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Le tubolature di bordo

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1 Le tubolature di bordo

11 Introduzione 12 Il percorso delle tubolature 13 I materiali 14 La corrosione e la scelta dei materiali 15 I supporti e il dimensionamento strutturale 16 Le giunzioni 17 Le valvole 18 Gli azionamenti delle valvole 19 Le prese e gli scarichi a mare 110 I filtri 111 Le casse

11 ndash Introduzione

I vari impianti che vengono predisposti a bordo della nave per il trasferimento dei liquidi sono usualmente indicati quando non direttamente connessi con le operazioni delle macchine di propulsione principali con il termine di tubolature per i servizi di scafo (hull piping systems) La suddivisione fra le tubolature di macchina e quelle per gli altri servizi della nave (ovvero di scafo) non egrave cosigrave netta come potrebbe apparire infatti per esigenze di flessibilitagrave e di economicitagrave di installazione e manutenzione alcuni impianti sono interconnessi inoltre esistono impianti funzionali a svolgere mansioni che riguardano sia il funzionamento dei motori sia lo spostamento di liquidi per le esigenze di sicurezza della nave quali per esempio lrsquoimpianto per lrsquoolio combustibile Una classificazione alternativa ma meno utile a scopi didattici egrave quella che propone di indicare come impianti di bordo tutti quelli che non fanno capo a macchinari collocati nella sala macchine Si rammenta infine che con il termine tubolature o tubazioni si indicano gli impianti che convogliano liquidi mentre con il termine condotte ci si riferisce usualmente ai sistemi di distribuzione dellrsquoaria

Ciascuno di questi impianti egrave composto sommariamente da una condotta di aspirazione una o piugrave pompe ed una condotta di mandata oltre naturalmente ai depositi o agli utenti che si trovano alle estremitagrave Tali impianti formano una complessa rete di tubazioni che percorrono lrsquointera nave convogliando vapore acqua olio combustibile per i piugrave diversi servizi

Corso di Allestimento Navale

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il raffreddamento o la lubrificazione di macchinari la fornitura dellrsquoacqua per le varie utenze di bordo e lo smaltimento degli scarichi la fornitura drsquoacqua e di agenti estinguenti per lo spegnimento di incendi il drenaggio dei locali allagati o delle sentine oleose il trasferimento di masse per esigenze di assetto o di sbandamento oltre ovviamente alla caricazione e scaricazione delle merci liquide trasportate alla rinfusa Lrsquoinsieme degli impianti costituiti dalle tubolature dedicate ai vari servizi di bordo egrave uno dei piugrave complessi della nave e partecipa in maniera significativa nel determinare il costo degli allestimenti

Il progetto funzionale di questi impianti richiede innanzitutto la conoscenza di alcuni parametri di base che si ricavano dalla destinazione drsquouso della nave e dal suo profilo di missione lrsquoambiente operativo fornisce le temperature di riferimento per il funzionamento dei macchinari i tempi di permanenza in porto danno indicazioni per la definizione della capacitagrave minima delle casse di stoccaggio degli scarichi o par la scelta delle portate delle pompe di caricazione e scaricazione delle cisterne del carico la destinazione drsquouso (e quindi il tipo di nave e di carico) permette poi di evidenziare quali sono in seno alle vigenti normative di sicurezza (essenzialmente il Registro di classificazione e le Convenzioni internazionali SOLAS e MARPOL dellrsquoIMO) le prescrizioni cui gli impianti devono sottostare

Considerando la funzione che ogni impianto dovragrave espletare ed assieme i vincoli di progetto cui sopra si egrave fatto riferimento vengono definiti i requisiti dellrsquoimpianto ovvero le modalitagrave di trasferimento ndash in termini di pressione e quantitagrave ndash del fluido fornito o prelevato dai diversi utilizzatori un motore un passeggero oppure una manichetta antincendio

Fissate le richieste progettuali il layndashout dellrsquoimpianto viene tracciato partendo dalla definizione e localizzazione dei macchinari e dalla stesura dei percorsi delle condotte (spesso ricorrendo allrsquoausilio di software per la grafica tridimensionale) Come egrave noto la conoscenza della lunghezza e delle deviazioni di una condotta oltre che degli accessori su di essa presenti egrave determinante per la valutazione delle perdite di carico dellrsquoimpianto

Ovviamente per ridurre le perdite i macchinari devono trovare collocazione il piugrave vicino possibile agli utilizzatori del servizio compatibilmente con esigenze di sicurezza di comfort di spazi e di connessione con altri impianti o con elementi funzionali che non possono essere spostati (prese a mare) Inoltre i percorsi devono essere i piugrave diretti possibile compatibilmente con le esigenze di sicurezza e di accessibilitagrave per le manutenzioni e per le ispezioni

