MONTAGGIO E PROTEZIONE DELLE TUBAZIONI 33.1 POSSIBILI COLLOCAZIONI DELLE TUBAZIONI Esamnamo le modaltà d sstemazone e posa n opera delle tubazon che provvedono al trasporto de flud occorrent n un mpanto ndustrale. All nterno de fabbrcat ndustral (ad un solo pano), le tubazon possono essere nstallate sopra od mmedatamente sotto l flo catena, nell tercolumno de plastr, oppure n cuncol o pccole gallere realzzat sotto l pavmento. All esterno le tubazon possono essere nterrate 1 oppure montate su apposte strutture metallche (ppe rack) o dentro cuncol. La sstemazone esterna è ndspensable per le tubazon convoglant flud percolos. La fgura 33.1 fornsce una casstca d tal sstemazon. Nell nterno de fabbrcat è preferble nstallare n alto le tubazon d almentazone de flud alle utenze (purché dametr e pes lo consentano): nfatt, l nstallazone aerea permette facl spezon e modfche del sstema d tubazon (nel caso d spostamento delle utenze esstent o d nstallazone d utenze nuove) 2. La sstemazone d tal tubazon n cuncol rcavat sotto l pavmento de fabbrcat è adottata quando l almentazone delle utenze dall alto è mpedta o resa dffcoltosa da carrponte od altr ostacol 3. Per contro, le tubazon che provvedono alla raccolta ed al recupero de flud scarcat dalle utenze con 1 In regon avent un clma paragonable a quello dell Itala settentronale, ed a quote nferor a 1000 m, per proteggere dal gelo le tubazon nterrate contenent acqua, le stesse s nstallano a profondtà non nferor a 60 100 cm dal pano d campagna, a seconda della natura del terreno (profondtà rferte alla generatrce superore del tubo). 2 Quando le tubazon sono aeree, l almentazone de flud alle utenze sngole avvene a mezzo d tubazon vertcal (dscese) dervate dalle tubazon prncpal; n genere, ogn dscesa è dotata d una saracnesca (per ntercettazone) ne press della dervazone, ed una n prossmtà dell utenza (fg.33.2). 3 se l fabbrcato ndustrale è dotato d sottopano, è, n genere, convenente nstallare le ret d tubazon a sofftto del sottopano stesso, allaccandole alle utenze medante dervazon che attraversano la soletta ed l pavmento dell offcna.
presson resdue pressoché nulle, sono dsposte n cuncol od nterrate sotto l pano del pavmento. In quest ultmo caso, devono essere però predspost opportun pozzett d spezone n corrspondenza d dramazon, cambament d drezone, o su tratt anche rettlne, ma molto lungh (> 30 40 m): è l caso tpco delle fognature o delle ret d recupero delle acque d mpego tecnologco (fg. 33.3). I cuncol sono rcopert da solette n cemento armato, da lamere d accao strato o bugnato (fg. 33.4), o da grglat. Evdentemente tal coperture devono essere adatte a sopportare carch mobl operant n offcna, senza cedment né deformazon. La fgura 33.5 llustra due tp d appogg per le coperture metallche de cuncol. I cuncol vengono dotat d pozzett per lo scarco dell acqua n ess caduta accdentalmente, oppure utlzzata per la loro pulza; pavment de cuncol stess devono essere qund n pendenza per facltare l deflusso naturale dell acqua verso pozzett d scarco. Pur n uno stesso fabbrcato ndustrale, sovente le tubazon sono nstallate parte n cuncolo e parte aeree (fg. 33.6). Quando s devono sstemare pù tubazon aeree affancate, s rcerca la dsposzone che rduca meno possble l llumnazone provenente dalle fnestrature del fabbrcato. Lo schema della fgura 33.7 ndca, nel caso d una copertura a shed, una ubcazone convenente per soddsfare tale esgenza.
Fg. 33.4 cuncolo per tubazon d servomezz, con copertura n lamera. 33.2 PENDENZA DELLE TUBAZIONI Le tubazon devono sempre essere dotate d una adeguata pendenza al fne d consentre, all occorrenza, l loro svuotamento. Se l fludo convoglato ne tub è un lqudo, s deve anche favorre la raccolta, nelle part alte della rete, dell ara che s lbera (da tal punt l ara può essere evacuata attraverso appost scarcator, a comando manuale od automatco). 0,5%. Le pendenze adottate per le tubazon percorse da flud varano, orentatvamente da 0,2% Sovente, e soprattutto quando le caratterstche altmetrche del terreno lo consentono, lo stesso fabbrcato ndustrale o la sua copertura, vene costruto con una certa pendenza (fno allo 0,3% se sono prevst carrponte o bnar ferrovar; fno all 1% quando tal mezz mancano e non v sono dffcoltà d sstemazone del macchnaro); Cò Faclta lo scarco delle acque povane e lo svuotamento delle tubazon convoglant servomezz lqud. Quando l fabbrcato è n pano e lo spazo dsponble per realzzare le pendenze delle tubazon è lmtato (tanto nel caso delle tubazon nstallate sopra l flo catena, quanto nel caso d tubazon posate n cuncolo), s alternano tratt d tubazon n salta tratt n dscesa, n modo da sfruttare convenentemente lo spazo stesso (fg. 33.8.a). In altr cas, tub sono dspost n pendenza secondo una sola drezone: l recupero d pendenza è ottenuto prevedendo, n poszon approprate, tratt d tubazone vertcal o subvertcal, oppure, tronch d tubo a tenuta, denomnat barlott, dspost vertcalmente, ne qual s mmette la tubazone n arrvo, e da qual s dparte, ad altezza superore, la tubazone n uscta (un tpo d barlotto è rportato n fgura 33.8.b). Se l fludo è gassoso e trascna condensa od altr lqud, sa pure n pccole quanttà, tpco è l caso dell ara compressa non essccata, la pendenza data alle tubazon permette d raccoglere ne punt bass l lqudo, che può po essere evacuato con appost scarcator, a comando manuale od automatco (fg. 33.9): n tal modo, s evta che l lqudo, raccoglendos nella parte nferore del lqudo, rduca la sezone utle delle condotte. La fgura 33.10 mostra un esempo d sstemazone degl scarch dell acqua da tubazon: sono vsbl le saracnesche d ntercettazone.
Le tubazon vertcal d scarco sono, n genere, nstallate presso colonne o paret. Come s è detto, le tubazon d raccolta degl scarch vengono nterrate sotto l pavmento oppure, nstallate dentro cuncol. Tal tubazon devono avere dametro maggore d 100 mm ed una pendenza non nferore a 0,3 1% n modo da asscurare l deflusso dell acqua a gravtà (coè non n pressone).
