Programma DinGas  

Calcolo della dinamica di una rete gas
(bassa, media ed alta pressione)

• reti di distribuzione del metano (bassa e media pressione),
• reti di trasporto del metano (alta pressione),
• reti di distribuzione di gas tecnici (anidride carbonica, azoto, acetilene ..), e vapori

In particolare, definita la rete, vengono calcolate le pressioni e le portate lungo tutta la rete.

Una rete di trasporto o di distribuzione del gas ha condizioni operative diverse fra il giorno e la notte.
I prelievi sono massimi durante il giorno e minimi durante la notte.
Ne consegue che l'intera rete si comporta come un polmone che accumula gas durante la notte e lo restituisce durante le ore di punta.
In genere, per reti di distribuzione che operano a bassa pressione, non è necessario tenere conto di questa polmonazione.
Per reti di trasporto che operano a pressioni elevate è necessario  esaminarne il comportamento in dinamica e non limitarsi a studiare i semplici casi stazionari.
Per reti di distribuzione a media pressione può essere conveniente  esaminarne il comportamento nell'arco delle 24 ore (indicativamente la pressione minima è superiore di un 20 % di quella che fornisce un semplice calcolo in stazionario).

Elementi costituenti la rete
Gli elementi costituenti la rete sono:

• nodi,
• immissioni, 
• prelievi, 
• tubazioni,
• centrali di compressione, 
• centrali di riduzione e valvole di regolazione della pressione, 
• valvole di intercettazione (totalmente aperte oppure totalmente chiuse).

Formule utilizzate
Le cadute di pressione nelle tubazioni sono calcolate utilizzando la formula di Fergusson.
Il coefficiente di comprimibilità z viene calcolato mediante l'equazione di Redlich_Kwong.
Le caratteristiche fisiche del gas (densità, viscosità... ) vengono calcolate in funzione della sua composizione, temperatura e pressione.

Algoritmo di calcolo
Come algoritmo di calcolo si è utilizzato il metodo di Gear implicito del primo ordine..
Il calcolo analitico delle derivate parziali, abbinato all'utilizzo della metodologia delle matrici sparse, consente di calcolare in modo rapido la dinamica di reti anche molto estese.
Notiamo che qualunque sia il metodo di calcolo adottato, il passo di integrazione è determinato dagli elementi dinamicamente più "veloci" (in particolare ci riferiamo alle tubazioni corte, con diametro elevato e con portata bassa).
Per evitare tempi di calcolo eccessivi il programma suppone che questi elementi vadano immediatamente a regime.
In particolare prima di iniziare la simulazione il programma calcola le costanti di tempo di ciascun tronco e collassa i tronchi che sono al di sotto di una soglia prefissata dall'utente.
Nell'effettuare il collasso un opportuno algoritmo modifica i volumi dei tronchi e le resistenze al moto delle tubazioni circostanti in modo da non alterare il comportamento della rete.

Verifica della topologia e del funzionamento della rete
Prima di procedere ai calcoli si verifica che la rete sia stata definita in modo topologicamente corretto. 
Alla partenza il programma calcola il regime stazionario della rete anche se i vincoli imposti comportano situazioni fisicamente impossibili (es. pressioni negative, portate negative nelle valvole ..). 
Se le condizioni operative non comportano malfunzionamenti della rete il programma procede nel calcolare la dinamica della rete, altrimenti provvede ad evidenziare queste condizioni anomale facilitando così il compito del progettista.

• come programma a sé stante,
• collegato ad un sistema cartografico.

Segnaliamo le società che utilizzano il programma DinGas nei sistemi cartografici che commercializzano:

Il programma ha i seguenti limiti:

• numero massimo nodi      20000,
• numero massimo tronchi  20000,
• numero massimo sorgenti     200,
• numero massimo centrali di compressione         200,
• numero massimo cabine di riduzione                2000,
• numero massimo valvole di intercettazione       1200,
• numero massimo componenti la miscela di gas     12,
• numero massimo tronchi collegati ad un singolo nodo  20.

Calcolo della dinamica di una rete di trasporto e di distribuzione del gas
(bassa, media ed alta pressione)

Il volume (216 pagine), scritto con la gentile collaborazione di Edison Gas ed Enidata:

• descrive in modo dettagliato le equazioni che descrivono il regime stazionario e dinamico di una rete gas,
• riporta alcune delle metodologie utilizzate per la previsione dei consumi,
• spiega gli algoritmi di calcolo utilizzati,
• mostra l'utilizzo del programma,

Riportiamo qui di seguito l'indice dei capitoli.