Contestualmente vengono scelti i diametri delle condotte in modo da garantire il flusso richiesto con la massima velocitagrave di trasferimento del


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liquido trasportato in modo da ottenere i minimi ingombri (ed i minimi costi delle forniture) nel rispetto della sicurezza e dellrsquoeconomicitagrave di esercizio e di manutenzione dellrsquoimpianto Va osservato infatti che dalla velocitagrave di flusso dipende il tasso di erosione e di corrosione delle condotte che egrave funzione sia del tipo di liquido trasportato sia del materiale scelto per lrsquoimpianto Inoltre il trasporto dei liquidi infiammabili deve avvenire senza il rischio di innesco di scintille per effetto dellrsquoelettricitagrave statica

Sulla base dei dati sopra illustrati egrave possibile infine determinare le perdite di carico totali dellrsquoimpianto e procedere alla scelta delle pompe che garantiscano la prevalenza e la portata volute nel quadro delle modalitagrave di funzionamento richieste dallo specifico impianto

Puograve iniziare a questo punto la procedura di verifica del progetto in cui ad una prima fase relativa del progetto idraulico viene fatta seguire il dimensionamento strutturale infatti bull innanzitutto sono richieste valutazioni idrauliche riguardanti i processi

funzionali che devono essere espletati dallrsquoimpianto tramite un complesso di casse prese a mare pompe condotte valvole ed accessori diversi

bull in secondo luogo si passa alle considerazioni di robustezza dei singoli componenti valutando le pressioni che si manifestano nel liquido ed i carichi trasmessi dalle strutture portanti

Va poi considerato che ai componenti meccanici principali si affiancano poi sistemi ausiliari complementari costituiti da reti elettrondashidrauliche o pneumatiche per il monitoraggio a distanza dei parametri significativi di funzionamento dellrsquoimpianto (flussi e pressioni nelle condotte posizione delle valvole condizione delle pompe) e per il controllo e lrsquoasservimento dei macchinari (accensione e spegnimento delle pompe apertura e chiusura delle valvole)

Lrsquointero processo si concretizza alla fine nella stesura per ogni impianto di uno schema funzionale della tubolatura che permette di verificare la compatibilitagrave dellrsquoimpianto con la compartimentazione con le destinazioni drsquouso dei locali attraversati e con gli altri impianti con cui egrave interfacciato Tale schema (pipingndashsystem diagram) riporta infatti su uno schematico piano generale della nave i componenti del sistema e le relative connessioni Esso inoltre egrave corredato da indicazioni che permettono la comprensione del funzionamento dellrsquoimpianto quali i versi dei flussi nelle condotte e lrsquoidentificazione dei componenti Parte integrante dello schema funzionale egrave la documentazione che riporta notizie sui materiali sul funzionamento delle pompe sulle curve di carico delle pompe e del sistema sui parametri del sistema (pressioni portate velocitagrave temperature) sulle dimensioni delle condotte sulle caratteristiche degli strumenti di misura e di controllo (pressioni portate temperature livelli) e sulle unitagrave di potenza A


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queste si aggiungono poi le specifiche relative alle normative di riferimento soddisfatte

A questo punto non resta che definire le modalitagrave di fabbricazione dei singoli elementi delle condotte ndash i tubi sono usualmente lavorati (piegatura a freddo e flangiatura) nelle cosiddette ldquoofficine tubirdquo dei cantieri navali ndash le modalitagrave di esecuzione delle prove per la ldquoconsegnardquo di ciascun elemento componente lrsquoimpianto consegna che si espleta a seguito del buon esito delle prove di pressatura ed infine le modalitagrave di assemblaggio a bordo e di consegna dellrsquointero impianto

Per quanto riguarda la fabbricazione i metodi adottati devono essere compatibili con le caratteristiche meccaniche del tubo per questo motivo il materiale dei tubi da lavorare per piegatura a freddo in officina deve rispettare determinate caratteristiche di duttilitagrave Il Registro Italiano Navale indica nella Part D ndash ldquoMaterials and Weldingsrdquo quali sono le prove meccaniche da effettuarsi sui campioni di tubo in funzione delle pressioni di esercizio della linea a cui egrave destinato e precisamente richiede bull la prova di schiacciamento che consiste nellrsquoapplicare un carico nella

direzione dellrsquoasse e schiacciare lrsquoanello di tubo bull la prova di allargamento su mandrino che consiste nello svasare un

lembo dello spezzone di tubo tramite un mandrino conico bull la prova di bordatura che consiste nel formare a collare unrsquoestremitagrave

dello spezzone di tubo con apposito mandrino bull la prova di trazione anulare che consiste nel far espandere radialmente

lo spezzone di tubo con due mandrini simmetrici bull la prova di piega che consiste infine nel piegare uno spezzone di tubo

o per tubi di grande diametro un provino estratto perpendicolarmente allrsquoasse del tubo su un mandrino di opportuno diametro (pari a circa dieci volte il diametro del tubo) fino a 180deg

