sabato 28 novembre 2020

STEP #22 - UN MANUALE D'USO

Di seguito viene riportato un manuale d'uso per i rilevatori di gas portatili: quelli di tipo fisso infatti, una volta installati, misurano i livelli dei gas ininterrottamente, pertanto non richiedono alcun tipo di intervento da parte di chi ne fa utilizzo, ad eccezione della segnalazione da parte dell'utente del "pericolo ricevuto" per poterli spegnere. 


RILEVATORE DI GAS PORTATILE 


1. Messa a zero e accensione

Prima di accendere il rilevatore di gas è necessario controllare che si trovi in ‘aria pulita’ (vale a dire, all’esterno, in aria normale). Questo consentirà la messa a zero del rilevatore. Infatti, se il rilevatore viene messo a zero in aria contaminata si potrebbe ottenere un valore falso di lettura del gas, oppure la messa a zero potrebbe non riuscire.

Una volta acceso lo strumento, generalmente comparirà una schermata "home" nella quale sarà possibile scegliere una delle funzioni proposte dal rilevatore: avvio misurazione del gas, visualizzazione livelli di allarme inferiori e superiori dei sensori, visualizzazione dei livelli di allarme STEL o TWA¹ ecc.

2. Stato di allarme


Il rilevatore entra immediatamente in stato di allarme se il livello di uno qualunque dei gas per cui è stato configurato il rilevamento supera limiti accettabili. Per l’ossigeno è impostato un livello minimo e massimo, mentre gli altri gas faranno scattare l’allarme per l’aumento dei livelli.

Lo stato di allarme è caratterizzato dall'emissione di segnali acustici e/o visivi e talvolta tattili (vibrazione) generalmente diversi in accordo al diverso tipo di esposizione al gas: le varie icone, così come i vari tipi di allarmi acustici, sono illustrati sul manuale d'uso dello strumento cosicché l'operatore possa prontamente riconoscere la situazione in cui si trova. 

3. Salvataggio ed elaborazione dati


Sui modelli di nuova generazione sono spesso disponibili delle funzionalità di salvataggio dei dati pregressi che permettono di conservare e confrontare nel tempo i valori misurati in modo da permettere all'operatore una maggiore consapevolezza dell'andamento delle misurazioni. Qualora questa funzionalità non risulti necessaria, dopo la misurazione è sufficiente spegnere il rilevatore, altrimenti bisognerà procedere al salvataggio dei dati attraverso diverse modalità sempre descritte nel manuale d'uso. 

Note:
1. STEL, TWA: valori limiti di soglia per gas tossici.

martedì 24 novembre 2020

STEP #21 - NEI FUMETTI







Questo fumetto realizzato da J. Gravelle e pubblicato su  https://comics.manitowiki.com/home-safety/ nella sezione "Home Safety" mostra un rilevatore di diossido di carbonio. Il significato della sequenza è chiaramente ironico: gli esseri umani respirando (e parlando) producono diossido di carbonio (un gas non nocivo); non appena la moglie parla al marito il rilevatore segnala la presenza del gas emettendo un rumore che allontana la donna, facendo così sentire l'uomo "al sicuro". 



Questa seconda sequenza, estratta dal diciassettesimo volume della "Wonder Comics", mostra un rilevatore di atmosfera nella quarta e nella quinta vignetta, che si attiva non appena un pericoloso gas (impiegato per realizzare delle bombe) viene accidentalmente sprigionato da un uomo maldestro. 

venerdì 20 novembre 2020

STEP #20 - IL MARCHIO

In un precedente step (clicca qui) sono stati già mostrati alcuni loghi delle più importanti case produttrici dei rilevatori di gas. Qui di seguito è invece riportato un marchio aziendale di un'industria più piccola, nata ad Hull, una piccola città del nord-ovest dell'Iowa. Quest'azienda è nata con lo scopo del monitoraggio dell'ozono nell'atmosfera ma ben presto ha ampliato i propri orizzonti realizzando e vendendo rilevatori di gas e altri prodotti nello stesso ambito.



