Servizio acqua: dimensionamento delle reti idrauliche

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Graziana Cavallaro
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1 ervizio acqua: dimensionamento delle reti idrauliche

2 Dimensionamento di Reti a Pettine 1. Analisi della domanda: Disposizione delle utenze Topografia della rete e tipologia dei tubi (, ) Individuazione di portate medie ie prevalenze irichieste dalle utenze 2. Calcolo delle portate in ciascun tratto di rete: = å k k³ j 3. Dimensionamento dei diametri sulla base delle velocità: Fissata una velocità media v=1,5 m/s per tutti i tratti si ha che il diametro teorico di ciascun tratto risulta pari a: b L d ( t) = 4 p v valore che occorre approssimare al diametro commerciale più vicino d

3 Dimensionamento di Reti a Pettine 4. Calcolo delle perdite di carico distribuite: Dh = b 2 d L 5 5. Individuazione dell utenza critica: Identificato con l indice 1 il nodo di ingresso alla rete, un utenza si definisce critica se: D 1- + = Max i 1- i { Dh } h + i

4 Dimensionamento di Reti a Pettine 6. Calcolo della prevalenza fornita dalla sorgente: Identificata con l indice la sorgente dell acqua industriale (pompa di alimentazione, autoclave o serbatoio piezometrico), nel caso in cui la sua prevalenza non sia nota a priori, si calcola in maniera tale che possa soddisfare i fabbisogni della rete ed in particolare dell utenza critica: = + Dh1 - + Dh -1 Mediante tale formula per pompa o autoclave, poste alla stessa quota della rete a distanza nota L - 1 dalla stessa, è calcolabile immediatamente, mentre per serbatoio piezometrico occorre considerare che D dipende da stesso, cioè: da cui: h - 1 ( oriz) = + Dh1 - + Dh -1 + b 1 2 TOT 5 d 1 2 æ ( ) ö + D + D ( oriz) ç - - TOT h1 h 1 1 b 1 5 è d 1 ø = -

5 Dimensionamento di Reti a Pettine 7. Verifica dell utenza critica: Nel caso in cui la prevalenza della sorgente fosse definita a priori è sufficiente verificare se: D - h - Nel caso in cui non sia noto a priori occorre verifica se: Dh - 0, 1

6 8. Per esito negativo della verifica: i procede aumentando i diametri dei tubi del percorso tra e l utenza critica che presentino perdite di carico maggiori (verificando di non scendere mai sotto il limite di v = 0,3 m/s, e scegliendo sempre diametri commerciali) fino ad imporre le condizioni al punto 7. Nel caso non si riuscisse ad ottenere la soddisfazione delle condizioni 7 anche riducendo tutte le velocità dei tratti del percorso critico a 0,3 m/s, si può andare sotto tale limite adottando opportuni accorgimenti tecnici sulla rete. 9. Per esito positivo della verifica: Il dimensionamento della rete è completato. e non fosse stato fissato a priori, si fissa: Dimensionamento di Reti a Pettine = + Dh -

7 1. Analisi della domanda: Disposizione dei nodi (si definisce nodo ogni punto della rete in cui ci sia più di un flusso in entrata o in uscita Topografia della rete e tipologia dei tubi (, ) Individuazione di portate medie e prevalenze richieste dalle i i utenze b L 2. Calcolo delle portate in ciascun tratto di rete: = å k k³ j 2 3 TOT 1 4 5

8 3. Calcolo delle portate di primo tentativo in ciascun tratto di rete: Ipotizziamo che TOT nel nodo 1 si divida in flussi identici da 1 a 2 e da 1 a 5 si trova una soluzione che soddisfi le equazioni di equilibrio ai nodi å i< j = å jk + j " i k> j uindi si ha che: 12 = 15 = - 23 = = 15 5 TOT 2 Individuando il punto di separazione delle acque (il punto alimentato da entrambe le direzioni).

9 4. Dimensionamento dei diametri sulla base delle velocità: Fissata una velocità media v=1,5 m/s per tutti i tratti si ha che il diametro teorico di ciascun tratto risulta pari a: d ( t) = 4 p v valore che occorre approssimare al diametro commerciale più vicino d 5. Calcolo portata correttiva di ardy Cross (per imporre l equilibrio della maglia): Fissato il verso orario di percorrenza della maglia come positivo e prendendo le portate con il proprio segno (positivo se orarie, negativo se antiorarie) si calcola: r L = b e quindi d 5 q c = - å sign 2 ( ) å r r 2

10 6. Nuovo calcolo delle portate: Facendo attenzione ai segni e ai versi si calcola: = + (2) q c Preso un e (si consiglia sufficientemente piccolo rispetto alla portata e = 0, 02 TOT ), e TOT q c > e allora reiterare il calcolo dal punto 5. All n-esima iterazione, quando (n) q c e procedere con il calcolo dal punto 7.

11 7. Verifica delle velocità in relazione alle nuove portate: v = p i calcolano le velocità effettive nei tratti dei tubi: ( n) 2 4 d e uno o più tratti presentano velocità fuori dai limiti (0,3-4 m/s) occorre correggere i diametri dei tratti in oggetto e tornare a bilanciare la rete con il metodo di ardy Cross al punto 5. e tutti i tratti hanno velocità comprese nei limiti si procede con la verifica delle prevalenze dal punto 8.

12 8. Individuazione dell utenza critica: Identificato con l indice 1 il nodo di ingresso alla maglia, un utenza si definisce critica se: D 1- + = Max i 1- i { Dh } h + i

13 9. Calcolo della prevalenza fornita dalla sorgente: Identificata con l indice la sorgente dell acqua industriale (pompa di alimentazione, autoclave o serbatoio piezometrico), nel caso in cui la sua prevalenza non sia nota a priori, si calcola in maniera tale che possa soddisfare i fabbisogni della rete ed in particolare dell utenza critica: = + Dh1 - + Dh -1 Mediante tale formula per pompa o autoclave, poste alla stessa quota della rete a distanza nota L - 1 dalla stessa, è calcolabile immediatamente, mentre per serbatoio piezometrico occorre considerare che D dipende da stesso, cioè: da cui: h - 1 ( oriz) = + Dh1 - + Dh -1 + b 1 2 TOT 5 d 1 2 æ ( ) ö + D + D ( oriz) ç - - TOT h1 h 1 1 b 1 5 è d 1 ø = -

14 10. Verifica dell utenza critica: Nel caso in cui la prevalenza della sorgente fosse definita a priori è sufficiente verificare se: D - h - Nel caso in cui non sia noto a priori occorre verifica se: Dh - 0, 1

15 11. Per esito negativo della verifica: i procede aumentando i diametri dei tubi del percorso tra e l utenza critica che presentino perdite di carico maggiori (verificando di non scendere mai sotto il limite di v = 0,3 m/s, e scegliendo sempre diametri commerciali) fino ad imporre le condizioni al punto 10. Nel caso non si riuscisse ad ottenere la soddisfazione delle condizioni 2.10 anche riducendo tutte le velocità dei tratti del percorso critico a 0,3 m/s, si può andare sotto tale limite adottando opportuni accorgimenti tecnici sulla rete. Ad ogni modifica dei diametri occorre ribilanciare la rete con il metodo di ardy Cross tornando al punto Per esito positivo della verifica: Il dimensionamento della rete è completato. e non fosse stato fissato a priori, si fissa: = + Dh -

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