L’idrogeno: una fonte di speranza

L’idrogeno: una fonte di speranza

.   Trasmettitori di pressione con diaframmi in acciaio inossidabile placcati in oro per la misurazione della pressione di gas speciali come l’idrogeno.

Molti esperti considerano l’idrogeno come il sostituto ideale del carbone e del petrolio; e del gas naturale nell’industria e nel trasporto, poiché non lascia praticamente nessun gas di scarico quando viene bruciato. In quanto elemento versatile è già utilizzato con successo in varie industrie.
Con l’idrogeno, la transizione energetica si basa su un nuovo pilastro, oltre alle energie rinnovabili e all’efficienza energetica. L’idrogeno prodotto da energie rinnovabili è un vettore energetico sostenibile, flessibile e facilmente trasportabile. Oltre agli attuali programmi di sostegno del governo tedesco, si stanno investendo sette miliardi di euro per stabilire l’idrogeno nel mercato, inoltre altri due miliardi di euro sono stati stanziati per i partenariati internazionali. L’attenzione si concentra sul cosiddetto idrogeno “verde”, che è prodotto esclusivamente da energie rinnovabili. Solo attraverso l’idrogeno verde è possibile ridurre le emissioni di CO2 utilizzando fonti di energia a basso contenuto di carbonio. In Europa, 9,8 milioni di tonnellate di idrogeno sono attualmente prodotte ogni anno, utilizzando principalmente combustibili fossili. La Commissione europea ha quindi fissato l’obiettivo di aumentare la produzione di idrogeno verde a un milione di tonnellate all’anno entro il 2024, e a dieci milioni di tonnellate entro il 2030.

Il processo di produzione dell’idrogeno

L’idrogeno esiste in natura in forma combinata ma non è facile da produrre. Per essere utilizzato come gas, la combinazione di idrogeno e ossigeno deve essere divisa. Ma questo processo di elettrolisi, che separa chimicamente l’idrogeno e l’ossigeno, richiede molta energia. Se si usa elettricità proveniente da impianti solari o eolici, si parla di idrogeno verde. Se proviene da combustibili fossili, si chiama idrogeno grigio.
L’idrogeno è già utilizzato su larga scala dall’industria. In questo caso, però, non viene utilizzato come vettore energetico, ma principalmente nella chimica industriale e petrolchimica nei processi di produzione stechiologica. L’idrogeno usato in queste applicazioni è principalmente l’idrogeno grigio, che viene prodotto da processi di elettrolisi o per lo più come sottoprodotto, per esempio nelle raffinerie.

Sensori di pressione per l’idrogeno: di cosa bisogna tener conto?
Indipendentemente dal modo in cui l’idrogeno viene prodotto e utilizzato, la gestione di questo elemento è molto esigente in termini di soluzioni tecniche. Soprattutto, lavorare con l’idrogeno allo stato gassoso è una sfida. L’idrogeno è l’elemento con la densità più bassa e il raggio atomico più piccolo. Questo crea un problema fondamentale nel trattamento di questo gas: il suo tasso di permeazione estremamente elevato. I materiali metallici sono permeabili all’idrogeno, il che ha un effetto negativo, per esempio, sull’uso dei trasduttori di pressione. Questi trasduttori sono costituiti da un alloggiamento pieno d’olio e da un diaframma d’acciaio spesso solo pochi micrometri. Se l’idrogeno si diffonde attraverso questo diaframma e si accumula nel trasduttore, il trasduttore sarà danneggiato o addirittura se esposto a lungo termine, distrutto. Nel caso peggiore, l’idrogeno può persino penetrare l’intero trasduttore, creando un rischio di esplosione acuta.
“Anche raddoppiando lo spessore della membrana si ottiene, nel migliore dei casi, un raddoppio del tempo di diffusione”, dice il nostro esperto, fondatore della STS Sensor Technik AG.
“Tuttavia, a contatto con l’idrogeno, il rivestimento in oro dei diaframmi in acciaio inossidabile dei nostri trasmettitori di pressione ci permette di aumentare il tempo fino al raggiungimento di un volume critico di idrogeno nel trasduttore di un fattore da 10 a 100. Con questo metodo, aumentiamo significativamente la sicurezza e la durata del sensore”. La ragione di questo effetto è la permeabilità 10’000 volte inferiore dell’oro rispetto all’acciaio inossidabile.

