Sistemi di misura


La stazione è attrezzata con strumentazione chimica (analizzatori per la misura dei gas serra), con pannelli di gestione delle tarature automatiche e linee di prelievo per la raccolta di campioni d’aria, e strumentazione meteorologica (stazione meteorologica completa ad eccezione del pluviometro). L’acquisizione dei dati di monitoraggio, la gestione dei pannelli di taratura automatica e la registrazione dei segnali di allarme viene effettuata mediante un sistema di acquisizione dei dati che trasmette, con frequenza giornaliera, tutti i dati presso la sede centrale di RSE. L’attività di monitoraggio è consistita inizialmente nella misurazione per evento, mediante il prelievo in fiasche (flask) pretrattate di campioni d’aria che venivano poi analizzati in laboratorio, ed in seguito , sino ad oggi, in continuo mediante analizzatori specifici. A corredo delle misure dei gas serra sono tuttora eseguite misurazioni delle principali variabili meteorologiche. In passato, allo scopo di facilitare l’identificazione delle condizioni attribuibili al fondo naturale, venivano effettuate anche misure di composti gassosi inquinanti tradizionali (SO2, NOx, e THC – idrocarburi totali) che sono state, oramai, sospese da alcuni anni.

  • Il sistema di campionamento e deumidificazione criogenico

    L’aria ambiente aspirata tramite la prima delle 2 pompe installate nel laboratorio, viene deumidificata con l’ausilio di un sistema criogenico tenuto a circa -60 °C.
    Questa temperatura riduce sostanzialmente, oppure elimina del tutto, la presenza di vapore acqueo nel campione d’aria da analizzare eliminando il pericolo di una sua possibile interferenza sulle misure, in particolare, della CO2.
    Il circuito criogenico è costituito da tre stadi identici. Non essendo però dotato di un circuito di sbrinamento automatico, con l’andare del tempo, l’umidità intrappolata finisce con l’ostruire il primo stadio interessato.
    Un sensore di flusso rileva tale anomalia e genera un segnale logico che viene utilizzato per azionare le valvole per selezionare lo stadio successivo.
    Ciascuno stadio è caratterizzato da un tempo medio di utilizzo di circa una settimana, per cui l’operatività massima del sistema risulta essere di circa tre settimane.
    Tale stima è ovviamente approssimativa in quanto la “durata” reale dipende dalla temperatura e dall’umidità atmosferica presente nei campioni d’aria analizzati in continuo. In inverno è possibile intervenire per ripristinare le trappole criogeniche anche una volta al mese, in estate, se le temperature superano lo zero, è possibile il blocco dei tre stadi anche dopo soli 10/15 giorni.

    Figura 1 – Sistema criogenico per la disidratazione del gas-campione

  • La misura della CO2

    La misura della CO2 viene svolta utilizzando due strumenti ad infrarosso non dispersivo a cella compensata, un SIEMENS Ultramat 5E e Ultramat 6E con campo di misura tra 360 e 420 ppm, entrambi visualizzati nella figura 2.
    Una valvola a 3 vie (EV7) seleziona il gas da mandare allo strumento di misura scegliendo tra quello proveniente dal sistema criogenico o quello che arriva da un manifold di valvole cui sono collegate le varie miscele di taratura utilizzate.
    Il gas selezionato viene poi mandato ad un mass flow controller (MKS) con fondo scala di 1000 sccm e, quindi, allo strumento.
    L’utilizzo del mass flow controller serve sia per compensare le variazioni di pressione del campione conservando il flusso di prova scelto, sia per fornire la relativa misura, che viene acquisita dal sistema di gestione e di acquisizione dei dati.
    Anche il gas detto di “riferimento”, che viene addotto agli strumenti di misura della CO2 è monitorato mediante l’utilizzo di un mass flow controller per stabilizzare il flusso ed acquisirne il valore.

    Figura 2 – Analizzatori di Anidride Carbonica

  • La misura del CH4

    Il circuito pneumatico per la misura del CH4 è composto da una valvola a 3 vie che collega il mass flow controller utilizzato per regolare il flusso di gas alla linea di prelievo esterna ad un manifold di valvole cui sono collegati gli standard utilizzati per le tarature.
    Lo strumento per la misura del metano è un gas-cromatografo con  rivelatore a ionizzazione di fiamma (FID) modello Venus della NIRA con campo di misura: 0 – 5 ppm (figura 3).

    Figura 3 – Gas Cromatografo per la misura del Metano

  • La misura dell’O3

    La misura di Ozono viene eseguita mediante un analizzatore ad assorbimento UV modello THERMO 49i con calibratore interno, campo di misura 0 – 500 ppb.
    L’analizzatore ad assorbimento UV mod. 49i basa il suo funzionamento sull’assorbimento da parte delle molecole di Ozono,  di radiazioni UV di lunghezza d’onda pari a 254 nm.
    La conseguente attenuazione della intensità della radiazione UV generata da una lampada all’interno dell’analizzatore permette, sulla base della legge di Lambert – Beer, di calcolare la concentrazione di Ozono presente nel campione.
    Il fenomeno di attenuazione del fascio UV viene monitorato all’interno di una cella a percorso ottico fisso.
    Tale principio di funzionamento richiede una condizione di riferimento, l’analizzatore mod. 49i incorpora infatti uno “scrubber” capace di rimuovere tutto l’O3 presente nel campione d’aria e fornire, quindi, tale riferimento grazie ad una seconda cella di misura in cui è monitorata l’intensità UV di riferimento.
    Infine, un filtro adattivo di segnali consente di ottenere sia una veloce risposta in caso di improvvise e significative fluttuazioni delle concentrazioni di Ozono, sia valori stabili in situazioni di concentrazioni poco variabili.
    In Laboratorio è presente anche un altro strumento per la misura dell’Ozono, un analizzatore ad assorbimento UV modello O3 41M Environnement, campo di misura 0 – 500 ppb.
    Questo strumento è comunque mantenuto in funzione (anche se obsoleto) per affiancarlo all’altro analizzatore col solo fine di “strumento di riferimento qualitativo” in modo da poter individuare eventuali anomalie di funzionamento.

    Figura 4 – Analizzatori per la misura dell’ozono