5 Risultati e discussione
5.4 Test su larga scala
5.4.1 Valutazione dei profili di temperatura a varie distanze dalle antenne
Sono stati valutati, mediante sensori a fibra ottica, gli andamenti della temperatura nel tempo all’interno del sedimento VP contaminato artificialmente con una miscela di isoalcani C11-C14. Gli idrocarburi inquinanti sono stati aggiunti in modo tale da ottenere una precisa concentrazione di questi ultimi. In tabella 5.14 sono mostrate le caratteristiche iniziali del sedimento sottoposto a trattamento RF.
Risultati e discussione
124
Volume sedimento 10,8 m3
Massa sedimento secco 13,4 t
Massa totale sedimento 17,5 t
Massa totale di acqua 3,1 t
Massa totale idrocarburi 72 kg
Concentrazione acqua 17,7% wt
Concentrazione idrocarburi 5 g idrocarburo / kg sedimento secco
Tabella 5.14 Caratteristiche del sedimento sottoposto a trattamento RF
La disposizione delle fibre ottiche rispetto alle tre antenne, la disposizione delle antenne, la profondità alla quale avviene la misurazione e la profondità delle antenne sono mostrate rispettivamente nelle Figure 4.28 e 4.29. Prima dell’inizio dell’esperimento, le tre antenne risuonano nell’intorno di 98.7 MHz in quanto – 40 dB < S11 < - 29 dB pertanto tale valore di frequenza viene scelto per l’avviamento
dell’esperimento. Inizialmente i generatori erogano la massima potenza pertanto, poiché ogni singolo generatore è in grado di erogare 6 kW, la potenza irradiata complessiva è pari a 18 kW. I sensori registrano un valore iniziale di temperatura del sedimento pari a circa 29 °C. In Figura 5.24 sono si riportano gli andamenti della temperatura nel tempo registrati dai sensori di temperatura. il grafico in Figura 5.23 è stato opportunamente selezionato in modo da mettere in evidenza i primi due giorni di trattamento.
Figura 5.23 Andamento della temperatura nel tempo per i primi due giorni di trattamento Dall’osservazione del grafico è immediato notare che, contrariamente a quello che avveniva nei test lab- scale, la fase di riscaldamento tra la temperatura iniziale e i 100 °C non è costante, quindi in tale fase la temperatura non aumenta linearmente nel tempo. Nei test di laboratorio il sedimento si scalda fino a 100 °C pressoché uniformemente, mentre nel test su larga scala praticamente tutta la potenza viene assorbita dalla porzione di sedimento più vicino all’antenna, mentre una piccola aliquota di radiazione viene
Risultati e discussione
trasmessa oltre, comportando un riscaldamento di lieve entità. Infatti, una volta che si raggiungono i 100°C nelle zone più vicine all’antenna, il sedimento inizia a disidratarsi, diventando più trasparente alla radiazione elettromagnetica, fatto che comporta l’assorbimento di energia da parte del sedimento più lontano dall’antenna; in questo modo la velocità di riscaldamento delle zone un po’ più lontane
dall’antenna subisce un’impennata, mentre le zone ancor più lontane continuano a scaldarsi lentamente. Questo fenomeno, avendo una progressiva evoluzione, comporta una diversa entità di riscaldamento della medesima porzione di sedimento, in base al grado di disidratazione raggiunto dalle porzioni di sedimento precedenti e conseguentemente un andamento della temperatura nel tempo non costante. Anche il
fenomeno della conduzione termica contribuisce alla non costanza della velocità di riscaldamento: mentre nei test di laboratorio, poiché il campione si scalda pressoché uniformemente, la conduzione termica è di lieve entità (limitata alla cessione di calore all’aria e quella piccolissima parte attraverso le coibentazioni), nel test su larga scala, una volta che il sedimento si è disidratato, si creano notevoli gradienti di
temperatura che favoriscono un’importante trasmissione di calore per conduzione.
