Feasibility design of a measurement system for dust monitoring in air ventilation ducts

It is well known that a proper planning of the ducts cleaning has a positive impact on the air quality and also contributes to reduce the operative costs related to the ducts maintenance. The thesis work is focused to develop a measurement method to determine when the cleaning of a ventilation air duct is required. The basic requirement for the method is the ability to identify a deposit of 1 g/m2 with a target of 10% uncertainty in the presence of dust with different particle size and density. Thus, two different solutions have been studied: the first one consists of using a Quartz Crystal Microbalance (QCM). Deposition of particles and compounds on the surface of the quartz crystal causes reduction of its resonant frequency allowing evaluation of the overall deposited mass. The choice of the Quartz Microbalance is justified with the potential low cost of the sensor and the provided stability in time, both necessary features for continuous monitoring. Thus, the main part of the analysis consists on the evaluation of the QCM behavior and the feasibility study of this solution. In parallel, a second solution has been designed exploiting a vibrating system to be mounted on the ventilation duct to measure the powder concentration. The feasibility design of the vibrating system has been performed by means of finite element approach and experimental activity on a mockup of the vibrating system is presented.

La programmazione della pulizia dei condotti ha un impatto positivo sulla qualità dell’aria e contribuisce a ridurre i costi operativi associati alla manutenzione del condotto stesso. Questo lavoro di tesi si concentra sullo sviluppo di un metodo di misura per monitorare la deposizione di polvere ed identificare quando la pulizia di un condotto di areazione sia necessaria. Il requisito base per questo metodo è la capacità di misurare un deposito di 1 g/m2 di polvere con un incertezza del 10% in presenza di polvere con differente granulometria. Pertanto, si sono studiante due soluzioni: la prima consiste nell’uso di una microbilancia a cristalli di quarzo. La deposizione di particelle e composti sulla superficie del cristallo di quarzo causa una riduzione della sua frequenza di risonanza permettendo così la valutazione della massa depositata. La scelta della microbilancia al quarzo è giustificata dal potenziale basso costo del sensore e dalla stabilità fornita nel tempo, entrambi caratteristiche necessarie per un monitoraggio continuo. Pertanto, la parte principale dell’analisi consiste nella valutazione del comportamento della microbilancia a cristalli di quarzo e lo studio di fattibilità nel caso in esame. Parallelamente, si è ideata una seconda soluzione sfruttando un sistema vibrante da integrare sul condotto di areazione. La progettazione di tale sistema è stata effettuata tramite lo sviluppo di modelli ad elementi finiti, accanto ad un’attività sperimentale mirata ad identificare le prestazioni ottenibili.