Rivestimento in oro della membrana – La piccola differenza
STS sviluppa, produce e vende soluzioni specifiche per le applicazioni nel campo della tecnologia di misurazione della pressione – dalla produzione alla calibrazione dei sensori e all’ispezione finale del prodotto finito. Queste applicazioni vanno dalla costruzione di macchine, alle applicazioni marine, alle applicazioni del gas, alle applicazioni mediche/farmaceutiche e alle applicazioni dell’idrogeno. Questi ultimi rappresentano una sfida particolare. Gli atomi di idrogeno sono estremamente piccoli e, a causa di questa proprietà, possono anche penetrare nei materiali solidi. Questo processo è chiamato permeazione. Con il tempo, i trasmettitori di pressione diventano inutilizzabili a causa di questo processo. STS utilizza diaframmi in acciaio inossidabile placcati in oro per le applicazioni con l’idrogeno e quindi ottimizza notevolmente la loro durata di vita.

Come funziona?

La permeabilità dell’oro è circa 10.000 volte inferiore a quella dell’acciaio inossidabile. Con un rivestimento d’oro di 1μm su un diaframma d’acciaio di 50 μm, la permeazione dell’idrogeno può essere ridotta più efficacemente che raddoppiando lo spessore del diaframma d’acciaio a 100 μm. Nel primo caso, il tempo necessario per raggiungere un volume critico di gas idrogeno accumulato all’interno del sensore di pressione, può essere aumentato di un fattore da 10 a 100, nel secondo caso solo di un fattore due. Il prerequisito per questo è un sistema completamente chiuso e una doratura impeccabile.
Il trasmettitore di pressione piezoresistivo ATM.1ST è ideale per queste applicazioni di misurazione della pressione statica e dinamica.
I suoi campi di misura sono da 0 … 50mbar a 0 … 1000 bar, precisioni fino a 0.05%FS, isteresi e ripetibilità sono migliori di 0.01%.
Grazie al suo design modulare, il trasmettitore di pressione ATM.1ST può essere adattato individualmente a molte applicazioni.

ITER Reattore sperimentale termonucleare internazionale per la fusione nucleare

ITER Reattore sperimentale termonucleare internazionale per la fusione nucleare

Cos’è ITER?

ITER (“La Via” in latino) è uno dei progetti energetici più ambiziosi del mondo attuale.

Nel sud della Francia, 35 nazioni* stanno collaborando per costruire il più grande tokamak del mondo, un dispositivo di fusione magnetica che è stato progettato per dimostrare la fattibilità della fusione come fonte di energia su larga scala e senza carbonio, basata sullo stesso principio che alimenta il nostro Sole e le stelle. I membri di ITER – Cina, Unione Europea, India, Giappone, Corea, Russia e Stati Uniti – sono ora impegnati in una collaborazione di 35 anni per costruire e far funzionare il dispositivo sperimentale ITER, e insieme portare la fusione al punto in cui può essere progettato un reattore a fusione dimostrativo.

ITER sarà il primo dispositivo di fusione a produrre energia netta. ITER sarà il primo dispositivo di fusione a mantenere la fusione per lunghi periodi di tempo. E ITER sarà il primo dispositivo a fusione a testare le tecnologie integrate, i materiali e i regimi fisici necessari per la produzione commerciale di elettricità basata sulla fusione.

COSA FARÀ ITER?

1) Produrre 500 MW di potenza di fusione
Il record mondiale di potenza di fusione è detenuto dal tokamak europeo JET. Nel 1997, JET ha prodotto 16 MW di potenza di fusione da una potenza totale di riscaldamento in ingresso di 24 MW (Q=0,67). ITER è progettato per produrre un ritorno di energia di dieci volte (Q=10), o 500 MW di potenza di fusione da 50 MW di potenza di riscaldamento in ingresso. ITER non catturerà l’energia che produce come elettricità, ma – essendo il primo di tutti gli esperimenti di fusione nella storia a produrre un guadagno netto di energia – preparerà la strada alla macchina che potrà farlo.

