ITMI20132045A1

ITMI20132045A1 - Metodo ed apparecchiatura per la misura della portata di un flusso gassoso

Info

Publication number: ITMI20132045A1
Application number: IT002045A
Authority: IT
Inventors: Aronne Teli
Original assignee: Milano Politecnico
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2015-06-10
Also published as: US20160377469A1; WO2015086471A1; EP3080561A1

Description

METODO ED APPARECCHIATURA PER LA MISURA DELLA PORTATA DI UN

FLUSSO GASSOSO

DESCRIZIONE

La presente invenzione è relativa ad un metodo e ad un’apparecchiatura per la misura della portata di un flusso gassoso. Più particolarmente l’invenzione, basata sul metodo denominato “rate of rise”, è relativa ad un metodo e ad un’apparecchiatura per la misura della portata di un flusso gassoso (Qgas) o per la misura della produzione di un gas in un dato intervallo temporale (Vgas), applicabile a diversi ambiti tecnologici, quali ad esempio il campo dei processi chimici e/o biologici.

In generale il metodo "rate of rise" applicato alla misura di una portata di un fluido gassoso consiste nell’alimentare il flusso all’interno di una camera chiusa di volumetria nota. L'aumento del numero di molecole all'interno della camera si traduce in un incremento di pressione, e nel caso di una trasformazione non isoterma, di temperatura. Mediante la legge dei gas ideali e l'adozione di idonei algoritmi di calcolo, noto l’incremento nel tempo della pressione ed eventualmente della temperatura nella camera, è determinabile la portata del gas, sia in termini volumetrici (in condizioni normali: 0°C e 1 atm), che in massa.

Il metodo "rate of rise" è caratterizzato da una eccellente accuratezza ed è prevalentemente utilizzato come standard di calibrazione. Può tuttavia essere utilizzato come metodo di misura applicabile a gas puri o miscele di gas, la cui composizione può anche essere variabile, purché sia valida la legge dei gas ideali.

Secondo la tecnica nota il metodo è implementato con l’ausilio di elettrovalvole, chiuse in fase di misura (incremento di pressione della camera) ed aperte quando viene raggiunto un valore massimo di pressione nella camera, in modo da permettere l’uscita del gas. L'apertura delle elettrovalvole è automatizzata e gestita per mezzo di un idoneo sistema di controllo, che aumenta la complessità ed il costo delle apparecchiature “rate of rise”, in modo particolare qualora sia necessario un sistema di misura multiplo, in presenza di più flussi gassosi da misurare.

US 7,082,826 B2 descrive un dispositivo misuratore di flusso di gas che funziona secondo il metodo "rate of rise" e che richiede appunto un sistema di elettrovalvole che incidono sul costo e sulla complessità del dispositivo.

Sono noti altri metodi per la misura della portata di un flusso gassoso diversi dal metodo "rate of rise". Ad esempio, nel campo della misura delle piccole portate, ambito di particolare interesse della presente invenzione, US 5,092,181 descrive un metodo ed un’apparecchiatura per la misura della portata di un flusso gassoso in cui un flusso gassoso viene fatto gorgogliare lungo un cammino definito ed ogni singola bolla di gas viene rilevata e misurata da un sensore, ad esempio un sensore fotoelettrico. Prescindendo dalla complessità dell’apparecchiatura, misure di tipo fotoelettrico o ottico sono meno affidabili delle misure manometriche.

Uno scopo della presente invenzione è quindi quello di ridurre la complessità e migliorare la qualità delle misure dei dispositivi noti, rendendo disponibili un metodo ed un’apparecchiatura per la misura della portata di un flusso gassoso che si basano sul principio “rate of rise”, ma che siano in grado di evitare l'utilizzo di elettrovalvole o complessi sistemi meccanizzati, determinando un particolare vantaggio qualora sia necessario un sistema di misura multiplo, in presenza di più flussi gassosi da misurare.

Un altro scopo della presente invenzione è di provvedere un metodo ed un’apparecchiatura per la misura della portata di un flusso gassoso che siano applicabili a diversi ambiti tecnologici e permettano una misura accurata indipendentemente dalla composizione del gas. Un primo aspetto dell’invenzione è pertanto costituito da un metodo per la misura della portata di un flusso gassoso che comprende l’introduzione o la produzione di un flusso gassoso in una camera a tenuta di volume V mantenuta ad una temperatura T, realizzandosi così una fase di compressione, caratterizzato dal fatto che:

a) detto flusso gassoso viene scaricato da detta camera a tenuta tramite un condotto immerso in un liquido contenuto in una cella di espulsione controllata, detto condotto presentando un tratto discendente, al cui fondo è definita una sovra-pressione idrostatica massima ∆pmaxper detto gas, ed un tratto ascendente, sfociante in un’estremità aperta in corrispondenza della quale è definita una sovra-pressione idrostatica minima ∆pminper detto gas, detta estremità aperta essendo posta al di sotto del livello di detto liquido;

b) detto flusso gassoso scaricato da detta camera a tenuta percorre detto condotto fino a superarne il fondo alla sovra-pressione ∆pmaxe risalire nel tratto ascendente fino ad essere espulso da detta estremità entro detto liquido, passare alla superficie dello stesso nello spazio sovrastante il pelo libero di detto liquido e passare poi all’esterno di detta cella di espulsione, realizzandosi così una fase di espulsione;

c) viene misurata la pressione assoluta p di detta camera, detta pressione p variando tra la pressione idrostatica minima, corrispondente a ∆pmin, e la pressione idrostatica massima, corrispondente a ∆pmax, di detto gas;

d) viene calcolato il numero di moli n di gas presenti in detta camera a tenuta in due diversi istanti temporali (tae tb) in cui la pressione p è coincidente con determinati valori predefiniti, prossimi alla pressione idrostatica minima (pa) ed alla pressione idrostatica massima (pb), e da detto numero di moli viene calcolato il volume di gas in condizioni normali Vn corrispondente (Vna, Vnb) mediante l’equazione Vn = n • R • 273,15/1000 e da queste la portata di gas Qgas mediante l’equazione Qgas = (Vnb– Vna)/(tb– ta);

e) dette fasi a), b), c) e d) vengono ripetute una pluralità di volte generando una serie di fasi di compressione ed espulsione di detto gas ed una serie di valori di detti parametri dell’equazione dei gas ideali dai quali ottenere un valore medio così da ottenere una misura accurata di detta portata di gas Qgas nel caso di flussi a portata costante, o per effettuarne un monitoraggio in continuo, nel caso di portate di gas non costanti.

