo avere attraversato il filtro in nitrocellulosa PTFE, si omogeneizza e si diffonde attraverso l’elemento interno di distribuzione del flusso gassoso ai diversi sensori di misura e fuoriesce dallapertura praticata sull’elemento di chiusura superiore per effetto del moto forzato indotto da una pompa di aspirazione ivi posizionata.
Le caratteristiche chimico-fisiche della camera sono tali da evitare reazioni chimiche al proprio interno e garantire una misura indisturbata del flusso gassoso da misurare.
La camera di misura rappresenta un’innovazione nel campo dell’ ingegneria ambientale, in particolare nel settore del monitoraggio per la determinazione e la misura della concentrazione degli odori e dei composti odorigeni. Le maggiori applicazioni in campo ambientale consistono: - monitoraggio in continuo in aria ambiente degli odori e delle molestie olfattive generate sul territorio dalle realtà impiantistiche a maggiore impatto odorigeno (ad esempio impianti di trattamento e/o smaltimento dei rifiuti e impianti di depurazione di acque reflue ed industriali), attraverso l’applicazione della camera di misura a strumentazioni multisensore, quali ad esempio i nasi elettronici;
- nella caratterizzazione e controllo degli odori emessi da impianti osmogeni con strumentazioni analitiche in continuo al fine del loro controllo in tempo reale;
- nella identificazione, valutazione e controllo dell’ impatto da odore da impianti osmogeni; nell’ individuazione delle sorgenti responsabili dei disturbi olfattivi in aree industriali e/o urbane, attraverso la realizzazione di “impronte olfattive†ed il loro monitoraggio in aria ambiente.
A scopo illustrativo, ma non limitativo, verrà descritto di seguito un esempio applicativo della camera di misura per l’individuazione delle sorgenti odorigene di un impianto osmogeno, la realizzazione delle loro “impronte olfattive†ed il monitoraggio delle loro «missioni odorigene, al fine del controllo in termini quali-quantitativi.
Esempio n.1
Le attività sperimentali, finalizzate all’applicazione della camera di misura, sono state eseguite al fine di effettuare il riconoscimento e la classificazione degli odori generati da un grande impianto di depurazione delle acque reflue, qual à ̈ quello localizzato nel Comune di Salerno (Regione Campania, Italia), contraddistinto da uno schema convenzionale di trattamento a fanghi attivi con una potenzialità di progetto di 700.000 abitanti equivalenti. L’impianto si trova in un’area sensibile, caratterizzata dalla contemporanea presenza di aree ad elevata presenza umana (centri commerciali, cliniche) e siti industriali.
La camera di misura, utilizzata per tale applicazione, ha un volume interno pari a 300 cm e le 4 parti principali (1 corpo di chiusura laterale esterno; 1 elemento di chiusura superiore; 1 elemento di chiusura inferiore; 1 elemento interno di distribuzione del flusso gassoso) sono state realizzate in materiale teflon.
Nei 16 fori del corpo di chiusura laterale esterno della camera di misura sono stati alloggiati 7 paia di sensori identici, disposti sui due piani diversi in posizione speculare, più 2 moduli di controllo (temperatura ed umidità ), selezionati in maniera tale da garantire la completa rappresentatività delle classi di sostanze odorigene tipiche delle emissioni nel settore ambiente (ad es. composti solforati, ammoniacali, aromatici) e tale da assicurare la verifica dei dati rilevati e la combinazione ottimale dei segnali caratteristica dell’odore misurato (impronta olfattiva).
La tipologia di sensori MOS (sensori ad ossidi metallici) utilizzati à ̈ stata quella dei sensori TGS commercializzati dalla società FIGARO Ine.
La miscela gassosa, da analizzare, à ̈ stata introdotta nella camera di misura attraverso l’utilizzo di una micropompa a membrana a singolo stadio, specifica per gas, che aspira con un flusso di aria mantenuto costante pari a 300 ml/min.
L’attività sperimentale ha riguardato una prima fase con prelievo di differenti campioni odorigeni presso le diverse fasi di trattamento dell’impianto di depurazione a scala reale (impianto di depurazione della acque reflue) e la loro analisi in ambiente controllato presso il Laboratorio di Ingegneria Sanitaria Ambientale dell’Università degli Studi di Salerno, al fine di realizzare il modello “odorigeno†di classificazione e determinazione quantitativa.
