AVANZAMENTO DEI LAVORI E SULL ATTIVITÀ EFFETTUATA AL 18 MESE

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1 Località Piacenza Doc. n. R4.3/5 & R4.3/6 CONSORZIO LEAP Laboratorio Energia Ambiente Piacenza Progetto ECATE Rev 0. Progetto E.C.A.T.E. Efficienza e Compatibilità Ambientale delle Tecnologie Energetiche > RAPPORTO SULLO STATO DEI AVANZAMENTO DEI LAVORI E SULL ATTIVITÀ EFFETTUATA AL 18 MESE NOTA : IL PRESENTE DOCUMENTO E EMESSO IN REVISIONE 0, IN PRIMA EMISSIONE. ESSO PUO ESSERE SOGGETTO A FUTURE REVISIONI 0 Prima emissione Prof. Chiesa Ing. Valenti Ottobre 07 REV DESCRIZIONE ELABOR VERIFICATO APPROVATO DATA

2 LEAP / Relazione del mese 18 Sottoprogetto 4 TECNOLOGIE PER UTILIZZO COMBUSTIBILI FOSSILI E CATTURA CO 2 Obiettivo Realizzativo 4.3 CALCOLO DELLE PROPRIETÀ TERMODINAMICHE DI MISCELE DI CO 2 Risultato R4.3/5 RAPPORTO SULLE ATTIVITÀ DEL TRIMESTRE APRILE-GIUGNO Risultato R4.3/6 RAPPORTO SULLE ATTIVITÀ DEL TRIMESTRE LUGLIO-SETTEMBRE A cura di: Paolo Chiesa, Gianluca Valenti 1

3 Risultato R4.3/5 Rapporto sulle attività del trimestre Aprile-Giugno L obiettivo finale dell O.R. 4.3 consiste nell approfondimento delle conoscenze sulle proprietà termodinamiche di miscele di CO 2 e altri gas, prodotte da impianti di generazione elettrica/idrogeno da combustibili fossili con sistemi per la cattura della CO 2 attraverso lo sviluppo di modelli matematici predittivi delle proprietà medesime. A questo scopo sono state avviate due distinte attività: una prima riguarda l effettiva formulazione dei modelli matematici per la valutazione delle proprietà termodinamiche di miscele in un campo di pressioni da quella ambiente fino a valori dell ordine dei bar, e di temperature fra 30 e 120 C. Tale attività viene svolta dal gruppo di lavoro composto da G. Valenti, R. Rota e M. Derudi la seconda attività prevede la realizzazione di un apparato sperimentale per la misura del comportamento termodinamico di miscele di CO 2 e l effettuazione delle misure sperimentali necessari a calibrare i modelli di cui sopra. Tale attività è in carico al gruppo di lavoro formato da P. Chiesa, G. Valenti e M. Mantovani. In accordo con la tempistica prevista dal progetto durante il semestre si sono definiti i contratti per l allestimento del laboratorio e sono iniziati i lavori per la posa delle linee dei gas tecnici da parte della società Rivoira, la cui conclusione è prevista entro il mese di ottobre Sono stati definiti gli spazi per il posizionamento del banco prova all interno del laboratorio ed è in corso di realizzazione il box di contenimento. È altresì in corso di approntamento la strumentazione di prova presso la società ARMINES, incaricata di commercializzare alcuni dispositivi sviluppati e messi a punto presso il Laboratoire de Thermodynamique et des Equilibres entre Phases di Fontainebleau, facente parte dell Ecole de Mines di Parigi. Risultato R4.3/6 Rapporto sulle attività del trimestre Luglio-Settembre L obiettivo finale dell O.R. 4.3 consiste nell approfondimento delle conoscenze sulle proprietà termodinamiche di miscele di CO 2 e altri gas, prodotte da impianti di generazione elettrica/idrogeno da combustibili fossili con sistemi per la cattura della CO 2 (per un maggior dettaglio si veda in proposito la parte introduttiva della prima relazione semestrale) attraverso lo sviluppo di modelli matematici predittivi delle proprietà medesime. A questo scopo sono state avviate due distinte attività: una prima riguarda l effettiva formulazione dei modelli matematici per la valutazione delle proprietà termodinamiche di miscele in un campo di pressioni da quella ambiente fino a valori dell ordine dei bar, e di temperature fra 30 e 120 C.. Tale attività viene svolta dal gruppo di lavoro composto da G. Valenti, R. Rota e M. Derudi la seconda attività prevede la realizzazione di un apparato sperimentale per la misura del comportamento termodinamico di miscele di CO 2 e l effettuazione delle misure sperimentali necessari a calibrare i modelli di cui sopra. Tale attività è in carico al gruppo di lavoro formato da P. Chiesa, G. Valenti, M. Mantovani. In accordo con la tempistica prevista dal contratto di fornitura, la strumentazione è stata approntata alla fine del mese di luglio Una missione effettuata dal prof. P. Chiesa e dall ing G. Valenti presso la sede di Fontainebleu dell Ecole de Mines (che ha effettivamente costruito la 2