Ciò che colpisce di questo marchio è sicuramente lo spot ad esso collegato, che giustifica la scelta di riportare come marchio del rilevatore di gas proprio questo logo, fra i tanti: "Dare un senso all'aria che respiriamo". 

Sitografia:

https://www.gas-sensing.com/support/about-us.html

giovedì 19 novembre 2020

STEP #19 - L'ABBECEDARIO


A come Ametek, una delle più importanti case produttrici 
B come Beer-Lambert, principio fisico seguito dal rilevatore di gas a infrarossi NDIR
C come Chuck, serie televisiva dove compare il rilevatore di gas 
D come Dräger, una delle più importanti case produttrici 
E come Elettrochimico, uno dei diversi tipi di rilevatore di gas 
F come Faraday, come le leggi di Faraday, principi fisici seguiti dal rilevatore di gas elettrochimico
G come Gas
H come Humpry Davy, l'inventore del primo prototipo del rilevatore di gas 
come Infrarossi, onde elettromagnetiche utili alla rilevazione del gas nei sensori di gas NDIR
L come Lampada Davy, primo prototipo del rilevatore di gas 
M come Monossido di carbonio, gas che è possibile misurare con il rilevatore di gas 
N come NDIR (rilevatori ad infrarossi di tipo non dispersivo), uno dei diversi tipi di rilevatore di gas 
O come Ottica, scienza grazie alla quale è stato possibile realizzare i rilevatori di gas NDIR
P come Pericolo, dovuto alla presenza di gas tossici nell'ambiente
Q come Quantità, come la quantità minima del gas di interesse che deve essere presente nell'aria perché il sensore la possa rilevare
R come Riferimento (Reference), come l'elettrodo di riferimento contenuto nel rilevatore di gas elettrochimico
S come Sensore
T come Temperatura, i rilevatori di gas infatti lavorano solo in determinati range di temperatura 
U come Umidità, i rilevatori di gas infatti lavorano solo in determinati range di umidità 
V come Visivo, come il segnale visivo costituito da una serie di luci a intermittenza emesso dal rilevatore per segnalare gas pericolosi o potenzialmente letali per la salute.
Z come Zinco, come uno dei possibili materiali di cui sono costituiti gli elettrodi nel rilevatore elettrochimico. 

sabato 14 novembre 2020

STEP #18 - IL FRANCOBOLLO

Data la difficoltà a reperire un francobollo che presenti direttamente un rilevatore di gas, ho deciso di mostrare alcuni francobolli che riguardano più generalmente la chimica dei gas. 

Il comportamento fisico di un campione di gas può essere descritto con quattro variabili legate tra loro da relazioni matematiche: pressione, temperatura, quantità di moli e volume. Queste espressioni matematiche, tuttavia, descrivono lo stato di un gas perfetto, cioè un gas che presenta relazioni lineari semplici tra le quattro variabili; questo gas non esiste in natura, ma a maggior parte dei gas semplici presenta un comportamento quasi ideale alle alte temperature e alle basse pressioni. Ecco le 4 leggi dei gas perfetti: 

Irlanda, 2012


Francia, 1951


Italia, 1956
  1. la legge di Boyle afferma che il prodotto della pressione del gas per il volume da esso occupato è costante: p∙V = costante.
  2. La prima legge di Gay-Lussac afferma che in una trasformazione isobara (pressione costante), il volume di un gas ideale è direttamente proporzionale alla temperatura assoluta.
  3. La seconda legge di Gay-Lussac è una legge che descrive come, in una trasformazione isocora (volume costante), la pressione di un gas sia direttamente proporzionale alla sua temperatura assoluta.
  4. La legge di Avogadro stabilisce che volumi uguali di gas diversi, alle medesime condizioni di pressione e temperatura, contengono lo stesso numero di molecole di gas. 