La miscela gassosa, introdotta all’interno della camera di misura, ha generato le risposte dei sensori, in termini di resistenza, che sono state registrate tramite un sistema di acquisizione e gestione dati. I dati acquisiti, successivamente, sono stati elaborati con analisi statistica al fine di creare un robusto modello di classificazione qualitativa e quantitativa delle categorie di odori.
La tecnica dell’analisi discriminante lineare (LDA), à ̈ stata utilizzata per la creazione del modello qualitativo.
In particolare, la tecnica LDA permette di identificare le differenze tra le diverse classi di odore contribuendo così alla definizione di un modello qualitativo finalizzato a dimostrare l’efficacia
della camera nel riconoscimento e nella discriminazione dei campioni analizzati.
Per la definizione quantitativa degli odori, à ̈ stata, invece, utilizzata la tecnica di regressione dei minimi quadrati lineare (PLS), che permette di mettere facilmente in relazione i valori dei segnali dei sensori ottenuti con le concentrazioni di odore determinate tramite olfattometria dinamica.I risultati ottenuti mediante la tecnica statistica LDA nel piano delle funzioni lineari discriminanti (Figura 4) evidenziano la chiara ed univoca separazione delle differenti classi investigate e mostrano come tutte le osservazioni sono state correttamente associate al loro gruppo di appartenenza. Ne consegue pertanto che la camera di misura, adoperata per tale attività sperimentale, risulta perfettamente idonea per la classificazione delle emissioni odorigene prodotte da impianti di depurazione delle acque reflue.
I risultati ottenuti con l’ implementazione della tecnica PLS sono mostrati in un grafico (Figura 5) che associa alla concentrazione di odore misurata tramite olfattometria dinamica la concentrazione “predetta†dalla camera di misura. Il modello costruito ha una buona capacità predittiva (R<2>=0,91) e pertanto ne consegue che la camera di misura riesce, quindi, a riprodurre con un basso margine di errore la concentrazione dei composti odorigeni.
I
Claims (6)
- RIVENDICAZIONI 1) Una camera di misura (Figura 1), per la determinazione dei composti gassosi in continuo, in atmosfera, con proprietà odorigene, costituita da 4 elementi principali completamente integrati tra loro: - 1 elemento cilindrico pieno di chiusura superiore (II); - 1 corpo cilindrico cavo di chiusura laterale esterno (I2); - 1 elemento cilindrico interno con diversi orifizi di distribuzione del flusso gassoso (I3); - 1 elemento cilindrico pieno di chiusura inferiore (I4). Il volume della camera di misura à ̈ tale da garantire il tempo di contatto ottimale per la misura dei composti gassosi con proprietà odorigena da parte dell’array di sensori MOS (semiconduttori ad ossido di metallo). I 4 elementi della camera di misura sono realizzati con materiale inerte, inodore, non reattivo e resistente alle alte temperature, al fme di non compromettere il riconoscimento e la misura dei composti gassosi odorigeni.
- 2) Una camera di misura, come a rivendicazione 1 , il cui corpo di chiusura laterale esterno (I2), con geometria cilindrica cava, à ̈ dotato di 16 fori per l’alloggiamento di sensori di misura MOS, disposti su due piani orizzontali di quota diversa (8 per piano in maniera tale da assicurare la completa rappresentatività delle maggiori classi di composti chimici con proprietà odorigena da analizzare) e con i fori tra i 2 piani sfalsati di un angolo a pari a 22,5°, rispetto alla verticale passante per il baricentro del foro situato al piano. I fori di posizionamento dei sensori di misura presentano nella loro zona centrale una sottile scanalatura, praticata lungo l’intera circonferenza, con all’interno posizionata una guaina di gomma che consente la perfetta adesione e tenuta della camera, oltre ad una veloce e facile estrazione e sostituzione dei sensori MOS di misura.
