Guida alla compilazione
Volume: inserire il volume interno effettivamente occupato dal gas, sottraendo liquidi e solidi. 1 000 L = 1 m³.
Concentrazioni: usare sempre la stessa base volumetrica/molare per il contaminante (es. O₂). 1% = 10 000 ppmv; 10 ppmv = 0,001%. Ci è la concentrazione iniziale misurata, Cf l’obiettivo del processo e C₀ quella dichiarata o misurata nell’azoto. Il valore iniziale C₀ = 0 è un’ipotesi di gas privo del contaminante, da verificare.
Pressioni: nel vuoto usare mbar(a) e verificare minima < massima. Per pressurizzazione e flussaggio usare bar(g); il calcolo aggiunge la pressione atmosferica locale. Dopo scarico, 0 bar(g) indica pressione atmosferica. Non inserire la pressione di alimentazione se diversa da quella effettivamente raggiunta nel recipiente.
Scegliere la sezione: vuoto per evacuazione e reintegro; pressurizzazione per carica e scarico; concentrazione residua per verificare cicli già assegnati; flussaggio per immissione e scarico continui. I cicli necessari sono arrotondati per eccesso, mostrando la concentrazione realmente prevista.
Obiettivo: il calcolo non propone una soglia universale di sicurezza. Cf deve derivare dal processo e dalle procedure applicabili. Se Ci è già ≤ Cf, il fabbisogno aggiuntivo è zero. Una riduzione a Cf ≤ C₀ non è raggiungibile con un numero finito di cicli o ricambi.
Limiti: modello per gas, senza perdite, ingressi d’aria, rilascio da superfici, evaporazione o zone non miscelate. Non dimensiona pompa, valvole o scarichi. Verificare l’idoneità del recipiente a pressione/vuoto e misurare il contaminante nei punti rappresentativi; il risultato non certifica l’avvenuta bonifica né autorizza l’accesso al recipiente.
Condizioni di calcolo
Il consumo è espresso in m³ alle condizioni di riferimento sopra indicate (predefinite: 15 °C e 0,97992 bar(a)). Modello ideale, isotermo e a miscelazione completa: stima preliminare, senza correzione per gas reali.
1Bonifica sotto vuotoCicli e consumo di azoto
Un ciclo comprende evacuazione e reintegro fino alla pressione alta. Inserire pressioni assolute, non depressioni manometriche. La concentrazione finale è quella dopo il reintegro.
r = Pmin/Pmax; Cn = C₀ + (Ci − C₀)·rⁿ; n = ceil[ln((Cf − C₀)/(Ci − C₀))/ln(r)]; Vref = n·V·(Pmax − Pmin)/Pref·Tref/T.
Ci = concentrazione iniziale del contaminante; Cf = concentrazione obiettivo; C₀ = concentrazione del contaminante nell’azoto immesso; Cn = concentrazione residua prevista dopo n cicli completi. Tutte le concentrazioni usano la stessa unità [% vol.].
r = rapporto di pressione Pmin/Pmax, senza unità: nel modello rappresenta la frazione di gas precedente mantenuta dopo un ciclo. Pmin e Pmax = pressione minima e massima del ciclo, assolute e nella stessa unità; n = numero di cicli completi.
ln = logaritmo naturale; ceil = arrotondamento all’intero superiore (esempio: ceil(4,64) = 5); rⁿ = r elevato al numero n di cicli. La formula dei cicli si applica quando Ci > Cf > C₀; se Ci ≤ Cf, non occorre un’ulteriore riduzione.
V = volume interno libero occupato dal gas [m³]; Vref = consumo di azoto alle condizioni di riferimento [m³]; Pref = pressione assoluta di riferimento, nella stessa unità delle pressioni operative; T = temperatura del gas nel recipiente [K]; Tref = temperatura di riferimento [K]. Conversione: K = °C + 273,15.
Limiti: modello per gas, senza perdite, ingressi d’aria, rilascio da superfici, evaporazione o zone non miscelate. Non dimensiona pompa, valvole o scarichi. Verificare l’idoneità del recipiente a pressione/vuoto e misurare il contaminante nei punti rappresentativi; il risultato non certifica l’avvenuta bonifica né autorizza l’accesso al recipiente.