2) Ottenere un plasma di deuterio-trizio in cui la reazione è sostenuta dal riscaldamento interno
La ricerca sulla fusione oggi è alle soglie dell’esplorazione di un “plasma che brucia” – uno in cui il calore della reazione di fusione è confinato all’interno del plasma in modo abbastanza efficiente da sostenere la reazione per una lunga durata. Gli scienziati sono sicuri che i plasmi in ITER non solo produrranno molta più energia di fusione, ma rimarranno stabili per periodi di tempo più lunghi.

3) Testare la riproduzione del trizio
Una delle missioni per le fasi successive del funzionamento di ITER è quella di dimostrare la fattibilità della produzione di trizio all’interno del contenitore a vuoto. La fornitura mondiale di trizio (usato con il deuterio per alimentare la reazione di fusione) non è sufficiente a coprire i bisogni delle future centrali elettriche. ITER fornirà un’opportunità unica di testare dei modelli di coperte per la produzione di trizio all’interno del contenitore in un ambiente di fusione reale.

CHE COS’È LA FUSIONE?

La fusione è la fonte di energia del Sole e delle stelle. Nell’enorme calore e gravità al centro di questi corpi stellari, i nuclei di idrogeno si scontrano, si fondono in atomi di elio più pesanti e rilasciano enormi quantità di energia nel processo.

La scienza della fusione del ventesimo secolo ha identificato la reazione di fusione più efficiente in laboratorio nella reazione tra due isotopi di idrogeno, il deuterio (D) e il trizio (T). La reazione di fusione DT produce il più alto guadagno di energia alle temperature più “basse”.

Tre condizioni devono essere soddisfatte per ottenere la fusione in un laboratorio: una temperatura molto alta (dell’ordine di 150.000.000° Celsius); una densità sufficiente di particelle di plasma (per aumentare la probabilità che si verifichino delle collisioni); e un tempo di confinamento sufficiente (per mantenere il plasma, che ha una propensione ad espandersi, all’interno di un volume definito).

A temperature estreme, gli elettroni sono separati dai nuclei e un gas diventa un plasma, spesso indicato come il quarto stato della materia. I plasmi di fusione forniscono l’ambiente in cui gli elementi leggeri possono fondersi e produrre energia.

In un dispositivo tokamak, potenti campi magnetici sono usati per confinare e controllare il plasma.

 

COS’È UN TOKAMAK?

Visualizzazione per gentile concessione di Jamison Daniel, Oak Ridge Leadership Computing Facility

Le centrali elettriche oggi si basano o sui combustibili fossili, sulla fissione nucleare o su fonti rinnovabili come il vento o l’acqua. Qualunque sia la fonte di energia, le centrali generano elettricità convertendo la potenza meccanica, come la rotazione di una turbina, in energia elettrica. In una centrale a vapore alimentata a carbone, la combustione del carbone trasforma l’acqua in vapore e il vapore a sua volta aziona i generatori a turbina per produrre elettricità.

Il tokamak è una macchina sperimentale progettata per sfruttare l’energia della fusione. All’interno di un tokamak, l’energia prodotta attraverso la fusione degli atomi viene assorbita come calore nelle pareti del contenitore. Proprio come una centrale elettrica convenzionale, una centrale a fusione userà questo calore per produrre vapore e poi elettricità per mezzo di turbine e generatori.

Il cuore di un tokamak è la sua camera a vuoto a forma di ciambella. All’interno, sotto l’influenza di calore e pressione estremi, l’idrogeno gassoso si trasforma in un plasma – il vero ambiente in cui gli atomi di idrogeno possono essere portati a fondersi e produrre energia. Le particelle cariche del plasma possono essere modellate e controllate dalle massicce bobine magnetiche poste intorno al recipiente; i fisici usano questa importante proprietà per confinare il plasma caldo lontano dalle pareti del recipiente. Il termine “tokamak” ci viene da un acronimo russo che sta per “camera toroidale con bobine magnetiche”.

Sviluppato per la prima volta dalla ricerca sovietica alla fine degli anni ’60, il tokamak è stato adottato in tutto il mondo come la configurazione più promettente del dispositivo di fusione magnetica. ITER sarà il più grande tokamak del mondo, due volte più grande della più grande macchina attualmente in funzione, con un volume della camera di plasma dieci volte superiore.

 

QUANDO INIZIERANNO GLI ESPERIMENTI?

Il primo plasma di ITER è previsto per il dicembre 2025.

