Misure e Controlli Ambientali

DEFINIZIONI INTRODUTTIVE

MONITORAGGIO AMBIENTALE

Controllo svolto attraverso la rilevazione e la misurazione nel tempo di determinati parametri bio-fisici caratterizzanti l'ambiente e le dinamiche previste ed effettuate con appropriati valori di riferimento stabiliti, senza l'accertamento delle possibili relazioni fra l'esposizione ambientale e gli effetti dannosi.

Monitorare vuol dire dunque anche Misurare. Le Misure hanno notevoli campi di impiego. Nell'industria, ad esempio, hanno notevoli applicazioni:

• VALUTAZIONE RISORSE IDRICHE E CONTROLLO IDRO-AMBIENTALE DEI TERRITORI (corpi idrici superficiali, e sotterranei, mare,...)
• VALUTAZIONE BILANCIO IDRICO IN UNO SCHEMA ACQUEDOTTISTICO (stima della portata alla fonte, a maggiore e uscita dai serbatoi, ecc...)
• CONTROLLO DI IMPIANTI IDRICI (impianti di sollevamento, depurazione, potabilizzazione, ecc...)
• CONTROLLO DI APPARECCHIATURE E/O OPERE (collettori, tubazioni, pompe, ecc...)
• SPERIMENTAZIONE NEI LABORATORI DI RICERCA (molte relazioni di calcolo sono sperimentate e ricavate da rilievi eseguiti su modelli fisici e/o sul campo perché sono pochi i fenomeni idraulici quantitativamente definiti nella loro impostazione).

Oss: Fenomeno idraulico quantitativamente definito è il Moto Laminare. Meno definito è il Moto Turbolento.

Alla pagina seguente c'è l'approfondimento sui 2 diversi moti e sulle relazioni che li caratterizzano.

Indice di resistenza radice

Indice di resistenza _λ = _Δp/^Rλ

1) J = ^λ√_{2 g Δp/γ} Darcy Weisbach

2) λ = 4 (gradienti di rifornamento)

Da trovare sperimentalmente

2) λ = _R/̄^{Re · 50/for m − t}

Q = ^{32 μ L}/_JD

Q = 128 γ V

J = ^{32 μ}/_V

V = ^{^2}_{D R}

A = D, 2.83 32 V

λ = ^D/̄₆₄λ

λ = ^D/_μ ⁶⁴/₄

Re = 64 λ

R

D = Diametro

δ = Spalterza retificiva

ε = Scabrezza della parete della condotta

Osservazione: Nelle misure è fondamentale conoscere il tipo di grandezza da misurare al fine di poter scegliere l'apparecchio idoneo.

Grandezze analizzate nel "Dominio del Tempo"

GRANDEZZA COSTANTE

È una grandezza STATICA

G può essere una velocità, una pressione, un livello, ecc...

G = G₀

GRANDEZZA VARIABILE A SCATTO

TRA VALORI COSTANTI

• G = G₁ con t < t_d
• G = G₂ con t > t_d

GRANDEZZA VARIABILE NEL TEMPO

GRANDEZZA SINUSOIDALE O COSINUSOIDALE A AMPIEZZA COSTANTE

G(t) = G₀sen(2π/T + φ)

T = periodo G₀ ampiezza

• f = 1/T frequenza
• φ = fase (° o radianti)

GRANDEZZE RANDOM AD ENERGIA FINITA

I fenomeni, per essere "random", in un tempo abbastanza lungo non subiscono variazioni di superfici al di fuori di un dato range a causa di variazioni delle condizioni esterne.

ERRORE ASSOLUTO

e = X_m - X_ev

• Differenza tra valore misurato X_m e valore ritenuto vero X_ev.
• Esso è dimensionale, dunque non è significativo.

ERRORE RELATIVO

e_r = e / X_m

ERRORE RELATIVO PERCENTUALE

e_r% = (e / X_m) · 100 %

Rapporto (percentuale) tra l'errore assoluto e il valore misurato.

È adimensionale e perciò molto significativo.

• Rumore

  È una variazione del segnale non correlata ad altre variabili.

  Individua i disturbi su un segnale misurato senza considerare il misurando quale variabile significativa.