- 3) Una camera di misura, come a rivendicazione 1, il cui corpo cilindrico cavo di chiusura laterale esterno (I2), come a rivendicazione2, à ̈ dotato di fori posizionati su due piani differenti, la cui distanza orizzontale tra i rispettivi baricentri à ̈ tale da rispettare la seguente relazione: f = (Ch2- Ch1) x tga (Figura 2). La disposizione geometrica progettata garantisce il tempo di contatto ideale per l’individuazione e misura dei composti gassosi con proprietà odorigena da parte dei sensori posizionati nei fori. Il numero di fori per piano, il posizionamento di un numero di sensori tali da garantire la rappresentatività completa delle classi di composti chimici gassosi aventi le più spiccate proprietà odorigene e potenzialmente presenti nell’aria. L’esistenza e la distribuzione dei fori su due piani, garantisce la verifica completa dei dati della misura e della sua affidabilità , attraverso ad esempio l’utilizzo di coppie di sensori di misura identici, disposti in maniera speculare, sui fori presenti nei due piani diversi.
- 4) Una camera di misura, come a rivendicazione 1, il cui elemento interno di distribuzione del flusso gassoso odorigeno (I3) presentauna serie di orifizi interni tutti comunicanti e con un unico ingresso praticato centralmente nella parte bassa e numero 16 fori di uscita disposti sulla sua superficie laterale su due livelli orizzontali ed in maniera speculare al posizionamento dei fori del corpo cilindrico cavo di chiusura laterale esterno (I2), adibiti all’alloggiamento di sensori di misura MOS. L’elemento di distribuzione L’elemento di distribuzione del flusso gassoso (I3) à ̈ ancorato all’elemento di chiusura inferiore (I4), tramite delle viti ed una guarnizione in gomma in maniera tale da garantire la perfetta tenuta del flusso odorigeno da analizzare. L’elemento (I3) non à ̈ a contatto con l’elemento di chiusura superiore (I1) al fine di consentire il libero passaggio in uscita del fluido odorigeno analizzato, nei tempi ottimali di misura.
- 5) Una camera di misura, come a rivendicazione 1, il cui elemento cilindrico interno di distribuzione del flusso gassoso (I3), come a rivendicazione 4, à ̈ conformato in maniera tale da rispettare le seguenti proporzioni per il posizionamento dei fori su di esso e sul corpo cilindrico cavo di chiusura laterale, posizionati sui 2 piani (Figura 3): Ch1= Dh1+ D x tgβ, con β pari a 22,5° Ch2— Dh2 La disposizione geometrica assunta garantisce la uniforme distribuzione del flusso odorigeno e il tempo di contatto ideale per la determinazione dei composti gassosi con proprietà odorigena da parte di sensori di misura MOS.
- 6) Una camera di misura, come a rivendicazione 1, i cui elementi di chiusura superiore (I1e di chiusura inferiore (I4, sono dotati di un’apertura centrale per il passaggio, rispettivamente, del flusso gassoso odorigeno da analizzare e del flusso analizzato. Gli elementi di chiusura inferiore (I4) e di chiusura superiore (I1) sono caratterizzati dall’essere costituiti da 2 anelli a diverso raggio, ciascuno di spessore pari a 5 mm; l’anello interno, di raggio inferiore, ha il diametro pari a quello interno del corpo di chiusura laterale esterno (I2). Tale configurazione permette la chiusura ermetica con l’elemento I2 ed à ̈ tale da rendere la camera di misura perfettamente a tenuta. L’elemento di chiusura superiore (I1) limita il flusso gassoso odorigeno da analizzare e lo indirizza in uscita attraverso la presenza del foro cilindrico, avente un raggio pari ad 1/10 del raggio complessivo della camera di misura, realizzato in posizione perfettamente baricentrica. L’elemento di chiusura inferiore (I4) presenta il foro cilindrico avente un raggio pari ad 1/10 del raggio complessivo della camera di misura, realizzato in posizione perfettamente baricentrica, a diretto contatto con l’elemento interno di distribuzione del flusso gassoso (I3), al fine di regolare ed indirizzare in ingresso il flusso odorigeno da analizzare. L’elemento di chiusura inferiore (I4) presenta, sulla superficie esterna del foro praticato sull’anello di raggio maggiore, un filtro in nitrocellulosa PTFE, avente la finalità di impedire l’ingresso di elementi particellari all’interno della camera di misura.
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