Per quanto riguarda la pressatura (detta anche prova idrostatica) si rammenta che essa consiste innanzitutto nel provare in officina la tenuta idraulica dei singoli elementi e si effettua con acqua o con aria generando allrsquointerno del tubo una pressione tale da indurre sulle pareti dello stesso una tensione membranale pari a quella ammissibile In un secondo momento una volta completata lrsquoinstallazione dellrsquoimpianto si procede ad una seconda pressatura per la valutazione della tenuta delle giunzioni Questa prova viene condotta ad una pressione pari a quella di esercizio aumentata del 35divide50

Per poter affrontare il progetto di un impianto risulta evidente la necessitagrave di conoscere oltre alle caratteristiche dei fluidi da convogliare e dei materiali a disposizione le caratteristiche di funzionamento dei principali elementi costituenti ovvero


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bull le condotte di trasferimento del fluido sia di aspirazione sia di mandata che vanno intese complete di tutti gli accessori (valvole filtri pigne di aspirazione etc)

bull le pompe che sono le macchine operatrici che cedono al fluido lrsquoenergia necessaria a generare nella condotta le caratteristiche di flusso e di pressione volute esse sono mosse da un motore e sono corredate da una serie di accessori quali filtri valvole di non ritorno e di sicurezza circuiti di byndashpass polmoni autoclavi etc

Il passo successivo consiste nellrsquoacquisire le conoscenze riguardanti i diversi processi funzionali che devono essere espletati dalle tubolature degli impianti di bordo Ciograve puograve essere fatto analizzando gli schemi funzionali tipici dei vari impianti di scafo in modo da poter valutare quali sono le caratteristiche di funzionamento richieste ai diversi servizi

Nella trattazione che seguiragrave si prenderanno in considerazione gli impianti principali e quelli che piugrave usualmente si possono incontrare a bordo di una nave bull lrsquoimpianto per il rifornimento ed il trasferimento di olio combustibile

studiato parzialmente con riferimento ai soli componenti che stanno rispetto allrsquoutente finale rappresentato dal motore principale a monte delle casse di decantazione

bull gli impianti di sentina e di zavorra accomunati dal fatto che si servono di pompe interconnesse

bull lrsquoimpianto di raccolta e trattamento delle sentine oleose strettamente connesso a quello di sentina ed ai vari scarichi oleosi di bordo

bull lrsquoimpianto di bilanciamento utilizzato a bordo delle navi ROndashRO per contrastare gli sbandamenti che si manifestano durante la caricazione

bull lrsquoimpianto antincendio per quanto riguarda le componenti relative allrsquoapprovvigionamento di acqua sia alle manichette sia alle reti di spegnimento con sprinkler sia allrsquoeventuale impianto di estinzione a schiuma

bull lrsquoimpianto di produzione smistamento e smaltimento dellrsquoacqua dolce sia per le utenze che richiedono acqua potabile sia per quelle che richiedono acqua distillata

bull lrsquoimpianto di acqua di refrigerazione che svolge un servizio ausiliario allrsquoimpianto di condizionamento e ai vari impianti o macchinari che necessitano di un liquido refrigerante

bull lrsquoimpianto di carico e scarico delle navi cisterne assieme a quello di stripping e di inertizzazione

Una trattazione a parte saragrave infine riservata agli impianti oleodinamici utilizzati per i piugrave diversi servizi scafo oltre che per il controllo a distanza


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12 ndash Il percorso delle tubolature

Le linee di un impianto di tubolatura percorrono lo scafo della nave per effettuare un servizio che puograve essere di circolazione o di travaso bull il primo caso egrave per esempio quello degli impianti di raffreddamento

(circuiti chiusi) bull il secondo egrave quello piugrave usuale concernente lrsquoapprovvigionamento di

liquidi ad un utente il drenaggio di locali o analogamente lo svuotamento di cisterne e ancora lo spostamento di liquidi per esigenze di sbandamento o assetto (circuiti aperti)

In ogni caso come accennato il percorso delle condotte deve seguire la via piugrave diretta possibile fra i punti da collegare senza interferire con altri impianti o con elementi in movimento e senza ostruire zone di passaggio A tale riguardo egrave pure tollerato che possano essere poste in zone dove ostacolano lrsquoaccesso agli impianti ma per le sole manutenzioni straordinarie ed in tal caso deve essere prevista la possibilitagrave di smontaggio della parte di condotta che ostruisce le operazioni Ciograve comporta la messa in opera di collegamenti flangiati alle estremitagrave della parte amovile e di valvole sezionatrici sulla parte fissa dellrsquoimpianto

