IMPIANTI DI DISTRIBUZIONE

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1 IMPIANTI DI DISTRIBUZIONE Schemi caratteristici (serbatoi e rete di distribuzione) Con serbatoio di testata Con torrino piezometrico e serbatoio di estremità Rete di tipo aperto (ad albero) Rete di tipo chiuso (a maglie) Rete di tipo misto

2 Linee piezometriche: rete con serbatoio di testata Linee piezometriche: rete con torrino piezometrico e serbatoio di estremità

3 Suddivisione in zone servite da reti indipendenti Suddivisione in zone servite da reti in serie e serbatoi di sconnessione

4 Serbatoi per gli impianti di distribuzione Funzioni: Compenso delle fluttuazioni orarie dei consumi Riserva per servizio antincendio e interruzione adduzione Stabilizzazione del carico idraulico alle estremità della rete Volume di riserva per interruzione adduzione V r (.2 0.5) V V = = 0 G max G max Volume di riserva per servizio antincendio Formula di Conti: Portata antincendio da garantire per almeno 5 ore Volume richiesto nel giorno di massimo consumo Q V i i = 6 N ab = 108 N /1000 /1000 ab [ l / s] [ ] 3 m Piccoli centri abitati (N ab < 3000): 2 idranti da 5 8 l/s in funzione per 3 5 ore V V i = m ( ) [ ] 3 Q + Q Q = m Criterio di Arredi e Frega: Q i = Portata antincendio (0.2 m 3 i i 0 a /s per grandi centri urbani) Q 0 = Portata di servizio ordinario (media del mese di massimo consumo) Q a = Portata in arrivo dall adduttrice principale 3

5 Volume di compenso delle fluttuazioni orarie dei consumi Valutazioni approssimative: a) Adduttrice principale a gravità c ( ) VG max V = b) Adduttrice principale con impianto di pompaggio (può assorbire parte delle fluttuazioni) c ( ) VG max V =

6 Valutazione tramite curve cumulate di adduzione e consumi Cumulata adduzione V [m 3 Cum. consumi ] V c 0 24 Adduzione con portata costante (adduzione a gravità) Adduzione con pompaggio nelle sole ore notturne (minimizzazione costi energetici) Cumulata adduzione V Cum. consumi [m 3 ] V c Cumulata adduzione V [m 3 Cum. consumi ] V c Adduzione con pompaggio nelle ore di massimo consumo (minimizzazione volume di compenso)

7 Caratteristiche costruttive dei serbatoi Requisiti fondamentali: -Funzione idraulica principale (Volume di compenso + riserva, carico idraulico stabile escursione max. livello 4 6 m) -Completamente impermeabili, costruiti con materiali durevoli, resistenti all aggressione chimica esterna ed interna (nei limiti di qualità dell acqua contenuta) -Maggiore isolamento termico possibile -Adeguata circolazione dell acqua dalla zona di arrivo dell adduzione a quella di presa della rete (impedimento ristagni) Tipologie Serbatoi interrati: Miglior soddisfacimento della maggior parte dei requisiti (realizzabili anche con grandi capacità, migliore isolamento termico, flessibilità di scelta dei materiali, migliore accessibilità). Serbatoi pensili: Necessari per la stabilizzazione del carico nei centri urbani di pianura.

8 Equipaggiamento idraulico Max. 4 6 m Volume compenso e riserva Saracinesca No saracinesca!! A Arrivo P Presa S Scarico di superficie (troppo pieno) F Scarico di fondo (vuotatura per manutenzione) Y By-pass

9 Particolare prese Disattiva la presa per uso idropotabile quando il livello nel serbatoio scende sotto h i L acqua viene comunque presa sotto battente (a quota << h i ) h i V c +V r Volume compenso e riserva idropotabile Volume riserva per servizio antincendio Rete di distribuzione unica per uso idropotabile e antincendio Apribile solo per ordine dei Vigili del Fuoco!

10 Particolare: serbatoio di estremità Cumulata adduzione V [m 3 Cum. consumi ] V c V.U. = Valvola Unidirezionale 0 24

11 S Dimensionamento scarico di fondo y 2 2 bq L + = + Q z ξ µ i 2 D 2g D Perdite distribuite L D ( 2 π / 4) Perdite concentrate Calcolo del diametro minimo D che consente un tempo di svuotamento non superiore ad un valore T prefissato (2 3 ore) Q K = K ( D) 1 ( D) = bl D y + z µ + 2g ξ ( 2 πd / 4) 2 i h KS Q dt = S dy dy = dt T = 2SK y + z 0 0 T ( )( ) D h + z z Si risolve per tentativi bl D µ ξi + 2g = ( ) ( ) 2 2 πd / 4 2S h + z z T

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16 Protezione delle condotte dal colpo d ariete: le casse d aria Sollevamento Serbatoio giornaliero Q G Q H Rete distribuzione Sovraccarico da colpo d ariete nel caso di chiusura brusca (tempo di chiusura inferiore alla durata di fase delle oscillazioni elastiche nella condotta) c = celerità delle perturbazioni nella condotta (condotte metalliche, acqua C 1000 m/s) V 0 = velocità di moto permanente per la portata massima di progetto Nel caso di interruzione dell alimentazione elettrica agli impianti di sollevamento, si hanno fenomeni di transitorio idraulico del tipo chiusura brusca (provocati dalla valvola di non ritorno) = p = cv h brusc 0 γ g h brusc O( 100 m)!!! Possibili soluzioni per lo smorzamento dei sovraccarichi: Vasche di oscillazione Volani Casse d aria Soluzione ottimale per gli impianti di distribuzione

17 Casse d aria: contenitori metallici chiusi in comunicazione diretta con la condotta, contenenti aria in pressione. Trasformano l energia cinetica della colonna liquida in energia potenziale elastica dell aria nella cassa, dando origine ad oscillazioni smorzate. Sovraccarico dinamico Y s Valvola di non ritorno Perdite di carico nella strozzatura: Ipotesi anelastica Z max, Z min < cv ( ) (osscillazioni di massa) 2g L dv Z = ± g dt du = ωvdt n Y U = YU H K s n s ( H + K ) = cost. Eq. moto Eq. continuità acqua Trasf. stato (politropica) aria 2 = αv Perdite di carico in condotta 2 = βv (presenti dopo la chiusura) 0

18 Il sistema di equazioni è non lineare (perdite di carico, politropica n=1.41 per trasformazioni adiabatiche) metodo grafico per il calcolo del volume massimo U max d aria nella cassa Caratteristica d impianto σ = LωV 2 0 2gU s Y s

19 Procedimento (caso senza strozzatura K): U U U 1 Si predetermina il massimo sovraccarico ammissibile Z max e dalle condizioni statiche si calcola Z max /Y s 2 Dalla perdita di carico a regime H 0 si calcola H 0 /Y s 3 Dal quadrante destro del grafico si determina la caratteristica σ 4 Dal quadrante sinistro del grafico si determina Z min /Y s e quindi Z min 5 Si calcolano i volumi d aria caratteristici (statico, a regime, minimo e massimo) s 0 LωV0 = 2gσY = U s Y min,max 2 s s = U s Y + s H Y s 0 1/ n Y + Z s min,max 4 1/ n

20 Lo smorzamento delle oscillazioni risulta molto più rapido con una perdita di carico concentrata (strozzatura) fra cassa e condotta. Si può dimostrare che il valore ottimale della strozzatura soddisfa la condizione a regime K + 0 = H 0 Z min Per il caso di strozzatura ottima esiste opportuno grafico modificato