Misurare la portata quando il gas non è più soltanto gas.
Biogas, gas di depurazione e gas di discarica possono contenere vapore acqueo, condensa, particelle e una composizione che cambia nel tempo. In queste condizioni la domanda non è soltanto “quanti m³/h?”, ma anche “che cosa sta realmente attraversando il punto di misura?”.
Il dew point cambia il problema.
Sopra il punto di rugiada l'acqua è vapore. Se il gas o una parete della tubazione si raffreddano abbastanza, compare una fase liquida: gocce trascinate, film, accumuli.
“Gas umido” può voler dire due cose molto diverse.
Nel linguaggio quotidiano un gas umido fa pensare a vapore acqueo. Nella metrologia del wet gas, invece, il flusso è prevalentemente gassoso ma contiene anche una quantità di liquido. È una distinzione fondamentale: l'umidità appartiene ancora alla fase gas; la condensa introduce una seconda fase.
Gas + vapore
L'acqua è distribuita molecularmente nella fase gassosa. Temperatura e pressione determinano quanto vapore può rimanere tale.
Gas + liquido
Compaiono gocce, film o accumuli. Distribuzione e regime del liquido diventano parte del problema di misura.
100% UR non significa ancora “gocce”.
È la saturazione. Basta però un ulteriore raffreddamento — anche locale sulla parete — perché inizi la condensazione. Per questo isolamento, tracciatura, pendenze e punti freddi possono avere conseguenze metrologiche.
Dalla molecola alla goccia: la tubazione attraversa il dew point.
Gas caldo
CH₄, CO₂ e H₂O(v). Nessuna fase liquida macroscopica.
Raffreddamento
Il gas si avvicina alla saturazione. Un punto freddo può anticipare la condensa localmente.
Dew point
La capacità del gas di trattenere acqua come vapore raggiunge il limite.
Wet gas
Gocce trascinate e/o film di liquido convivono con la fase gassosa.
Il biogas non è un gas con una composizione fissa.
La frazione di metano e CO₂ dipende da substrato, processo e condizioni operative; possono inoltre essere presenti acqua, H₂S, azoto, ossigeno e composti in traccia. Cambiando composizione cambiano anche proprietà termofisiche del gas.
Se densità e composizione cambiano, una portata volumetrica e una portata massica raccontano cose differenti.
Composizione
CH₄ ↔ CO₂ ↔ altri componenti. Può influenzare densità, viscosità, velocità del suono e trasferimento termico.
Stato dell'acqua
Vapore ↔ gocce ↔ film. È una variabile diversa dalla composizione e può trasformare il flusso in bifase.
Una piccola quantità di liquido può produrre un grande errore.
La letteratura sul wet-gas metering mostra che strumenti progettati e correlati per gas monofase possono reagire in modo non intuitivo alla presenza di liquido. Nei misuratori a pressione differenziale, per esempio, il fenomeno classico è l'over-reading: il valore apparente del gas può risultare superiore a quello reale se la presenza della fase liquida non viene considerata.
Possono essere trasportate nel core del flusso e interagire con il sensore.
Il liquido può distribuirsi lungo la parete invece di restare uniformemente disperso.
Gravità e geometria modificano la distribuzione delle fasi: orizzontale e verticale non sono necessariamente equivalenti.
Il biogas reale porta con sé anche ciò che il digestore produce.
Perché Hoentzsch propone il Vortex VA per biogas e gas umidi.
Il principio sfrutta il distacco alternato dei vortici di Kármán generati da un corpo tozzo nel flusso. Hoentzsch rileva la frequenza di distacco mediante un campo ultrasonico e la utilizza per ricavare velocità e portata.
La caratteristica interessante per questa applicazione non è soltanto il principio vortex: il costruttore dichiara la gamma VA specificamente per gas umidi e/o carichi di particelle, biogas e gas di scarico, anche in presenza di condensa e variazioni della composizione.
*Secondo configurazione/prodotto Hoentzsch; la selezione va verificata sui dati applicativi.Corpo tozzo
Il flusso incontra l'elemento generatore.
Vortici alternati
Si forma una scia di Kármán con frequenza legata alla velocità.
Rilevazione ultrasonica
Il campo ultrasonico intercetta il passaggio dei vortici.
Velocità → portata
La frequenza diventa informazione di processo.
“Biogas umido” non è ancora una specifica tecnica.
| Domanda | Perché serve |
|---|---|
| Quali CH₄ / CO₂ e quanto variano? | Definiscono la matrice gassosa e aiutano a chiarire quale grandezza di portata è realmente utile. |
| Temperatura, pressione e dew point? | Permettono di capire se l'acqua resterà vapore o potrà condensare nel punto di misura. |
| La condensa è occasionale o continua? | Gocce trascinate, film e accumuli non sono lo stesso regime. |
| Ci sono particelle o componenti aggressivi? | Condizionano materiali, installazione, manutenzione e scelta della versione. |
| Diametro, curve, valvole e tratti rettilinei? | La velocità locale deve rappresentare correttamente la sezione della tubazione. |
| Servono m³/h, Nm³/h o massa? | La grandezza richiesta determina compensazioni e dati ausiliari necessari. |
Il punto di misura comincia prima del sensore.
Per una misura affidabile Baggi valuta la condizione reale della linea: orientamento, possibilità di condensa, accessibilità, tratti rettilinei, pressione, temperatura, classificazione dell'area e segnale richiesto dal sistema di controllo.
Composizione, umidità, particolato e variabilità della portata.
Tubazione, orientamento, punti di condensa e profilo di velocità.
Versione Vortex, materiali, campo di misura e requisiti Ex.
Segnali, compensazioni, PLC/DCS, commissioning e assistenza.
Le domande che conviene fare prima della richiesta d'offerta.
Da dove nasce questa pagina.
La parte applicativa è costruita incrociando la documentazione Hoentzsch con letteratura tecnica sul wet-gas metering e studi metrologici sulla variabilità del biogas. Le prestazioni specifiche dello strumento devono essere verificate sulla configurazione selezionata.
- Höntzsch — Vortex VA e applicazioni biogas/gas umidi.
- Salehi et al. — Devices and methods for wet gas flow metering: A comprehensive review, Flow Measurement and Instrumentation.
- Hernández-Gómez et al. — caratterizzazione termodinamica di miscele tipo biogas.
- Letteratura metrologica su composizione, densità e viscosità di biogas e biomethane.
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Questo problema è collegato ad altre grandezze, fenomeni e tecnologie. Prosegui dagli approfondimenti più vicini all'applicazione.
Il gas è umido. Ma quanto, dove e in quale forma?
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