Sarà la prima volta che la macchina verrà accesa e il primo atto del programma operativo pluridecennale di ITER.
Guarda i lavori preparatori di questo enorme progetto su YouTube

 

Timeline di ITER

Dic 2025                    Primo plasma

2025-2035                 Ramp-up progressivo della macchina

2035                           Inizia l’operazione deuterio-trizio

Ti invitiamo a esplorare il sito web di ITER per ulteriori informazioni sulla scienza di ITER, la collaborazione internazionale di ITER e il progetto di costruzione su larga scala che è in corso a Saint Paul-lez-Durance, nel sud della Francia.

 

STS fornisce sensori di pressione ad alta precisione per questa applicazione specifica.

CTD (conducibilità, temperatura, profondità)

CTD (conducibilità, temperatura, profondità)

Un CTD – un acronimo per conducibilità, temperatura e profondità – è lo strumento principale utilizzato per determinare le proprietà fisiche essenziali dell’acqua marina. Fornisce agli scienziati una rappresentazione accurata e completa della distribuzione e della variazione della temperatura dell’acqua, della salinità e della densità per capire come gli oceani influenzano la vita.

Come funziona.

Il CTD a bordo consiste in una serie di piccole sonde attaccate a una grande ruota di metallo a rosetta. La rosetta viene affondata sul fondo del mare tramite un cavo, e gli scienziati monitorano le proprietà dell’acqua in tempo reale tramite un cavo dati che collega il CTD a un computer sulla nave. Un dispositivo telecomandato permette di chiudere selettivamente le bottiglie d’acqua durante la risalita dello strumento. Un CTD standard impiega dalle due alle cinque ore per raccogliere una serie completa di dati, a seconda della profondità dell’acqua. I campioni d’acqua sono spesso raccolti a profondità specifiche in modo che gli scienziati possano conoscere le proprietà fisiche della colonna d’acqua in quel particolare luogo e momento.

Piccoli sensori CTD a bassa potenza sono utilizzati anche in strumenti autonomi:

Un profiler ormeggiato effettua misurazioni ripetute delle correnti oceaniche e delle proprietà dell’acqua su e giù attraverso quasi tutta la colonna d’acqua, anche in acque molto profonde. Gli strumenti di base che trasporta sono un CTD per la temperatura e la salinità e un ACM (misuratore acustico di corrente) per misurare le correnti, ma altri strumenti possono essere aggiunti, compresi i sensori bio-ottici e chimici.

Gli Spray Gliders vagano nell’oceano in modo indipendente, eseguendo rotte pre-programmate ed emergendo occasionalmente per trasmettere i dati raccolti e accettare nuovi comandi. Mentre navigano orizzontalmente attraverso l’oceano, le vesciche interne controllano la loro galleggiabilità, permettendo loro di navigare su e giù attraverso la colonna d’acqua come le balene e altri animali marini.

I galleggianti sono robot galleggianti che prendono profili o serie verticali di misure (ad esempio, temperatura e salinità) negli oceani.

I veicoli subacquei autonomi (AUV) sono veicoli robotici programmabili che, a seconda del loro design, possono andare alla deriva, guidare o scivolare attraverso l’oceano senza controllo in tempo reale da parte di operatori umani. Alcuni AUV comunicano con gli operatori periodicamente o continuamente attraverso segnali satellitari o segnalatori acustici subacquei per consentire un certo livello di controllo.

Quali piattaforme sono necessarie?
Una varietà di altri accessori e strumenti possono essere inclusi nel pacchetto CTD. Questi includono bottiglie Niskin che raccolgono campioni d’acqua a varie profondità per misurare le proprietà chimiche, profilatori acustici di corrente Doppler (ADCP) che misurano la velocità orizzontale, e sensori di ossigeno che misurano i livelli di ossigeno disciolto nell’acqua.

