M. Crecchi Introduzione
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INTRODUZIONE
Il presente documento ha lo scopo di presentare un metodo ecologico per la disinfestazione di oggetti d’arte o di antiquariato costituiti da materiali attaccabili da muffe o insetti parassiti di vario genere. Ciò è stato ottenuto applicando principi dell’elettromagnetismo e dell’ipertermia.
Molti oggetti in legno, carta, stoffa di interesse storico-artistico subiscono danni rilevanti, quasi sempre irreversibili, a seguito dell’attacco da parte di svariate tipologie di infestanti biologici.
Nella conservazione e recupero dei suddetti manufatti, la necessità di intervenire efficacemente con validi trattamenti di disinfestazione si propone quotidianamente in misura sempre maggiore. Attualmente le tecnologie utilizzate nella disinfestazione delle opere d’arte comportano grossi limiti legati ai tempi di trattamento eccessivamente lunghi, alla possibilità di danneggiamento degli oggetti trattati e soprattutto a gravi rischi di inquinamento ambientale e per la salute degli operatori. Nella maggior parte dei casi si ricorre alla fumigazione, ossia all’utilizzazione di biocidi gassosi estremamente tossici ed inquinanti, quali:
¾ Bromuro di metile;
¾ Ossido di etilene;
¾ Aldeide formica.
Accanto alla fumigazione, attualmente viene fatto ricorso anche ai trattamenti anossici in atmosfera controllata, basati sull’uso di miscele di anidride carbonica e gas inerti (azoto, argon ed elio) che pur non essendo altamente tossici, possono interagire con i materiali trattati; tali trattamenti richiedono lunghissimi tempi di esposizione (tra i sette ed i trenta giorni), ed elevati costi di approvvigionamento dei gas. Ulteriori tecnologie alternative ai metodi chimici e anossici sono quelle che si avvalgono dell’uso di mezzi fisici (raggi UV, alte e basse temperature), le cui applicazioni vengono tuttora condotte in via sperimentale, rivelandosi di scarsa praticità e validità [1]. Nell’ambito della disinfestazione, risulta quindi necessario far riferimento a tecnologie innovative che abbiano costi di gestione minori e che
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risultino prive di pericoli per l’ambiente e per gli operatori. Tale necessità può essere soddisfatta con applicazioni di ipertermia.
Per ottenere un trattamento di disinfestazione con le microonde efficace (nonché privo di rischi), deve essere utilizzata una struttura che garantisca al suo interno una distribuzione isotropica di potenza elettromagnetica. Il dispositivo trattato in questo lavoro sfrutta l’effetto di termalizzazione dell’energia elettromagnetica alla frequenza delle microonde per scaldare le forme biologiche che infestano gli oggetti d’arte al di sopra della loro temperatura letale. A tal fine viene sfruttata una camera riverberante (le cui pareti possono essere costituite in alluminio, rame o acciaio inox), in cui vengono inseriti gli oggetti da disinfestare. In tale ambiente, schermato alle RF, viene immessa energia elettromagnetica alla frequenza di 2.45 GHz attraverso opportune guide d’onda. Le microonde inducono un rilevante effetto di riscaldamento nelle forme biologiche infestanti in quanto costituite per buona parte da acqua;
infatti, le molecole che la compongono sono polarizzabili ed hanno la capacità di assorbire l’energia veicolata dalle onde EM trasformandola in energia termica. Tali effetti di riscaldamento risultano molto meno evidenti nei materiali di cui è composto l’oggetto. Il corretto funzionamento del dispositivo viene monitorato con continuità attraverso sensori di campo EM e sensori termici all’infrarosso.
Nell’applicazione delle microonde per la disinfestazione risulta importante mantenere uniforme la temperatura dell’oggetto sotto trattamento, sia per garantire l’efficacia della disinfestazione, sia per evitare che in alcuni punti dell’oggetto sotto trattamento si manifestino gradienti di temperatura troppo elevati. I punti fondamentali della termografia sono il monitoraggio non invasivo della temperatura superficiale e la conoscenza della temperatura superficiale dell’oggetto trattato, che risultano fondamentali per ricavare a posteriori la distribuzione completa della temperatura all’interno del manufatto.
L’energia elettromagnetica interagisce in modo selettivo con gli organismi infestanti (insetti xilofagi, muffe e funghi), scaldandoli molto di più rispetto all’oggetto sottoposto a trattamento. All’aumentare dello spessore dell’oggetto trattato, aumentano le perdite di energia elettromagnetica per assorbimento dell’onda incidente e quindi ne risulta minore il fattore di penetrazione nel materiale. In presenza di inserti di materiale conduttore si riscontrano dei gradienti di temperatura localizzati lungo i bordi degli stessi e dipendenti dalle caratteristiche del materiale e dalla sua geometria. Le zone interne si riscaldano meno
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velocemente degli strati superficiali, ma tendono a trattenere maggiormente il calore nel tempo garantendo la persistenza della temperatura letale per il tempo utile all’efficacia del trattamento, compreso tra i tre ed i venti minuti a seconda dei casi.
Nel primo capitolo vengono descritti i possibili fattori di deterioramento dei manufatti, quali gli insetti xilofagi, i funghi, la temperatura e l’umidità, inoltre, vengono esposte le idee alla base della scelta delle microonde per risolvere il problema. Nel capitolo successivo vengono approfondite le conoscenze sulle camere riverberanti a microonde e vengono spiegate le scelte fatte per quel che riguarda la forma e i materiali sia della camera che dell’agitatore di modo, ipotizzando infine una possibile struttura realizzabile. Nel terzo capitolo vengono da prima introdotti i concetti fondamentali che stanno alla base del funzionamento di un magnetron, viene quindi calcolata la potenza necessaria al riscaldamento degli infestanti fino alla loro temperatura letale che porta alla scelta del tipo di alimentazione della camera da adottare ed alla scelta della forma degli agitatori di modo. Infine vengono trattati i problemi del metodo utilizzato, le loro possibili soluzioni e viene presentata la struttura di un possibile software di controllo del processo. Nel quarto capitolo, dopo aver spiegato la scelta del simulatore numerico che si andrà ad utilizzare, viene argomentata la simulazione del metodo di eccitazione; inoltre viene fatta un’analisi dei dati ottenuti dalle simulazioni effettuate, prima a vuoto e poi con del materiale da disinfestare, infine viene effettuata un’analisi del complesso dei risultati. Nell’ultimo capitolo viene trattata la progettazione e la costruzione finale della camera, quindi le trappole elettromagnetiche da adottare, i metodi di aerazione ed umidificazione e quelli di monitoraggio della temperatura e all’interno della camera. Vengono quindi esposti gli automatismi di funzionamento e sicurezza ed il posizionamento del sistema all’interno dei volumi a disposizione per la parte sperimentale del progetto.