Si può osservare come la temperatura misurata nei pressi delle antenne (T1, T4) raggiunga in poche ore
valori prossimi a 100°C, dopodiché inizia la fase di evaporazione dell’acqua, con la temperatura che rimane per diversi giorni costante vicino a 100°C; durante questa fase, il flusso di vapore che si forma e si muove verso la superficie del sedimento, effettuando un’azione di strippaggio gli inquinanti idrocarburici. Col passare del tempo, anche nelle zone più distanti la temperatura comincia ad aumentare. Come è possibile osservare maggiore è la distanza dalle antenne e minore è la pendenza della curva, quindi la velocità di riscaldamento; dalla disposizione delle sonde rispetto all’antenna si vede che la velocità di riscaldamento maggiore è quella registrata dalle sonde 1 e 4 rispettivamente distanti solamente 260 mm dall’antenna. Inoltre la sovrapponibilità delle due curve conferma l’uniformità del trattamento nelle varie direzioni.
Risultati e discussione
126
È immediato osservare inoltre che, malgrado le sonde 8 e 9 si trovino alla medesima
distanza dall’antenna 1, i profili di temperatura non siano sovrapponibili; infatti la sonda 8 e la sonda 9 inizialmente registrano pressoché la stessa velocità di riscaldamento in quanto nelle prime ore di trattamento la T8 risentirà prevalentemente della radiazione elettromagnetica prodotta dall’antenna 1,
mentre dopo diverse ore di trattamento la radiazione prodotta dall’antenna 3 fa sì che la velocità di riscaldamento registrata dalla sonda 8 sia maggiore di quella registrata dalla sonda 9 visto che la T9
risente praticamente solo della radiazione prodotta dall’antenna 1 e l’incremento di temperatura dato dalle altre antenne è praticamente trascurabile. Ovviamente la sonda 8, che misura la temperatura nel punto più distante dall’antenna, registra nelle prime 24 ore una velocità di riscaldamento pressoché nulla e successivamente un aumento di temperatura molto blando rispetto alle altre curve.
Dopo circa otto giorni in cui la temperatura nelle zone vicine alle antenne resta intorno a 100°C si ha un ulteriore aumento della temperatura oltre tale valore. Questo andamento si spiega col fatto che l’acqua presente in tali zone è stata quasi completamente devolatilizzata, ed il sedimento secco continua ad assorbire energia, pur con minore intensità. È immediato riscontrare un differente comportamento rispetto al test su scala di laboratorio effettuato sul campione VP e questo può essere attributo sostanzialmente a due ragioni:
- operare nel campo delle radiofrequenze piuttosto che nel campo delle microonde implica l’utilizzo di una frequenza molto diversa (2,45 GHz per le microonde e decine di MHz per le radiofrequenze) e le proprietà dielettriche, e quindi l’interazione tra la radiazione
elettromagnetica e il sedimento, sono fortemente influenzate dalla frequenza;
- la temperatura delle antenne ha ormai raggiunto circa 130 °C pertanto anche il calore trasmesso per conduzione contribuisce al riscaldamento del sedimento.
È importante osservare come la T3 per tempi più lunghi assuma un andamento simile alla T4 malgrado una
sostanziale differenza iniziale tra le velocità di riscaldamento; il punto 4 infatti risente principalmente della radiazione prodotta dall’antenna 2 e in misura molto minore della radiazione prodotta dalle altre antenne, invece il punto 3 risente praticamente in egual modo dell’influenza delle antenne 1 e 2 e, malgrado per le prime ore di irradiamento il punto 4 subisca un più rapido riscaldamento, per tempi più lunghi le due temperature tendono ad essere simili.
Quando la temperatura, dopo 8 giorni circa, inizia a superare i 100°C una maggiore quantità dell’energia elettromagnetica disponibile viene trasferita verso le zone più distanti, che a poco a poco raggiungono tutte temperature prossime ai 100°C, e vengono quindi interessate dalla devolatilizzazione e quindi anche allo strippaggio dell’inquinante.
E’ interessante osservare che la temperatura dell’antenna, durante tutti i 16 giorni di irradiamento ad alta potenza, ha raggiunto temperature massime intorno a 140°C, ben al di sotto del livello di guardia per i materiali che la compongono (metalli, PTFE).
Risultati e discussione