Caratteristiche dei sensori del CTD

  • Resistente all’acqua salata
  • Alta precisione
  • Leggero
  • Basso consumo energetico
  • Può essere utilizzato a profondità fino a diverse migliaia di metri

Commenti:
I piccoli sensori CTD a bassa potenza utilizzati su strumenti autonomi come i profilatori della colonna d’acqua, gli alianti spray, i galleggianti e gli AUV sono più complessi da utilizzare. La limitazione principale è la necessità di calibrare i singoli sensori. Questo è particolarmente vero per gli strumenti autonomi che sono schierati per lunghi periodi di tempo. (I CTD delle navi fanno riferimento ai dati dei campioni d’acqua, che generalmente non sono disponibili per gli strumenti autonomi). Pertanto, i sensori devono essere stabili per il periodo di dispiegamento, o si devono fare ipotesi sulle proprietà dell’acqua di mare e fare riferimento ai dati. Le proprietà delle acque profonde sono in genere molto stabili, quindi i dati dei sensori autonomi sono abbinati alle proprietà storiche dell’acqua in profondità.
STS fornisce celle di pressione ad alta precisione per questa applicazione specifica.

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Effetto dell’idrogeno sui trasduttori piezo (bio fouling)

Effetto dell’idrogeno sui trasduttori piezo (bio fouling)

BIOFOULING

Il biofouling o fouling biologico è l’accumulo di microrganismi, piante, alghe o animali su superfici bagnate, dispositivi come prese d’acqua, tubature, griglie, vasche e naturalmente sugli strumenti di misura, causando la degradazione dello scopo primario di questi elementi.

ANTIFOULING

L’antivegetativa è il processo di rimozione o prevenzione di questi accumuli. Esistono diverse soluzioni per ridurre/prevenire i processi di fouling sugli scafi delle navi e nei serbatoi di acqua marina o salmastra.

Rivestimenti tossici speciali che uccidono gli organismi biofouling; con la nuova direttiva UE sui biocidi molti rivestimenti sono stati vietati per motivi di sicurezza ambientale.

  • Rivestimenti antiaderenti non tossici che impediscono l’attaccamento dei microrganismi sulle superfici. Questi rivestimenti sono di solito basati su polimeri organici. Si basano su un basso attrito e su basse energie di superficie.
  • Antivegetativa a ultrasuoni. I trasduttori a ultrasuoni possono essere montati all’interno o intorno allo scafo su barche di piccole e medie dimensioni. I sistemi sono basati su una tecnologia collaudata per controllare le fioriture di alghe.
  • Irradiazione laser pulsata. La tecnologia degli impulsi al plasma è efficace contro le cozze zebrate e funziona stordendo o uccidendo gli organismi con una durata di microsecondi, energizzando l’acqua con impulsi ad alta tensione.
  • Antifouling tramite elettrolisi
  • Gli organismi non possono sopravvivere in un ambiente con ioni di rame.
  • Gli ioni di rame si formano per elettrolisi con un anodo di rame.
  • Nella maggior parte dei casi, l’alloggiamento del serbatoio o lo scafo della nave serve da catodo.
  • Un anodo di rame installato nella configurazione genera un’elettrolisi tra l’anodo e il catodo.

L’elettrolisi può apparire a causa di sistemi di trattamento dell’acqua di zavorra (elettrolisi e sistemi UV), processi di corrosione o differenze di potenziale elettrico tra diversi materiali.

EFFETTO DELL’ELETTROLISI SUL TRASDUTTORE PIEZORESISTIVO

  • Un risultato dell’elettrolisi sono ioni idrogeno positivi
  • A causa della loro polarizzazione, gli ioni di idrogeno si muovono verso il catodo (alloggiamento del serbatoio o scafo della nave) dove è installato il trasduttore.
  • In caso di contatto diretto tra serbatoio e trasduttore, gli ioni di idrogeno permeano attraverso la componente più sottile dell’anodo, che è il diaframma del trasduttore.
  • Dopo la permeazione degli ioni di idrogeno attraverso il diaframma, gli ioni di idrogeno afferrano un elettrone e si trasformano in idrogeno molecolare (H2). L’idrogeno si accumula nel fluido di riempimento del trasduttore.
  • Se questo effetto dura per un periodo più lungo, la concentrazione di idrogeno nel fluido di riempimento aumenterà e il diaframma si gonfierà. di conseguenza, il sensore va alla deriva ed emette un valore errato.

RISULTATI

I trasduttori di pressione in acciaio inossidabile in servizio per 2-3 anni nelle cisterne di zavorra delle navi sono stati analizzati e la ricerca ha dato i seguenti risultati:

La formazione di depositi sulle membrane di acciaio inossidabile non può essere impedita nella pratica. Finché i processi di corrosione possono avere luogo sulla membrana in condizioni anaerobiche, la formazione di idrogeno e la sua penetrazione nel sensore devono sempre essere previste.

