per il dimensionamento dei sistemi idraulici in pressione mediante programmazione lineare Codice di calcolo UNIVERSITA DEGLI STUDI DI PAVIA

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI PAVIA Dipartimento di Ingegneria Idraulica e Ambientale Laboratorio di Idraulica Urbana PVnet Codice di calcolo per il dimensionamento dei sistemi idraulici in pressione mediante programmazione lineare

2 PVnet Programma di calcolo per il dimensionamento ottimale delle reti di distribuzione idrica, mediante due successive applicazioni della programmazione lineare (*). Sviluppato presso il Laboratorio di Idraulica Urbana del Dipartimento di Ingegneria Idraulica e Ambientale dell Università di Pavia. Distribuito gratuitamente come materiale didattico agli studenti nell ambito di alcuni insegnamenti impartiti presso la Facoltà di Ingegneria dell Università di Pavia. (*) C. Ciaponi, S. Papiri, (1985) - Contributo al dimensionamento ottimale delle reti di condotte in pressione a maglie chiuse Ingegneria Sanitaria, n 4, Luglio-Agosto 2

3 Indice : 1. INSTALLAZIONE / DISINSTALLAZIONE 2. ESECUZIONE DEL PROGRAMMA 3. FUNZIONI AVANZATE 3

4 1. INSTALLAZIONE / DISINSTALLAZIONE Requisiti hardware: computer con sistema operativo Windows 95 o superiore. Il programma è distribuito come un singolo file eseguibile pvnet_installer. Si copi tale file in una cartella o direttamente sul desktop. Con un doppio clic si avvia una tradizionale procedura di installazione. Vengono richiesti: - la lingua; - l accettazione dei termini di contratto; - l indicazione della cartella in cui installare il programma; - la selezione per la creazione di un icona su desktop per l avvio veloce del programma. Per la rimozione del programma si segue l usuale procedura: - entrare in Pannello di controllo e selezionare Installazione applicazioni; - selezionare PVnet nella lista dei programmi e cliccare su Cambia/Rimuovi. 4

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6 Indice : 1. INSTALLAZIONE / DISINSTALLAZIONE 2. ESECUZIONE DEL PROGRAMMA 3. FUNZIONI AVANZATE 6

7 2. ESECUZIONE DEL PROGRAMMA Il programma viene avviato o con due clic sull icona creata al momento dell installazione o richiamandolo all interno del menù Avvio. Il programma si apre sotto forma di tradizionale finestra di Windows; l utente vi interagisce inserendo, modificando e leggendo i dati e/o risultati attraverso opportune tabelle. Il programma permette di: - inserire i dati della rete tramite l interfaccia grafica - importare i dati attraverso la scrittura diretta del file di input - copiare parte o tutti i dati dal file di un altra rete; - modificare i dati; - effettuare il dimensionamento e/o la verifica della rete; - visualizzare i risultati in forma tabellare; - esportare i risultati in forma testuale per manipolarli con altri programmi. 7

8 Esempio: Lato NI NF L [m] C ampl Materiale ghisa acciaio ghisa acciaio Nodo Q z P H [l/s] [m] P min [m] H s [m] 1(serb.)

9 Inserimento dei dati - Selezionare dal menu File la voce Nuovo (o icona) 9

10 - Assegnare un nome al calcolo selezionando Salva con nome dal menu File 10

11 - Definire la rete: 1) gruppi diametri commerciali All atto della creazione di un nuovo file, viene creata automaticamente una serie di gruppi di diametri predefiniti. DN [mm] Di [mm] Costo [1/m] 11

12 Se i gruppi predefiniti o la gamma dei diametri e/o di costi assegnati a ciascun gruppo non soddisfano le esigenze dell utente, è possibile: modificare un gruppo inserire un gruppo selezionare la voce Gruppo dal menù Inserisci (o da icona) e inserire l etichetta nella finestra di dialogo così aperta rimuovere un diametro: selezionarlo e cancellarlo da tastiera con Canc modificare un diametro: cliccare 2 volte sulla riga del diametro e modificare i dati evidenziati nella finestra di dialogo così aperta aggiungere un nuovo diametro: selezionare la voce Diametro dal menù Inserisci (o da icona) e inserire i dati nella finestra di dialogo così aperta 12