33.3 COLLAUDO DELLE RETI I tub, prma d essere post n opera, devono essere scovolat nternamente n modo da asportare eventual corp estrane, ncrostazon ed ossd superfcal. Partcolare attenzone va rvolta alle saldature de tub, per le qual occorre mporre alla dtta nstallatrce prescrzon ben precse (allneamento de tub prma della saldatura, smussatura delle estremtà degl stess, tpo e spessore delle saldature). Fg. 33.10 Scarch tubazon acqua nterne agl stablment. Le ret d tubazone sono generalmente collaudate medante acqua n pressone (prova draulca): l collaudo consste nel rempre le ret d acqua, la quale vene po compressa con una pompa, fno alla pressone d collaudo; tale pressone è, n genere, par a 1,5 volte la pressone massma d eserczo del fludo convoglato dalla rete. Nel caso d tubazon con basse presson d eserczo e/o grande dametro, s può esegure l collaudo medante ara compressa: le eventual perdte dalle saldature sono evdenzate spalmando acqua saponata sulle stesse, preva pultura.
33.4 SUPPORTI Tanto per le tubazon aeree o su ppe rack, quanto per quelle n cuncolo, s pone l problema d sostenere le tubazon stesse. A tal fne, s devono prevedere lungo l loro percorso opportun support n grado d sostenere l peso delle tubazon e del fludo convoglato: n altre parole, le tubazon devono appoggare su de sostegn (denomnat anche staffagg) che hanno l compto d lmtare la frecca d nflessone a valor accettabl, mpedendo la formazone d sacche n cu possa stagnare l fludo, nonché d lmtare le sollectazon su tub e sugl attacch delle macchne, pompe ed apparecchature. Allorquando la temperatura del fludo convoglato n una tubazone è varable nel tempo, la scelta del tpo d staffaggo ed l relatvo poszonamento devono anche tenere conto delle dlatazon termche ndotte (le dlatazon dpendono, ovvamente, sa dalle varazon d temperatura del fludo, sa dal tpo d materale costtuente l tubo). I tp d staffagg d pù frequente mpego sono seguent: 1) supporto normale: provvede a scarcare l peso della tubazone e del fludo n essa contenuto su una struttura portante, che può essere parte ntegrante del fabbrcato, oppure una struttura predsposta allo scopo. La fgura 33.11 llustra due tp d supporto normale: l prmo s usa sovente dentro forn; quello con rull è partcolarmente adatto per tubazon convoglant flud cald, n quanto soggette a dlatazon notevol. 2) Supporto con guda (fgura 33.12): ha lo stesso compto del supporto normale ed mpedsce ogn movmento trasversale della tubazone. Vene usato per rdurre la lunghezza lbera d nflessone trasversale della tubazone, per lmtare la frequenza d vbrazone d una tubazone orzzontale e per gudare la tubazone durante le dlatazon termche.
3) Supporto a punto fsso (o semplcemente punto fsso: realzza un ancoraggo fsso, n corrspondenza del quale la tubazone non è sottoposta a traslazon o rotazon. D solto, sono fss punt d attacco de tub agl mpant. Altr punt fss vengono realzzat lungo le ret n poszon opportune: ad esempo, è buona norma avere un ancoraggo rgdo n corrspondenza delle dramazon de tub avent dverso dametro (per evtare che le dfferent Fg. 33.13 Punt fss d tubazon. dlatazon nsorgent ne tub causno sollectazon troppo gravose sul tubo avente momento d nerza mnore). Normalmente, punt fss sono realzzat saldando un proflato metallco, fra tub ed una struttura rgda (fgura 33.13). Consderamo alcun esemp d staffagg per tubazon d acqua, ara, e sml. La fgura 33.14 llustra uno staffaggo costtuto da proflat stallat a flo catena (ad esempo d una struttura a shed) la fgura 33.15 fornsce un esempo d staffaggo del tpo a sospensone: l tratto vertcale del supporto è flettato ad una estremtà, ragone per cu rsulta possble regolare la quota del tubo n modo da realzzare le pendenze occorrent. Nel caso che s debbano sostenere pù tubazon, s può rcorrere ad una soluzone del tpo ndcato n fgura 33.16. Ctamo, nfne, l tpo d staffaggo d fgura 33.17. s tratta d proflat specal che vengono fssat, a dstanze prestablte, medante zanche annegate nelle part murare de fabbrcat, oppure, se fabbrcat sono metallc, medante saldature o bullonature alle strutture del fabbrcato stesso.
Le tubazon sono sostenute con support fssat a proflat suddett medante de bullon. In tal modo rsulta possble regolare la pendenza delle tubazon, aggungere altr tub e così va. Ovvamente, le dstanze fra due support consecutv dpendono dal dametro, dallo spessore e dal materale costtuente l tubo, oltre che dal peso specfco del fludo convoglato e dal peso dell eventuale rvestmento solante termco del tubo. Nel determnare l peso da sopportare, s deve anche tener conto d valvole, raccord, curve, etc. Fg. 33.15 Sostegno d una tubazone regolable n altezza. Fg. 33.16 Staffaggo atto a sostenere pù tubazon aeree sovrapposte. Per la determnazone delle suddette dstanze s consdera la tubazone come una trave sem ncastrata soggetta a carco unformemente rpartto; n tal condzon la frecca vale: (33.1) 4 ' q l f m 0. 01 E j dove: ' f m = frecca d nflessone (cm); q = carco unformemente dstrbuto (Kg f /cm); l = lunghezza del tubo fra due appogg consecutv (cm); E = modulo d elastctà del materale costtuente l tubo (bar); J = momento d nerza del tubo (cm 4 ). In pratca, s mpone che la frecca non super un valore prestablto, d solto poch mllmetr, solo nel caso d tubazon d dametro maggore d 200 mm s possono accettare frecce d 10-20 mm.
Nel caso d tub n accao, le dstanze tra due staffagg consecutv non dovrebbero superare seguent valor orentatv: dametro tubazone DN 25 40 50 75 100 150 200 250 300 Dstanza fra support (m) 2.5 3 3.5 4 4.5 5.5 6.2 7.2 7.5 Fg. 33.17 Staffaggo specal per tubazon, condotte, sbarre, canalne. Fg. 33.17 bs Staffaggo specal per tubazon, condotte, sbarre, canalne.