Un altro aspetto dell’invenzione è costituito da un’apparecchiatura per la misura della portata di un flusso gassoso comprendente una camera a tenuta di volume V, provvista di due fori di cui uno per l’introduzione ed uno per lo scarico di un flusso gassoso ovvero la medesima camera a tenuta provvista di un solo foro per lo scarico del flusso gassoso, mezzi per la misurazione della pressione assoluta e della temperatura e mezzi per la regolazione della temperatura, caratterizzata dal fatto di comprendere:

i. una cella di espulsione di detto flusso gassoso, destinata ad essere parzialmente riempita con un liquido;

ii. un condotto di espulsione di detto flusso gassoso, collegato ad una estremità a detto foro di scarico di detta camera a tenuta ed avente la parte terminale adatta ad essere immersa in detto liquido di detta cella di espulsione, detta parte terminale di detto condotto essendo formata con un tratto discendente ed un tratto ascendente ed un’estremità aperta, detta estremità aperta della parte terminale essendo adatta ad essere posta al di sotto del livello di detto liquido, tale per cui detto gas può essere espulso da detto condotto in detto liquido.

La camera a tenuta nella configurazione che prevede il solo foro di scarico assolve anche alla funzione di camera di reazione e può rappresentare un qualsiasi reattore in cui il gas è prodotto internamente per via di reazioni chimiche e/o biologiche, anche in presenza di due fasi (gas prodotto, liquido/mezzo di reazione). Essa può essere così equipaggiata con apparecchiature specifiche, quali ad esempio miscelatori; linee di alimentazione dei reagenti/campionamento, e simili.

Secondo una variante dell’invenzione il metodo e l’apparecchiatura definite sopra possono essere applicati alla misura del consumo di un gas da parte di reazioni chimiche e/o biologiche che avvengono nella camera a tenuta di volume V. In tale variante la cella precedentemente definita di espulsione diventa una cella di richiamo controllato del gas destinato ad essere consumato in tali reazioni, prelevato da una opportuna camera di stoccaggio.

Secondo tale variante l’invenzione è dunque costituita da un metodo per la misura del consumo di un flusso gassoso caratterizzato dal fatto di comprendere:

a') il consumo di un flusso gassoso in una camera di reazione a tenuta di volume V mantenuta ad una temperatura T da parte di una reazione chimica e/o biologica che avviene nella stessa, detta camera a tenuta essendo collegata ad una cella di richiamo chiusa ove è presente detto gas da consumare, realizzandosi così in detta cella di richiamo una fase di depressione conseguente al consumo del gas in detta camera di tenuta;

b') il prelievo da parte di detta cella di richiamo di detto flusso gassoso da una camera di stoccaggio a pressione costante ed il suo trasferimento in detta cella di richiamo tramite un condotto immerso in un liquido contenuto in detta cella di richiamo, detto condotto presentando un tratto discendente, al cui fondo è definita una depressione idrostatica massima -∆pmaxper detto gas, ed un tratto ascendente sfociante in un’estremità aperta in corrispondenza della quale è definita una depressione idrostatica minima -∆pminper detto gas, detta estremità aperta essendo posta al di sotto del livello di detto liquido;

c') detto flusso gassoso prelevato da detta camera di stoccaggio percorre detto condotto fino a superarne il fondo alla depressione -∆pmaxe risalire nel tratto ascendente fino ad essere trasferito attraverso detta estremità in detto liquido, emergere alla superficie dello stesso nello spazio sovrastante il pelo libero di detto liquido e posto in comunicazione con detta camera a tenuta ove avviene la reazione chimica e/o biologica, realizzandosi così il ripristino delle condizioni di pressione iniziali; d') viene misurata la pressione assoluta p di detta camera a tenuta, detta pressione p variando tra la pressione idrostatica corrispondente a -∆pmine la pressione idrostatica corrispondente a -∆pmaxdi detto gas;

e') viene calcolato il numero di moli n di gas presenti in detta camera a tenuta in due diversi istanti temporali (tae tb) in cui la pressione p è coincidente con determinati valori predefiniti, prossimi alla pressione idrostatica minima (pa) ed alla pressione idrostatica massima (pb), e da detto numero di moli viene calcolato il volume di gas in condizioni normali Vn corrispondente (Vna, Vnb) mediante l’equazione Vn = n • R • 273,15/1000 e da queste la portata di gas Qgas mediante l’equazione Qgas = (Vnb– Vna)/(tb– ta);

f') dette fasi a’), b’), c’), d’) e e’) vengono ripetute una pluralità di volte generando una serie di fasi di depressione e ripristino della pressione iniziale di detto gas ed una serie di valori di detti parametri dell’equazione dei gas ideali dai quali ottenere un valore medio così da ottenere una misura accurata di detta portata di gas consumato Qgas nel caso di flussi a portata costante, o per effettuarne un monitoraggio in continuo, nel caso di portate di gas non costanti.

Un altro aspetto della variante dell’invenzione è costituito da un’apparecchiatura per la misura del consumo di un flusso gassoso da parte di reazioni chimiche e/o biologiche che avvengono nella camera a tenuta di volume V.

Secondo tale variante l’apparecchiatura per la misura del consumo di un flusso gassoso è caratterizzata dal fatto di comprendere:

i'. una camera di reazione a tenuta, di volume V, provvista di un foro di introduzione di un flusso gassoso destinato ad essere consumato in una reazione che avviene in detta camera, mezzi per la misurazione della pressione assoluta e della temperatura e mezzi per la regolazione della temperatura;

ii'. una cella di richiamo di detto flusso gassoso, destinata a contenere un liquido che riempie una parte di detta camera e definisce una porzione di volume al di sopra del pelo libero di detto liquido atto a contenere detto gas, nella quale cella di richiamo è montato un condotto di richiamo di detto flusso gassoso, avente la parte terminale immersa in detto liquido e formata con un tratto discendente ed un tratto ascendente la cui estremità aperta è posta al di sotto del livello di detto liquido, tale per cui detto gas può passare da detto condotto in detto liquido e da esso in detto volume al di sopra di detto liquido;

iii'. detto condotto di richiamo essendo collegato all’estremità opposta ad una camera di stoccaggio a pressione costante di detto gas destinato ad essere consumato in detta camera di reazione.

Il metodo e l’apparecchiatura secondo l’invenzione si sono rivelati particolarmente vantaggiosi nella misura di portate di gas relativamente piccole, preferibilmente inferiori a 10 L min<-1>(in condizioni normali) più preferibilmente inferiori a 1 L min<-1>(in condizioni normali). Per tali valori di portate la sovra-pressione idrostatica massima ∆pmaxstabilita nel condotto di espulsione è inferiore a 0,050 atm, preferibilmente inferiore a 0,025 atm. Il diametro interno del condotto di espulsione è preferibilmente inferiore a 50 mm, più preferibilmente inferiore a 25mm.

