Tutti ci siamo imbattuti nel colpo d’ariete, aprendo e chiudendo repentinamente un rubinetto di un qualsiasi impianto idraulico.
Il colpo d’ariete spesso sottovalutato crea delle notevoli turbolenze al flusso idrico, tali che, in determinate condizioni crea falle/rotture, con relativi danni soprattutto se la condotta è collegata ad una qualche valvola automatizzata, tipo gli impianti di sollevamento (su questi ultimi soprattutto i danni sono maggiori).
Oggi giorni ci sono studi accurati sui transitori di pressione, attraverso i quali, mediante determinati algoritmi è possibile stimare le perdite di rete.
Di seguito una descrizione accurata del 1939 del Colpo d’ariete:
In una condotta forzata ogni subitanea variazione del regime dell’acqua in moto entro di essa, ossia ad ogni variazione sensibilmente rapida della portata, vi si produce una successione di sovrimpressioni e di depressioni che si propagano con grande velocità lago il condotto e determinano una serie di colpi violenti contro le pareti della condotta stessa. Questo fenomeno vien chiamato Colpo d’ariete. Ciò si verifica sempre quando si apre o si chiude una valvola o saracinesca posta all’estremità inferiore di una tubazione forzata. Di conseguenza è necessario conoscere il valore di queste soprapressioni onde poter calcolare la condotta affinché possa resistere alla massima pressione che vi si produce.
Il fenomeno venne studiato per la prima volta dal Generale Menebrea, e in tempi più recenti dall’igiene. Allievi, che ne ha dato uno studio esauriente, e in seguito poi anche da altri di cui citeremo le formole principali che servono in pratica.
Siano:
H carico idrostatico ( ad acqua ferma) o dislivello fra la superficie superiore dell’acqua ed il centro della bocca di erogazione, munita di organo di chiusura, in m,
Ho carico statico, o pressione statica, in servizio a regime di portata massima, subito prima dell’orifizio otturatore, in m,
Hx carico statico in una sezione qualunque della condotta, in m,
Ao area ad apertura massima dell’otturatore, in mq,
Ax area ad apertura parziale qualsiasi, in mq,
Ac area dell’apertura parziale critica, in mq,
Qo, Qx, Qc portate corrispondenti alle aperture Ao, Ax, Ac in mc/s,
vo,vx,vc velocità dell’acqua nella tubazione, corrispondenti alle aperture Ao,Ax,Ac, in m/s,
s spessore costante del tubo, in m,
L lunghezza del tubo dall’imbocco all’organo di chiusura in m,
ɛ modulo di compressibilità dell’acqua, in kg/mq
K= ɛ/ E rapporto fra i due moduli E ed ɛ,
To, Tx,Tc tempi impiegati per manovrare di moto uniforme ( variazione lineare) l’organo di chiusura, a partire rispetivamente dalle aperture Ao, Ax, Ac fino alla completa chiusura, in s
ɣ peso specifico dell’acqua in kg/mc,
ea celerità di propagazione delle perturbazioni nella condotta piena d’acqua , in m/s,
g accelerazione della gravità, g= 9,81 m/sq,
ΔHx aumento di pressione, o sovrimpressione, sulla pressione Kx preesistente, prodotto dal colpo d’ariete, in m,
ΔHmax sovrimpressione massima, in m.
Con grandi diametri D e piccoli spessori s, la celerità ca può scendere sotto a 700 m/s, nel mentre per minori D e più grandi s può salire a 1300 m/s e più. In generale in pratica nelle normali condotte è compresa fra 900 e 1200 m/s.
Il fenomeno del colpo d’ariete si propaga nella condotta con celerità ca a partire dall’otturatore sino all’imbocco della tubazione nella vasca di carico per ritornare poi con la stessa celerità ca dall’imbocco all’otturatore.
La durata della fase, ossia del tempo in secondi per compiere l’andata e il ritorno è epresso da:
Tc= 2 L / ca
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