33.5 PROTEZIONE DELLE TUBAZIONI 1. Protezone delle tubazon nterrate I tub nterrat, se metallc, sono soggett a fenomen aggressv che possono provocarne rapdamente la corrosone 4. Tal fenomen sono essenzalmente dovut ad azon elettrochmche fra metallo e soluzon salne present nel terreno. In altr termn, s verfca un fenomeno analogo a quello della pla galvanca: un elettrolta trasfersce gl on postv dall anodo al catodo, e l anodo, dopo un certo tempo d funzonamento della pla, appare corroso. Nel caso de tub d accao nterrat, l umdtà del terreno può costture l elettrolta, ed n certe zone della superfce esterna de tub possono formars degl elettrod, mentre l crcuto elettrco s chude attraverso tub. La corrente elettrca parte dagl elettrod postv, e, attraverso l elettrolta, gunge agl elettrod negatv; n corrspondenza de prm s manfestano corroson, mentre su second avvene la reazone catodca d rduzone dell ossdante (ossgeno). Il processo d corrosone può venre esaltato n seguto ad alcune stuazon partcolar, qual: - la presenza d corrent elettrche vagant dsperse da bnar d ferrova a trazone elettrca, contnua od alternata (n quest ultmo caso, la corrente vene raddrzzata dal terreno); le corrent entrano ne tub n corrspondenza de catod ed escono dagl anod (dove s Fg. 33.18 Gunto delettrco per tubazon nterrate. verfca la corrosone) per rtornare verso bnar ferrovar; - partcolar caratterstche del terreno n cu tub sono sstemat; - l azone d mcrorgansm; - l nsermento d tronch d tub nuov n una tubazone nterrata da tempo: tronch nuov s comportano come anod e, se l loro svluppo è lmtato, sono soggett ad una ntensa corrosone. 4 S chama corrosone ad umdo l alterazone chmca che subscono metall a contatto con un elettrolto, e soggett all azone d un agente ossdante (ossgeno). Tale alterazone è d orgne elettrochmca ed avvene ad una veloctà che dpende dal metallo, dall elettrolto e dalla temperatura. Nel caso del ferro, la reazone è: 2 2Fe + O2 + 3 H2O 2 Fe (OH) 3 2 (Fe OOH H2O) 3 In ambente neutro (ph 7), l ferro s scogle nell elettrolto lberando on postv che precptano come ossd drat (ruggne).
I fenomen aggressv del terreno possono essere attenuat od addrttura elmnat rcorrendo a seguent sstem protettv: a) stallazone, lungo le tubazon nterrate, d gunt d solamento elettrco (gunt delettrc), att ad nterrompere la contnutà elettrca delle tubazon stesse (fgura 33.18); b) protezone catodca, ottenuta collegando l polo negatvo d una sorgente d corrente contnua con la tubazone, ed l polo postvo della stessa sorgente con anod Fg. 33.19 Protezone catodca delle tubazon n accao nterrate. nterrat. La dfferenza d potenzale (negatva) che s vene ad avere fra l terreno e la tubazone fa sì che quest ultma funzon da catodo (fg. 33.19); n tal modo, s mpedsce la solublzzazone del metallo; c) rvestmento de tub con materal mpermeabl all acqua, ottenuto applcando successvamente su tub seguent strat: - prmo strato d btume caldo lqudo; - secondo strato d mscela btumnosa dopo l raffreddamento del prmo; - fascatura elcodale con doppo strato d feltro d lana d vetro mpregnato d btume 5 ; - applcazone d uno strato d drato d calce per rendere banca la superfce esterna. d) Rvestmento d poletlene applcato per estrusone sulla superfce grezza nel caso d tub mpegat per costrure condotte d metano; quando tub sono destnat a convoglare acqua, la superfce esterna vene preventvamente zncata; e) Rvestment con nastr d matera plastca autoadesv od mpregnat d btume, avvolt a sprale su tub, preva accurata spazzolatura e verncatura antossdante de tub stess. I nastr vengono preferblmente applcat alla temperatura d 18 20 C e ma a temperature nferor a 0 C o superor a 75 C. Questo rvestmento è n specal modo utlzzato per la protezone de tronch d raccordo e delle estremtà de tub sottopost a saldatura; f) La norma UNI 6363-84 elenca anche rvestment estern de tub n accao a base d poletlene (partendo dalla relatva polvere e fondendola), resne epossdche, metallzzazone, galvanzzazone a caldo. I tub protett secondo le modaltà ndcate ne punt c) f) sono, n pratca, chamat tub rvestt esternamente. Tal tub devono ovvamente essere manpolat con cura, al fne d evtare deterorament de rvestment stess (ed n corrspondenza d tal deterorament potrebbero formare focola d corrosone). È necessaro rprstnare l rvestmento esterno delle tubazon, sa n corrspondenza de tratt deterorat, sa n corrspondenza de gunt fra var tub, rproducendo nel mglo modo possble l rvestmento orgnale. 5 Nel caso de rvestment d tpo pesante, al feltro d lana d vetro s sovrappone una fascatura elcodale con tessuto n lana d vetro mpregnato d btume.
2. Protezone nterna delle tubazon Oltre che dagl agent estern, tub n accao devono essere sovente protett anche dagl agent contenut nel fludo convoglato (de tub n ghsa s è gà detto). Tabella 33.1 Tub n accao rvestt esternamente e btumat nternamente dametro nomnale DN 100 125 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 Dametro esterno mm 114.3 139.7 168.3 219.1 273 323.9 355.6 406.4 457.2 508 558.8 609.6 Massa lneca Kg/m 2.62 3.47 4.18 5.92 7.37 8.75 1.04 11.9 15.5 17.2 21.8 23.7 Gl agent chmc possono provocare fenomen corrosv, contro qual s adottano rmed d seguto ctat: 1) mpego d tubazon con rvestmento nterno btumnoso: tale protezone è ottenuta applcando uno strato d smalto d btume per centrfugazone. A tub che devono essere nterrat, s applcano ancora, sulla superfce esterna, trattament d cu al punto c) precedente, ottenendo cosddett tub btumnat nternamente e con rvestmento esterno. La tabella 33.1 rporta alcune caratterstche d tal tub, mpegat per ret nterrate d dstrbuzone dell acqua fredda. 2) Applcazone per centrfugazone d malta d cemento, ottenendo tub adatt a convoglare acqua d mare (n alternatva a tub d vetroresna). 3) Applcazone alla superfce nterna delle tubazon d rvestment costtut d resne epossdche, matere plastche, metallzzazone, ecc. 4) Adozone d tub n materal specal, come acca nossdabl e le matere plastche; per flud debolmente acd o basc ed avent temperature basse e concentrazon s mpegano anche acca legat. Trattamento prelmnare del fludo da convoglare ovvero mpego d reagent chmc, dett nbtor d corrosone, att ad mpedre la corrosone medante la formazone d pellcole protettve sul metallo; s hanno nbtor anodc (cromato d sodo, ossgeno), catodc (solfato d znco, bcarbonato d calco) e collodal. 3. Protezone esterna delle tubazon aeree Le tubazon d accao stallate all aperto o all nterno d uno stablmento ndustrale sono d solto protette da process dstruttv dovut agl agent atmosferc (l ara umda, per esempo, provoca ossdazon superfcal). Per ovvare o lmtare le conseguenze provocate da tal agent, s mpegano opportune vernc protettve, avent color o contrassegn che consentano la facle ndvduazone del fludo convoglato nelle sngole tubazon.
