Tech gas blender

Trimix - Heliox - Nitrox

il progetto Tech Gas Blender: un approccio scientifico

I modelli di termodinamica più avanzati

 

Quello che serve è un modello di calcolo secondo i Gas Reali che renda attendibile la rappresentazione delle quantità dei gas con la misurazione della loro pressione.

 

Tale modello deve essere capace di rappresentare i gas di nostro interesse, in un ampio range di pressioni e temperature e in tutte le loro diverse possibili combinazioni e frazioni.

 

Tra tutti i software di gas blending disponibili sono pochi quelli che provano un approccio secondo i Gas Reali, ma lo fanno con equazioni del tutto inadeguate (solitamente van der Waals) e nessuno gestisce le interazioni tra i gas, utilizzando regole di buon senso, con medie ponderate che non hanno però alcuna rispondenza con i dati sperimentali reali.

 

In estrema sintesi il modello deve gestire due punti chiave:

 

    •  la comprimibilità dei gas

    •  l’interazione molecolare tra gas diversi

 

Il primo punto è solitamente rappresentato in modo impreciso, mentre il secondo non mi risulta venga preso in considerazione da alcun software: si tratta di forze che si presentano nelle miscele e che non sono presenti quando i gas sono da soli.

La capacità di calcolare correttamente questi effetti assicura l’allineamento nella relazione pressione e quantità.

Il modello adottato da Tech Gas Blender si basa su un calcolo molto complesso che considera entrambi i punti, è basato sulle più evolute equazioni di stato per il calcolo dei gas puri (modified Benedict-Webb-Rubin e Helmholtz Equations of State) integrate con un’avanzata equazione d’interazione molecolare tra i gas (Helmholtz Energy Equation) che definisce le “mixing rules” adeguate. Quest’ultima equazione comprende anche i parametri d’interazione Elio-Ossigeno, di difficile reperibilità.

Questo argomento è discusso in modo approfondito nella sezione Gas Reali.

 

Il metodo di calcolo secondo i Gas Ideali è stato mantenuto unicamente per motivi didattici e confronto.

 

L'obiettivo del progetto è integrare guesti algoritmi con le routine di calcolo che servono ai subacquei tecnici per calcolare Nitrox, Heliox  e Trimix in tutte le loro possibili combinazioni e condizioni.

 

L'accuratezza di queste formule assicura, anche nella parte più estrema del range di utilizzo da parte di un subacqueo tecnico (pressione fino a 300 bar e temperature da 0 a 80 °C) una precisione elevatissima, riducendo l’incertezza della densità nella miscela finale a valori trascurabili e non rilevabili dalle strumentazioni solitamente in uso presso le comunità di immersioni tecniche.

 

Gas puri - incertezza nel calcolo della densità:

 

Elio 0,1%

Ossigeno 0,1%

Azoto 0,02 %

 

• tutte le funzionalità desiderate in ambito di miscelazione

• i migliori modelli di calcolo disponibili in termodinamica

• una serie di strumenti, alcuni classici, altri più evoluti che aiutassero a capire alcuni temi

Il progetto Tech Gas Blender è nato con l’ambizione di creare un software che comprendesse:

Caratteristiche di funzionalità estese

 

Molti software in casi difficili si limitano a rispondere “Mix impossible to fill …. “ senza spiegarne il motivo e ovviamente senza provare a cercare alternative praticabili, si deve allora andare per tentativi.

Tech Gas Blender è invece strutturato in modo da fornire istruzioni più complete possibile, cercando quando necessario delle alternative e offrendo sempre un approccio molto pratico.

 

Mi è capitato ad esempio di avere esigenze non coperte da alcun software in commercio, soprattutto durante spedizioni, quando la logistica è forzatamente ridotta e le scorte di gas limitate.

 

Riguardo a questo punto la questione è semplice: se si  hanno delle necessità e l’applicazione non le gestisce, non c’è molto da commentare. Si può solo discutere se servono davvero oppure se è possibile farne a meno.

 

Qualche esempio:

 

Esempio n. 1 - devi rabboccare una bombola e il software avverte che si deve scaricare il mix iniziale.