4 strumentazione commercializzata dalla società collegata ARMINES) ha sottoposto il banco prova ad alcune prove di collaudo strutturale e funzionale. Facendo riferimento alla descrizione tecnica dell apparato inclusa nei rapporti trimestrali R4.3/3 e R4.3/4 e alla schematizzazione dell apparecchiatura presentata nella sottostante fig. 1.1, sono state in particolare effettuate le prove di tenuta alla massima pressione (300 bar) e al vuoto, mantenendo l intero circuito alle condizioni indicate per un tempo prolungato e monitorando in continuo la pressione. Il collaudo ha evidenziato dei trafilamenti sulla guarnizione di tenuta di un trasduttore di pressione che è stata quindi sostituita. Sono state poi effettuate le operazioni di taratura dei trasduttori di pressione mediante una bilancia pesi di riferimento, e la calibrazione del densimetro a tubo vibrante mediante misure su fluido refrigerante R134a. N2 CO2 O2 Ar SO2 H2O vent vacuum pump mixer insulated oven pressure gauge loading cell pressure transducer vibrating tube densimeter hand pump platinum thermometer Figura 1.1 analytical balance liquid thermoregulated bath 11.4 data loggers In particolare questa prova ha evidenziato un problema di scarsa funzionalità della strumentazione nella valutazione delle proprietà delle miscele a pressioni elevate. Nel caso in cui la prova avvenga a una temperatura del bagno inferiore a quella del trasduttore (nel caso in esame i trasduttori erano stati tarati e mantenuti a una temperatura di 80 C) variando la pressione all interno del circuito ha luogo una parziale evaporazione del fluido nella porzione di circuito affacciata ai trasduttori, quando il valore di pressione risulta intermedio fra i valori di pressione di saturazione alle temperature del bagno e dei trasduttori. Ciò comporta problemi di instabilità della misura non compatibili con la precisione richiesta per i nostri scopi. Di concerto con il responsabile scientifico dell Ecole de Mines (prof. D. Richon) è stato pertanto deciso di apportare una modifica strutturale al banco prova aggiungendo una linea aggiuntiva per la misura delle pressioni munita di trasduttori mantenuti ad una temperatura inferiore a quella del bagno. 3

5 Inizialmente era stato ipotizzato di refrigerare il trasduttore attraverso una cella di Peltier ma le difficoltà realizzative di tale soluzione hanno consigliato di ripiegare su un bagno refrigerante con gruppo frigorifero a compressione. Il tutto ha comportato un leggero ritardo nella consegna dell apparecchiatura rispetto al contratto di fornitura (a fine settembre non è ancora stato consegnato). Tale ritardo tuttavia non compromette il rispetto della tempistica ipotizzata nel piano di lavoro ECATE per lo svolgimento delle attività. 4