In uno studio pubblicato il 2 luglio 2025 su Scientific Reports, si è esplorato come il livello del liquido e la velocità del vento esterno influenzino la concentrazione di vapori di petrolio all’interno di serbatoi a tetto galleggiante interno, impiegando un modello CFD basato sul modello di turbolenza Realizable k-ε per riprodurre le complesse dinamiche di flusso e diffusione dei composti volatili.
Attraverso simulazioni tridimensionali, il team ha valutato scenari con tetti galleggianti posti a diverse altezze (basso, medio e alto) e con intensità di vento fino a 6,36 m/s, per poi confrontare i dati con i limiti di esplosività di benzina e n-eptano, fornendo indicazioni fondamentali per la gestione in sicurezza dei serbatoi.
L’immagazzinamento di liquidi volatili in serbatoi interni a tetto galleggiante è cruciale per ridurre le perdite per evaporazione e minimizzare le emissioni di composti organici volatili: nonostante questi serbatoi limitino l’area di contatto tra liquido e fase gassosa, resta di vitale importanza comprendere come variabili operative (come il livello del liquido e le condizioni di vento) possano creare concentrazioni di vapore potenzialmente pericolose. I ricercatori hanno quindi mirato a colmare una lacuna nella letteratura, dedicata finora principalmente alla progettazione delle coperture e dei sistemi di tenuta, ma meno alle dinamiche interne dei vapori nei diversi scenari.
Per simulare con realismo il comportamento dei vapori, lo studio ha adottato un modello CFD tridimensionale impiegando il Realizable k-ε, scelto per la sua efficacia nel trattare fenomeni di separazione del flusso e di turbolenza complessa tipici di alti numeri di Reynolds (Re=5,5×10⁶): il serbatoio analizzato aveva un diametro di 20 m e un’altezza interna di 14 m, con tre differenti posizioni del tetto galleggiante a 7 m, 11 m e 12,5 m dal fondo, corrispondenti a zone gassose di spessore variabile; il modello includeva equazioni di trasporto di massa, momento ed energia, nonché l’equazione di specie chimiche per riprodurre diffusioni e evaporazioni senza reazioni.
Le simulazioni hanno mostrato che all’aumentare dell’altezza del tetto galleggiante (ovvero al diminuire dello spazio gassoso) la frazione volumetrica di vapor d’olio tende a ridursi, suggerendo una maggiore disperzione del vapore in un volume d’aria più ristretto: in particolare, al vento di 4,36 m/s e in condizioni di livello medio, la massima concentrazione di vapori di benzina ha raggiunto 0,247 vicino alla base della zona gassosa (y=8 m), scendendo rapidamente a valori prossimi a zero intorno a y=14 m. L’influenza della velocità esterna del vento si è invece dimostrata marginale: variazioni da 4,36 a 6,36 m/s provocavano solo lievi decrementi nelle concentrazioni senza alterare significativamente i pattern di diffusione.
Confrontando i dati di massa frazionale dei vapori con i limiti esplosivi (LEL (0,053) e UEL definiti per benzina e n-eptano) i ricercatori hanno valutato che in tutti i casi esaminati le concentrazioni restavano al di sotto della LEL fino a 4 m sopra il tetto galleggiante, garantendo un margine di sicurezza contro l’innesco di esplosioni; tuttavia, posizioni di esercizio con tetti troppo alti (spazio gassoso limitato) mostravano concentrazioni medie e deviazioni standard più elevate, indicando un potenziale aumento del rischio ed evidenziando l’importanza di ottimizzare l’altezza operativa per ridurre le fluttuazioni di vapore.
I risultati suggeriscono che il controllo del livello del liquido all’interno dei serbatoi può fungere da leva chiave per la gestione sicura delle emissioni di vapori, più influente delle condizioni di vento esterno, e che strategie di ventilazione mirate, ad esempio ottimizzando i bocchettoni di sfiato, possono ulteriormente mitigare i picchi di concentrazione; per una comprensione ancora più completa, gli autori raccomandano di integrare nelle simulazioni gradienti termici e variazioni dinamiche del tasso di evaporazione, nonché di validare ulteriormente il modello con dati sperimentali su scala reale.
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