    1.   SOMMARIO

    2.   GRANDEZZE FISICHE E LORO UNITA’ DI MISURA
       2.1   Densità
       2.2   Peso specifico
       2.3   Densità relativa e peso specifico relativo
       2.4   Energia interna
       2.5   Entalpia
       2.6   Calore specifico
       2.7   Pressione
       2.8   Portate
       2.9   Viscosità 
     2.10   Comprimibilità

    3.   PROPRIETA' FISICHE DEI GAS
       3.1   Densità
       3.2   Peso specifico
       4.3   Peso molecolare
       3.4   Gas e vapori
       3.5   Equazione di stato
       3.6   Equazione del viriale
       3.7   Fattore acentrico
       3.8   Correlazione di Pitzer
       3.9   Funzioni residue
     3.10   Entalpia di un gas reale

    4.   STRUTTURA DELLE RETI
       4.1   Tipi di rete
       3.2   Stoccaggi

      5.   IL MOTO DEL GAS IN REGIME STAZIONARIO
       5.1   Pressione idrostatica
       5.2   Moto permanente
       5.3   Moto laminare e moto turbolento
       5.4   Equazioni fondamentali del moto
       5.5   Perdita di carico dovuta all'attrito
       5.6   Equazione di Fergusson
       5.7   Equazione di Spitzglass
       5.8   Equazione di Renouard per reti di distribuzione a media pressione
       5.9   Equazione di Renouard per reti di distribuzione a bassa pressione
     5.10   Temperatura del gas nelle tubazioni
     5.11   Temperatura in uscita dalle centrali di compressione
     5.12   Temperatura in uscita dalle cabine di riduzione

     6.   IL MOTO DEL GAS IN REGIME DINAMICO
       6.1    Considerazioni preliminari
       6.2    Equazioni descrittive del moto in una tubazione
       6.3    Schematizzazione di una tubazione con elementi discreti
       6.4    Costanti di tempo delle tubazioni
          6.4.1    Semplificazione della rete

      7.   DESCRIZIONE DEL PROGRAMMA
       7.1   Schematizzazione della rete
       7.2   Nodi
       7.3   Sorgenti
       7.4   Tronchi
          7.4.1  Velocità del gas
       7.5   Cabine di riduzione della pressione
       7.6   Centrali di compressione
       7.7   Valvole di intercettazione
  
     8.   UTENZE
       8.1    Utenze concentrate nei nodi
       8.2    Determinazione delle utenze
           8.2.1    Calcolo del coefficiente di contemporaneità
           8.2.2    Definizione delle portate delle utenze
       8.3    Gas contenuto nella rete

    9.   PREVISIONE DEI CONSUMI E PROGRAMMAZIONE DEL TRASPORTO
       9.1   Reti di distribuzione: previsione dei consumi
         9.1.1   Utenze termoelettriche
         9.1.2   Utenze industriali
         9.1.3   Utenze civili

     10.   ALGORITMI DI CALCOLO
       10.1   Algoritmo di integrazione
       10.2   Metodo di risoluzione Newton-Rampson
       10.3   Solutore del sistema linearizzato
       10.4   Matrici sparse
       10.5   Schema di flusso
       10.6   Calcolo del regime stazionario
         10.6.1   Sistema di equazioni
         10.6.2  Calcolo del regime stazionario - Sistema linearizzato
        10.7    Calcolo della dinamica
         10.7.1    Sistema di equazioni

    11.   MANUALE UTENTE
       11.1   Caricamento del programma
       11.2   Dimensioni massime della rete
       11.3   Utilizzo del programma
       11.4   Definizione dei tronchi
       11.5   Considerazione sulla progettazione della rete
       11.6   Impostazione dei numeri
       11.7   Test
       11.8   Elenco delle videate
           11.8.1   Menù principale
           11.8.2   Impostazioni
           11.8.3   File
           11.8.4   Parametri e formule
           11.8.5   Composizione della miscela
          11.8.6   Descrizione della rete
          11.8.7   Calcolo
          11.8.8   Risultati
          11.8.9   Stampe
       11.9  Esempi di calcolo

    12.   STRUTTURA DEI DATI
        12.1   Chiamata del programma
        12.2   Struttura dei dati in ingresso ed in uscita
          12.2.1   Memorizzazione dei dati tramite data base
          12.2.2   Memorizzazione dei dati tramite foglio Excel
          12.2.2   Memorizzazione dei dati tramite file

    13.   APPENDICE
        13.1   Richiami di statistica
        13.2   Caratteristiche fisico chimiche
        13.3   Fattori di conversione fra unità di misura

     14.   SIMBOLI UTILIZZATI

Manuale di utilizzo del programma DinGas
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