Secondo un aspetto dell’invenzione, quando il diametro interno del condotto di espulsione è inferiore a 8 mm, esso è preferibilmente realizzato con uno o più intagli terminali sulla estremità aperta od in prossimità della stessa, al fine di permettere il ristabilirsi delle condizioni di inizio ciclo in modo spontaneo, cosicché si possano realizzare fasi di compressione ed espulsione in continua successione.

Secondo un altro aspetto dell’invenzione, il tratto ascendente ed il tratto discendente del condotto di espulsione sono paralleli.

L’invenzione viene ora descritta con riferimento alle figure allegate, date a titolo illustrativo e non limitativo, nelle quali:

- la Fig. 1 è una vista schematica di un’apparecchiatura per l’implementazione del metodo per la misura della portata di un flusso gassoso secondo l’invenzione;

- le Figg. 2 e 3 sono viste schematiche di diverse forme realizzative di particolari dell’apparecchiatura di Fig. 1;

- la Fig. 4 è una vista schematica di un’apparecchiatura per l’implementazione del metodo per la misura del consumo di un flusso gassoso secondo una variante dell’invenzione;

- le Figg. 5 e 6 sono viste schematiche di diverse forme realizzative dell’apparecchiatura di Fig. 1;

- La Fig. 7 illustra schematicamente l’andamento della pressione nell’ambito del metodo e dell’apparecchiatura di Fig. 1;

- La Fig. 8 illustra schematicamente l’andamento della pressione nell’ambito del metodo e dell’apparecchiatura di Fig. 4;

- La Fig. 9 illustra il funzionamento del metodo e dell’apparecchiatura di Fig. 1;

- La Fig. 10 illustra il funzionamento del metodo e dell’apparecchiatura di Fig. 4

- La Fig. 11 è un grafico relativo al metodo e all’apparecchiatura di Fig. 1;

- La Fig. 12 illustra un particolare dell’apparecchiatura secondo l’invenzione.

Con riferimento alla Fig. 1, l’apparecchiatura secondo l’invenzione, nella realizzazione finalizzata alla misura della portata di un flusso gassoso, comprende una camera a tenuta 20, di volume noto V, provvista di un foro 21 nel quale è inserito un raccordo 22 per l’introduzione di un flusso di gas ad una portata Qgas da misurare, che eventualmente può essere dotato di un regolatore di contro-pressione o di un sistema analogo la cui funzione è di mantenere invariata la pressione a monte della camera a tenuta. La camera a tenuta 20 è provvista di mezzi 23 per la misurazione della pressione assoluta e della temperatura, nonché di mezzi per la regolazione della temperatura, non indicati in figura, costituiti ad esempio da un bagno termostatico o altro sistema noto all’esperto del ramo. I mezzi per la misurazione della pressione assoluta e della temperatura 23, costituiti da opportuni sensori, sono collegati ad una unità di controllo 24, che ha la funzione di analisi ed elaborazione dei dati inviati dai mezzi 23 di misurazione di pressione e temperatura e di calcolo della portata di gas Qgas, come si dirà in seguito.

La camera a tenuta 20 è provvista anche di un foro 25 per lo scarico del flusso gassoso in una cella di espulsione 30 mediante un condotto di espulsione 26 collegato ad una estremità al foro 25 mediante un raccordo 27.

Come si è indicato in precedenza, la camera a tenuta 20 può assolvere anche alla funzione di camera di reazione e può rappresentare un qualsiasi reattore in cui il gas è prodotto internamente per via di reazioni chimiche e/o biologiche, anche in presenza di più fasi, ad esempio una gas liquida ed una fase gas, costituita dal gas prodotto dalla reazione. In tal caso la camera di reazione non è provvista di un foro di entrata del gas ma solo di un foro di uscita (25), ma può essere equipaggiata con apparecchiature specifiche, quali ad esempio miscelatori, linee di alimentazione dei reagenti, linee di campionamento e simili.

La cella di espulsione 30 è riempita, per una porzione del suo volume, con un liquido 31 a densità (d) nota, tale per cui è definito uno spazio di testa 32 al di sopra del pelo libero del liquido 31. La parte terminale del condotto di espulsione 26 è immersa nel liquido 31 ed è formata con un primo tratto discendente 26a ed un secondo tratto ascendente 26b, la cui estremità 26c è aperta ed è posta al di sotto del livello del liquido 31. I tratti 26a e 26b sono paralleli e sono raccordati tra un tratto inferiore ad U 26d. Nello spazio 32 sovrastante il pelo libero del liquido 31 è previsto un foro 33 nel quale è montato un raccordo 34, tramite il quale il flusso gassoso può essere trasferito all’esterno dell’apparecchiatura di misura. I sensori 23 sono connessi tramite la linea 28 con lo spazio di testa 32 della cella di espulsione 30, in modo da poter misurare la temperatura e la pressione assoluta della cella stessa.

Se il gas uscente dall’apparecchiatura tramite il foro 33 non viene convogliato attraverso un sistema di tubazioni con significative perdite di carico, la pressione nello spazio di testa 32 coincide con la pressione atmosferica. Ne consegue che in queste condizioni i sensori 23 possono essere predisposti per misurare direttamente la pressione atmosferica.

Il primo tratto discendente 26a del condotto 26 è fissato alla cella 30 mediante staffe 35, 36. L’estremità 26c del condotto 26 termina con un intaglio 29, avente la funzione di permettere il ristabilirsi delle condizioni di inizio ciclo in modo spontaneo, cosicché si possano realizzare fasi di compressione ed espulsione in continua successione.

Utilizzando l’apparecchiatura sopra descritta è possibile realizzare il metodo di misura della portata secondo l’invenzione.

Il gas introdotto o prodotto nella camera a tenuta 20 entra nel condotto di espulsione 26 e da questo nella cella di espulsione 30, come evidenziato dalle frecce A di Fig. 1. Il liquido 31 presente nella cella di espulsione ha la funzione di generare una sovra-pressione idrostatica rispetto al valore di pressione atmosferica. Per effetto di tale sovra-pressione una certa quantità di liquido, ad esempio acqua, entra attraverso l’estremità 26c all’interno del condotto 26 controbilanciando la pressione del gas instaurata nella camera a tenuta 20 e nel condotto stesso. Si viene a creare un equilibrio evidenziato dal posizionamento dell’interfaccia 38 tra il gas ed il liquido nel tratto discendente del condotto di espulsione 26. In tale situazione la cella di espulsione 30 costituisce una valvola di chiusura idraulica della camera a tenuta 20 (Fig. 9, tempo t0).

Con l’aumento della quantità di gas introdotta (o prodotta) nella camera 20 la pressione della camera aumenta ed il gas presente nel condotto 26 spinge indietro il liquido che è entrato nel condotto stesso. Questa fase, detta di compressione, è evidenziata anche schematicamente nella Fig. 9A, ove il gas costituisce la parte scura ed il liquido la parte chiara (tempo t1). Il livello di affondamento massimo del liquido entro il condotto 26 corrisponde ad una sovrapressione idrostatica ∆pmax, ed in tal caso l’interfaccia gas-liquido è posizionato al centro della parte 26d ad U del condotto 26 (tempo t2).