La stesura del percorso egrave unrsquooperazione piuttosto complessa in quanto si devono ridurre gli attraversamenti di paratie tagliafuoco o di paratie stagne per rispettare esigenze di sicurezza della nave si deve minimizzare il rischio di contaminazioni del fluido convogliato evitando attraversamenti di casse inoltre si deve ovviamente sottostare alle esigenze di funzionalitagrave dei locali attraversati allontanando le condotte che trasportano liquidi infiammabili da fonti di calore o anche allontanando dalle cabine dei passeggeri quelle che possono comportare la riduzione del comfort

I percorsi devono essere quanto piugrave possibile rettilinei soprattutto allrsquoingresso e allrsquouscita delle pompe ove si mira con particolare attenzione a ridurre lrsquoinsorgere di turbolenze che sono causa di erosione effetto fortemente temuto nelle condotte in cui circolano acqua di mare o liquidi con particelle in sospensione

Per lo stesso motivo egrave conveniente prevedere ampie curve di raccordo piuttosto che gomiti e trivi avviati con forma ad ldquoYrdquo nella direzione del flusso quando poi si prevedono molti inserti su un tratto limitato di condotta egrave preferibile utilizzare una cassa valvole conformata in modo da favorire lrsquoafflusso nei diversi rami Nella definizione dei percorsi vanno anche evitati sifoni ad ldquoUrdquo capovolta che causano la formazione di sacche drsquoaria (favorendo la corrosione) o di gas (con il pericolo di esplosioni nel caso di vapori infiammabili) cosigrave come sono da evitare i sifoni ad ldquoUrdquo che causano depositi (e possibili ostruzioni) Si rammentano infine anche i


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raddrizzatori di flusso che possono essere inseriti in punti critici della linea per esempio nelle bocche di aspirazione delle casse

13 ndash I materiali

I materiali delle linee (tubi pompe e accessori) devono essere selezionati considerando diversi fattori quali la robustezza nei confronti dei carichi trasmessi e dei carichi accidentali ovvero la capacitagrave di mantenere unrsquoopportuna resistenza meccanica (tensione di rottura allungamento percentuale durezza resistenza allrsquoimpatto) anche a basse o alte temperature (nei confronti della fragilitagrave e del fenomeno del creep) il peso la resistenza alla corrosione allrsquoerosione ed alla cavitazione e non da ultime la compatibilitagrave con le condizioni del processo elaborato dallrsquoimpianto e la predisposizione a rimanere inerte senza contaminare il fluido

Fattori sempre determinanti nella scelta del materiale sono poi la durata e la facilitagrave di effettuare collegamenti per saldatura ossia in una sola parola i costi di installazione e di manutenzione Si osservi infatti che la possibilitagrave di operare interventi di manutenzione anche di emergenza con il personale di bordo egrave un fattore importante nella scelta di un materiale

I metalli associano ad una buona resistenza dei costi non elevati e per questo motivo vengono usualmente impiegati per i diversi tipi di tubolature di bordo si tratta di acciai al carbonio o legati con cromo e nichel di ghise di leghe di rame e leghe di nichel Alcuni particolari metalli sono usati solo per i componenti piugrave preziosi di impianti per il trattamento di sostanze chimiche molto aggressive (titanio) altri invece per singoli elementi costruttivi di pompe o valvole Infine trovano applicazione anche i materiali plastici e quelli ceramici

Lrsquoacciaio al carbonio o al carboniominusmanganese egrave il piugrave utilizzato quando non intervengono esigenze particolari di resistenza meccanica o chimica molto spesso la scelta cade sullrsquoacciaio dolce (mild steel) ma si usano anche acciai ad elevata resistenza soprattutto quando egrave previsto lrsquoimpiego a temperature maggiori di quella ambiente La produzione di tubi si effettua con diversi metodi dalla trafilatura allrsquoestrusione alla laminazione con laminatoi obliqui dal metodo di produzione deriva una diversificazione delle caratteristiche meccaniche (in genere i migliori prodotti sono quelli di laminatoio)

La ghisa egrave particolarmente adatta per la produzione in getto e si usa per le casse delle pompe e degli accessori di tubolatura essa perograve si presta anche alla fabbricazione di tubi soprattutto per la predisposizione alla lavorazione in colata ottenendo tubi anche di grandi dimensioni senza saldature A confronto con lrsquoacciaio essa da un lato garantisce una migliore resistenza alla corrosione in quanto sulla superficie si forma uno strato protettivo di


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grafite ma la resistenza a corrosione in flusso di fluido non egrave buona poicheacute il film protettivo egrave spesso e poroso e puograve essere trascinato dalla corrente Dallrsquoaltro lrsquoalto il contenuto di carbonio fa si che si manifestino caratteristiche sia meccaniche che di saldabilitagrave non altrettanto buone Tra le ghise molto usata egrave la ghisa grigia (grey cast iron) nella quale la grafite compare in forma di lamelle conferendo caratteristiche meccaniche inferiori a quelle dellrsquoacciaio