Sitografia: 

venerdì 13 novembre 2020

STEP #17 - I BREVETTI (...E NEL PRESENTE)

Negli ultimi decenni il problema ambientale sta diventando sempre più rilevante: molti studiosi quindi si adoperano perché ci possa essere un corretto smaltimento o un riutilizzo dei componenti di alcuni strumenti che altrimenti finirebbero per andare ad aumentare la lista dei prodotti non riciclabili e conseguentemente l'inquinamento del pianeta. Tra le proposte è sicuramente da annoverare quella di Gopichandra Surnilla, Richard, E. Soltis, Daniel A. Makled, brevettata nel 2013. Nel brevetto US9057330B2 sono descritti vari metodi e sistemi per la determinazione dell'umidità ambientale attraverso un rilevatore di gas ormai scarico.



Per concludere ho pensato fosse opportuno proporre il brevetto più recente, pubblicato il 12 novembre del 2020: il AU2020102451A4. Si tratta di un modulo di gestione ambientale GREEN BUILDING per il monitoraggio della qualità dell'aria in tempo reale. 
Gli inventori sostengono che la maggior parte degli esseri umani consuma il 90% della propria giornata in ambienti chiusi, perciò l'ambiente interno ha un impatto considerevole sul benessere. Al fine di ottimizzare la qualità dell'aria interna, i residenti o il proprietario dell'edificio possono dettare e regolare comportamenti e iniziative utilizzando il monitoraggio in tempo reale. La loro invenzione propone una rete economicamente vantaggiosa di sensori per un sistema di monitoraggio dell'aria in tempo reale per tracciare e ottimizzare la qualità dell'aria interna in modo ecologico. 





STEP #17 - I BREVETTI (NEL PASSATO...)

Il primo brevetto del rilevatore di gas che è reperibile sul web risale al 1895, il brevetto è il GB189511120A, però purtroppo sembrano non esserci informazioni ulteriori al fatto che esso riguardasse appunto "un indicatore o un rilevatore di fughe di gas" e che fosse stato richiesto da Charles John Bailey e Sam Wilson. 

Un secondo brevetto, in ordine cronologico, risale al 1898, il brevetto è il CA61538A e fu richiesto da Charles Edward Ormsby. Si tratta di un rilevatore elettrico di gas, di cui è possibile visionare il progetto. 



Più informazioni abbiamo invece sul brevetto richiesto da Oscar Freymann e Charles Tolman nel 1901, il US692007A. I due studiosi spiegano che l'invenzione è un dispositivo di allarme automatico costituito da da un'apparecchiatura che rivela e segnala la presenza di gas che fuoriesce nel luogo in cui si trova l'apparecchiatura stessa. 
L'invenzione descritta nel brevetto è progettata per essere utilizzata in connessione con un dispositivo di segnalazione ad azionamento elettrico, la sua funzione in questa combinazione è quella di effettuare la chiusura del circuito elettrico; l'apparato può tuttavia anche essere utilizzato in connessione con un dispositivo di segnalazione ad azionamento meccanico.
Ecco qui di seguito le illustrazioni allegate al brevetto. 


STEP #16 - ANATOMIE (RILEVATORE A INFRAROSSI NDIR)

Di seguito viene riportata in dettaglio l'anatomia del rilevatore di gas a infrarossi NDIR. 

(Si consiglia di aprire l'immagine)

 Per visualizzare ancora meglio la struttura di un rilevatore di gas a infrarossi NDIR consiglio la visione di questo breve filmato che, oltre a mostrare una vista esplosa dei comuni rilevatori di gas a infrarossi, mostra un'ulteriore vista esplosa di un rilevatore NDIR di nuova generazione, risaltandone i vantaggi. 


Infine ecco la vista esplosa del componente "Infrared detector", visibile nella figura sopra riportata. 