Quando la pressione del gas nella camera a tenuta raggiunge e supera la pressione corrispondente alla sovra-pressione idrostatica ∆pmaxsi attiva la fase di espulsione del gas, mostrata nella Fig. 9B, con la risalita del gas nel tratto ascendente 26b del condotto 26 fino alla sua effettiva espulsione dal condotto al superamento della sovra-pressione idrostatica minima ∆pmin, in corrispondenza del punto di affondamento minimo del liquido nel condotto 26, cioè all’estremità del condotto stesso. I punti di affondamento massimo e minimo sono rappresentati dalle quote MAX e MIN in Fig. 9.

Alla fase di espulsione segue una fase di ripristino delle condizioni iniziali del ciclo, alle quali il liquido rientra nel condotto 26 e si riporta nella condizione in cui l’interfaccia gas-liquido si trova nel tratto discendente 26a del condotto 26 (Fig. 9C).

Il gas che è stato espulso dal condotto gorgoglia nel liquido 31 (Fig. 1) e raggiunge lo spazio di testa 32, dal quale può poi fuoriuscire tramite il foro 33 ed il raccordo 34.

Per effettuare una misura accurata della portata di gas nel caso di flussi a portata costante, o per effettuarne un monitoraggio in continuo, nel caso di portate di gas non costanti si realizza una pluralità di cicli di fasi di compressione-espulsione-ripristino, come quella descritta in precedenza. In funzione dei dati di temperatura e di pressione assoluta (interna ed esterna alla camera) misurati e registrati per mezzo dei sensori 23 e dell’unità di controllo 24, nonché in base alle caratteristiche geometriche dei componenti dell’apparecchiatura, è poi possibile ottenere la portata Qgas (ad esempio in mL min<-1>o L h<-1>in condizioni normali) o il volume di gas prodotto nel tempo Vgas (ad esempio in mL o L in condizioni normali), utilizzando la legge dei gas ideali.

La Fig. 7 mostra l’andamento della pressione (in ordinata) nel tempo (in ascisse) per alcuni cicli di compressione-espulsione-ripristino, in ciascuno dei quali la pressione sale da un valore corrispondente a ∆pminad un valore corrispondente a ∆pmaxper poi ripristinare le condizioni inziali, in un intervallo temporale t0-t5.

Il metodo di calcolo della portata del flusso gassoso (Qgas) e/o del volume cumulato nel tempo del gas (Vgas) viene effettuata prendendo in considerazione i dati della fase di compressione A. In particolare il metodo di calcolo prevede:

1. la trasformazione del dato di pressione assoluta interna p alla camera a tenuta 20 nel numero di moli n presenti, mediante la legge dei gas ideali (1), rielaborata nella seguente formulazione:

n = f H ⋅ p ⋅ V * (1)

R ⋅ T

dove:

f H : fattore di correzione che esprime il rapporto tra moli di gas secco e moli di gas umido (mmol mmol<-1>), è funzione della tensione di vapore acqueo alla temperatura T (tvap T) e la pressione assoluta p:

� t vapT�

fH=�

� 1 − �

� (2)

� p �

V*: volume effettivo occupato dal gas ad un generico istante temporale, alle condizioni effettive di temperatura T e pressione p, calcolabile come indicato nel seguito;

R: costante dei gas (0,08205784 L matm K<−1>mmol<−1>);

T: temperatura interna alla camera a tenuta (K);

2. il calcolo del volume di gas corrispondente al numero di moli n, in condizioni normali Vn, mediante la legge dei gas ideali:

Vn = n⋅ R ⋅273, 15 (3)

1000

La stima della portata di gas Qgas, in condizioni normali, può essere condotta effettuando il calcolo espresso nei sopra indicati punti (1) e (2), applicati a due istanti temporali tae tb, in cui la pressione p è coincidente con determinati valori predefiniti, prossimi alla pressione idrostatica minima (pa) ed alla pressione idrostatica massima (pb). Va poi utilizzata la<seguente relazione: Qgas=(V>nb<–V>na<)/(t>b<-t>a<), dove V>na<e V>nb sono valori calcolati conl’equazione (3) al tempo<ta e tb.>

Un metodo più accurato consiste nell’effettuare un’interpolazione lineare dei dati Vn registrati in successivi istanti temporali prendendo in considerazione tutti i dati della fase di compressione A, o per portate non costanti, considerando intervalli di interpolazione più piccoli purché con un numero congruo di dati. La portata Qgas coincide con il coefficiente angolare della retta di interpolazione.

La stima del volume di gas prodotto in un dato intervallo temporale (Vgas), in condizioni normali, può essere condotta costruendo la curva cumulata di Vn per traslazione verticale dei dati della fase A di cicli consecutivi, come mostrato schematicamente in Fig. 11.

Per quanto riguarda il termine V* (volume effettivo occupato dal gas ad un generico istante temporale, L) introdotto nell’equazione 1, esso è da considerarsi somma di due componenti:

• una componente costante, V0(L), definita come volume occupato dal gas comprensivo del volume della camera a tenuta (20), eventuali volumetrie a monte alla medesima pressione, ed i volumi interni dei condotti (26) sino alla posizione 0 dell’interfaccia gas/liquido 38, indicata in Fig. 12, posizione che è coincidente con il livello del pelo libero del liquido 31 (riferimento alla Fig.1); • una componente variabile in funzione dell’effettiva posizione dell’interfaccia gas/liquido, oltre la posizione 0, calcolabile in funzione delle caratteristiche geometriche della via d’uscita: lunghezza del tratto di tubo verticale L (dm), raggio di curvatura del tratto curvilineo r (dm), e sezione di passaggio s, (dm<2>). Al fine di poter calcolare compiutamente V* si definisce quanto segue:

• p0(matm): pressione assoluta corrispondente alla posizione di interfaccia gas/liquido 0 (Fig. 12); p0corrisponde alla pressione atmosferica se il gas uscente dal dispositivo non viene convogliato attraverso un sistema di tubazioni con significative perdite di carico;

• p1(matm): pressione assoluta corrispondente alla posizione di interfaccia gas/liquido 1 (Fig. 12), identificata dalla sezione di passaggio del gas posta tra il termine del tratto rettilineo e l’inizio del tratto curvilineo del condotto 26. Il termine p1è calcolabile in funzione dell’affondamento tra la posizione 1 e 0 (coincidente con L), p0e γ, che è la pressione idrostatica per unità di affondamento alla temperatura del liquido 31. Nel caso dell’acqua γ= 9,66 matm dm<-1>@20°C; 9,65 matm dm<-1>@25°C; 9,64 matm dm<-1>@30°C:

p1 = p 0 L⋅ γ (4)