13 2) Inserimento nodi (nodi di alimentazione, nodi di giunzione) NODI DI ALIMENTAZIONE Selezionare la voce Alimentazione dal menù Inserisci (o da icona) e inserire i dati nella finestra di dialogo così aperta: Etichetta z [m] H [m] Vincolo su Q 13

14 NODI DI GIUNZIONE Selezionare la voce Giunzione dal menù Inserisci (o da icona) e inserire i dati nella finestra di dialogo così aperta: Etichetta Q [l/s] z [m] P min [m] 14

15 I dati inseriti nelle finestre di dialogo relative ai nodi di alimentazione e giunzione vengono organizzati nella finestra Dati nodi : Etichetta Tipo Q [l/s] z [m] Pmin [m] Hs [m] Qs [l/s] Vincoli Etichetta codice che identifica il nodo Tipo tipo di nodo (alimentazione o giunzione) Q [l/s] portata erogata dal nodo z [m] quota geometrica del nodo Etichetta Tipo Q [l/s] z [m] Pmin [m] Hs [m] Qs [l/s] Vincoli Pmin [m] pressione minima richiesta al nodo Hs [m] carico piezometrico fissato all alimentazione (solo nodi di alim.) Qs [l/s] vincolo sulla portata di progetto del nodo Nodo di Q alimentazione z P min Vincoli vincoli di progetto sul nodo [l/s] [m] [m] 1(serb.) H s [m]

16 H H 8 q = λ 2 π g D 5 2 1,852 4,871 1,852 = 10,675 C D q l l l 2) Inserimento tronchi Selezionare la voce Tronco dal menù Inserisci (o da icona) e inserire i dati nella finestra di dialogo così aperta: Etichetta Nodo iniziale Nodo finale Formula di Hazen Williams Formula di Darcy Weisbach H = 10,675 C 2 H 8 q = λ 2 π g D 5 Formule monomie = b l Formula Tipo di materiale q D a H d 1,852 l D 4,871 q 1,852 l L [m] Formula di resistenza Scabrezza Coeff. di amplificazione Gruppo DN b a d De Marchi-Marchetti Acciaio con rivestimento bituminoso interno a spessore 0, ,81 4,80 Scimemi-Veronese Acciaio senza saldatura semplice-mente bitumato DN 400 mm 0, ,82 4,71 Orsi Acciaio saldato semplicemente bitumato DN 400 mm 0, ,83 4,87 Scimemi Fibrocemento e ghisa sferoidale con rivestimento interno cementizio 0, ,78 4,78 Datei-Marzolo PVC PEad PRFV 0, ,80 4,80 16

17 I dati inseriti nelle finestre di dialogo relative ai tronchi vengono organizzati nella finestra Dati tronchi : Etichetta Nodo in. Nodo fin. L[m] Formula Scabrezza Coeff. ampl. Gruppo DN [mm] Etichetta codice che identifica il tronco Nodo in. codice che identifica il nodo assunto come iniziale Nodo fin. codice che identifica il nodo assunto come finale Etichetta Nodo in. Nodo fin. L [m] Formula Scabrezza Coeff. ampl. Gruppo DN [mm] L [m] lunghezza Formula formula di resistenza Scabrezza coeff. di scabrezza (ε per Darcy Weisbach, C per Hazen Williams) Coeff. ampl coefficiente di amplificazione Lato NI delle NF perdite L [m] C di ampl carico Materiale Gruppo gruppo dei diametri commerciali per il 250 dimensionamento 1.5 ghisa DN [mm] = progetto, per i calcoli di 2 dimensionamento acciaio = diametro nominale, per 3 i calcoli 3 4 di verifica ghisa acciaio 17

18 Lato NI NF L [m] C ampl Materiale ghisa acciaio ghisa acciaio Nodo Q [l/s] z [m] P min [m] H s [m] 1(serb.) Etichetta Tipo Q [l/s] z [m] Pmin [m] Hs [m] Qs [l/s] Vincoli Etichetta Nodo in. Nodo fin. L [m] Formula Scabrezza Coef. Gruppo DN [mm] DN [mm] Di [mm] Costo [1/m] 18

19 - Dimensionamento della rete Selezionare la voce Progetto dal menù Esegui (o da icona). 19

20 - Visualizzazione delle modifiche apportate in Dati nodi e Dati tronchi 131,12m 118,88m 178,38m 221,62m Nella rete di esempio la procedura di dimensionamento introduce un nodo 1_1 lungo il tronco 1, da cui i sotto-tronchi 1_1 e 1_2, ed il nodo 4_1 lungo il tronco 4, da cui i sotto-tronchi 4_1 e 4_2. La lunghezza di ciascun sotto-tronco è riportata nella finestra Dati tronchi. 20