Tale protezone prevede, n genere, l seguente cclo d trattamento: - Pultura e spazzolatura (o sabbatura) delle superfc fno alla completa asportazone dello strato d ossdo pulverulento; - Applcazone d una mano d vernce protettva (antruggne); - Applcazone d una o pù man d smalto clorosntetco, n modo da avere n ogn punto della superfce uno strato d vernce dello spessore mnmo d 90 μm. 4. Rvestmento delle tubazon convoglant flud cald o fredd. Nel caso d tubazon convoglant flud cald o fredd, c s trova d fronte ad almeno una delle seguent esgenze: a) proteggere dal gelo lqud contenut nelle tubazon; b) rdurre le dsperson d calore verso l esterno; c) evtare la condensazone dell umdtà presente nell ambente, lungo le superfc esterne delle tubazon. In tutt cas suddett s deve rcorrere a degl solament cobent, chamat anche rvestment termc; nel caso c) ess prendono sovente l nome d rvestment antstllcdo, n quanto, evtando la condensazone del vapore acque atmosferco, presente nell ara, sulle tubazon, mpedscono lo stllcdo della condensa. Gl solament cobent sono realzzat medante materal d tpo fbroso o cellulare, avent basso coeffcente d conduttvtà χ. Come s può rlevare dalla fgura 33.20, χ vara con la temperatura, n partcolare, per le sostanze solde amorfe (costtuent la maggor parte degl solant) aumenta con la temperatura. La bassa conduttvtà de materal è dovuta alla loro partcolare costtuzone, caratterzzata dalla presenza d cavtà contenent ara: le propretà solant dpendono, nfatt, dal rapporto peno/vuoto, e sono tanto maggor quanto è mnore l valore d tale rapporto. Le cavtà possono essere ntercomuncant fra d loro (cavtà aperte), o chuse. Per le esgenze c) è preferble usare materale a cavtà chusa. Fra materal cobent correntemente usat, rcordamo: - per flud avent temperatura nferore alla temperatura ambente (ad esempo, ossgeno lqudo a temperature nferor a 180 C) foamglas, fenolte, poluretano, sughero espanso, lana d rocca o d vetro. - per flud avent temperatura superore alla temperatura ambente (qual acqua surrscaldata, acqua calda, vapore a temperatura > 40 C): lana d rocca o lana d vetro. Per l rvestmento delle tubazon gl solant vengono confezonat sotto forma d coppelle, materassn, corda. Tal solant sono tenut n opera a mezzo d rete metallca zncata o d flo d accao zncato. Il rvestmento fnale esterno, avente scop estetc e d protezone contro gl urt, può essere costtuto da lamerno n accao zncato od allumno; da ntonaco d cemento o gesso, armato con rete d accao zncato; da vpla avvolta a sprale e tenuta n loco da opportun collarn.
I rvestment antstllcdo, prevst per tubazon d flud a temperature mnor della temperatura d rugada per l ara atmosferca, devono essere protett da uno strato mpermeable al vapore, detto barrera d vapore (o barrera al vapore). Lo scopo d tale barrera è quello d mpedre che l vapore presente nell ara atmosferca penetr nel materale solante. Tale mgrazone, che avvene essenzalmente nell solante a cavtà aperte ed attraverso eventual fessure dell solante a cavtà chuse, è la conseguenza della condensazone del vapore acqueo presente nell ara dell solante, sulla tubazone e nell solante stesso, condensazone dovuta al raffreddamento del vapore al d sotto della sua temperatura d rugada. È noto, nfatt, che, allorquando s condensa vapore n un punto, avvene un abbassamento della pressone parzale del vapore n quel punto, e, qund, un passaggo (per dfferenza d pressone) d altro vapore dalle zone crcostant nel punto stesso. Quest ultmo vapore, raffreddato al d sotto della temperatura d rugada, s condensa a sua volta, rchamando altro vapore, e così va. Il fenomeno d mgrazone del vapore nell solante a cavtà aperte s arresta allorquando l solante è peno d acqua. Un solante mbbto ha un potere cobente molto nferore a quello dello stesso solante, ma peno d ara (l acqua ha un coeffcente d conduttvtà par a 25 volte quello dell ara), per cu una tubazone rvestta con cobente nzuppato d acqua presenta, generalmente, una cospcua condensazone sulla sua superfce esterna per dfetto d cobenza. Le barrere d vapore sono generalmente realzzate avvolgendo rvestment cobent con tela mussola ncorporata n materal a base btumnosa. La fgura 33.21 rporta lo schema d uno de var tp d rvestmento adottat per la cobentazone de tub cald. La fgura 33.21b llustra nvece, un tpo d rvestmento antstllcdo. Oltre alle tubazon, sono sovente rvestt anche gl accessor, qual valvole e saracnesche. Fg. 33.20 Conduttvtà termca, n funzone della temperatura, d alcun solant mpegat per l rvestmento delle tubazon.
33.6 SCELTA DEI RIVESTIMENTI DELLE TUBAZIONI Soffermamoc ora brevemente su crter tecnco - economc che presedono alla scelta de rvestment cobent. A tale fne, rchamamo alcune nozon d fsca applcata. La fgura 33.22 schematzza una tubazone convoglante un fludo caldo e dotata d rvestmento solante. Sano: r, r e = ragg nterno ed esterno dell nvolucro (m); t t e = temperatura del fludo all nterno del tubo ( C); = temperatura sulla superfce esterna del rvestmento solante ( C); t a = temperatura dell ara ambente ( C); L = lunghezza dell nvolucro (L); χ = coeffcente d conduttvtà dell nvolucro (Kcal/h m C oppure W/m C); h, h e = coeffcente d adduzone delle superfc ed e (Kcal/h m 2 C oppure W/m 2 C); l coeffcente h è costtuto d due termn: h = f + r, con f = coeffcente d convezone lmnare 6 ; r = coeffcente d rraggamento 7. È lecto supporre t, t e, e t a costant. Inoltre, n prma approssmazone, consderamo t e, = t 8 a, ed dentfchamo con t anche la temperatura della superfce nterna del rvestmento solante. Fg. 33.19 Protezone catodca delle tubazon n accao nterrate. 6 Tale coeffcente dpende dalla natura del fludo, dalla sua veloctà, dal grado d ruvdezza della superfce, dalla temperatura meda, ecc. 7 Il termne r, dovuto all rraggamento, assume mportanza soltanto per temperature d parete molto elevate (> 100 C). 8 La cosa è lecta a fare quando le tubazon sono stallate n poszone aerea e l atmosfera è pratcamente calma. In presenza d corrent d ara fredda occorre, nvece, tenere conto della dfferenza fra la temperatura superfcale del materale cobente e quello dell ara.
