Active humidity control in musuem display cases via solid-state polymer electrolytic membranes

Stable environmental climatic conditions are amongst the most important factors in the preservation of museum collections. Indeed, relative humidity generally represents, even more than temperature, the most important parameter to take care of inside a showcase, especially for preventing metals corrosion or mould growth on metals, as well as shearings and deformations in organic material such as paintings. In this work, the closed loop regulation of the relative humidity inside an airtight museum display case will be tackled. Different methods have been considered in literature to perform such regulation. This thesis aims to employ two innovative solid-state polymer electrolyte membranes as actuators of the controlled system, manufactured by Rosahl. The dynamic behavior of the membranes, alongside with the display case environment, will be analyzed in detail, in order to accurately model the system for control design. The validation of the proposed controlled system is then assessed through dedicated experimantal testing on a prototype case. Finally, the design of a HUB board architecture for the automatic control of the main aspects related to art conservation is addressed, and the main features of the board are estabilished.

Mantenere condizioni climatiche stabili e vicine ai valori di riferimento, è uno dei requisiti fondamentali nell'ambito della conservazione dei beni museali. L'umidità relativa infatti rappresenta, insieme alla temperatura, il più importante parametro da monitorare all'interno di una vetrina da esposizione. Variazioni significative di umidità rispetto ai valori richiesti, o fluttuazioni repentine, posso comportare gravi danni alle opere d'arte, come la corrosione dei metalli o tagli e deformazioni nelle tele dei dipinti. Questo lavoro si pone l'obbiettivo di regolare, con un controllore ad anello chiuso, l'umidità relativa all'interno di installazioni per collezioni museali. Sebbene tale problematica di controllo sia già stata affrontata in passato, la peculiarità del progetto risiede nell'utilizzo di innovative membrane elettrolitiche con polimero a stato solido, prodotte da Rosahl. Il prototipo di sistema composto da membrana e vetrina presente in laboratorio verrà analizzato nel dettaglio, andando a modellizare il suo comportamento statico e dinamico attraverso prove sperimentali. La stabilità e le prestazioni del sistema di controllo verranno successivamente testate sulla vetrina sperimentale. Infine, dopo aver progettato dei principi di controllo sui principali fattori di rischio che contrastano la preservazione delle opere d'arte, è stata definita l'achitettura di una scheda elettronica che dovrà governare l'insieme dei dispositivi e delle connessioni per il controllo non solo del clima, ma di tutti gli aspetti legati alla conservazione di beni culturali.