Riassunto analitico
I Composti Organici Volatili (COV) sono un gruppo di sostanze la cui presenza nell'aria può essere potenzialmente dannosa per l'uomo. Infatti, in grandi quantità, possono causare effetti quali: reazioni allergiche, asma e altri danni respiratori. Le emissioni di COV provengono spesso da vari processi industriali, commerciali o naturali. È nata quindi l'esigenza di sviluppare sistemi di monitoraggio efficienti e affidabili in grado di rilevare e analizzare le emissioni di vapori nel sottosuolo in tempo reale. La misurazione dei COV viene effettuata prelevando direttamente i gas del suolo dal sottosuolo o misurando direttamente l'aria in prossimità della campagna. Entrambi i tipi di misurazione sono generalmente condotti stagionalmente e, pertanto, non garantiscono la continuità temporale. Pertanto, le misure condotte in un numero limitato di punti e su base stagionale possono fornire solo una descrizione parziale delle emissioni di COV nell'atmosfera all'interno di un sito contaminato.
Nell'ambito di un progetto di ricerca collaborativa dell'INAIL, l'Università di Modena e Reggio Emilia, l'Università di Roma Tor Vergata e ATS Milano hanno proposto lo sviluppo e la validazione di un sistema prototipale per il monitoraggio in continuo delle emissioni dal sottosuolo di composti organici volatili (VOC) e delle concentrazioni di VOC nella atmosfera immediatamente superiore in siti contaminati. Questo sistema prevede l'utilizzo di camere di stoccaggio che, grazie all'impiego di sensori ambientali a basso costo, consentiranno il monitoraggio continuo delle emissioni di vapori dal sottosuolo. Questa tesi si concentra sulla progettazione e sull'implementazione di un prototipo di sistema di monitoraggio dedicato al monitoraggio continuo delle emissioni di vapore dal sottosuolo. Al centro di questo sistema c'è lo sviluppo di un sottosistema di alimentazione autonomo, composto da un pannello fotovoltaico e da una batteria, per garantire un funzionamento ininterrotto in luoghi remoti. Sfruttando l'energia solare e immagazzinandola in una batteria, il sistema di monitoraggio può funzionare autonomamente, eliminando la necessità di fonti di alimentazione esterne e ampliando così la sua applicabilità a diversi contesti ambientali.
L'integrazione di un pannello fotovoltaico e di una batteria comporta complesse considerazioni di progettazione, tra cui l'ottimizzazione della generazione e dell'accumulo di energia, la robustezza del sistema e l'adattabilità a condizioni ambientali variabili. Attraverso un'analisi e una sperimentazione sistematica, il progetto proposto mira a raggiungere un'efficienza energetica, un'affidabilità e una longevità ottimali, migliorando così l'efficacia complessiva del sistema di monitoraggio.
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Abstract
The Volatile Organic Compounds (VOC) are a group of substances, the presence of which in the air could be potentially harmful to humans. In fact in large quantities they could
cause effects such as: allergic reaction, asthma and other respiratory damage. The emissions of the VOCs, are often originating from various industrial, commercial, or natural processes. Therefore, a need arose to develop an efficient and reliable monitoring systems capable of detecting and analyzing subsurface vapor emissions in real-time. Measurements of VOCs is made by directly taking soil gas from the subsurface or by direct measurements of air near the countryside. Both types of measurements are generally conducted seasonally and, therefore, do not guarantee temporal continuity. Therefore, measurements conducted at a limited number of points and on a seasonal basis can only provide a partial description of VOC emissions to the atmosphere within a contaminated site.
As part of a Call for Collaborative Research (BRIC) project of INAIL, the University of Modena and Reggio Emilia, the University of Rome Tor Vergata, and ATS Milano have proposed the development and validation of a prototype system for the continuous monitoring of emissions from the subsurface of volatile organic compounds (VOCs) and VOC concentrations in the atmosphere immediately above in contaminated sites. This system will involve the use of storage chambers, which, through the use of low-cost environmental sensors, will enable continuous monitoring of vapor emissions from the subsurface.
This thesis focuses on the design and implementation of a prototype monitoring system dedicated to the continuous monitoring of subsurface vapor emissions. Central to this system is the development of an autonomous power supply subsystem, comprising a photovoltaic panel and a battery, to ensure uninterrupted operation in remote or off-grid locations. By harnessing solar energy and storing it in a battery, the monitoring system can function autonomously, eliminating the need for external power sources and thereby expanding its applicability to diverse environmental settings.
The integration of a photovoltaic panel and a battery entails intricate design considerations, including energy generation and storage optimization, system robustness, and adaptability to varying environmental conditions. Through systematic analysis and experimentation, the proposed design aims to achieve optimal energy efficiency, reliability, and longevity, thereby enhancing the overall effectiveness of the monitoring system.
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