La quanttà d calore che, nell untà d tempo, passa dall nterno del tubo all esterno è data dalla: t t a (33.2) Q = *L (kcal/ h o W) R dove R è la resstenza totale espressa dalla:
1 1 1 r (33.3) e 1 h m C m C R = + ln + π opp 2 h * r χ r he * re kcal W (33.4) Q = 2π 1 re ln χ r ( t t ) a *L 1 + h *r e e ( kcal/ h opp W) Se s vuole rferre la potenza termca Q alla superfce longtudnale della condotta, per esempo a quella esterna S e = 2πr e L (m 2 ), l espressone (33.2) dvene: ' t t a (33.2 ) Q = *Se (kcal/ h o W) R con h *r 2 2 ' re re re 1 hm C m C (33.3 ) R = + ln + opp A sua volta, la (33.4) dventa, trascurando h : χ r h e kcal W (33.4 ) ( t t ) ' Se a *L Q = re re 1 ln + χ r h e ( kcal/ h opp W)
a) Rvestment cobent antgelo Esamnamo anztutto l caso della protezone delle tubazon poste n ambent a temperature nferor a 0 C e convoglant flud che non devono gelare (ad esempo acqua). Consderamo un tratto d tubo d lunghezza nfntesma dl, la quanttà dq trasmessa all esterno vale, per la (33.2): t t a (33.5) dq = dl R dove: R = 1 r ln 2πχ r e 1 + 2πr h e e Tale quanttà d calore dq deve essere uguale alla quanttà d calore persa dal fludo percorrente l tubo: (33.6) dq = - G c p dt dove: G = portata del fludo (kg/h); c p = calore specfco del fludo (kcal/kg C opp kj/kg C): per l acqua c p = 1 kcal/kg C; dt = raffreddamento del fludo nel tratto dl. Poché t a = costante: (33.7) dq = - G c p d(t t a ) eguaglando la (33.5) con la (33.7), s rcava: t t a (33.8) dl R = G c p d(t t a ) ovvero: (33.8 bs) 1 GR dl = c p ( t t ) d t t a a
Integrando lungo un tratto d condotta d lunghezza L e semplfcando, s pervene alla: (33.9) L t = ln cp *G *R t (33.9 bs) ' t t a a ovvero c p Se *G *R ' t = ln t ' t t a a dove: t = temperatura d entrata dell acqua nel tratto d tubo consderato; t = temperatura d uscta dell acqua nel tratto d tubo consderato; L = lunghezza della condotta (m); S e = superfce esterna del rvestmento cobente (m 2 ); R = resstenza totale del cobente n hm C kcal R ' n 2 m C W Con la (33.9) o con la (33.9 bs) è possble rsolvere seguent problem: a) determnare t, coè la temperatura mnma che l fludo convoglato può raggungere, not L, R, t a, t, e t. b) rcavare R e qund lo spessore d solante occorrente, not L, G, t a, t, e t ; c) valutare la portata mnma G che è necessaro far passare nella tubazone perché l acqua non gel, essendo not L, R, t a, t, e t. è ovvo che se l acqua è ferma nelle tubazon l percolo d gelo è pù grave (questo è, ad esempo, l caso delle ret d acqua antncendo o delle ret d acqua ndustrale e potable, l cu flusso s nterrompa per un tempo puttosto lungo). In tal cas le tubazon andrebbero nterrate. Questa soluzone è sempre consglable per le tubazon dell acqua che passano all esterno de fabbrcat o n local non rscaldat.
b) Rvestment cobent propramente dett Consderamo ora l caso n cu s debbano lmtare gl scamb d calore fra un fludo a temperatura dversa da quella ambente e l ambente stesso. Ovvamente lo spessore dell solante deve essere tale che la somma de cost annu per l calore dsperso e quello per l apposzone del rvestmento rsult mnma (trascurando altr cost, qual quell d manutenzone, per semplctà). Il costo del calore dsperso vale: (33.10) C QYear = Q n c ( /anno) dove: Q = calore dsperso attraverso un tratto lungo L d solante (kcal/h opp W); n = numero d ore annue d funzonamento (h/year); c = costo untaro del calore dsperso ( /kcal opp. /Wh). Nella (33.10), la quanttà d calore Q che attraversa lo spessore dell solante, n drezone radale, è data dall espressone (33.4). Quest ultma espressone, se s trascura l adduzone esterna d calore (cosa che è lecto fare quando le tubazon sono stallate n atmosfera pratcamente calma), essenzalmente dovuta, ne cas n esame alla propagazone lmnare, s semplfca nella (33.4 bs) ( t t ) 2πχ Q = r ln r e a L Il costo n opera dell solante può essere determnato con la ' 2 2 (33.11) C π( r r ) dove: 1 = e Lc ( /anno) a n r e = raggo esterno del rvestmento (m); r = raggo nterno del rvestmento (m); L = lunghezza della tubazone n (m); c = costo untaro del rvestmento n opera ( /m 3 ); 1/ a = termne untaro d ammortamento, n n ann, al tasso d nteresse. n Al valore C ottenuto dalla (33.11) s deve aggungere l costo ( /anno) del rvestmento esterno n lamera:
(33.12) Montaggo e protezone delle tubazon C '' = 2πr 2 e dove oltre a termn not, c r msura l costo untaro del rvestmento n opera ( /m 2 ). Lc r 1 a In totale, qund, l costo corrspondente al rvestmento vale: n (33.13) C = C + C S tratta d trovare l valore d r e e qund dell solante r e r (fg. 33.22), che rende mnma la somma (33.14) C Tot = C QYear + C Da un punto d vsta teorco, s potrebbe determnare l valore d r e che rende mnmo l costo dell espressone (33.14) annullando la dervata prma d C (la funzone C ha sempre solo un mnmo). In pratca, però, la funzone C Q dpende da molt element non esprmbl n funzone del parametro r e. Tal element sono: - l ammortamento degl mpant; - l costo del combustble consumato; - l costo della manodopera per la conduzone degl mpant generator dstrbutor; - l costo dell energa elettrca consumata per l funzonamento degl mpant; - l costo dell acqua trattata, necessara per l funzonamento degl mpant; l costo per la manutenzone degl mpant. Il valore d r e che rende mnma la funzone C Tot può essere determnato per va grafca.
A tal fne, s costruscono per punt, su un dagramma cartesano avente per ascsse valor crescent d r e, e per ordnate valor crescent de cost untar, le curve C Q, C, e C Tot = C Q + C :l valore d r e, relatvo al mnmo della curva C Tot, corrsponde allo spessore pù economco del rvestmento cobente consderato (fgura 33.23). Fg. 33.23 Determnazone grafca del valore ottmale per l solante d r e. c) Rvestment antstllcdo Come gà detto, scopo de rvestment antstllcdo è quello d evtare la condensazone del vapore acqueo atmosferco sulle superfc esterne delle tubazon. Tale condensazone s evta aumentando, con l solamento termco, la temperatura superfcale delle superfc esterne a contatto con l ara atmosferca. Apramo una breve parentes per rchamare alcune nozon sull ara umda. L ara atmosferca lmpda (coè senza nebba) è una mscela d ara secca e d vapore d acqua. Tale mscela è detta dell ara umda. Le propretà dell ara umda sono rassunte n un dagramma d Moller per l ara umda, rportato n fgura 33.24: - la versone a) del dagramma è n untà nternazonal, mentre - la versone b) è n untà tecnche.
