Indice di Wobbe

L' indice di Wobbe è una misura che permette di evidenziare il rapporto esistente tra il potere calorifico (PCS) del gas in presenza di un determinato volume e la radice quadrata della sua densità relativa, alle medesime condizioni del campione considerato.

Esigenze di calcolo dell'indice di Wobbe

E' noto che il gas naturale viene comunemente utilizzato come combustibile per i più differenti utilizzi civili e industriali: perché ciò possa avvenire, la materia prima è soggetta ad un processo di trasmissione e distribuzione fino agli utenti finali mediante l'utilizzo delle infrastrutture di rete. Dal momento che il gas è sottoposto ad una serie di trasformazioni e ad un elevato "stress" derivante dal suo trasporto anche per lunghissime distanze, è importante che la materia prima non subisca alterazioni strutturali: il parametro più importante, del quale si intende evitare l'alterazione, è il potere calorifico del gas. Per misurare la variabilità di quest'ultimo è necessario operare un'analisi di intercambiabilità e compatibilità tra i diversi tipi di gas: per questo motivo si utilizza un parametro standard che è quello del Potere Calorifico Superiore del metano, fissato convenzionalmente a 9.001,6 kcal/Sm3 (circa novemila calorie al metro cubo). Rispetto a questo standard predeterminato, la variabilità del potere calorifico ammessa non può subire oscillazioni superiori al 10%. Orbene, la variabilità del potere calorifico può derivare da due importanti fattori: la composizione molare del gas e la densità dello stesso. Dal primo punto di vista, è noto che all'interno del metano utilizzato come fonte energetica possono essere presenti ulteriori sostanze (come azoto, anidride carbonica, elio) i cui dosaggi sono generalmente tollerati ai fini della commerciabilità della materia prima; accanto a queste possono rinvenirsi, in percentuali molari variabili, anche ulteriori idrocarburi (come l'etano, il propano e il butano), la cui quantità può imprimere un maggiore o minore capacità calorifica del composto, determinato una variabilità anche importante rispetto allo standard rappresentato dal CPS. Un altro parametro che può influire è quello della densità specifica dell'aria, capace di alterare a sua volta il peso specifico del gas e, quindi, interferire sul potere calorifico specifico della materia prima. Proprio al fine di tenere in considerazione queste due variabili e accertare in modo certo la variabilità del potere calorifico si utilizza l'indice di Wobbe.

Cos'è l'indice di Wobbe?

Questa premessa permette di definire esattamente l'indice di Wobbe come la misura della capacità energetica del gas (o di una miscela di gas): la sua composizione è data dal rapporto tra PCS in condizioni standard (cioè potere calorifico per metro cubo) e la radice quadrata della densità del composto rispetto all'aria (quella che prende il nome di densità relativa). Questa misura deve il proprio nome al tecnico e inventore Goffredo Wobbe, direttore dell'Officina del Gas di Bologna, il quale dopo aver rilevato empiricamente che l'erogazione termica di un gas, a parità di pressione, è proporzionata al PCS per unità di volume, la quale a sua volta è pari alla portata del gas (calcolata in modo inversamente proporzionale alla radice quadrata della densità del gas). In questi termini, l'indice di Wobbe (WI) costituisce il principale indicatore dell'interscambiabilità dei gas carburanti ed è per questo utilizzato nella descrizione delle forniture di gas naturale e per l'impiego del GPL nei trasporti. La sua definizione scientifica è così riassumibile: se ΔcHso è il potere calorifico superiore e ρ la densità, allora l'indice di Wobbe sarà pari a IW=ΔcHsoρ. Nel Sistema Internazionale, invece, l'indice di Wobbe è normalmente espresso in MJ/Sm3 (oppure in BTU/piedecubo, pari a sua volta a circa 37.3 kJ/m3). Per quanto riguarda nello specifico il gas naturale (per il quale la massa molare è indicata in 17 kg/kmol), il valore calorifico normale corrisponde a 1,050 BTU/piedecubo e la densità a 0,66 kg/m3: da ciò deriva un IW standard di 1,367 BTU/piedecubo (51 MJ/m3).

A cosa serve l'indice di Wobbe?

Quanto detto finora consente di chiarire il significato della funzione tipica dell'indice di Wobbe: se questa misura è utilizzata per confrontare l'interscambiabilità del potere calorifico di un determinato carburante, ne consegue che se due tipologie di gas presentano il medesimo indice di Wobbe allora, a parità di condizioni (pressione e densità di alimentazione), avranno la medesima efficacia termica. Ciò è importante per evitare possibili alterazioni agli impianti domestici, dal momento che oscillazioni contenute entro una certa soglia (tra il 5% e il 10%) rimangono inavvertite dal consumatore e minimizzano ogni tipologia di impatto sugli impianti. Ciò avviene perché non sempre viene utilizzata la stessa tipologia di gas, potendo questo variare per provenienza e composizione: ne consegue che, ponendo nel sistema di distribuzione gas di diversi tipi è necessario assicurare che essi siano intercambiabili in funzione degli impianti domestici. Ecco che l'intercambiabilità è espressa dall'indice di Wobbe: se due gas presentano il medesimo indice, allora essi possono essere tranquillamente sostituiti a vicenda, assicurando uguali potenza termica, stabilità di fiamma e combustione.