Un prodotto migliore dal punto di vista meccanico egrave la ghisa duttile cosiddetta ghisa sferoidale o nodulare (SG iron) in quanto il carbonio compare in forma di noduli Essa puograve sostituire lrsquoacciaio dolce in diverse applicazioni a basse pressioni con caratteristiche meccaniche e di resistenza alla corrosione intermedie fra quelle della ghisa grigia e dellrsquoacciaio dolce con tensioni di rottura anche elevate ma accompagnate da allungamenti percentuali che possono arrivare addirittura al 2 (si veda per i confronti fra i materiali la Tab 13A)

Un esempio di utilizzo egrave quello nelle condotte per il carico delle navi petroliere ma se le condotte corrono vicine al fondo o alle murate (in zone a rischio nel caso di collisioni o di incagli) si preferisce utilizzare in luogo della ghisa materiali piugrave resistenti (acciaio dolce)

Si fa ricorso ad acciai legati quando si presentano situazioni particolari A tale riguardo si osserva che al giorno drsquooggi gli acciai debolmente legati (ove i leganti non superano il 45) sono poco usati preferendo ricorrere agli acciai inossidabili o alle leghe di rame per il loro buon rapporto fra costo e durata

Gli acciai bassolegati sono addizionati di nichel e cromo (ma anche molibdeno e vanadio) ottenendo un aumento della durezza e della resistenza allrsquoabrasione e allrsquoerosione questi materiali vengono preferiti quando la temperatura del fluido egrave tale da impedire lrsquouso degli acciai al carbonio In genere infatti fino ai 350 degC lrsquoacciaio non legato mantiene invariate le sue caratteristiche meccaniche ma a temperature superiori manifesta problemi di creep presentando una temperatura limite di esercizio prossima ai 500degC

Si rammenta che con lrsquoespressione ldquoelevata temperaturardquo ci si riferisce ad una temperatura alla quale la dilatazione e la capacitagrave di resistere al carico cominciano a dipendere dal tempo di applicazione del carico stesso Per questo motivo nel progetto strutturale e nella scelta del materiale bisogna considerare sia il tempo di permanenza nella condizione di carico sia la corrispondente temperatura drsquoesposizione

Quando si incorre in situazioni di creep egrave usuale fare riferimento alla tensione di rottura in 100000 ore (circa 114 anni) di esposizione al carico alla temperatura prevista Ad esempio per un acciaio dolce la tensione di rottura a 100000 ore di esposizione sotto carico si riduce rispetto a quella a


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temperatura ambiente ad 13 a 400degC e ad 16 a 450degC annullandosi a 500degC mentre un acciaio bassolegato raggiunge il suo limite di capacitagrave a 600degC

Anche le ghise vengono legate in genere con nichel e cromo ottenendo oltre ai vantaggi sopra elencati (con temperature drsquouso superiori ai 500degC) anche migliori caratteristiche di resistenza alla corrosione nei confronti di specifici prodotti chimici (come nelle condotte di fluidi frigorigeni oppure nelle linee di carico delle navi chimichiere) Per aggressivi particolari si usano ghise al silicio e al silicio e molibdeno ma gli elementi cosigrave costruiti diventano particolarmente fragili

CARATTERISTICHE MATERIALE tensione di

rottura [Mpa] temperatura

massima [degC] resistenza alla

corrosione

acciai al carbonio 300divide500 450 bassa

acciai bassolegati 450divide600 (900) 600 bassa

ghisa grigia 200divide350 200divide350 buona

ghisa sferoidale 350divide900 350 buona

ghise legate 150divide400 650divide800 alta

acciai inossidabili 450divide700 450divide800 molto alta

acciai super inox 600divide800 300 molto alta

cupronichel 300divide400 250divide350 molto alta

cuprallumini 450divide700 300 alta

leghe di nichel 400divide1000 600divide800 altissima

leghe di titanio 400divide1250 300divide450 altissima

TABELLA 13A Caratteristiche dei materiali metallici

Gli acciai inossidabili contengono almeno il 15 di cromo e percentuali variabili di nichel (tipicamente si hanno acciai CrNi 17divide199divide13) in presenza di ossigeno formano uno strato superficiale invisibile di ossidi di cromo (uno strato denso e sottile) che conferisce unrsquoottima resistenza chimica tanto che il materiale viene detto in stato passivo nei confronti dellrsquoambiente In generale in atmosfera normale non si manifestano


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problemi di corrosione ma il film protettivo di ossidi puograve andare in soluzione piugrave o meno velocemente a contatto con ambienti umidi aggressivi perciograve si usano leganti come il nichel il rame e soprattutto il molibdeno