STEP #16 - ANATOMIE (RILEVATORE ELETTROCHIMICO)

Per comprendere al meglio l'anatomia del rilevatore di gas consiglio la visione di questo breve video, in particolare dal minuto 00:21 al minuto 1:39


In particolare qui di seguito è riportata la vista esplosa del particolare visibile al minuto 1:33


Per comprendere le varie componenti e lo scopo di esse si rimanda ancora una volta alla visione de video sopra riportato e anche dello STEP #03 relativo al rilevatore elettrochimico. 
Ecco infine due viste esplose dello strumento nel suo complesso: 





Sitografia: 




mercoledì 11 novembre 2020

STEP #15 - I NUMERI


I numeri del rilevatore di gas elettrochimico

1950 I rilevatori elettrochimici fanno la loro comparsa per monitorare la quantità di ossigeno ambientale;

1980 I rilevatori subiscono un netto processo di miniaturizzazione che ne consente una prima diffusione sul mercato;

25 °C  - I rilevatori elettrochimici sono poco sensibili a oscillazioni di temperatura; lavorano a temperature intorno appunto ai 25 °C;

65% - I rilevatori elettrochimici sono poco sensibili a oscillazioni di umidità; lavorano con umidità relativa intorno al 65%;

0-1 ppm - Quantità minima del gas di interesse che deve essere presente nell'aria perché il sensore la possa rilevare; 

0.5% FS - Risoluzione del rilevatore di gas elettrochimico;

24 ÷ 36 mesi - Vita media del rilevatore di gas elettrochimico.



I numeri del rilevatore di gas a infrarossi NDIR

(-20) ÷ (+55) °C - Temperatura di lavoro di un rilevatore di gas a infrarossi NDIR;

10 ÷ 90 % - Umidità alla quale lavora un rilevatore di gas a infrarossi NDIR; 

700 ÷ 1300 hPa - Pressione alla quale lavora un rilevatore di gas a infrarossi NDIR; 

4,5 ÷ 5,5 V CC - Tensione di funzionamento di un rilevatore di gas a infrarossi NDIR.

domenica 8 novembre 2020

STEP #14 - LA TASSONOMIA

La tassonomia è la disciplina che si occupa della classificazione gerarchica di esseri viventi o anche inanimati; qui di seguito viene mostrato l'albero tassonomico dei sensori di gas elettrochimici e dei sensori di gas a infrarossi NDIR

(Si consiglia di aprire l'immagine)

In scienza dell'automazione, il controllo automatico di un dato sistema dinamico (ad esempio un impianto industriale) si prefigge di modificare il comportamento del sistema da controllare attraverso la manipolazione di opportune grandezze d'ingresso.

Il controllo del sistema in esame viene affidato ad un altro sistema costruito appositamente, detto "sistema di controllo", che è costituito da diversi tipi di strumenti, tra i quali sicuramente i sensori.

Il sensore è un dispositivo che si trova in diretta interazione con il sistema misurato; più comunemente vengono classificati in base al tipo di grandezza fisica che misurano, come nell'albero sopra riportato. Del sensore di gas sono state elencate tutte le tipologie, quelle che vengono esplicitamente trattate all'interno di questo blog sono riquadrate in rosso. 

Sitografia: 

STEP #13 - LA PUBBLICITÀ

La pubblicità commerciale è una forma di comunicazione volta a promuovere la vendita di un bene; talvolta il messaggio viene associato ad un’emozione la quale ha il compito di coinvolgere emotivamente il cliente per renderlo più propenso all’acquisto. E' il caso della pubblicità qui riportata: 


L'acquisto del rilevatore di gas viene qui associato alla sensazione di sicurezza dovuta ad aver finalmente eliminato l'ansia e la conseguente paura di una possibile fuga di gas all'interno della propria abitazione. 




Anche questa seconda pubblicità fa leva sui sentimenti, in particolare consiglia l'acquisto del prodotto in quanto una fuga di gas è un evento imprevedibile che può accadere in qualsiasi momento della vita quotidiana e di cui è possibile accorgersi solamente grazie all'allarme del rilevatore di gas. E' interessante notare che entrambe le pubblicità facciano riferimento alla morte, evitabile soltanto grazie all'ausilio dei prodotti che promuovono: è indubbio quindi un forte tentativo di coinvolgimento emotivo del possibile consumatore. 


Sitografia: 


STEP #12 - NEL CINEMA

Il rilevatore di gas, e in particolare il suo impiego all'interno di un impianto antincendio, è stato mostrato dalla serie tv Chuck, nel ventiduesimo episodio della seconda stagione, intitolato "Chuck vs l'anello".