21 Al termine del calcolo i risultati vengono organizzati nelle finestre: Risultati nodi Risultati tronchi Inoltre, a causa della suddivisione di alcuni tronchi in due sotto-tronchi, anche le finestre Dati nodi e Dati tronchi vengono modificate. Infine, cliccando sull apposita icona col simbolo si visualizza il costo complessivo della rete dimensionata. Etichetta Q [l/s] z z [m] H [m] Pmin [m] P [m] Verifica Etichetta Nodo in Nodo fin. DN [mm] Gruppo Q [l/s] V [m/s] J [m/m] DH [m] Costo [euro] Etichetta Tipo Q [l/s] z [m] Pmin [m] Hs [m] Qs [l/s] Vincoli Etichetta Nodo in. Nodo fin. L [m] Formula Scabrezza Coeff. ampl. Gruppo DN [mm] 21

22 - Verifica idraulica della rete Il calcolo di dimensionamento deve sempre essere seguito da un calcolo di verifica che opera sulla rete ricomposta nella sua interezza, cioè completa dei tronchi a cui l algoritmo ha assegnato portata nulla e, automaticamente, diametro minimo. Selezionare la voce Verifica dal menù Esegui (o da icona). 22

23 Al termine del calcolo di verifica vengono aggiornati nelle finestre: Risultati nodi Risultati tronchi i seguenti elementi: H carico piezometrico P pressione nodi Verifica Etichetta Q [l/s] z [m] H [m] Pmin [m] P [m] Verifica Q portata circolante nei tronchi V velocità corrispondente alla Q J cadente DH perdita di carico = H in - H fin Etichetta Nodo in. Nodo fin. DN [mm] Gruppo Q [l/s] V [m/s] J [m/m] DH [m] Costo [euro] tronchi 23

24 - Parametri della rete Selezionare la voce Parametri dal menù Inserisci (o da icona). Attraverso la finestra di dialogo così aperta è possibile modificare alcuni parametri generali impiegati nel calcolo di dimensionamento: Titolo etichetta che identifica la rete di calcolo Moltiplicatore delle portate (per variare uniformemente le portate erogate) Velocità minima e Velocità massima [m/s] (per la selezione preliminare dei diametri ammissibili in fase di dimensionamento) Diametro interno minimo [mm] Lunghezza minima di suddivisione [m] lunghezza minima dei sotto-tronchi individuati nel dimensionamento 24

25 Indice : 1. INSTALLAZIONE / DISINSTALLAZIONE 2. ESECUZIONE DEL PROGRAMMA 3. FUNZIONI AVANZATE 25

26 3. FUNZIONI AVANZATE - Manipolazione rapida dei dati relativi a nodi e tronchi: a) per modificare i dati di un singolo nodo (o tronco): fare doppio clic sul nodo (o tronco) selezionato nella finestra Dati nodi (o Dati tronchi ) e modificare i dati nella finestra di dialogo così aperta 26

27 b) per modificare i dati comuni ad un certo numero di nodi (o tronchi): evidenziare i nodi (o tronchi) nella finestra Dati nodi (o Dati tronchi ), selezionare la voce Giunzioni (o Tronchi) dal menù Modifica e modificare i dati nella finestra di dialogo così aperta. 27

28 - Esportazione dei risultati: E possibile esportare i risultati in formato testo leggibile anche da altre applicazioni (Notepad, Excel): selezionare la voce Esporta risultati dal menù File. 28

29 Esempi Rete Hanoi (Savic et al., 1997) 32 nodi 34 tronchi 3 maglie 1 alimentaz. 29

30 Etichetta Tipo Q [l/s] z [m] Pmin [m] Hs m Qs [l/s] Vincoli Etichetta Nodo in. Nodo fin. L [m] Formula Scabrezza Coef. ampl. Gruppo DN [mm] 30

31 Etichetta Q [l/s] z [m] H [m] Pmin [m] P [m] Verifica Etichetta Nodo in. Nodo fin. DN [mm] Formula Q [l/s] V [m/s]. J [m/m] DN [mm] Costo [euro] 31

32 Rete Pavia 143 nodi 206 tronchi 64 maglie 3 alimentaz. 32

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