2Bonifica per pressurizzazionePressurizzazione e successivo scarico
Un ciclo comprende carica con azoto, miscelazione e scarico fino alla pressione bassa. Il recipiente parte alla pressione bassa; lo scarico non modifica la concentrazione di una miscela omogenea.
r = Pmin/Pmax; Cn = C₀ + (Ci − C₀)·rⁿ; n = ceil[ln((Cf − C₀)/(Ci − C₀))/ln(r)]; Vref = n·V·(Pmax − Pmin)/Pref·Tref/T.
Ci = concentrazione iniziale del contaminante; Cf = concentrazione obiettivo; C₀ = concentrazione del contaminante nell’azoto immesso; Cn = concentrazione residua prevista dopo n cicli completi. Tutte le concentrazioni usano la stessa unità [% vol.].
r = rapporto di pressione Pmin/Pmax, senza unità: nel modello rappresenta la frazione di gas precedente mantenuta dopo un ciclo. Pmin e Pmax = pressione minima e massima del ciclo, assolute e nella stessa unità; n = numero di cicli completi.
ln = logaritmo naturale; ceil = arrotondamento all’intero superiore (esempio: ceil(4,64) = 5); rⁿ = r elevato al numero n di cicli. La formula dei cicli si applica quando Ci > Cf > C₀; se Ci ≤ Cf, non occorre un’ulteriore riduzione.
V = volume interno libero occupato dal gas [m³]; Vref = consumo di azoto alle condizioni di riferimento [m³]; Pref = pressione assoluta di riferimento, nella stessa unità delle pressioni operative; T = temperatura del gas nel recipiente [K]; Tref = temperatura di riferimento [K]. Conversione: K = °C + 273,15.
Limiti: modello per gas, senza perdite, ingressi d’aria, rilascio da superfici, evaporazione o zone non miscelate. Non dimensiona pompa, valvole o scarichi. Verificare l’idoneità del recipiente a pressione/vuoto e misurare il contaminante nei punti rappresentativi; il risultato non certifica l’avvenuta bonifica né autorizza l’accesso al recipiente.
3Concentrazione residua dopo i cicliVerifica di un numero di cicli assegnato
r = Pmin/Pmax; Cn = C₀ + (Ci − C₀)·rⁿ; n = ceil[ln((Cf − C₀)/(Ci − C₀))/ln(r)]; Vref = n·V·(Pmax − Pmin)/Pref·Tref/T.
Ci = concentrazione iniziale del contaminante; Cf = concentrazione obiettivo; C₀ = concentrazione del contaminante nell’azoto immesso; Cn = concentrazione residua prevista dopo n cicli completi. Tutte le concentrazioni usano la stessa unità [% vol.].
r = rapporto di pressione Pmin/Pmax, senza unità: nel modello rappresenta la frazione di gas precedente mantenuta dopo un ciclo. Pmin e Pmax = pressione minima e massima del ciclo, assolute e nella stessa unità; n = numero di cicli completi.
ln = logaritmo naturale; ceil = arrotondamento all’intero superiore (esempio: ceil(4,64) = 5); rⁿ = r elevato al numero n di cicli. La formula dei cicli si applica quando Ci > Cf > C₀; se Ci ≤ Cf, non occorre un’ulteriore riduzione.
V = volume interno libero occupato dal gas [m³]; Vref = consumo di azoto alle condizioni di riferimento [m³]; Pref = pressione assoluta di riferimento, nella stessa unità delle pressioni operative; T = temperatura del gas nel recipiente [K]; Tref = temperatura di riferimento [K]. Conversione: K = °C + 273,15.
Limiti: modello per gas, senza perdite, ingressi d’aria, rilascio da superfici, evaporazione o zone non miscelate. Non dimensiona pompa, valvole o scarichi. Verificare l’idoneità del recipiente a pressione/vuoto e misurare il contaminante nei punti rappresentativi; il risultato non certifica l’avvenuta bonifica né autorizza l’accesso al recipiente.
4Flussaggio continuoConsumo, portata o durata
Ingresso di azoto e uscita della miscela simultanei, a pressione costante. Portata e consumo devono riferirsi alle stesse condizioni indicate sopra; il modello non rappresenta lo spostamento a pistone.
N = ln((Ci − C₀)/(Cf − C₀)); Vflusso = V·N; Vref = Vflusso·P/Pref·Tref/T; Qref = Vref·60/t; t = Vref·60/Qref.
