Modellizzazione e validazione di un compressore alternativo per CNG

Il gas naturale risulta essere uno dei più interessanti combustibili, per quel che riguarda gli aspetti economici e ambientale e il suo incremento nel parco auto circolante, fa sì che si abbia una richiesta sempre maggiore di impianti di compressione e rifornimento, i quali devono essere sempre più efficienti e performanti. La maggior parte delle applicazioni per CNG (compressed natural gas) utilizza compressori volumetrici alternativi per rendere disponibile il gas al rifornimento dei veicoli. Tuttavia qui si annoverano le maggiori criticità di progettazione e realizzazione di un impianto CNG: la natura alternata del moto, la tipologia di distribuzione e la dinamica del gas, fa sì che si generino vibrazioni meccaniche, pulsazioni di pressione, perdite di carico e fughe di gas. Tutto questo introduce delle inefficienze nella macchina e quindi sprechi di energia per alimentarla. Lo scopo di questo progetto è quindi concepire un modello di simulazione iniziale, che possa essere fedele alle caratteristiche attuali del compressore; questo modello, dopo una validazione può essere adoperato per eseguire degli studi sul miglioramento delle prestazioni e dell’efficienza. Il lavoro è iniziato con una prima fase di ricerca bibliografica, atta a capirne gli studi effettuati in questo ambito, le problematiche riscontrate e i vari metodi di risoluzione. Da ciò si sono ricercati i discostamenti dal modello matematico ideale e il funzionamento reale. Nella seconda fase si è realizzato il modello di simulazione del compressore, tramite il software Amesim di Siemens. Nell’approccio iniziale della simulazione si sono valutati diversi metodi di realizzazione del modello, in modo da abbassare il costo computazionale, ma avere comunque un buon riscontro con la realtà. Per validare i dati del modello si è allestito un sistema di misurazione, acquisendo i valori di pressione, temperatura, portata e potenza su un impianto di compressione progettato e realizzato per una commessa di un cliente. Si sono fatte delle lavorazioni su alcuni componenti del compressore per poterlo strumentare, ma con lo scopo di non compromettere l’utilizzo futuro. Allestita la macchina si sono effettuati i test, variando la pressione d’ingresso e acquisendo i valori prestazionali. L’ultima fase ha visto l’elaborazione e il confronto dei dati sperimentali, con quelli restituiti dal modello. I risultati forniti mostrano un riscontro incoraggiante dei valori generali dei dati. Nei dati medi si ha un buon confronto, considerando le varie semplificazioni effettuate: come la meccanica del sistema, la forma delle tubazioni e la modellizzazione semplificata su altri componenti dell’impianto. Sulla parte della dinamica, al momento non c’è un confronto preciso dei fenomeni tra modello e dati reali, dato anche in questo caso dalle semplificazioni esposte precedentemente. Tuttavia è iniziato un lavoro per ricercare le cause delle discrepanze che si hanno soprattutto nell’ambito della dinamica, le quali saranno oggetto di uno studio futuro in azienda. L’intero studio è stato svolto presso l’azienda Cubogas srl. L’azienda si occupa principalmente dello studiare, progettare e realizzare impianti di compressione per CNG, per questo è stata in grado di fornire tutto il supporto tecnico, i software necessari alla realizzazione del modello e all’elaborazione dei dati e le attrezzature e spazi per la realizzazione delle prove.