• l0(dm): affondamento dell’interfaccia gas/liquido rispetto alla posizione 0, calcolabile in funzione di p, p0, e γ:

p − p

l = 0

0( t ) (5)

γ

• l1(dm): affondamento dell’interfaccia gas/liquido rispetto alla posizione 1, calcolabile in funzione di p(t), p1, e γ:

p − p

l 1 = 1 (6)

γ

• α (radianti): angolo che esprime la posizione dell’interfaccia gas/liquido rispetto alla posizione 1, come da Fig. 12:

� l

α = arcsin�1�

� (7)

� r�

Il volume V* è così calcolabile mediante le seguenti equazioni:

V *=V0 l 0 ⋅ s se p0 ≤ p ≤ p 1 (8)

V *=V 0 L⋅s+ α ⋅r ⋅ s se p > p 1 (9)

Qualora la componente variabile di V* sia del tutto trascurabile rispetto alla componente costante (V0), V* può essere assunto coincidente a quest’ultima.

Come già menzionato il calcolo viene eseguito in modo automatico dall’unità di controllo 24. E’ evidente che il metodo permette di misurare i volumi e le portate di gas senza l’ausilio di elettrovalvole, grazie alla presenza del condotto di espulsione 26 e della cella di espulsione 30.

Il sistema complessivo deve essere ben dimensionato affinché in ogni istante temporale della fase di compressione la pressione interna della camera a tenuta 20 sia controbilanciata dal carico idrostatico agente sull’interfaccia gas-liquido 38.

Il corretto dimensionamento dell’apparecchiatura, per portate di gas inferiori a 1 L min<-1>(in condizioni normali), si ottiene con valori di sovra-pressione idrostatica massima ∆pmaxstabilita nel condotto di espulsione inferiori a 0,025 atm. Il diametro interno del condotto di espulsione è preferibilmente inferiore a 25mm.

A titolo puramente esemplificativo in Tabella 1 sono indicati i valori preferiti di portata di gas misurabile in funzione di alcune caratteristiche geometriche dell’apparecchiatura, considerando acqua distillata quale liquido 31, una temperatura di 35°C, pressione atmosferica pari a 1000 matm, un valore di ∆pmindi 1 matm:

Tabella 1. Caratteristiche dimensionali e portata del gas misurabile V0di ∆pmaxQgas (L) (mm) (matm) (mL min<-1>, in condizioni normali)

0.2 2 15 0 - 2.5

0.5 2-3 15 0 - 6.5

1 2-3 15 0 - 12.0

5 4-5 15 1 - 55.0

10 6-7 15 1 - 113.0

50 14-15 20 5 - 565.0

Ove

- V0(L): volume occupato dal gas comprensivo del volume della camera a tenuta 20, di eventuali volumetrie a monte alla medesima pressione, ed i volumi interni del condotto 26 sino al livello del pelo libero del liquido 31;

- di (mm): diametro interno del condotto 26;

- ∆pmax: sovra-pressione correlata al massimo affondamento MAX (Fig. 9);

Secondo un aspetto dell’invenzione, quando il diametro interno del condotto di espulsione è inferiore a 8 mm, esso è preferibilmente realizzato con uno o più intagli terminali sulla estremità aperta od in prossimità della stessa, al fine di permettere il ristabilirsi delle condizioni di inizio ciclo in modo spontaneo, cosicché si possano realizzare fasi di compressione ed espulsione in continua successione. Le Figg. 2A e 2B illustrano la realizzazione dell’estremità 26c del condotto 26 nella quale sono previsti intagli 29, 29’ che originano a partire dall’estremità stessa del condotto (Fig. 2A), e la realizzazione nelle quale sono previsti intagli 39, 39’ realizzati in prossimità dell’estremità 26c (Fig. 2B).

Nella realizzazione di Fig. 1, il condotto di espulsione 26 è realizzato con il tratto discendente completamente rettilineo ed il tratto ascendente raccordati da una porzione di condotto ad U, più precisamente a semicerchio 26d.

Secondo una realizzazione alternativa, mostrata in Fig. 3, il condotto di espulsione 26 è realizzato con il tratto discendente 26a completamente rettilineo, mentre il tratto ascendente 26b è connesso al tratto 26a per mezzo di un arco di cerchio 26e di 90°. Questa forma, di maggiore complessità realizzativa, ha il vantaggio di rendere più semplice il calcolo della portata del gas Qgas o del volume Vgas, in quanto il calcolo del termine V* si riconduce solo alla relazione 8, per via del fatto che il tratto discendente del condotto è tutto rettilineo.

La cella di espulsione 30 può anche essere realizzata aperta. Essa può inoltre essere equipaggiata con un sistema automatizzato di mantenimento del livello del pelo libero (non rappresentato in Fig. 1), che comunque può essere controllato anche manualmente con operazioni di rabbocco periodiche. Tali operazioni possono ridursi in frequenza adottando un liquido di riempimento a bassa volatilità.

Il condotto di espulsione 26 può essere di qualsiasi materiale, geometria, forma, dimensione, nonché può essere composto da un singolo condotto o da più condotti o elementi in genere, purché sia caratterizzato da:

- un livello di affondamento massimo rispetto al pelo libero del liquido presente nella cella (livello MAX di Fig. 9),

- un tratto di condotto ascendente (26b),

- un livello di espulsione del gas collocato ad una quota maggiore, e quindi ad affondamento inferiore (livello MIN di Fig. 9).

La camera a tenuta 20 può assumere diverse forme e dimensioni. Può anche contenere una soluzione o un composto adsorbente, selettivo, per purificare o selezionare i composti presenti nel gas. Inoltre, può essere priva del foro 21 e del raccordo pneumatico in ingresso 22; in tal caso essa può rappresentare un qualsiasi reattore in cui il gas è prodotto internamente per via di reazioni chimiche e/o biologiche, anche in presenza di due fasi (gas prodotto, liquido/mezzo di reazione). Essa può essere così equipaggiata con apparecchiature specifiche, quali ad esempio miscelatori; linee di alimentazione dei reagenti/campionamento, e simili. Un campo di applicazione di interesse della presente invenzione risulta essere quello della misura di piccole o piccolissime portate/volumi, per cui l’apparecchiatura ed il metodo dell’invenzione risultano particolarmente vantaggiosi sia per ottima accuratezza che per il costo contenuto.