• Misura statica

  Misura per cui il misurando si mantiene costante nel tempo in modo indeffiruto;

  ad ogni misurando il corrisponde un univocamente un valore U.

• Misura dinamica

  Il misurando è variabile nel tempo e dunque lo strumento è adatto in modo sempre diverso.

  Durante la corrispondenza misurando-misurato viene a dipendere dall'evoluzione del segnale nel tempo.

Oss: Come si fa a capire che il processo è gaussiano?

Calcoliamo i momenti del 3^o ordine (devono essere = 0) e del

4^o ordine (devono essere = 3).

Se però N → ∞, una è iterazione grande, allora si può succedere

aumentare che la distribuzione di probabilità degli errori coincide

con quella degli scarti, pero in questo caso si ha

G₁ = _N√― ^N√― S_{N -1} ² / 4/2

GM = ^NG_-4 ^N(N-4)

DEVIAZIONE STANDARD

Oss: La precisione della misura è legata allo scarto, mentre la media

aritmetica approssima il valore _v che è più vicino al valore vero.

Oss: La probabilità che una grandezza misurata cada all'interno di un

intervallo definito dalla media e da un multiplo dello scarto.

• μ_r - G ≤ x ≤ μ_r + G → Probabilità: 68,27%
• -2G ≤ x ≤ 2G → Probabilità: 95,45%
• -3G ≤ x ≤ μ_r + 3G → Probabilità: 99,73%

Ad es. circa il 68% della distribuzione e compreso nell'in-

tervallo centrato su m e di estremi m ± G.

Ovviamente, aumentando il campo di indeterminazione

aumenta l'affidabilità.

RADICE

x = f(a) = √a

ERRORE ASSOLUTO

e_x = ¹/_n a¹/_n - 1 e_a

ERRORE RELATIVO

e_xR = ¹/_n e_aR

QUOZIENTE

x = f(a, b) = a/b

ERRORE ASSOLUTO

e_x = ^{b e_a - a e_b}/_b²

ERRORE RELATIVO

e_xR = e_aR - e_bR

* CAMPIONAMENTO: operazione che consente di estrarre un numero di dati rappresentativi del fenomeno che voglio esaminare.

Funzione di Trasferimento dipendente dalla frequenza della I

Definizione:

K - K₀(t)

• K - K₀ se 0 < f ≤ f_T
• K - 1/f se f_T ≤ f ≤ f_T
• K = 0 se f > f_T

Zona di buona risposta in frequenza

Zona di cattiva risposta in frequenza

Questi sono concetti importanti nella misurazione di grandezze variabili nel tempo, per cui quasi sempre occorre sapere la massima frequenza.

Osservazioni:

• Nel caso 0 < f < f_T si ricade nel caso 2, cioè: non è misurato.
• Indipendenza di k dalla frequenza di I
• Indipendenza di k di grandezze esterne
• Sensibilità non costante

In questo caso l'apparecchio di misura è multifunzione perché k dipende da f e quindi

I = V/k(t)

La somma dei due errori si chiama errore assoluto (σ) definito anche come la differenza tra il valore misurato e quello effettivo, cioè σ = Um - U.

Si definisce anche errore relativo (ε) il rapporto tra l'errore assoluto e il valore misurato. ε = σ / Um.

Tuttavia il concetto di "errore" è debole perché legato al valore vero della misura (impossibile d'accettare). Dunque si preferisce parlare di "valore probabile" e "incertezza della misura".

Misura statica e dinamica

Se la misura è statica allora il misurando è costante nel tempo in modo indefinito: ad ogni misurando I corrisponde un misurato U.

Se invece la misura è dinamica allora il misurando è variabile nel tempo e quindi lo strumento è eccitato in modo sempre diverso. In questo modo, il corrispondente misurato-do misurato viene quindi a dipendere dall’evoluzione dell’eccitante nel tempo, che può essere un aspetto a volte indesiderato (perché interessa conoscere il valore medio nel tempo) e a volte importante (perché interessa conoscere proprio l’evoluzione).

Caratteristica di uno strumento è il legame tra il misurando e il misurato, e generalmente viene espresso in forma analitica mediante una funzione del tipo U = f(I).

Oss: Scelte idonee sono strumenti con caratteristiche favorevoli per la facilità e immediatezza della misura.