In questa puntata il matrimonio di Ellie, sorella di Chuck (il protagonista) viene rovinato dalla band Jeffster che, per festeggiare, esagera sparando fuochi d'artificio all'interno della Chiesa. Essi generano fumo e scintille che innescano il rilevatore di fumo, il quale a sua volta innesca l'impianto antincendio ad acqua. 

Ecco il frammento di interesse della puntata:



mercoledì 4 novembre 2020

STEP #11 - I COSTRUTTORI

I produttori attuali di rilevatori di gas sono molto numerosi, sicuramente però meritano una particolare attenzione:



  • Dräger, fondata a Lubecca nel 1889, produce prodotti di tecnologia medica e di sicurezza. Ha più di 14.500 dipendenti in tutto il mondo ed è presente in oltre 190 paesi. La società ha generato ricavi per circa 2,8 miliardi di euro nel 2019.
  • Ametek, fondata nel 1930, è un produttore leader mondiale di strumenti elettronici e dispositivi elettromeccanici con vendite annuali di circa 5 miliardi di dollari. Ametek ha 17.000 dipendenti in più di 150 sedi operative e una rete globale di sedi di vendita, assistenza e supporto in 30 paesi in tutto il mondo.
Sitografia: 

STEP #10 - I LIBRI

Ecco alcuni libri e articoli correlati al rilevatore di gas e ai temi ad esso collegati. 


Sull'inventore
Humpry DAVY, Abstracts of the Papers Printed in the Philosophical Transactions of the Royal Society of London, Vol. 1 (1800 - 1814), pp. 318-322, 1800 - 1814. (per visualizzare il documento clicca qui)


Sul primo prototipo di rilevatore di gas (Davy lamp)
John MEURING THOMAS, Sir Humphry Davy and the coal miners of the world: a commentary on Davy (1816). An account of an invention for giving light in explosive mixtures of fire-damp in coal mines, 13 Aprile 2015. 

Sul rilevatore di gas 
Giorgio SBEVEGLIERI, Gas Sensors : Kluwer Academic Publishers, 1992.

Jack CHOU, Hazardous Gas Monitors: A Practical Guide to Selection, Operation, and Applications : McGraw-Hill Education,1999.

Ghenadii KOROTCENKOV, Handbook of Gas Sensor Materials. Properties, Advantages and Shortcomings for Applications, Volume 1: Conventional Approaches : Radislav A. Potyrlaio, 2013.

Ghenadii KOROTCENKOV, Handbook of Gas Sensor Materials. Properties, Advantages and Shortcomings for Applications, Volume 2: New Trends and Technologies : Radislav A. Potyrlaio, 2013.

Nicolae Barsan Klaus SCHIERBAUM, Gas Sensors Based on Conducting Metal Oxides, Basic Understanding, Technology and Applications : Elsevier, 2018. 

Yonghui DENG, Semiconducting Metal Oxides for Gas Sensing : Springer, 2019.

lunedì 2 novembre 2020

STEP #09 - GLI INVENTORI

SIR HUMPRY DAVY

Il primo prototipo del moderno rilevatore di gas fu la Lampada Davy (Davy Lamp). Essa fu messa a punto attorno al 1815 da sir Humphry Davy (1778-1829), un chimico e divulgatore scientifico inglese. Egli insegnò alla Royal Institution di Londra (dove ebbe per assistente M. Faraday) e fu presidente della Royal Society (1820). Oltre all'invenzione della lampada di sicurezza per i minatori, egli va ricordato poiché formulò le prime nozioni della teoria elettrochimica, isolò il sodio e il potassio, e scoprì il calcio, il magnesio e lo stronzio. Compì anche importanti ricerche sulla composizione dei gas (acido nitrico, ammoniaca, protossido d'azoto). In particolare scoprì la natura elementare del cloro gassoso.