La misura di piccole o piccolissime portate è rilevante in diverse applicazioni, in particolare nel caso di reazioni biologiche e/o chimiche, ad esempio:

1. reattori pilota alla scala di laboratorio/campo;

2. apparati di misura del potenziale biochimico di produzione di metano (Biochemical Methane Potential, BMP), di idrogeno (Biochemical Hydrogen Potential, BHP) o più in generale di altri prodotti gassosi di reazioni chimiche e/o biologiche.

Per quanto riguarda l’applicazione 2, l’utilizzo dell’invenzione è di particolare interesse in quanto gli apparati di misura del BMP commercializzati solitamente permettono la misura multipla. Sono possibili due diverse configurazioni, raffigurate in Figg. 5 e 6.

In tale applicazione viene realizzata una diversa forma di attuazione dell’invenzione, in cui la camera a tenuta può assolvere la funzione sia di reattore di produzione del gas che contenere una soluzione/mezzo adsorbente di cui sopra, come si descrive nel seguito.

In Fig. 5 è mostrata un’apparecchiatura che permette la misura del biogas (CH4+CO2) prodotto nel corso della prova. Essa è costituita dalla camera a tenuta 520 connessa alla cella di espulsione 530 mediante il condotto 526. L’apparecchiatura è collocata in un bagno termostatato 540, contenente acqua deionizzata alla temperatura di prova, generalmente compresa tra 30 e 37°C. Sia la camera 520 che la cella 530 sono realizzate secondo le indicazioni di Fig. 1, ad eccezione del foro 21 e del raccordo pneumatico in ingresso 22, che nella presente configurazione sono assenti in quanto la camera a tenuta 520 assolve anche la funzione di reattore biologico, ove si origina il gas di processo. Ne consegue che la camera 520 risulta parzialmente riempita con la miscela/il mezzo di reazione (biomassa batterica, substrato organico) e che è equipaggiata con un sistema di miscelazione, una o più linee di alimentazione/campionamento liquido (opzionale) ed una o più linee di campionamento gas (opzionale), non illustrate. Per la miscelazione possono essere adottati diversi dispositivi, ad esempio miscelatori magnetici o meccanici ad asse verticale.

All’interno della cella di espulsione 530 è possibile utilizzare una soluzione H2SO40,5% in modo da ridurre la solubilizzazione di CO2in fase liquida ed ottenere una misura completa del biogas prodotto.

Il calcolo del BMP è poi effettuato sulla base della produzione di biogas e misurando la composizione percentuale di metano nel gas presente nello spazio di testa della camera a tenuta 520, mediante opportune tecniche analitiche, ad esempio mediante gas-cromatografia. In Fig. 6 è mostrato un dispositivo che permette la misura del solo metano CH4. E’ costituito dal reattore biologico 610, per cui valgono le considerazioni relative alla camera 520, ad eccezione del fatto che il volume di gas va ridotto al minino, dalla camera a tenuta 620 e dalla cella di espulsione 630. Sia la camera 620 che la cella 630 sono realizzate secondo le indicazioni di Fig. 1 e sono collegate dal condotto di espulsione 626.

La camera a tenuta 620 è riempita parzialmente con una soluzione alcalina (ad esempio, NaOH 3M) con la funzione di assorbire la CO2, composto presente in frazione rilevante oltre al metano nel biogas. Analogamente all’opzione precedente si ha un bagno termostatato 640, analogo al 540. Alternativamente al bagno termostatato è possibile ricorrere ad una camera a temperatura controllata, dove collocare l’apparato di misura del BMP.

Entrambe le configurazioni delle Figg. 5 e 6 si prestano alla misura multipla; all’interno del bagno termostatato è possibile infatti collocare più dispositivi in parallelo, gestibili dalla medesima unità di controllo, non in indicata nelle Figg. 5 e 6 ma corrispondente all’unità 24 di Fig. 1.

Come si è detto in precedenza, una variante dell’invenzione riguarda un metodo ed un’apparecchiatura per la misura del consumo di un gas da parte di reazioni chimiche e/o biologiche che avvengono nella camera a tenuta di volume V. In tale variante la camera a tenuta assolve anche alla funzione di camera di reazione o reattore e la cella precedentemente definita di espulsione diventa una cella di richiamo controllato del gas destinato ad essere consumato in tali reazioni, prelevato da una opportuna camera di stoccaggio, a pressione costante.

La suddetta variante è illustrata in Fig. 4, nella quale si è indicato con 42 una camera di stoccaggio di un gas destinato ad essere consumato in una reazione che avviene in una a camera di reazione a tenuta, non illustrata ma del tutto analoga alla camera di tenuta 20 di Fig. 1, con opportuni mezzi per la misurazione della pressione assoluta e della temperatura e mezzi per la regolazione della temperatura. Essa può essere equipaggiata con apparecchiature specifiche, quali ad esempio miscelatori; linee di alimentazione dei reagenti/campionamento, e simili.

Tra la camera di stoccaggio 42 e la camera di reazione a tenuta è collocata una cella 430 di richiamo controllato del gas, o cella di richiamo, collegata mediante un condotto di richiamo 426 alla camera di stoccaggio 42. Come nella realizzazione di Fig. 1 il condotto 426 è immerso in un liquido 431 ed è formato e montato nello stesso modo illustrato in Fig. 1. Per semplicità di descrizione si omette qui una descrizione di dettaglio della camera e dei suoi componenti, in particolare della cella di espulsione, per i quali si richiama qui integralmente la descrizione precedentemente fornita, rilevando che la cella di espulsione assume qui la funzione e la denominazione di cella di richiamo controllato, o cella di richiamo.

La cella di richiamo 430 opera in fasi cicliche di:

(A) riduzione di pressione sino ad un valore corrispondente alla depressione massima (funzione del dislivello indicato con 418 in Fig. 10);

(B) richiamo del gas dall’esterno all’interno della cella 430, prelevato dalla camera di stoccaggio 42, e successivo richiamo del gas, passato nello spazio di testa 432, alla camera di reazione a tenuta;

(C) recupero delle condizioni di pressione iniziali.

Dal punto di vista strutturale la cella 430 è analoga alla cella 30, ad eccezione di quanto segue:

• la connessione con la camera di reazione a tenuta avviene per mezzo del raccordo 434 ed il tubo 404; in tal modo la camera a tenuta e lo spazio di testa della cella di richiamo sono connessi e, per tubazioni e volumi della camera ben dimensionati, risultano al medesimo valore di pressione;

• al condotto 426 è connessa per mezzo del raccordo 429, la camera di stoccaggio 42 del gas da consumare nel corso della reazione. La camera di stoccaggio 42 è a pressione atmosferica, può essere quindi una sacca di campionamento per gas o una camera chiusa con adeguato sistema di controllo e mantenimento della pressione.