Esistono inoltre i cosiddetti acciai super inossidabili (per esempio CrNiMoMn 2555315 indurito per nitrurazione) che hanno migliori caratteristiche di durezza e resistenza alla corrosione minus in particolare quella indotta dallrsquoacqua marina

A bordo lrsquouso di tubi e accessori in acciaio inox (a matrice austenitica e austeniticondashferritica) egrave diffuso per impianti che convogliano prodotti chimici sia ad alte che a basse temperature (ossia temperature inferiori a minus20degC e fino ndash170degC come nelle linee del carico delle gasiere) Lrsquoalta resistenza alla corrosione per applicazioni particolari viene testata con prove standard che prevedono il contatto del materiale con diversi aggressivi chimici

Le leghe di rame costituiscono un vasto gruppo di materiali che associano alle buone caratteristiche meccaniche (ed alla saldabilitagrave) anche una buona resistenza alla corrosione soprattutto nei confronti dellrsquoacqua di mare e in generale delle soluzioni di cloruri Egrave noto che le leghe di piugrave ampio uso sono il bronzo (rameminusstagno CuSn) e lrsquoottone (rameminuszinco CuZn)

Lo stagno aggiunto in percentuale crescente fino a raggiungere il 9divide10 dagrave origine a leghe che presentano buona resistenza alla corrosione e buone caratteristiche meccaniche Queste leghe sono lavorabili plasticamente e si possono laminare estrudere forgiare stampare e trafilare Aumentando la percentuale di stagno si ricavano leghe con durezza maggiore quindi minore malleabilitagrave Lrsquoelevata resistenza alla corrosione dei bronzi spiega il larghissimo uso in costruzioni navali o per materiali a contatto con liquidi o atmosfere corrosive Tra i bronzi si ricordano il gunmetal (CuSnZn 88102) adatto per produzione in getti e caratterizzato da alta tenacitagrave elasticitagrave e resistenza agli agenti chimici

Lrsquoottone egrave caratterizzato da ottima lavorabilitagrave da un basso costo e da una buona resistenza alla corrosione La presenza del piombo (CuZnPb 58393) migliora la lavorabilitagrave (valvolame) Lrsquoottone allo stagno (CuZnSn 71281) anche detto naval brass viene addizionato di stagno in quanto questo componente migliora le caratteristiche meccaniche e la resistenza alla corrosione Lrsquoalluminio migliora notevolmente le caratteristiche antierosive e anticorrosive (queste leghe sono usate per tubi condensatori e scambiatori di calore) e la lega viene indicata con il termine di ldquobronzo allrsquoalluminiordquo (CuZnAl 76222) questo materiale egrave ottimo per la sua resistenza alla cavitazione (migliore di quella degli acciai inossidabili) ma suscettibile alla corrosione ad alte velocitagrave di flusso


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Esistono in realtagrave moltissime leghe commerciali a base di rame tra le quali si ricordano ancora le leghe ramendashalluminio quali il cupralluminio (CuAl 9010) e il nichelminuscupralluminio (CuAlNiFe 801055) adatti per produzione in getti (casse delle pompe) Sono leghe caratterizzate da una durezza e resistenza meccanica elevata in alcune applicazioni possono sostituire leghe piugrave costose come i bronzi allo stagno

Infine molto importanti nelle applicazioni navali sono le leghe ramendashnichel le cosiddette leghe cupronichel (CuNi 7030 oppure 9010) che tradizionalmente a bordo costituiscono una tipologia di riferimento quando si hanno problemi di corrosione (allrsquoaumentare della percentuale di nichel si misurano resistenze via via migliori alla corrosione) Queste leghe sono caratterizzate da unrsquoottima resistenza alla corrosione in ambienti marini (si usano in impianti di dissalazione e condensatori marini) notevole egrave la resistenza meccanica in particolare la resistenza allrsquoerosione

La resistenza del rame alla corrosione si riconduce alla formazione di un film di ossidi protettivi che si formano in presenza di ossigeno (ma non in presenza di liquidi contaminati anche da piccole percentuali di inquinanti come lo zolfo oppure nel caso di olii) Unrsquoaltra caratteristica del rame egrave quella di essere tossico per gli organismi marini che quindi non rimangono fissati ad esso In particolare si preferisce utilizzare rame piuttosto di acciaio nel caso delle condotte di aria compressa e di acqua di mare oppure negli impianti oleodinamici e ancora nelle condotte di acqua potabile (migliore resistenza dellrsquoacciaio con liquidi debolmente clorati) o nei casi in cui sia richiesta elevata conducibilitagrave termica

