Una panoramica sullo stato dell'arte delle tecnologie di "smart gas metering"

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  • Una panoramica sullo stato Una panoramica sullo stato d ll d ll l id ll d ll l idellarte delle tecnologie dellarte delle tecnologie

    smart gas meteringsmart gas meteringsmart gas meteringsmart gas meteringFurio Cascetta (Universit di Napoli)

    furio.cascetta@unina.it

  • Cosunosmart gasmeter?E un misuratore di gas basato sullimpiego di unmicroprocessore (P-based), in grado di svolgerefunzioni di elaborazione e calcolo a vantaggio dellafunzioni di elaborazione e calcolo a vantaggio dellaqualit complessiva del processo di misura.

    Misuratore di portata istantanea [m3/h] solitamente riferitaMisuratore di portata istantanea [m /h], solitamente riferitaalle condizioni termodinamiche di esercizio (operative) del gas;in genere vi la possibilit di integrazione temporale dellaportata volumetrica per il conteggio dei volumi di gas totali;portata volumetrica per il conteggio dei volumi di gas totali;

    Contatore di volumi [m3], solitamente riferiti alle condizionitermodinamiche di esercizio (operative) del gas.te od a c e d ese c o (ope at e) de gasOgni misuratore/contatore se munito di un sistema diconversione dei volumi (PTZ), esterno o interno (integrato), in g ado di esp ime e il is ltato delle mis a ioni in in grado di esprimere il risultato delle misurazioni incondizioni termodinamiche di riferimento o standard(T=15,0C, p=1,01325 bar).

  • Nellindustria del gas, i dispositivi di misura del gas vengonoprincipalmente utilizzati nella loro funzione di contatori di volumidi gas (piuttosto che come misuratori di portata istantanea)di gas (piuttosto che come misuratori di portata istantanea).

    Nella sua accezione pi diffusa, lattributo smart per uni t / t t di h h d l l tmisuratore/contatore di gas ha a che vedere con lelemento

    secondario integrato: in questo modulo che risiedelelettronica che provvede alle funzioni complementari allamisura. Il microprocessore in grado di:

    svolgere operazioni di calcolo ed elaborazioneg p gestire degli I/O gestire la comunicazione a distanza (bi-direzionale) svolgere le funzioni di auto-diagnosticasvolgere le funzioni di auto diagnostica

  • Possono aversi smart gas meters (SGM) basati su un principio fisicodi misura di tipo tradizionale (meccanico). In questo caso lefunzioni smart sono connesse unicamente alle funzioni accessoriefunzioni smart sono connesse unicamente alle funzioni accessoriealla misura. In altre parole il microprocessore non intervienenellelemento primario (ovvero il cuore del misuratore). Leprestazioni metrologiche (pur nel rispetto dei limiti previsti dallaprestazioni metrologiche (pur nel rispetto dei limiti previsti dallaMetrologia Legale, denominati errori massimi ammissibili) sonoquindi strettamente connesse alla tipologia del principio fisico di misurautilizzato In genere i contatori di tipo meccanico (a pareteutilizzato. In genere, i contatori di tipo meccanico (a paretedeformabile, a turbina, a pistoni rotanti) sono caratterizzati dacomportamenti dinamici che implicano, nel tempo, usura,d i di l i i d di i l deterioramento di alcuni componenti e un decadimento prestazionaledi una certa entit.Le funzioni intelligenti (smart) svolte dal microprocessore nonintervengono quindi sulla qualit della misura dellelemento primario,ma solo sulle funzioni accessorie richieste.

  • Ad esempio per i contatori gas di piccola taglia, G4-G6 (per usop p g p g , (pdomestico o residenziale) esistono misuratori a parete deformabilemuniti di un modulo elettronico in grado di fornire le funzioniaggiuntive di intelligenza (capacit di calcolo, elaborazione,aggiuntive di intelligenza (capacit di calcolo, elaborazione,gestione periferiche, comunicazione a distanza).In genere questo tipo di misuratori derivano dalle esperienze fatteda alcuni Costruttori Metrici nel campo del prepagato (prepaidda alcuni Costruttori Metrici nel campo del prepagato (prepaidgas meters).

    Con riferimento alla Delibera ARG/gas 155/08, il modulo elettronicoCon riferimento alla Delibera ARG/gas 155/08, il modulo elettronicopu ad esempio gestire le funzionalit minime:

    un display grafico digitale (LCD)un display grafico digitale (LCD),orologio/calendarioil sistema di termo-compensazione (correzione-T dei volumi),il modulo di comunicazione remotail modulo di comunicazione remota,

    la valvola di intercettazione,i registri totalizzatori/ curva di prelievo

  • smart residential metering

    Alcuni esempi di contatori gas di piccola taglia, G4-G6, di tipotradizionale (a parete deformabile) dotati di un moduloelettronicoelettronico

