Dai consumi delle utenze alla scelta dei diametri commerciali: il percorso di calcolo completo, con la legge di moto, le verifiche per specie e un esempio numerico svolto fino all'ultima cifra.
Il dimensionamento di una rete di distribuzione gas parte da quattro famiglie di dati:
Il cuore del calcolo è la relazione tra portata e caduta di pressione di ogni tratto. La forma generale, valida dalla bassa pressione alle dorsali di trasporto, è l'equazione del moto stazionario isotermo per gas comprimibile:
dove R è la resistenza di base del tratto (lunghezza L, diametro interno D — che pesa alla quinta potenza —, densità relativa s, temperatura T), f è il fattore d'attrito di Darcy calcolato con l'equazione di Colebrook-White sulla scabrezza reale della condotta, z la comprimibilità del gas e Q la portata standard. La tradizione italiana ha usato a lungo la formula di Renouard, un'approssimazione empirica valida in un dominio preciso; la legge generale non ha quel vincolo. Il perché della pressione «al quadrato» è spiegato nella guida sulla caduta di pressione.
Su una rete ramificata le portate dei tratti discendono dal bilancio ai nodi; su una rete magliata la ripartizione va risolta iterativamente (metodo nodale di Newton-Raphson) perché l'attrito di ogni tratto dipende dalla portata che lo attraversa.
Un dimensionamento è accettabile quando ogni tratto e ogni utenza rispettano due famiglie di limiti, legate alla specie della condotta:
La pratica italiana (tradizione UNI 9165) adotta una scala per fascia di pressione di esercizio — i dettagli nella guida sulla velocità in condotta:
| Pressione di esercizio (rel.) | Velocità massima |
|---|---|
| oltre 3,5 bar | 25 m/s |
| 1,5 – 3,5 bar | 20 m/s |
| 1,0 – 1,5 bar | 15 m/s |
| 0,04 – 1,0 bar | 10 m/s |
| fino a 0,04 bar (bassa pressione) | 5 m/s |
Ogni punto di consegna deve ricevere il gas sopra una pressione minima che dipende dalla specie della rete: in bassa pressione (7ª specie) la pratica richiede di garantire almeno 18 mbar alla consegna, perché a valle il regolatore d'utenza e gli apparecchi devono ancora lavorare.
Il criterio è economico e normativo insieme: per ogni tratto si sceglie il minimo diametro commerciale che soddisfa tutte le verifiche. «Commerciale» è la parola chiave: non un diametro teorico, ma una tubazione di catalogo (PE 100 SDR 11, acciaio EN 10255…) con il suo diametro interno reale e la sua scabrezza. Il procedimento è iterativo per natura: cambiare un diametro cambia le cadute, che cambiano le pressioni, che possono cambiare l'esito delle verifiche sugli altri tratti — per questo, a mano, si procede per tentativi, mentre un solutore automatico ripete il ciclo calcolo → verifica → sostituzione fino a convergenza.
Il caso più semplice possibile, con i numeri veri (è il Caso 1 del dossier di validazione, dove è sviluppato cifra per cifra):
Dati: sorgente a 25 mbar relativi; un'utenza da 30 Sm³/h; tratto di 100 m in PE 100 DE63 SDR 11 (diametro interno 51,4 mm, scabrezza 0,007 mm); gas naturale tipico di rete (densità relativa 0,591).
Il DE63 è quindi verificato. Se la velocità fosse uscita sopra i 5 m/s, o l'utenza sotto i 18 mbar, si sarebbe passati al diametro commerciale successivo (DE75) e ripetuto il calcolo.
Il dimensionamento si chiude con la relazione di calcolo: dati di ingresso, metodologia con i riferimenti, risultati integrali, esito delle verifiche e computo metrico delle tubazioni. Gasnetics automatizza l'intero ciclo — disegno su mappa, calcolo, verifiche per specie, scelta dei diametri dal catalogo e relazione in PDF — e ogni relazione include un'appendice che ricalcola a mano il percorso critico, perché ogni numero resti verificabile.
Quattro famiglie di dati: i consumi delle utenze (in Sm³/h, o in kW/kg/h da convertire), la pressione di alimentazione della sorgente, il tracciato con lunghezze e quote dei tratti, e il gas distribuito (la composizione della miscela determina densità, viscosità e comprimibilità).
Si sceglie, per ogni tratto, il minimo diametro commerciale del catalogo (PE, acciaio) che rispetta tutte le verifiche: velocità massima per fascia di pressione e pressione minima da garantire alle utenze secondo la specie. Un diametro maggiore del necessario è un costo; uno minore è una non conformità.
Perché il gas è comprimibile: lungo il tratto la densità cambia con la pressione, e integrando la legge di moto la caduta risulta naturalmente espressa come differenza dei quadrati delle pressioni assolute (P₁² − P₂²), valida dalla bassa pressione alle dorsali.