Come illustrato in Fig. 10, in questa configurazione i livelli di affondamento del condotto 426 determinano l’intervallo dei valori di depressione in cui l’apparecchiatura opera nella fase di riduzione della pressione (fase A), ovvero la minima depressione, -∆pmin, funzione dell’affondamento indicato con 417 in Fig. 10 e la massima depressione, -∆pmax, funzione dell’affondamento massimo 418. Oltre a tale valore di depressione si attiva la fase di richiamo del gas (fase B) prima nello spazio di testa 432 della cella 430 e successivamente nella camera di reazione a tenuta, riequilibrandone rapidamente la pressione, che torna al valore iniziale di - ∆pmin(fase C).

L’unità di controllo 24 di Fig. 1 è presente anche nella realizzazione della variante di Fig.4, benché non illustrata. Essa è stata rappresentata in Fig. 1 in forma di diagramma di blocco in quanto può consistere in un qualsiasi dispositivo elettronico in grado di assolvere la funzione di implementazione degli algoritmi di calcolo precedentemente menzionati, di memorizzazione dei dati e dell’eventuale controllo della temperatura del bagno/cella termostatata. Ad esempio, tali dispositivi possono essere ad esempio microprocessori o personal computers con idoneo software di controllo. Questi ultimi sono la tipologia più indicata per via della maggiore versatilità e per il possibile sviluppo di funzionalità software che permettono all’utilizzatore un impiego agevolato. Inoltre, l’unità di controllo 24 deve permettere la gestione di più dispositivi, qualora in presenza di più flussi gassosi, si voglia implementare un sistema di misura multiplo.

Il sistema per la misura del BMP di Fig. 6 si presta alla misura respirometrica del BOD (Biochemical Oxigen Demand), parametro di interesse nell’ambito dei processi depurativi biologici aerobici. La cella di espulsione può essere infatti configurata come cella di richiamo di Fig. 4. Inoltre la camera di stoccaggio deve essere riempita con gas 100% O2.

