Metodo di prova standard ASTM D5454-11 per il contenuto di vapore acqueo nei combustibili gassosi mediante analizzatori elettronici di umidità

Lo standard "ASTM D5454-11 Metodo di prova standard per il contenuto di vapore acqueo di combustibili gassosi mediante analizzatori elettronici di umidità" sviluppato dall'American Society for Testing and Materials (ASTM) descrive un metodo di prova per determinare il contenuto di vapore acqueo di combustibili gassosi mediante analizzatori elettronici di umidità. Tali analizzatori utilizzano in genere celle di rilevamento basate su sensori al pentossido di fosforo, all'ossido di alluminio o al silicio, celle di tipo piezoelettrico e tecnologie basate su laser.

Ai fini del presente standard si applicano i seguenti termini e definizioni:

• La cella di tipo capacitivo utilizza alluminio rivestito di ossido di alluminio come parte del condensatore. La pellicola dielettrica di ossido di alluminio modifica la capacità del condensatore in base al vapore acqueo presente. A differenza delle celle al pentossido di fosforo, questa tipologia non ha una risposta lineare. Se al posto dell'alluminio si utilizza il silicio, la cella in silicio offre una maggiore stabilità e una risposta molto rapida.
• La cella di tipo elettrolitico è costituita da due fili elettrodi di metallo nobile rivestiti con pentossido di fosforo. Viene applicata una tensione di polarizzazione agli elettrodi e il vapore acqueo reagisce chimicamente, producendo una corrente tra gli elettrodi proporzionale al vapore acqueo presente.
• Cella di tipo piezoelettrico, il sensore è costituito da una coppia di elettrodi che supportano un trasduttore a cristallo di quarzo. Quando si applica una tensione al sensore, si verifica un'oscillazione molto stabile. Le superfici del sensore sono rivestite con un polimero igroscopico. Man mano che cambia la quantità di umidità assorbita dal polimero, si verifica una variazione proporzionale nella frequenza di oscillazione.
• La cella di tipo laser è costituita da una cella campione con una testina ottica fissata a un'estremità e uno specchio fissato all'altra estremità. La testina ottica contiene un laser NIR che emette luce a una lunghezza d'onda che notoriamente viene assorbita dalle molecole d'acqua. Accanto al laser è montato un rilevatore sensibile alla luce a lunghezza d'onda NIR. La luce del laser passa attraverso l'estremità più lontana e ritorna al rilevatore nella testina ottica. Una parte della luce emessa viene assorbita, in proporzione alle molecole d'acqua presenti, quando la luce attraversa la cella del campione e ritorna al rilevatore.
• Il contenuto di acqua è solitamente il punto di rugiada alla pressione atmosferica e viene misurato in gradi F o C o libbre/milioni di piedi cubi standard, è espresso in termini di . In questo metodo di prova viene utilizzato quest'ultimo termine perché è l'unità di lettura usuale per gli analizzatori elettronici. Una libbra per milione di piedi cubi standard equivale a 21,1 ppm o 16,1 mgm/m3 di vapore acqueo in volume. Gli analizzatori devono coprire un intervallo da 0,1 a 50 libbre per milione di piedi cubi standard.
• Il punto di rugiada dell'acqua è la temperatura alla quale l'acqua liquida inizia a condensarsi dal vapore acqueo esistente (a una pressione specificata). I grafici dei punti di rugiada in funzione della pressione e del contenuto d'acqua sono inclusi nello standard "ASTM D1142-95 Metodo di prova standard per il contenuto di vapore acqueo di combustibili gassosi mediante misurazione della temperatura del punto di rugiada".

Il contenuto di acqua nel gas combustibile è il fattore più importante che incide sulla corrosione interna. Gli idrati, una combinazione semisolida di idrocarburi e acqua, si formano in condizioni favorevoli causando gravi problemi operativi. Il potere calorifico del combustibile diminuisce con la concentrazione dell'acqua. Per questo motivo, nei sistemi a gas naturale vengono spesso misurati i livelli di concentrazione dell'acqua. Una specifica comune per le condotte è compresa tra 4 e 7 libbre per milione di piedi cubi standard. Questo metodo di prova descrive la misurazione del contenuto di vapore acqueo con strumentazione elettronica a lettura diretta.

L'analizzatore di umidità è un dispositivo che determina il contenuto di umidità mediante il metodo della perdita durante l'essiccazione ed è costituito da un'unità di pesatura e di riscaldamento alogeno. È adatto alle esigenze di controllo qualità e di produzione nei settori alimentare, farmaceutico, chimico e di altro tipo.

In generale, i contratti che regolano il trasporto del gas naturale tramite gasdotti includono specifiche che limitano la concentrazione massima consentita di vapore acqueo. Un eccesso di vapore acqueo può causare condizioni corrosive, danneggiando condutture e apparecchiature. Può anche condensarsi e congelarsi oppure formare idrati di metano e causare ostruzioni. Il contenuto di vapore acqueo influisce anche sul potere calorifico del gas naturale e quindi sulla qualità del gas. Questo metodo di prova consente di determinare il contenuto di acqua nel gas naturale.

Se è disponibile un grafico accettabile che mostra la variazione del contenuto di vapore acqueo con la temperatura di saturazione o del punto di rugiada dell'acqua in un intervallo di pressione adatto per il gas in prova, il contenuto di vapore acqueo può essere calcolato direttamente utilizzando la temperatura del punto di rugiada dell'acqua osservata e la pressione alla quale viene effettuata la determinazione.

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