Ottime caratteristiche di resistenza meccanica ed alla corrosione anche alle alte temperature hanno in generale le leghe di nichel Tra queste si ricordano le leghe al molibdeno e cromo (Hastelloy) nichel e cromo (Inconel) adatte al trattamento di prodotti chimici e le leghe al rame (Monel) eccezionalmente resistenti alla corrosione soprattutto con acqua di mare ad elevata velocitagrave di flusso

Infine le leghe al titanio hanno elevate caratteristiche meccaniche e di resistenza alla corrosione e sono da considerarsi dal punto di vista dei costi unrsquoalternativa agli acciai legati ed alle leghe di rame e nichel quando il peso assume un ruolo importante nel progetto (il peso specifico egrave di 4500 Kgm3)

Le leghe di alluminio (Serie 6000 per prodotti estrusi e Serie 5000 per laminati) vengono utilizzate molto raramente a causa del basso potenziale elettrochimico dellrsquoalluminio e quindi dellrsquoalto tasso di corrosione che si manifesta per contatto con gli altri metalli presenti a bordo

Le materie plastiche ed i materiali compositi sono intrinsecamente meno resistenti ai carichi offrono invece vantaggi in termini di peso e di resistenza alla corrosione oltre che di costo Tra i prodotti termoplastici si fa riferimento a qualche decina di tipi ma usualmente si tratta di


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polivinilcloruri (PVC) politetrafluoroetilene (PTFE) polipropilene ABS e polietilene sono materiali utilizzabili fino a temperature limite di ndash40degC e 140degC ciascuno con specifiche indicazioni riguardo alla resistenza ai prodotti chimici allrsquoimpatto ed allrsquoabrasione Molto usato per vari servizi e soprattutto per processi in cui il fluido deve mantenere elevata purezza egrave il PVC mentre lrsquoABS e il polipropilene hanno buona resistenza allrsquoabrasione e sono usati per applicazioni igieniche

Per quanto riguarda i prodotti termoindurenti le plastiche epossidiche (tenaci e resistenti allrsquoacqua) viniliche (come le epossidiche ma piugrave facili da trattare) e fenoliche (per alte temperature) spesso rinforzate con fibre di vetro (GRP) fibre di carbonio o KEVLAR sono molto usate per fabbricare contenitori negli impianti di bordo

Questi materiali drsquoaltro lato sono suscettibili a fusioni in caso drsquoincendio e non essendo buoni conduttori elettrici possono essere sede di cariche elettrostatiche indotte dallo sfregamento del fluido al loro interno che possono diventare pericolose per fluidi infiammabili o che rilasciano vapori infiammabili Inoltre nonostante che tutte le connessioni debbano essere fatte con manicotti fissati col calore o con collanti e sia necessaria raccorderia per qualsiasi deviazione di percorso la facilitagrave di installazione rimane elevata Si usano per servizi non vitali e comunque a basse pressioni Un utilizzo comune egrave quello delle condotte di acqua dolce potabile o di lavanda e per quelle degli scarichi igienici

Il RINA nella Parte C ndash ldquoMachinery Systems and Fire Protectionrdquo ed in particolare nel Cap 1 ndash App 3 ndash ldquoPlastic Pipesrdquo riduce lrsquoutilizzo dei materiali plastici a quelli che abbiano temperature di distorsione non inferiori ad 80 degC per temperature di esercizio comprese fra 0 degC e 60 degC e comunque nel rispetto delle norme antincendio contenute nella SOLAS che limitano considerevolmente i campi drsquouso di tali materiali a bordo delle navi

Nella stessa fonte sono riportate le prescrizioni riguardanti la compatibilitagrave dei tubi in plastica con i diversi servizi di bordo in relazione alla loro resistenza al fuoco Egrave interessante notare che il Registro pone anche lrsquoattenzione sulla conduttivitagrave elettrica dei tubi in plastica con note riguardanti la resistenza minima al metro (fissata in 10 Ohmm) di tubi che attraversano zone pericolose o che convogliano prodotti raffinati e distillati aventi conduttivitagrave inferiori a 110-6 Sm

14 ndash La corrosione e la scelta dei materiali

La corrosione dei metalli gioca un ruolo determinante nella scelta del materiale piugrave adatto quando il liquido trasportato egrave un aggressivo chimico Essa si manifesta essenzialmente in due forme


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bull lrsquoattacco chimico diretto che si manifesta in assenza di elettrolito per effetto della reazione con prodotti chimici quali cloruri e solfuri sia allo stato liquido (carico nelle cisterne delle chimichiere) sia allo stato gassoso (prodotti di combustione nelle caldaie o nelle turbine)

bull lrsquoattacco elettrolitico che si manifesta a causa della formazione di una cella elettrolitica in presenza di un elettrolita che a bordo egrave costituito quasi sempre da acqua di mare e sue miscele