E se ci fossero delle alternative allo scarico, magari cambiando leggermente la pressione finale o la composizione di Elio ed Azoto ?

Esempio n. 2 - Volendo fare un top-off, perché non simulare una sequenza di step verificando cosa accade al variare degli incrementi di pressione, magari con gas diversi ? e magari scegliendo il valore degli intervalli di pressione ?

Esempio n. 3 - Ti è mai capitato di avere un Trimix che potrebbe esserti utile ma che si trova nella bombola sbagliata ?

Se l’applicazione non gestisce un trimix da utilizzare come bank mix non puoi utilizzarlo.

 

Queste e molte altre reali esigenze vissute sul campo che mi sono state segnalate da subacquei tecnici avanzati sono ora coperte da specifiche funzionalità dell’applicazione, tutte assistite dai modelli dei Gas Reali.

Tools

 

Alcuni sono strumenti basici e presenti in qualsiasi altro software, ma che non potevano mancare, come calcolo di END, PO2 ecc.

Altri molto sono più sofisticati, come la  “what if analysis”, aiutano a comprendere l’origine di possibili errori durante il processo di miscelazione.

Il software è estremamente potente e configurabile, offrendo la possibilità di alta personalizzazione.

La GUI (Graphical User Interface, cioè l'interfaccia grafica) è tuttavia strutturata con una logica di workflow con una sequenza di domande/risposte che restringe ad ogni passo le scelte a quelle effettivamente percorribili ed escludendo quelle non pertinenti, rendendo l'uso molto intuitivo.

Il risultato è che il programma, uno volta personalizzato correttamente, segue una logica “Mostra solo ciò che serve quando serve

Il progetto Tech Gas Blender  ...  ne vale la pena ?

 

Ne vale la pena ?

 

Ovviamente la risposta è soggettiva e onestamente non posso quindi dare una risposta che abbia una valenza assoluta.

Del resto ho appena detto che esistono dei blender evoluti che ricaricano migliaia di Trimix all’anno senza alcun problema.

 

E’ vero anche che non c’è necessità di una precisione maniacale nel perseguire l’esatta composizione di un mix, respirare qualcosa di “leggermente diverso” rispetto al target certamente non è come toccare fili ad alta tensione.

 

E’ però altrettanto vero che nel processo di ricarica di un Trimix, almeno in ambito che non sia quello di produzione industriale di gas tecnici, sono coinvolte varie componenti che concorrono, con i loro diversi gradi di incertezza, a determinare l’accuratezza del risultato finale.

 

Il solo fatto di poter eliminare uno di questi fattori – probabilmente il più importante – per me è motivo di risposta affermativa.

 

Il gas mixing è un processo costoso e che porta via un sacco di tempo; se possiamo evitare dubbi, frustrazioni e costi in correzioni e miscele sbagliate, aumentando nel contempo flessibilità e funzionalità, questo è certamente positivo.

 

C’è poi una componente di soddisfazione personale: non riesco a rassegnarmi al fatto che un ambiente così evoluto non possa contare su un’applicazione basata su fondamenti scientifici.

Che anche i più esperti blender utilizzino correzione empiriche, se da una parte rende onore a chi le ha codificate, dall’altra manifesta una condizione fuori dal tempo. In questo settore si ricerca il top delle attrezzature, il top delle informazioni, non vedo perché non si debba perseguire il top anche in questo ambito.

 

Sono ormai più di dieci anni che mi dedico, per pura passione, a cercare informazioni in proposito, nella sezione Gas Reali ne fornisco qualche cenno.

 

Solitamente i programmi con elevate capacità di calcolo sono anche complessi da usare.

 

La mia ambizione nel progettare l’applicazione è stata quella di coniugare la gestione dei più avanzati modelli  di calcolo con la massima semplicità di utilizzo per l’utente. In altre parole, il software deve porsi come uno strato in grado di farsi carico delle complessità senza che l’utente debba avvertire difficoltà di utilizzo.  Inevitabilmente il motore di calcolo, se paragonato ai programmi ordinari, è molto complesso e articolato, ma questo non influisce sulla sua usabilità.

 
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