  • Alternativamente possono aversi anche dei dispositivi di misuradenominati full smart gas meters.denominati full smart gas meters .In tali misuratori (FSGM), anche lelemento primario di tipoelettronico: in questo caso il principio fisico di misura tale dagenerare un segnale elettrico di misura Anzich misurazioni digenerare un segnale elettrico di misura. Anzich misurazioni digrandezze meccaniche (spostamenti, rotazioni, traslazioni,cinematica dei moti relativi, ecc.) come normalmente avviene neimisuratori gas di tipo tradizionale nei misuratori elettronici imisuratori gas di tipo tradizionale, nei misuratori elettronici isegnali di misura sono segnali elettrici di natura digitale (ades. frequenze) o di natura analogica (ad es. tensioni, correnti,ecc.).I full smart gas meters sono quindi basati su tecniche di misuradi tipo innovativo, solitamente utilizzanti principi fisici di tipop , p p pstatico (senza parti in movimento). Per loro natura, i FSGMsono meno soggetti agli effetti del tempo (usura, deterioramento,deriva temporale, ecc.). Se ben realizzati, la maggiore raffinatezzaderiva temporale, ecc.). Se ben realizzati, la maggiore raffinatezzadel principio fisico di misura consente di realizzare incertezze dimisura (errori) inferiori rispetto a quelle dei misuratori meccanici.

  • Sebbene rispetto alla tutela della fede pubblica (tutela deiconsumatori) il marchio metrologico CE o MID quello che certificaladeguatezza delle prestazioni di misura alla specifica applicazionefiscale (transazioni commerciali), dai full smart gas meters plausibile attendersi una curva di errore molto pischiacciata allinterno di limiti di errori ammissibili (incertezzadi misura pi ristretta). Analogamente, plausibile attendersi unap ) g pmigliore affidabilit di misura nel tempo (fondamentalmente dovutaalla natura statica del principio di misura).

    E possibile quindi concludere che non tutti i misuratori smart gasmeters sono uguali: la qualit generale della misura e laffidabilitnel tempo possono essere significativamente diverse tra unmisuratore meccanico munito delle funzioni smart (elettronicadellelemento secondario) ed un misuratore elettronico, nel quale lepotenzialit tecnologiche del microprocessore vengono sfruttate sianellelemento primario (organo di misura vero e proprio), sianellelemento secondario.

  • Curva di errore di un misuratore al ultrasuoni (dichiarata dal Costruttore)

  • Curva di errore di un misuratore massico termico (dichiarata dal Costruttore)

  • Nella pratica, concentrando lattenzione sui contatori gas di piccolataglia G4-G6 (per uso domestico residenziale), le tecnologiestatiche che ad oggi sono state sviluppate per le misure smartstatiche che ad oggi sono state sviluppate per le misure smartdi gas sono:

    misuratori di gas ad ultrasuoni misuratori di gas massici termici

  • Ultrasuoni Vs Massico TermicoUltrasuoniVs MassicoTermicoNella pratica, non tutti i FSGM basati su principio statico sono uguali:i t l i di i i t i ll d t i tt dci sono tecnologie di misura pi mature e pi collaudate, rispetto ad

    altre tecnologie di misura.

    I misuratori ad ultrasuoni per uso domestico sono nati oltre undecennio fa. Esistono realizzazioni industriali sia in Europa, sia inGiappone.pp

    Vantano una popolazione di installazioni di qualche milione di pezzi(negli ultimi 15 anni sono state sviluppate 4-5 successive(negli ultimi 15 anni sono state sviluppate 4 5 successivegenerazioni). Sono diffusamente studiati e su di essi esiste unampialetteratura tecnica.

    Vantano una norma europea di prodotto specifica: UNI EN14236:2007 (Misuratori di gas domestici ad ultrasuoni).

  • Ultrasuoni Vs Massico TermicoUltrasuoniVs MassicoTermicoI misuratori massici termici per uso domestico sono apparsi sulmercato relativamente da poco (dal 2005). Esistono realizzazionimercato relativamente da poco (dal 2005). Esistono realizzazioniindustriali in Europa, in Nord America, in Asia.

    Oggi appaiono ancora in fase iniziale della produzione industrialeOggi appaiono ancora in fase iniziale della produzione industriale(alcune Costruttori Metrici stanno perfezionando ed implementandoprototipi e modelli specifici rivolti al mercato domestico del gas).I misuratori massici termici installati in Europa sono dellordine diI misuratori massici termici installati in Europa sono dell ordine diqualche migliaio (nel mondo forse qualche decina di migliaia).

    S l i di i i d E i di iSono ancora relativamente poco studiati e testati da Enti di ricercaindipendenti (terzi); mancano dati in letteratura tecnica che netestimoniano la piana affidabilit di misura nel tempo.

    Non possiedono ancora una norma tecnica di prodotto.

  • Ultrasuoni Vs Massico TermicoUltrasuoniVs MassicoTermicoEcco le principali caratteristiche tecniche dei misuratori adultrasuoni per uso domestico:ultrasuoni per uso domestico:

    bassa incertezza di misura (elevata accuratezza), anche incondizioni di flusso minimo (Q );condizioni di flusso minimo (Qmin); ampio campo di misura (G4): da 0,016 a 6 m3/h; bi-direzionalit della misura;

    ti i i t senza parti in movimento; consumi di energia ridotti (rispetto alle prime versioni); duratadelle batterie circa 10 anni; assorbimento di pressione: 1,0 mbar alla Qmax (senza valv