Tale dagramma è rferto alla pressone normale d 101.325 Pa ed a una mscela contenente 1 kg d ara secca. Il dagramma permette d rsolvere grafcamente e spedtamente tutt problem relatv all ara umda. Il vapore contenuto nell ara umda è generalmente surrscaldato, coè ha una pressone parzale nferore a quella del vapore saturo avente la stessa temperatura. Aggungendo vapore nell ara umda, la pressone parzale del vapore stesso aumenta fno a raggungere la pressone corrspondente a quella del vapore saturo: a questo punto l ara umda è satura d vapore, coè non è pù n grado d rcevere altro vapore oltre a quello che gà contene. Ulteror dos d umdtà rmangono nell ara sotto forma d nebba, coè n fase dversa da quella dell ara. Un altro modo per rendere satura l ara umda è quello basato sul suo raffreddamento. Raffreddando dell ara umda fuor dal contatto d sorgent d vapore, la pressone parzale del vapore rmane costante, ma dmnusce la sua temperatura. Il vapore s raffredda fno a raggungere la temperatura d vapore saturo corrspondente alla sua pressone: a questo punto l ara umda è satura. La temperatura alla quale l ara umda dventa satura è detta temperatura d rugada o punto d rugada. Raffreddando ulterormente l ara al d sotto della temperatura d rugada, s ottene condensazone del vapore.
Le grandezze fondamental relatve all'ara umda sono le seguent (rferte a 1 kg d ara secca): a) temperatura al bulbo secco t: temperatura segnata da un termometro normale posto nell'ara atmosferca; b) temperatura al bulbo umdo t bu,: temperatura segnata da un termometro, con bulbo avvolto n una garza umda, posto nell'ara atmosferca; c) temperatura d rugada t rug : temperatura gà defnta; d) umdtà specfca o assoluta x: quanttà d vapore, msurata n gramm o n chlogramm, contenuta n 1 kg d ara secca (kg vapore/kg ara secca oppure g vapore/kg ara secca); e) umdtà relatva φ: rapporto, espresso n percentuale, tra l'umdtà specfca effettva dell'ara umda consderata e l'umdtà specfca che l'ara umda avrebbe se fosse satura; f) entalpa o calore totale J: è la somma, espressa n kcal/kg d ara secca, de sotto ndcat addend: ARIA 1) calore necessaro per portare 1 kg d ara secca da 0 C e 760 mm Hg alla temperatura dell'ara umda t: 0,24*t (0,24 kcal/ C kg ara secca è l calore specfco dell'ara), oppure: 1 kj t (1 kj/ C kg ara secca è l calore specfco dell'ara); ACQUA/VAPORE 2) calore necessaro per vaporzzare l'umdtà assoluta x contenuta nell'ara umda supposta a 0 C: 595 * x (595 kcal/kg vapore è l calore d vaporzzazone), oppure 2500 * x (2500 kj/kg vapore è l calore d vaporzzazone); 3) calore necessaro per surrscaldare l'umdtà x da 0 C alla temperatura dell'ara umda t: 0,46*t*x (0,46 kcal/ C*kg vapore è l calore specfco de vapore surrscaldato), oppure: 1,9 * t * x (1,9 kj/ C*kg vapore è l calore specfco de vapore surrscaldato); Vale a dre: oppure H = (0,24*t + 595*x + 0,46*t*x) kcal/kg ara secca, (ST) H = (1*t + 2500*x + 1,9*t*x) kj/kg ara secca; (SI)
g) volume specfco v: è l volume dell'ara umda contenente 1 kg d ara secca e x kg d vapore. Sul dagramma d Moller d fg. 33.24, le rette orzzontal collegano punt d temperatura costante, mentre le rette vertcal passano per punt d umdtà assoluta x costante; le rette oblque unscono punt a entalpa J costante; le curve sono caratterzzate da umdtà relatva (p costante). Applchamo ora al caso che qu c nteressa le nozon sopra rcordate ed n partcolare l prncpo che mettendo a contatto l'ara umda (supposta costante la pressone atmosferca), a temperatura mnore dell ara, la mscela ara vapore s raffredda. Al dmnure della temperatura della mscela, l umdtà assoluta rmane costante, mentre l umdtà relatva (msurata n %) aumenta. L umdtà assoluta rmane costante fntanto che l umdtà relatva è mnore del 100% (fgura 33.24). Contnuando l abbassamento d temperatura, l umdtà relatva raggunge l 100% (punto d rugada): n tale condzone, basta un ulterore anche pccolo abbassamento d temperatura per provocare la condensazone del vapore, con conseguente dmnuzone dell umdtà assoluta. Tale fenomeno può avvenre sulla superfce d un tubo nudo (coè non solato termcamente) allorché sa percorso da un fludo a temperatura mnore del punto d rugada dell ara atmosferca che crconda l tubo. Quando la temperatura del fludo è nferore a 0 C, l eventuale rugada formatas s trasforma n brna. Rportamo n tabella 33.II, arrotondat al mezzo grado, valor de punt d rugada d alcun tp d ara atmosferca.
Tabella 33.II punt d rugada d alcun tp d ara alla pressone atmosferca d 10 5 Pa. Condzon termo-grometrche della mscela ara + vapore Punto d rugada C Temperatura C Umdtà relatva % 0 0 0 10 10 10 20 20 20 25 25 25 30 30 30 32 32 32 34 34 34 60 75 90 60 75 90 60 75 90 60 75 90 60 70 80 60 70 80 60 70 80-6 -3.5 1.5 3 6 8.5 12 15.5 18.5 16.5 20 23.5 21.5 24 26 23.5 26 28.5 25 28 30.5 Come s può rlevare, l punto d rugada sale: - con l aumentare della temperatura dell ara, a partà d umdtà relatva; - con l aumentare dell umdtà relatva, a partà d temperatura dell ara. Il punto d rugada è, qund, tanto pù alto quanto pù elevate sono la temperatura e l umdtà dell ara, coè n estate. La formazone d rugada sulla superfce esterna d una tubazone nuda percorsa da un fludo freddo può essere evtata solo, come gà detto, solando termcamente la tubazone, n modo da nnalzare la temperatura superfcale della tubazone solata al d sopra del punto d rugada dell ara atmosferca nella quale s trova la tubazone stessa.
Lo spessore del rvestmento cobente s calcola nel modo sottondcato. Sano: r e : raggo esterno del rvestmento; r : raggo nterno del rvestmento, par al raggo esterno del tubo (m); L: lunghezza della tubazone (m); χ, h, h e, t, t e, t a le grandezze fsche gà defnte n precedenza. Q = 1 h r ( t t ) 2π a 1 re 1 + ln + χ r h r e e *L ( kcal/ h) Nel caso d acqua fluente nella tubazone, l termne 1/h r è trascurable. Q è calcolable medante la: Q = h 2πr l(t e e a te) (kcal/ h) l valore d h e per tub n ara tranqulla è con suffcente approssmazone: 3 2 (33.17) h = 8.2 + 0.0073* t t (kcal/ hm C) e ovvero (33.17 bs) ' 3 h e = 9.5 + 0.0085* t t 2 ( W / m C) dove la t è la temperatura superfcale esterna del tubo solato. Uguaglando le espresson precedent s ha: (33.18) ( t t ) a 1 r ln χ r e 1 + h r e e = h r e e ( t t ) a Nella (33.18) le ncognte sono t e, r e. Fssato t e, che deve essere maggore della temperatura d rugada dell'ara crcostante la tubazone, s rcava per tentatv r e, e qund lo spessore s = r e - r, de rvestmento cobente, capace d garantre una temperatura superfcale sul rvestmento stesso maggore de punto d rugada.
