Criteri di scelta dei dispositivi di sfiato lungo una condotta in pressione
La presenza d’aria in una condotta compromette il funzionamento dell’impianto e causa danni a volte irreparabili quali, come per esempio l’ interruzione totale o parziale della portata di acqua; i colpi d’ariete dovuti all’espansione o alla migrazione di una bolla d’aria lungo la condotta; il disinnesco delle pompe, dei sifoni, etc. I colpi d’ariete soprattutto possono essere fatali alle condotte ed alle apparecchiature.
Origine dell’aria nelle condotte
Allo stato naturale, l’acqua contiene sempre un certo volume di aria disciolta. La solubilità dell’aria nell’acqua è tanto maggiore quanto maggiore è la pressione e quanto minore è la temperatura. La misura della solubilità dell’aria presente in una condotta è fornita dal coefficiente di Bunsen.
L’aria entra nel circuito dell’acqua sotto forma di emulsione, in un punto dove la pressione è prossima alla pressione atmosferica e viene disciolta o trasportata sotto forma di bolle. L’aria trasportata dall’acqua, se non viene prima separata nelle tubazioni, va a concentrarsi nei punti più alti della condotta.
Le principali cause della presenza di aria nelle condotte sono:
A) Cause accidentali • messa in servizio di una condotta nuova;
• riattivazione di una condotta già posata;
• riempimento di una condotta parzialmente vuota (dopo una riparazione);
B) Cause di utilizzo
• aria aspirata nella condotta d’aspirazione all’avvio della pompa;
• aria aspirata nel vortice creato dall’aspirazione della pompa;
• aria in emulsione disciolta in bacini o dighe;
• aumento della temperatura dell’acqua e variazione della pressione in condotta.
La presenza d’aria in condotta, oltre ai potenziali danni, comporta aumenti delle perdite di carico che implicano maggior potenza dell’impianto di sollevamento ed eventuale cattiva distribuzione dell’acqua lungo una rete.
Posizionamento degli sfiati lungo le condotte
Il tracciato delle condotte è progettato in modo da ottenere degli apici che favoriscano l’accumulo dell’aria e ne facilitano l’evacuazione. Quando il terreno è pianeggiante si evita una pendenza nulla o incerta, in quanto non si otterrebbero né l’aggregarsi dell’aria, né il posizionamento preciso in un punto definito. Inoltre, il minimo assestamento del terreno potrebbe causare degli apici indesiderati, lontani dai punti più comodi per l’evacuazione.
In terreni pianeggianti, quindi, la condotta ideale prevede uno sviluppo a sali-scendi con pendenze di diverso tipo:
• dai 2 ai 3 mm per metro per le tratte in salita;
• dai 4 ai 6 mm per metro per i tratti in discesa.
La salita lenta favorisce l’accumulo d’aria nei punti alti e la discesa ripida si oppone all’eventuale avanzamento di una sacca d’aria. In terreni non pianeggianti, i punti particolarmente sensibili al posizionamento degli sfiati sono:
• i punti alti della condotta, ad una distanza non superiore al km;
• i cambi di pendenza della condotta (punto a pressione inferiore ai punti a monte e a valle);
• a valle di valvole parzialmente aperte;
•a valle dei cambi di diametro della condotta.
Il progettista ha il compito, compatibilmente con il profilo plano-altimetrico del terreno, di individuare un tracciato che favorisca l’aggregazione dell’aria in determinati punti, sui quali prevedere l’installazione di sfiati automatici.
Sfiato di degassaggio (singola funzione)
Come illustrato, l’aria disciolta nell’acqua in condotta dipende da molteplici fattori tra la pressione e la temperatura dell’acqua stessa. La variazione di questi parametri, in particolare una diminuzione di pressione ed un aumento di temperatura, implicano un rilascio di aria proporzionale alla variazione stessa (legge di Bunsen).
La portata d’aria che si accumula nel punto considerato, tenuto conto dei fattori sopra menzionati è:
Quando nella condotta la pressione è superiore ad 1 bar, l’aria esce dall’orifizio con una velocità, secondo la legge di espansione adiabatica reversibile, pari a 195 m/s. La capacità di evacuazione dello sfiato è:
Sfiato per ingresso/uscita (doppia funzione)
La presenza degli di sfiati lungo le condotte, è di fondamentale importanza per evitare eventuali depressioni o colpi d’ariete generati dallo svuotamento della condotta e dal movimento di bolle d’aria occluse nella condotta stessa. La portata d’aria in ingresso, necessaria per evitare le depressioni, in fase di svuotamento della condotta, è calcolata in modo da garantire:
Quando si hanno lunghi tratti ascendenti o discendenti è necessario installare gli “sfiati a doppia funzione”, ad una distanza non superiore ai 500 metri, per facilitare le operazioni dei transitori di riempimento e svuotamento della condotta. Lo “sfiato a tripla funzione”, combina assieme le tre funzioni sopra descritte (degassaggio e ingresso/uscita), mediante due galleggianti.
Il dimensionamento è dato dalla combinazione dei due sopra illustrati, considerando le condizioni più restrittive.
Conclusioni
Da quanto esposto si evidenzia come il corretto dimensionamento e la corretta installazione degli sfiati (singola, doppia e tripla funzione) sia di fondamentale importanza per un utilizzo ottimale della condotta e per preservarla da eventuali transitori dannosi a tubi, apparecchiature ed accessori annessi.
