LA2.5.1 – Modellazione matematica e numerica di misuratori per miscele di gas naturali

Attività

L’attività di ricerca riguarda lo sviluppo e la validazione sperimentale di un modello matematico e numerico, in grado di descrivere il comportamento e le prestazioni metrologiche dei misuratori portata gas utilizzati nelle reti di distribuzione e trasporto del gas naturale in presenza di miscele contenenti fino al 20% vol. di idrogeno. Il modello incorpora la variabilità delle proprietà termodinamiche in funzione della temperatura e adotta un approccio tridimensionale e transitorio basato sul metodo dei volumi finiti, consentendo di analizzare in dettaglio i profili di velocità, pressione e temperatura all’interno del dominio computazionale. La sperimentazione ha l’obiettivo di valutare l’impatto della progressiva sostituzione del gas naturale con idrogeno sulle prestazioni dei misuratori gas installati in rete e di verificare la capacità del modello di prevedere tali effetti attraverso la simulazione termo-fluidodinamica della miscela. I misuratori gas possono essere di diversa tipologia (a diaframma, a ultrasuoni, massici-termici). Ogni tipologia di misuratori è regolata da standard che ne definiscono i limiti di applicabilità e conformità. Per questo obiettivo, è stata progettata e realizzata una facility, con la quale sono stati eseguiti presso i laboratori ENEA Casaccia i test per la validazione.

Risultati

§Sviluppo e validazione di un modello matematico-numerico per il calcolo delle proprietà fisiche e termodinamiche di miscele di gas naturale e idrogeno. Il modello considera viscosità, conducibilità termica, densità, calore specifico e potere calorifico superiore e include il calcolo del fattore di comprimibilità Z, con uno scostamento massimo dello 0,0006%.

§Selezione del misuratore termo-massico ad inserzione come tipologia di riferimento, in quanto particolarmente sensibile alla sostituzione di una percentuale di gas naturale con idrogeno.

§Il confronto tra i risultati del modello numerico e sperimentali, relativamente al blending con idrogeno fino al 20% vol., mostra una discrepanza attribuibile al fatto che lo strumento continua a rispondere secondo la curva caratteristica del metano puro impostata nel setting; i risultati della misura devono essere interpretati utilizzando le proprietà della nuova miscela gassosa.

§Il modello numerico sviluppato consente di superare tale limite, fornendo una curva caratteristica corretta anche in presenza di idrogeno; se integrata nel misuratore, tale correzione permette di evitare gli errori di misura e garantire una stima della portata volumetrica più accurata e affidabile.

In collaborazione con:

l’Università degli studi di Cassino e del Lazio Meridionale (Proff. Gino Cortellessa e Giorgio Ficco)

Documenti