33.7 DILATAZIONI TERMICHE DELLE TUBAZIONI Nel caso d trasporto d flud cald, le tubazon sono soggette a varazon termche che causano allungament e contrazon delle tubazon stesse: tal dlatazon dpendono dal coeffcente d dlatazone lneare del materale che costtusce tub, dalla lunghezza de tub stess e dal salto d temperatura. Le tubazon devono essere sottoposte a calcol d verfca, al fne d stablre se gl sforz che s generano durante le dlatazon possano deformare le tubazon con percolo d rottura, oppure determnare spnte nammssbl sugl mpant o utenze a qual le tubazon sono collegate. Senza soffermarc sulle dverse procedure che consentono d calcolare le sollectazon ndotte nelle tubazon dalle dlatazon termche, rcordamo soltanto che: - la dlatazone termca d una tubazone rettlnea lbera ad un estremo e lunga L è data dalla: ΔL = α L Δt dove α, coeffcente d dlatazone termca, dpende dalla natura del materale; espresso n C -1, normalmente funzone della temperatura, ma che, per nostr scop, può essere rtenuto costante. Per un accao d qualtà α = 12 10-6 C -1. - lo sforzo d compressone a cu è sottoposta una tubazone rgdamente ancorata a due estrem vale: σ c = α Δt E = εe = F/S dove F è la forza eserctata dalla tubazone ed S è la sezone d quest ultma. che per un accao d qualtà vale crca 196 10 3 MPa.
Il grafco d fgura 33.25 consente d valutare la dlatazone untara d tub costtut da materal metallc dvers. Fg. 33.25 Coeffcent d dlatazone d alcun materal. Lo spostamento dell estremtà d una tubazone non rettlnea, supposta fssa l altra estremtà (fgura (33.26), s può valutare grafcamente: tale spostamento sta nfatt sulla congungente due punt d estremtà della tubazone, e la sua enttà è ancora data dalla ΔL = α L Δt, nella quale L msura la dstanza n lnea retta fra l punto fsso e l estremtà lbera della tubazone.
Fg. 33.26 Determnazone grafca della dlatazone d una tubazone non rettlnea. Allo spostamento dovuto alla dlatazone termca s devono sommare vettoralmente gl spostament dovut a vbrazon e sollectazon esterne. In pratca, s stallano appost compensator (fgura 33.27) avent la funzone d assorbre le dlatazon delle tubazon, determnate da varazon d temperatura dovute o al fludo trasportato e/o all ambente n cu sono apposte.
Fra var tp d compensator adottat n pratca, ctamo seguent: - Compensator ad omega o a lra (fgura 33.27): assorbono le dlatazon assal d tubazon rettlnee. Possono essere stallat su tubazon d dametro pccolo e grande, e con presson nterne alte. Non rchedono manutenzone, ma presentano ngombr maggor rspetto ad altr compensator d seguto ndcat e provocano perdte d carco non trascurabl. L ngombro de compensator ad omega può essere valutato con l espressone emprca: dove: h = k h = ngombro trasversale del compensatore; k = costante; f = frecca d deformazone assale che può assorbre l compensatore; D = dametro del tubo. f D - Compensator assal a soffetto (fgura 33.28): sono costtut da tronch t tubo d accao legato (od nossdable), avent le paret ondulate. La loro denomnazone è dovuta alla modaltà d funzonamento: ess sono n grado d assorbre esclusvamente le dlatazon che avvengono lungo l loro asse longtudnale. Anche quest compensator devono essere stallat lungo tratt rettlne delle tubazon, fra due punt fss e con gude n corrspondenza degl attacch, per mpedre gl spostament non assal (trasversal). I compensator a soffetto non rchedono manutenzone ed hanno ngombr e perdte d carco lmtate. Le estremtà sono a flanga o lsce (coè da saldare). - Compensator a snodo a soffetto (Fgura 33.29): sono costtut, come gl assal, da tronch d tubo n accao legato (od nox) a paret ondulate. Il loro funzonamento è però dverso da quell assal. Infatt, mentre compensator assal sono n grado d deformars esclusvamente lungo l asse longtudnale, compensator a snodo s deformano solo trasversalmente al loro asse longtudnale. Conseguentemente, ess sono stallat a 90 rspetto a tratt rettlne delle tubazon nteressate. Tal deformazon trasversal avvengono graze alla presenza d leve a snodo, che mpedscono le deformazon assal.
Gl angol d rotazone delle leve a snodo varano n base al numero delle onde de soffett compensator. Le spnte ndotte sugl eventual punt fss sono trascurabl. I compensator ad omega, assal ed a snodo sono generalmente montat con pretensone (o pre deformat) per sfruttare al meglo le loro prestazon. Pertanto, ogn compensatore deve essere stallato con una deformazone contrara a quella che dovrà subre durante la dlatazone. Per esempo, se la dlatazone totale da assorbre è uguale a D, l compensatore deve essere montato con una predeformazone par a D/2.
Fg. 33.26 Compensatore a cannocchale.
Posa n opera delle tubazon Montaggo e protezone delle tubazon Le tubazon, preposte a convoglare flud fra dverse apparecchature fsse, comunque dstrbute tra nterno ed esterno d un fabbrcato ndustrale, necesstano d support per sostenere l peso propro delle tubazon, oltre al peso del fludo n esse trasportato, ovvero a contrastare le spnte dovuto all azone del fludo. Il poszonamento de sostegn vene determnato n base alla resstenza del tubo a flessone o per lmtare la sua frecca massma. Nel caso d lmtazone della fecca, s passa da poch mm per DN pccol a valor fno ad 1 cm per DN d grand dmenson (oltre 100). Per una condotta rettlnea collegata rgdamente alle estremtà ad apparecchature fsse, l comportamento è quello d una trave semncastrata agl estrem A e B (fg. 1.6.1). Fg. 1.6.1 Schematzzazone d un collegamento tra due apparecchature. Sa q l carco per untà d lunghezza, dovuto al peso della tubazone e del fludo, ed l la lunghezza della trave, s ottene un momento flettente par a: che porta ad una tensone ne punt A e B: M f = q l2 10 σ = M f W dove W rappresenta l modulo d elastctà del tubo par al rapporto tra l momento d nerza, rspetto all asse neutro che passa dall asse del tubo, e la dstanza delle fbre maggormente tese dall asse neutro, dstanza che equvale al raggo esterno. W = J y ; y = D e 2 Il valore d tensone calcolato deve esser confrontato con la tensone ammssble. Qualora la tensone ammssble vensse superata, occorrerà ntervenre nserendo support ntermed. I punt d
una tubazone dove rsulta necessaro verfcare l non superamento delle tenson ammssbl sono tutt collegament con flange, tpc degl allaccament delle tubazon alle apparecchature. Nel caso d curve o d nnesto d una tubazone n un altro tratto d tubazone, può sussstere la necesstà d contrastare l azone d spnta del fludo che, n quest cas, determna un carco concentrato: Fg. 1.6.2 esemp d nstallazon che determnano azon concentrate da parte del fludo crcolante. Nel prmo caso, se l fludo crcola da A fno a B, l tratto BC è carcato come una trave a sbalzo, mentre, nel secondo caso, a carch dstrbut s sovrappone un carco concentrato n B, dovuto all azone del fludo. 1.1 Dlatazon termche Per effetto delle varazon d temperatura tra mpanto fermo ed n marca, s possono avere delle sgnfcatve dlatazon termche, che nducono tenson prncpalmente localzzate sugl attacch delle tubazon alle apparecchature. La varazone d temperatura ΔT cu può essere sottoposta una tubazone d lunghezza L, comporta un allungamento, se la tubazone fosse lascata lbera d allungars, par a: ΔL = α L ΔT dove α è l coeffcente d dlatazone lneare, espresso n C -1, normalmente funzone della temperatura, ma che, per nostr scop, può essere rtenuto costante. Per un accao d qualtà α=12 10-6 C -1. In una tubazone rettlnea d dametro contenuto, tale allungamento può comportare una flessone (carco d punta) n grado d sollectare percolosamente le flange d collegamento della tubazone alle apparecchature. All aumentare del dametro delle tubazon, per la mnore flessbltà del tubo, s possono manfestare elevat sforz assal: σ = ε E con ε l allungamento specfco che vale ΔL/L ovvero α ΔT, E l modulo d elastctà, che per un accao d qualtà vale crca 196 103 MPa. Un aumento d temperatura d 100 C, comporta, n una tubazone d accao d qualtà, l nnescars d una tensone para a 235,2 MPa.