Per questo motivo, in tali condizioni, la membrana dovrebbe essere fatta di un materiale più resistente alla corrosione come il titanio.

La corrosione delle fessure si verifica su parti metalliche in presenza di un mezzo corrosivo in fessure strette e non sigillate come le sovrapposizioni e nelle saldature non passanti. La forza motrice è la differenza di concentrazione tra il mezzo nella lacuna e l’area esterna alla lacuna, che è causata dalla diffusione inibita dei reagenti nella lacuna. La differenza di potenziale associata alla differenza di concentrazione porta alla corrosione elettrochimica nella lacuna (tipo idrogeno) o nelle sue immediate vicinanze (tipo ossigeno).

Per questo motivo, la membrana deve essere saldata all’alloggiamento.

RACCOMANDAZIONE

In base a questi risultati, la STS Sensor Technik Sirnach AG utilizza con successo da oltre 10 anni sensori piezoresistivi senza elastomeri con custodia e membrana in titanio per applicazioni in acque marine, salmastre e di mare.

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Progetto di ricerca DeichSCHUTZ per la protezione delle dighe: misurazioni attendibili per fiumi asciutti

Progetto di ricerca DeichSCHUTZ per la protezione delle dighe: misurazioni attendibili per fiumi asciutti

Quando si verificano delle forti inondazioni le speranze delle persone interessate sono rivolte alle dighe: se reggeranno o meno. Una rottura delle dighe come quella verificatasi durante l’alluvione del 2013 a Fischbeck (Sassonia-Anhalt) ha causato enormi danni nelle zone interne del paese che ancora oggi persistono. DeichSCHUTZ, il progetto di ricerca in corso presso l’Università di Brema, si occupa di un innovativo sistema di protezione delle dighe che potrebbe evitare cedimenti di questo genere.

Nella sola Germania, le dighe proteggono le aree vicine ai fiumi per migliaia di chilometri. Secondo l’attuale livello tecnologico le dighe vengono costruite con tre zone. Le singole zone vengono costantemente realizzate con crescente permeabilità dal lato dell’acqua verso il lato a contatto con il terreno, offrendo in questo modo un buon drenaggio del corpo della diga durante un evento alluvionale. Tuttavia, in Germania ci sono ancora tante dighe vecchie realizzate con struttura omogenea, come la diga di Fischbeck che ha ceduto nel giugno del 2013 con l’esondazione dell’Elba. A differenza delle dighe a 3 zone, le dighe costruite con il vecchio sistema sono particolarmente cedevoli nel caso di piene di lunga durata. S’infiltra l’acqua negli argini e il livello freatico continua ad aumentare nel corpo della diga con il perdurare del ristagno dell’acqua. Più il livello freatico cresce, più materiale del letto del fiume si trova sotto carico. In questo modo la diga perde il peso necessario a contrastare la pressione dell’acqua. 

La stabilizzazione di una diga a rischio cedimento richiede un dispendio di materiali e di personale enorme, richiede inoltre tempo, cosa che manca in caso di inondazioni.Sono pertanto necessarie procedure di sicurezza efficaci in termini di impiego di personale, materiali e tempo, come l’impiego di sacchi di sabbia ai lati interni della diga. 

Innovativo sistema mobile di protezione delle dighe

Christopher Massolle dell’istituto di ingegneria idraulica dell’Hochschule di Brema ha sviluppato una soluzione in grado di ridurre significativamente l’impiego di tempo e di persone. Con il progetto di ricerca DeichSCHUTZ promosso dal Ministero federale tedesco per l’Istruzione e la Ricerca (BMBF) stanno lavorando ad un innovativo sistema mobile di protezione delle dighe per stabilizzare le dighe durante eventi alluvionali. In questo progetto viene impiegata anche la tecnica di misurazione della STS. 