Ci = concentrazione iniziale del contaminante; Cf = concentrazione obiettivo; C₀ = concentrazione del contaminante nell’azoto immesso. Tutte le concentrazioni usano la stessa unità [% vol.]. ln = logaritmo naturale.
N = numero teorico di ricambi del volume, senza unità, distinto dal numero n di cicli; Vflusso = volume di azoto immesso alle condizioni di flussaggio [m³]; P = pressione assoluta di flussaggio, nella stessa unità di Pref.
V = volume interno libero occupato dal gas [m³]; Vref = consumo di azoto alle condizioni di riferimento [m³]; Pref = pressione assoluta di riferimento, nella stessa unità delle pressioni operative; T = temperatura del gas nel recipiente [K]; Tref = temperatura di riferimento [K]. Conversione: K = °C + 273,15.
Qref = portata di azoto alle condizioni di riferimento [m³/h]; t = durata del flussaggio [min]. Il fattore 60 converte minuti e ore.
Limiti: modello per gas, senza perdite, ingressi d’aria, rilascio da superfici, evaporazione o zone non miscelate. Non dimensiona pompa, valvole o scarichi. Verificare l’idoneità del recipiente a pressione/vuoto e misurare il contaminante nei punti rappresentativi; il risultato non certifica l’avvenuta bonifica né autorizza l’accesso al recipiente.
Sicurezza e verifica della bonifica
Il calcolo stima il consumo di azoto e la concentrazione residua del contaminante nelle condizioni indicate. La conferma dell’avvenuta bonifica richiede misure sul sistema reale: il raggiungimento del volume o del numero di cicli calcolato, da solo, non dimostra il raggiungimento dell’obiettivo.
1. Come scegliere la concentrazione obiettivo
La concentrazione obiettivo Cf dipende dallo scopo della bonifica: protezione del prodotto, rimozione di un contaminante o prevenzione di atmosfere esplosive.
Quando il contaminante è l’ossigeno e lo scopo è prevenire un’esplosione, occorre conoscere la concentrazione limite di ossigeno, indicata come LOC — Limiting Oxygen Concentration, pertinente alla sostanza combustibile, al gas inerte e alle condizioni del processo.
La LOC non è una soglia universale e non coincide automaticamente con il valore da impostare per l’esercizio. La concentrazione operativa ammissibile deve considerare un margine rispetto alla LOC, tenendo conto delle variazioni di pressione e temperatura, dell’incertezza delle misure e dei tempi di risposta del sistema di controllo.
MyGasApp non determina questo limite: il valore Cf deve essere definito sulla base di dati tecnici pertinenti e delle procedure applicabili al processo.
2. Atmosfera inertizzata e sicurezza delle persone
Ridurre l’ossigeno può proteggere il processo dal rischio di incendio o esplosione, ma può rendere l’atmosfera pericolosa per le persone.
L’azoto è incolore e inodore: i sensi non consentono di riconoscere una carenza di ossigeno. Anche gli scarichi della bonifica possono creare atmosfere pericolose nelle aree circostanti, soprattutto dove la ventilazione è insufficiente.
La concentrazione obiettivo del processo non è un criterio di respirabilità né un’autorizzazione all’ingresso nel recipiente. Eventuali accessi richiedono una valutazione e una procedura specifiche, distinte dal calcolo di inertizzazione.
3. Come verificare il risultato
La concentrazione del contaminante deve essere misurata con uno strumento idoneo al gas e all’intervallo di concentrazione atteso.
I punti di campionamento devono rappresentare il volume da bonificare. Zone poco miscelate, diramazioni cieche e volumi non attraversati efficacemente dal gas possono conservare concentrazioni maggiori di quelle previste dal modello.
La verifica deve considerare:
- idoneità, taratura e tempo di risposta dello strumento;
- posizione dei punti di campionamento;
- stabilità delle letture nelle condizioni previste dal processo;
- possibili ingressi d’aria o ulteriori apporti di contaminante.
Se il risultato misurato non raggiunge l’obiettivo, occorre verificare le condizioni reali, la distribuzione del gas e le possibili fonti di contaminazione prima di considerare conclusa la bonifica.
Riferimenti tecnici: Linde — Inerting in the chemical industry, capitoli 9–11, pp. 34–41; EIGA Doc 44/18 — Hazards of Oxygen-Deficient Atmospheres.
Riferimento tecnico: Linde — Inerting in the chemical industry, §8, pp. 32–33