Progettazione e realizzazione di un sensore ottico per l’analisi di acque reflue

Il lavoro svolto e illustrato in questa tesi è stato realizzato in collaborazione tra l'Università Politecnica delle Marche e la University of Western Ontario, con l'obiettivo di analizzare e confermare l'idea proposta dal professore di ricerca aggiunto Domenico Santoro nell'ambito del monitoraggio delle acque reflue. L'obiettivo principale del progetto è stato quello di valutare un metodo non convenzionale per testare la qualità dell'acqua, in particolare delle acque reflue. La creazione di un nuovo sensore, a basso costo, che permetta di valutare le anomalie e le variazioni delle caratteristiche qualitative dell'acqua basandosi sull'utilizzo di una telecamera industriale USB e di una sorgente luminosa costituita da diversi LED con varie lunghezze d'onda. La tesi risulta strutturata in diversi capitoli che affrontano lo stato dell’arte, i materiali e metodi adottati, i risultati ottenuti dai vari test effettuati con la strumentazione con i dovuti confronti e analisi e infine i possibili sviluppi futuri dell’idea e del lavoro realizzato. Nel capitolo che va a descrivere lo stato dell’arte si introduce l’oggetto delle analisi: le acque reflue. Queste vengono descritte per la loro composizione che le va a differenziare in diverse tipologie e diversi trattamenti necessari prima di poter essere immesse nuovamente nell’ambiente senza causare danni. Successivamente vengono introdotti diversi sensori che vengono utilizzati nel settore e in particolar modo si approfondisce la tematica di sensori legati alla torbidità delle acque; viene fatta una sintesi dei diversi sensori attualmente utilizzati con un paragone tra i metodi esistenti e quello realizzato per questo lavoro, andando a sottolineare le problematiche attuali e i possibili vantaggi del metodo introdotto. Infine, viene fatta una descrizione introduttiva sui sensori utilizzati dalla camera e sulle differenti proprietà della luce che risultano essere d’interesse in questo particolare ambito applicativo. Nel capitolo, Materiali e Metodi viene fatta una panoramica sul sistema realizzato a partire dalla modellazione 3D alla realizzazione del sistema di alimentazione e raffreddamento. Nel dettaglio si vanno a mostrare la camera e la lente scelta con le loro caratteristiche tecniche, insieme alle luci LED utilizzate con le diverse lunghezze d’onda e proprietà. Affianco a ciò si va a descrivere il procedimento e i metodi utilizzati per calibrare il modello: la camera, con i diversi parametri, LED con l’intensità luminosa il tutto attraverso diversi test volti a determinare parametri che facessero in modo di non saturare i valori dei pixel della camera. Engineering Department Master’s Degree Course in Computer and Automation Engineering I risultati ottenuti dai diversi test sono riportati nel capitolo 4. In particolare, si fa riferimento a dei test che hanno avuto lo scopo di validare il modello andando a confrontare i risultati ottenuti da quest’ultimo con due strumenti dell’azienda Hach: un turbidimetro e uno spettrometro. I test sono stati realizzati su campioni di refluo secondario presi ogni ora per 4 giorni consecutivi dall’impianto di depurazione di Hilderton. Dunque, al termine del capitolo vengono fatte le dovute considerazioni sui risultati ottenuti sul confronto dei dati raccolti. In ultima analisi vengono proposti diversi sviluppi a cui questo sistema può andare incontro e delle diverse applicazioni alle quali, un sistema low cost come quello realizzato, può risultare utile e fornire un vantaggio sull’attuale stato dell’arte.