Se s consdera che, per un tale materale, s ha un carco d rottura par a 637 MPa, la tensone ammssble rsulta 212,3 MPa, nferore alla tensone che s nnesca per effetto dell aumento d temperatura. Occorre, qund, ntervenre per rdurre le tenson nnescate pur garantendo la dlatazone della tubazone. Per avere un dea del valore della tensone sopra calcolata, s può determnare l peso d un blocco d calcestruzzo che mpedsca la dlatazone. La forza che agsce sul blocco per opera del tubo che s dlata e data da: F = σ Ω dove Ω è la sezone alla quale vene applcata la spnta da parte del tubo che s dlata. Se dametr nterno ed esterno del tubo valgono 100 e 108 mm, l mpedmento dello spostamento genera la forza d seguto calcolata: Ω = π 2 2 3 2 ( r r ) = 1,306 10 [ m ] e F = 235,44 10 6 1,306 10 3 = 307,54 [ kn ] 30000kg f Se l tratto n esame non fosse rettlneo, le deformazon delle condotte potrebbero essere tal da non sollectare n modo percoloso punt d collegamento con flange. Le sollectazon prevalent, n questo caso, sono quelle d flessone come s desume dagl schem sottorappresentat: Fg. 1.7.1 Effetto d modfche d lay-out sulle tenson nnescate dalle dlatazon termche n una tubazone. Nel prmo caso l punto maggormente sollectato è A n quanto L 2 <L 1. La tensone σ A aumenta con Δt e con l dametro della condotta. Per queste strutture, come anche per strutture maggormente complesse, che d norma s rscontrano negl stablment ndustral, è possble che non sa necessaro ntervenre con dspostv d protezone per lmtare le tenson. Questo è tanto pù vero quanto mnor sono le temperature e/o dametr. Nel caso n cu s renda necessaro rdurre le sollectazon, s ntervene con compensator e gunt d dlatazone che assorbono le dlatazon rducendo o elmnando completamente le tenson ndotte per effetto termco. Nel prmo caso s parla d compensator d dlatazone con generazone d spnta, nel secondo caso d compensator d dlatazone senza o quas generazone d spnta. Il tpo pù semplce d compensatore d dlatazone è l compensatore a lra o ad omega (Fg.1.7.2).
Fg. 1.7.2 Schema d un compensatore a lra o ad omega. S tratta d un dspostvo utlzzato per assorbre la dlatazone assale che s manfesta n un tratto d condotta rettlneo collegato tra due punt fss. Nel dspostvo s ha una parzale sollectazone a flessone anche ne tratt rettlne, per cu è opportuno nserre delle gude n vcnanza degl attacch al gunto. Inserendo l gunto a uguale dstanza da punt fss s ottene una mglore condzone d lavoro, essendo carcato n modo smmetrco. Il compensatore a lra presenta l notevole vantaggo d poter essere realzzato n opera con eventuale rcorso a curve prefabbrcate. Per contro presenta lo svantaggo d allungare artfcosamente le percorrenze e d devare la drezone d marca del fludo, con la conseguenza d ntrodurre un ngombro e d aumentare le perdte d carco. La dlatazone compensata dpende dal dametro, dallo spessore, dallo svluppo lneare e dal raggo d curvatura, che soltamente vale 4 o 5 volte l dametro. L mpego è lmtato nel caso d pccol spessor e grand dametr. Lo svluppo lneare L può essere calcolato rcorrendo ad alcune semplfcazon (Fg.1.7.3). Fg. 1.7.3 Schema semplfcato d un compensatore a lra o ad omega per l calcolo dell ngombro funzonale all assorbmento della frecca. Se s consderano bracc lateral del gunto come trav carcate a sbalzo, potes tanto pù vera quanto pù elevato è l rapporto L/l, poché l tratto L ruota d un certo angolo ntorno al tratto b, s può scrvere l momento flettente come: M f P L con P l carco trasmesso al gunto per effetto della dlatazone e d eventual spnte del fludo. Rsulta, noltre: σ f = M f W = M f J D 2 P L D J dove W è l modulo d elastctà, j l momento d nerza rspetto all asse neutro e D/2 è la dstanza dell asse neutro dalle fbre maggormente tese. D altro canto la frecca rsulta:
f P L3 J Se s mpone, qund, che σ f assuma l valore par a quello accettable al fne della resstenza strutturale del gunto, questo comporta: Ne consegue, pertanto, che: σ amm P L D J P L J 1 D f L2 D L = k f D coè che l ngombro del compensatore è funzone della frecca e del dametro della tubazone. Al fne d lmtare l ngombro e garantre la funzone desderata, s possono montare compensator a lra con una pretensone opposta a quella che s verfcherà durante l eserczo per effetto della dlatazone termca. Il compensatore, qund, verrà tenuto n dlatazone con un dstanzale (Fg.1.7.4), che sarà rmosso un volta effettuata l nstallazone. Fg. 1.7.4 Installazone n pretensone d un compensatore d dlatazone a lra. In questo caso lo sforzo trasmesso al compensatore sarà par a quello ndotto dalla dlatazone (P), nel caso d compensatore montato a rposo, rdotto del carco d prepensonamento (P 0 ): P'= P P 0 I gunt a lra possono essere lsc, peghettat o corrugat a caldo negl ntradoss, n modo da non tendere eccessvamente l estradosso durante la flessone.