Reti idriche: progettazione

Reti idriche – Progettazione

La norma UNI 11149 (2005) fornisce una guida operativa per la posa in opera ed il collaudo di sistemi di tubazioni di polietilene per il trasporto di liquidi in pressione. Nello specifico, è utilizzabile per i seguenti campi di utilizzo:

  • Acquedotti (standard di riferimento UNI EN 12201)
  • Acque reflue e fognature (standard di riferimento UNI EN 12201)
  • Fluidi industriali (standard di riferimento UNI EN ISO 15494)
  • Reti antincendio (standard di riferimento UNI 10779 e UNI EN 12201)

La progettazione idraulica di una rete di condotte in polietilene prevede la determinazione dei diametri dei vari tratti, una volta specificata la loro portata, lunghezza, quota piezometrica e scabrezza. Il dimensionamento deve essere in grado di soddisfare la massima portata richiesta, bilanciando il rifornimento idrico in funzione della domanda. Il dimensionamento idraulico prende in considerazione diversi elementi, tra i quali:

  • portata volumetrica da erogare
  • velocità di flusso nella condotta
  • scabrezza della superficie interna
  • differenza di pressione alle estremità della condotta

Dalla velocità di flusso dipendono le perdite di carico connesse al passaggio dell’acqua all’interno della condotta.

Le perdite di carico distribuite H (espresse in m di colonna di acqua) lungo un tratto di condotta sono espresse attraverso la formula seguente:

Calcolo perdite di carico distribuite

Calcolo perdite di carico distribuite

Dove:

  • J = perdita di carico per unità di lunghezza (m di colonna di acqua/m)
  • L = lunghezza della condotta (m)
  • λ = coefficiente di perdita di carico (regime di transizione turbolento o completamente turbolento)
  • ν = viscosità cinematica del fluido (m2 /s)
  • g = accelerazione gravitazionale (9,8 m/s2)
  • Di = diametro interno del tubo

Considerando una condotta in polietilene, le perdite di carico distribuite possono essere valutate più agevolmente attraverso i grafici seguenti che mettono in relazione la portata (Q) e la velocità (V) del fluido con il diametro interno (Di) della condotta stessa.

Relazione tra diametro interno, portata, velocità del fluido e perdita di carico per acqua a 10° c e coefficiente di scabrezza 0,01 mm

Relazione tra diametro interno, portata, velocità del fluido e perdita di carico per acqua a 10° c e coefficiente di scabrezza 0,01 mm

Relazione tra diametro interno, portata, velocità del fluido e perdita di carico per acqua a 10° c e coefficiente di scabrezza 0,05 mm

Relazione tra diametro interno, portata, velocità del fluido e perdita di carico per acqua a 10° c e coefficiente di scabrezza 0,05 mm

Le perdite di carico localizzate Hi derivanti dal passaggio del flusso attraverso raccordi e valvole sono invece espresse attraverso la formula seguente:

Perdite di carico localizzate

Perdite di carico localizzate

Dove:

  • ki = coefficiente dipendente dal tipo di raccordo
  • v = velocità del fluido (m/s)
  • g = accelerazione gravitazionale (9,8 m/s2)

Per avere una velocità accettabile, al fine di evitare sovrappressioni e ristagni, è consigliabile che questo parametro si trovi nell’intervallo da 0,5 m/s a 2,5 m/s.

Alcuni valori del coefficiente ki per le perdite di carico localizzate sono di seguito riportati:

Tipo di raccordo ki
Gomito a 90° 1.00
Gomito a 45° 0.40
Curva a 90° 0.20
Curva a 45° 0.10
T (derivazione) 1.20
Valvole a farfalla aperta 0.30
Valvole a sfera aperta 5.60
Riduzione in allargamento d/D=1/4 0.53
Riduzione in allargamento d/D=3/4 0.13
Riduzione in restringimento d/D=1/4 0.27
Riduzione in restringimento d/D=3/4 0.13

Le improvvise variazioni di portata, originate ad esempio da apertura/chiusura di valvole o accensione/spegnimento di pompe, possono provocare il fenomeno del colpo d’ariete, con la conseguente variazione nel tempo lungo la condotta di pressione e velocità. In questo caso, la sovrappressione è dalla seguente formula:

Sovrappresione

Sovrappresione

Dove

  • c = velocità di variazione della pressione (m/s)
  • v0 = velocità del fluido prima della manovra (m/s)
  • g = accelerazione gravitazionale (9,8 m/s2)

Le norme tecniche contenute nel D.M. LL. PP. del 12/12/85 stabiliscono un limite per la massima sovrappressione dovuta al colpo d’ariete in funzione della pressione idrostatica all’interno della condotta (nel caso di valori maggiori sono necessari dispositivi di attenuazione).

Pressione del fluido (bar) Sovrapressione massima (bar)
< 0.6 0.3
0.6 ÷ 1 0.3 ÷ 0.4
1 ÷ 2 0.4 ÷ 0.5
2 ÷ 3 0.5 ÷ 0.6

L’entità della sovrappressione per colpo d’ariete per manovre brusche (ΔP o ΔH espresse rispettivamente in bar o m), nel caso di condotte realizzate con PE100 (modulo elastico circa 1.000 MPa) può essere dedotta dalla figura seguente, in funzione della velocità del fluido.

Grafico sovrapressione per colpo d'ariete

Grafico sovrapressione per colpo d’ariete

  • A Messa in pressione al valore di prova
  • B Mantenimento per 30 min
  • C Riduzione rapida della pressione al valore nominale di 3 bar
  • D Aumento della pressione indicatore di assenza di perdite
  • E Riduzione della pressione indicatore di presenza di perdite