Si sono descritte alcune forme di attuazioni e varianti dell’invenzione, ma naturalmente essa è suscettibile di altre modifiche e varianti nell’ambito della medesima idea inventiva, come definita nelle rivendicazioni allegate.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la misura della portata di un flusso gassoso che comprende l’introduzione o la produzione di un flusso gassoso in una camera a tenuta di volume V mantenuta ad una temperatura T, realizzandosi così una fase di compressione, caratterizzato dal fatto che: a) detto flusso gassoso viene scaricato da detta camera a tenuta tramite un condotto immerso in un liquido contenuto in una cella di espulsione controllata, detto condotto presentando un tratto discendente, al cui fondo è definita una sovra-pressione idrostatica massima ∆pmaxper detto gas, ed un tratto ascendente sfociante in un’estremità aperta in corrispondenza della quale è definita una sovra-pressione idrostatica minima ∆pminper detto gas, detta estremità aperta essendo posta al di sotto del livello di detto liquido; b) detto flusso gassoso scaricato da detta camera a tenuta percorre detto condotto fino a superarne il fondo alla sovra-pressione ∆pmaxe risalire nel tratto ascendente fino ad essere espulso da detta estremità entro detto liquido, passare alla superficie dello stesso nello spazio sovrastante il pelo libero di detto liquido e passare poi all’esterno di detta cella di espulsione, realizzandosi così una fase di espulsione; c) viene misurata la pressione assoluta p di detta camera, detta pressione p variando tra la pressione idrostatica minima, corrispondente a ∆pmin, e la pressione idrostatica massima, corrispondente a ∆pmax, di detto gas; d) viene calcolato il numero di moli n di gas presenti in detta camera a tenuta in due diversi istanti temporali (tae tb) in cui la pressione p è coincidente con determinati valori predefiniti, prossimi alla pressione idrostatica minima (pa) ed alla pressione idrostatica massima (pb), e da detto numero di moli viene calcolato il volume di gas in condizioni normali Vn corrispondente (Vna, Vnb) mediante l’equazione Vn = n • R • 273,15/1000 e da queste la portata di gas Qgas mediante l’equazione Qgas = (Vnb– Vna)/(tb– ta); e) dette fasi a), b), c) e d) vengono ripetute una pluralità di volte generando una serie di fasi di compressione ed espulsione di detto gas ed una serie di valori di detti parametri dell’equazione dei gas ideali dai quali ottenere un valore medio così da ottenere una misura accurata di detta portata di gas Qgas nel caso di flussi a portata costante, o per effettuarne un monitoraggio in continuo, nel caso di portate di gas non costanti.
2. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che misura di portate di gas inferiori a 10 L min<-1>(in condizioni normali), preferibilmente inferiori a 1 L min<-1>(in condizioni normali).
3. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta sovra-pressione idrostatica massima ∆pmaxstabilita nel condotto di espulsione è inferiore a 0,050 atm, preferibilmente inferiore a 0,025 atm.
4. Apparecchiatura per la misura della portata di un flusso gassoso comprendente una camera a tenuta di volume V(20), provvista di un foro (25) per lo scarico del flusso gassoso, mezzi (23) per la misurazione della pressione assoluta e della temperatura e mezzi per la regolazione della temperatura, caratterizzata dal fatto di comprendere: i. una cella di espulsione (30) di detto flusso gassoso, destinata ad essere parzialmente riempita con un liquido (31); ii. un condotto di espulsione (26) di detto flusso gassoso, collegato ad una estremità a detto foro (25) di scarico di detta camera a tenuta (20) ed avente la parte terminale adatta ad essere immersa in detto liquido (31) di detta cella di espulsione, detta parte terminale di detto condotto essendo formata con un tratto discendente (26a) ed un tratto ascendente (26b) con un’estremità aperta (26c), detta estremità aperta (26c) essendo adatta ad essere posta al di sotto del livello di detto liquido (31), tale per cui detto gas può essere espulso da detto condotto (26) in detto liquido (31).
5. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che detta camera a tenuta di volume V(20) è provvista di due fori, di cui uno (21) per l’introduzione e uno (25) per lo scarico di un flusso gassoso.
6. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che detta camera a tenuta di volume V(20) è provvista di un solo foro (25) per lo scarico di un flusso gassoso ed in tal caso assolve alla funzione di camera di reazione all’interno della quale detto flusso gassoso è prodotto per via di reazioni chimiche e/o biologiche, anche in presenza di più fasi.
7. Apparecchiatura secondo una o più delle rivendicazioni 4-6, caratterizzata dal fatto che detto tratto discendente (26a) e detto tratto ascendente (26b) di detto condotto di espulsione (26) sono paralleli.
8. Apparecchiatura secondo una o più delle rivendicazioni 4-6, caratterizzata dal fatto che il diametro interno del condotto di espulsione (26) è inferiore a 50 mm, preferibilmente inferiore a 25mm.
9. Apparecchiatura secondo una o più delle rivendicazioni 4-6, caratterizzata dal fatto che detto condotto di espulsione è realizzato con uno o più intagli terminali (29) sulla estremità aperta (26c) od in prossimità della stessa, al fine permettere il ristabilirsi delle condizioni di inizio ciclo in modo spontaneo, cosicché si possano realizzare fasi di compressione ed espulsione in continua successione.
10. Metodo per la misura del consumo di un flusso gassoso caratterizzato dal fatto di comprendere: a') il consumo di un flusso gassoso in una camera di reazione a tenuta di volume V mantenuta ad una temperatura T da parte di una reazione chimica e/o biologica che avviene nella stessa, detta camera a tenuta essendo collegata ad una cella di richiamo chiusa ove è presente detto gas da consumare, realizzandosi così in detta cella di richiamo una fase di depressione conseguente al consumo del gas in detta camera di tenuta; b') il prelievo da parte di detta cella di richiamo di detto flusso gassoso da una camera di stoccaggio a pressione costante ed il suo trasferimento in detta cella di richiamo tramite un condotto immerso in un liquido contenuto in detta cella di richiamo, detto condotto presentando un tratto discendente, al cui fondo è definita una depressione idrostatica massima -∆pmaxper detto gas, ed un tratto ascendente sfociante in un’estremità aperta in corrispondenza della quale è definita una depressione idrostatica minima -∆pminper detto gas, detta estremità aperta essendo posta al di sotto del livello di detto liquido; c') detto flusso gassoso prelevato da detta camera di stoccaggio percorre detto condotto fino a superarne il fondo alla depressione -∆pmaxe risalire nel tratto ascendente fino ad essere trasferito attraverso detta estremità in detto liquido, emergere alla superficie dello stesso nello spazio sovrastante il pelo libero di detto liquido e posto in comunicazione con detta camera a tenuta ove avviene la reazione chimica e/o biologica, realizzandosi così il ripristino delle condizioni di pressione iniziali; d') viene misurata la pressione assoluta p di detta camera a tenuta, detta pressione p variando tra la pressione idrostatica corrispondente a -∆pmine la depressione idrostatica corrispondente a -∆pmaxdi detto gas; e') viene calcolato il numero di moli n di gas presenti in detta camera a tenuta in due diversi istanti temporali (tae tb) in cui la pressione p è coincidente con determinati valori predefiniti, prossimi alla depressione idrostatica minima (pa) ed alla depressione idrostatica massima (pb), e da detto numero di moli viene calcolato il volume di gas in condizioni normali Vn corrispondente (Vna, Vnb) mediante l’equazione Vn = n • R • 273,15/1000 e da queste la portata di gas Qgas mediante l’equazione Qgas = (Vnb– Vna)/(tb– ta); f') ’dette fasi a’), b’), c’), d’) e e’) vengono ripetute una pluralità di volte generando una serie di fasi di depressione e ripristino della pressione iniziale di detto gas ed una serie di valori di detti parametri dell’equazione dei gas ideali dai quali ottenere un valore medio così da ottenere una misura accurata di detta portata di gas consumato Qgas nel caso di flussi a portata costante, o per effettuarne un monitoraggio in continuo, nel caso di portate di gas non costanti.
11. Apparecchiatura per la misura del consumo di un flusso gassoso da parte di reazioni chimiche e/o biologiche caratterizzata dal fatto di comprendere: i'. una camera di reazione a tenuta, di volume V, provvista di un foro di introduzione di un flusso gassoso destinato ad essere consumato in una reazione che avviene in detta camera, mezzi per la misurazione della pressione assoluta e della temperatura e mezzi per la regolazione della temperatura; ii'. una cella di richiamo (430) di detto flusso gassoso, destinata a contenere un liquido (431) che riempie una parte di detta cella e definisce una porzione di volume (432) al di sopra del pelo libero di detto liquido atto a contenere detto gas e posto in comunicazione con detta camera a tenuta ove avviene la reazione chimica e/o biologica, nella quale cella di richiamo è montato un condotto di richiamo (426) di detto flusso gassoso, avente la parte terminale immersa in detto liquido e formata con un tratto discendente ed un tratto ascendente la cui estremità aperta è posta al di sotto del livello di detto liquido, tale per cui detto gas può essere trasferito da detto condotto in detto liquido e da esso in detto volume al di sopra di detto liquido; iii'. detto condotto di richiamo essendo collegato all’estremità opposta ad una camera di stoccaggio a pressione costante (42) di detto gas destinato ad essere consumato in detta camera di reazione.
12. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 11, caratterizzata dal fatto che detto condotto di espulsione è realizzato con uno o più intagli terminali sulla estremità aperta od in prossimità della stessa, al fine di permettere il ristabilirsi delle condizioni di inizio ciclo in modo spontaneo, cosicché si possano realizzare fasi di compressione ed espulsione in continua successione.
13. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di misurare la portata di un flusso gassoso prodotto da una reazione chimica e/o biologica, preferibilmente di misurare il potenziale biochimico di produzione di metano (Biochemical Methane Potential, BMP) o di idrogeno (Biochemical Hydrogen Potential, BHP).
14. Metodo secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto di misurare il consumo di un gas da parte di una reazione chimica e/o biologica, preferibilmente di misurare la domanda biochimica di ossigeno (Biochemical Oxygen Demand, BOD).
15. Apparecchiatura secondo una o più delle rivendicazioni 1-4 e 6-9, adattata per la realizzazione del metodo secondo la rivendicazione 13, caratterizzata dal fatto di comprendere una camera a tenuta (520) comprendente un solo foro di scarico del gas ed essendo connessa ad una cella di espulsione (530) mediante un condotto (526), detta apparecchiatura essendo collocata in un bagno termostatato (540) o in una camera a temperatura controllata ed essendo equipaggiata con un sistema di miscelazione ed opzionalmente una o più linee di alimentazione/campionamento dei reagenti e/o del gas prodotto.
16. Apparecchiatura secondo una o più delle rivendicazioni 1-5 e 7-9, adattata per la realizzazione del metodo secondo la rivendicazione 13, adattata per la misurazione del potenziale biochimico di produzione di metano (BMP), caratterizzata dal fatto di comprendere un reattore biologico (610), una camera a tenuta (620) ed una cella di espulsione (630), detto reattore biologico (610) e detta camera (620) essendo collegate con un condotto e detta camera (620) e detta cella (630) essendo collegate da un condotto di espulsione (626) ed essendo poste in un bagno termostatato (640) o in una camera a temperatura controllata.
17. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 16, caratterizzata dal fatto che detta camera a tenuta (620) è riempita parzialmente con una soluzione alcalina con la funzione di assorbire la CO2, e detto reattore biologico (610) è equipaggiato con un sistema di miscelazione ed opzionalmente una o più linee di alimentazione/campionamento dei reagenti e/o del gas prodotto.