La Lampada Davy fu un'invenzione importante per un paese la cui economia era in gran parte sostenuta dall'
industria mineraria. Essa infatti abbassò significativamente il livello di rischio di esplosione nelle miniere di carbone. Quando in esse si sviluppava del grisou (un miscuglio di carbonio e idrogeno estremamente infiammabile), la rete della lampada permetteva che l’esplosione rimanesse circoscritta all'interno della stessa; il piccolo scoppio così generato spegneva la fiamma, segnalando il pericolo imminente.




Sitografia: 


Fotografie estratte da: 

domenica 1 novembre 2020

STEP #08 - I MATERIALI (RILEVATORE A INFRAROSSI NDIR)

Per quanto riguarda la trattazione dei materiali relativi a questo tipo di rilevatore di gas è importante ricordare ancora una volta che stiamo parlando dei rilevatori di gas NonDispersive InfraRed (NDIR). Ci sono infatti importanti differenze tra questi e i rilevatori di tipo dispersivo, qui non studiati.


SORGENTE DI INFRAROSSI (IR Source)
Una normale lampadina a incandescenza è una buona fonte di infrarossi. Nei rilevatori di gas viene utilizzato un filamento di materiale riscaldato simile a quello di un puntatore laser (costituito da elio o da un diodo di silicio drogato con boro e fosforo), che irradia energia sufficiente per il rilevamento della maggior parte degli idrocarburi, dell'anidride carbonica e del monossido di carbonio. Può essere tuttavia utilizzata qualsiasi sorgente in grado di generare una radiazione con lunghezza d'onda sufficiente al rilevamento del gas di interesse.

FILTRO DI LUNGHEZZA D'ONDA (Filter)
I rilevatori di gas di tipo non dispersivo utilizzano dei filtri ottici passa banda¹ simili alle lenti degli occhiali, le quali possiedono filtri per proteggere gli occhi dalle radiazioni UV. I filtri sono generalmente realizzati da un produttore di ottica specializzato. I materiali impiegati sono perlopiù  plastica e vetro minerale

Note: 
1. In elettronica, un filtro passa banda è un dispositivo passivo che permette il passaggio di frequenze all'interno di un dato intervallo ed attenua le frequenze al di fuori di esso. 

Sitografia:



STEP #08 - I MATERIALI (RILEVATORE ELETTROCHIMICO)

Il rilevatore di gas elettrochimico possiede svariate componenti; qui di seguito sono riportati quelli di maggior rilievo dal punto di vista dei materiali di cui sono costituiti.

ELETTRODI
Generalmente i sensori elettrochimici sono realizzati con elettrodi attivi. Essi, a differenza di quelli inerti, sono costituiti da elementi che partecipano alle semireazioni (ossidazione e riduzione) perciò si modificano nel corso dell'utilizzo perdendo o acquistando massa; il materiale di cui sono composti non è univoco in quanto dipende dal gas da rilevare. Per questa ragione, sebbene i rilevatori abbiano un consumo di energia molto basso, il fatto che reagiscano con il gas da rilevare risulta nella trasformazione/consumo di materiale degli elettrodi, la quale infine si traduce in una variazione di sensibilità che richiede frequenti interventi di ritaratura, che hanno un costo non indifferente.


ELETTROLITA
Interessante è anche la composizione dell'elettrolita: se inizialmente si trattava di una soluzione acquosa, negli ultimi anni è stata sostituita da un elettrolita solido a conduzione ionica. Molti elettroliti solidi, conduttori anionici (F, Cl, O2) o cationici (H, Li, Na, Ag), sono stati studiati per varie applicazioni elettrochimiche grazie alla straordinaria conducibilità ionica in determinati intervalli di temperatura. Questa ricerca è molto rilevante in quanto una grande limitazione del rilevatore di gas è il fatto che temperature inferiori a -15 °C inibiscono l'azione dell'elettrolita.


Sitografia:


STEP #28 - LA SINTESI FINALE

Rilevatore di gas n. 2 prodotto da Hall Telephone Accessories Ltd, Londra, 1939. Immagine [ step #02 ] Il rilevatore di gas è uno strumento ...