Per collaudare il sistema mobile di protezione delle dighe è stata costruita una diga di prova nell’area della scuola tecnicaTHW a Hoya (Bassa Sassonia). È stato realizzato un bacino a forma di U con una capacità di 550 metri cubi di acqua,alla cui fine si trova una diga:

Come si può vedere dal video, sul lato sinistro della diga sono stati inseriti diversi tubi. In questi tubi si trovano sonde di livello di precisione ATM/N della STS. Nel progetto sperimentale il bacino è stato riempito con acque sotterranee. In condizioni realistiche l’acqua sale ad un’altezza di 3 metri entro 30 ore. Durante questo intervallo di tempo le sonde di livello ATM/N misurano l’evoluzione del livello freatico. Grazie ad un campo di misura della pressione da 1 a 250 mH2O su un errore totale di ≤ ± 0.30%FS (-5 fino a 50°C) il tutto avviene con una precisione al centimetro. Una volta che il livello freatico non aumenta ulteriormente, sull’argine sul lato dell’acqua viene installato il sistema mobile di protezione delle dighe per impedire un’ulteriore penetrazione delle acque freatiche. Il corpo della diga continua a prosciugarsi e l’entità della conseguente modifica della falda freatica viene misurata con le sonde di livello impiegate. Con i risultati delle misurazioni ottenuti è dunque possibile controllare la funzionalità del sistema di protezione.

Utilizzo della geomorfometria per le analisi idro-geomorfologiche in un bacino di ricerca del Mediterraneo

Utilizzo della geomorfometria per le analisi idro-geomorfologiche in un bacino di ricerca del Mediterraneo

Sommario

Lo scopo di questo articolo è applicare una procedura geomorfometrica object-based per definire le aree che contribuiscono al deflusso delle acque e sostenere un’analisi idro-geomorfologica su un bacino di ricerca di 3-km2 del Mediterraneo (Italia meridionale).

Con un’attività di monitoraggio durata tre anni sono stati raccolti e registrati dati sulla portata e sulla conducibilità elettrica su base quotidiana e sub-oraria. Le analisi chimografiche sui della Hydro 10 hanno rivelato una forte risposta idrologia stagionale nel bacino, diversa da quella dei temporali che si verificano nei periodi di piogge e di siccità. Queste analisi ci hanno permesso di definire i segni idro-chimografici distintivi legati ad un aumento della portata delle inondazioni, cosa che coinvolge progressivamente vari componenti di deflusso (flusso di base, flusso sommerso e flusso superficiale) e una crescente area che contribuisce al deflusso. Indagini sul campo e misurazioni della falda acquifera/del deflusso delle acque effettuate durante un evento temporalesco selezionato ci hanno permesso di identificare e mappare 15 specifiche aree fonte di deflusso con unità geomorfologiche omogenee, precedentemente definite come tipi idro-geomorfi (punti di primavera, infiltrazioni diffuse lungo il canale principale, infiltrazioni lungo i corridoi ripariali, deflusso diffuso dai versanti ed estrazione concentrata dalle cavità colluviali). Seguendo le procedure precedentemente proposte e utilizzate dagli autori per eseguire una mappatura geomorfologica object-based, sono state effettuate una segmentazione idro-geomorfologicamente orientata ed una classificazione con un pacchetto eCognition (Trimble, Inc). La migliore concordanza con la mappatura geomorfologica expert-based è stata ottenuta con profilo ponderato e somma di curvatura piana di 20 ad intervalli di diverse dimensioni. Unendo l’analisi-idrochimica e la mappatura degli idro-geomorfotipi object-based, la variabilità delle aree di contribuzione è stata modellata graficamente per l’evento selezionato verificatosi durante la stagione di piogge, utilizzando i valori di registro sull’accumulazione del flusso che meglio si adattano alle aree di contribuzione. I risultati ci hanno permesso di indentificare il componente di deflusso sull’idro-chimografo per ogni passaggio di tempo e di calcolare un contributo di deflusso specifico da ogni idro-geomorfotipo. Potrebbe essere utile applicare questo tipo di approccio ai 25 bacini simili dell’Ecoregione Mediterraneo costituiti da zone dominate da piogge, zone con foreste e zone non carsiche.

Leggi l’intera ricerca di studio

Source: Domenico Guida1, Albina Cuomo (1), Vincenzo Palmieri (2)
(1) Department of Civil Engineering, University of Salerno, Fisciano, 84084, Italy
(2) ARCADIS, Agency for Soil Defense of the Campania Region, 5 Naples, Italy

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