La corrosione per attacco elettrolitico ed il tipico esempio a bordo egrave offerto dagli effetti dellrsquoacqua di mare ndash nella quale circa il 75 dei sali contenuti egrave costituito da NaCl ndash si manifesta in modi diversi Sulle superfici esposte si puograve avere un attacco uniforme che puograve essere ridotto solo ricorrendo ad una attenta selezione del materiale alla pitturazione o alla protezione catodica (ad anodi sacrificali o con correnti impresse) oppure si possono manifestare fenomeni di corrosione localizzata Questi ultimi sono i piugrave difficili da scongiurare percheacute si innescano in zone deboli alla corrosione minus spesso difficili da prevedere minus e procedono con alti tassi di corrosione A tale riguardo si possono distinguere i seguenti meccanismi di corrosione localizzata bull la corrosione galvanica bull la corrosione per vaiolatura bull la corrosione interstiziale bull la corrosione per erosione bull la corrosione intergranulare

La corrosione galvanica (galvanic corrosion) si verifica per contatto di due diversi metalli in presenza di un elettrolita come lrsquoacqua di mare in pratica si ha un effetto ldquobatteriardquo con riduzione dellrsquoanodo costituito dal materiale meno nobile

Per minimizzare gli effetti della corrosione galvanica bisogna isolare gli accoppiamenti bimetallici con lrsquointerposizione di guarnizioni rendere minima la quantitagrave di materiale piugrave nobile che si comporta da catodo o usare pitturazioni Una soluzione efficace egrave quella che prevede di instaurare una corrente artificiale (corrente impressa) opposta a quella spontanea ma in questo caso egrave necessario che tutti i componenti da difendere siano uniti fra loro da collegamenti a bassa resistenza ndash perciograve essendo presenti delle guarnizioni nelle flange queste devono essere collegate con un pezzo di metallo buon conduttore elettrico Un altro sistema di protezione catodica prevede lrsquoutilizzo di anodi sacrificali costituiti da masse di metalli meno nobili collegate allrsquoelemento da preservare

La corrosione per vaiolatura (pitting corrosion) si basa sul meccanismo della cella galvanica e si manifesta quando viene meno la passivazione superficiale generata dal film di ossidi protettivi comportando la formazione


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di aree anodiche rispetto alle aree circostanti I fattori che influenzano lo sviluppo del pitting sono essenzialmente le differenze localizzate di ossigeno di temperatura di pH di concentrazione di ioni cloruri (ossia di soluzione elettrolitica) di velocitagrave di flusso oppure infine le disomogeneitagrave nel film protettivo

Un esempio di pitting egrave quello che si manifesta nelle leghe di alluminio dove si formano celle elettrolitiche fra la matrice drsquoalluminio (anodo) ed i leganti metallici (catodi) come rame nichel e ferro Le migliori leghe di alluminio per uso in ambiente marino sono quelle che contengono magnesio questo legante aumenta infatti la resistenza alla corrosione in ambiente alcalino e in mare (Serie 5000) Le leghe della Serie 6000 sono usate per getti e sono al magnesio e silicio ma non hanno altrettanta resistenza alla corrosione egrave infatti necessario proteggerle con pitturazione

Anche gli acciai inossidabili sono soggetti al pitting infatti gli ioni dei cloruri della soluzione sono molto efficaci nellrsquoattaccare lo strato superficiale protettivo

La corrosione interstiziale (crevice corrosion) egrave una forma alquanto severa di pitting corrosion che nasce dalla formazione di zone confinate a diversa concentrazione di elettrolito per esempio in interstizi geometrici o sul punto di contatto con altri materiali (ma anche con organismi viventi fissati alla superficie) In pratica la microndashcella elettrolitica funziona per diversa concentrazione sia di ossigeno sia di cloruri Tale fenomeno egrave accentuato nellrsquoacciaio inossidabile ndash dove le zone interstiziali si comportano da anodi ndash e nelle leghe di rame ndash dove tali zone si comportano da catodi

Con il termine corrosione per erosione (erosion corrosion) si indica genericamente la corrosione che avviene in presenza di azioni erosive o abrasive sulla superficie del metallo in tale situazione la pellicola superficiale corrosa viene continuamente asportata e viene messo a nudo il metallo ancora integro Queste azioni possono essere causate dal martellamento dovuto alle pulsazioni di pressione soprattutto nelle zone di turbolenza (impingement) o dalla cavitazione

La corrosione intergranulare si manifesta per esempio nella ghisa grigia ove il ferro entra in soluzione con lrsquoelettrolito e rimane quindi la sola matrice porosa di grafite estremamente debole Questo fenomeno si verifica anche negli ottoni per perdita dello zinco a meno che non vengano aggiunti agenti inibenti (arsenico antimonio fosforo) Nellrsquoacciaio inossidabile si ha corrosione intergranulare a causa del riscaldamento ai bordi delle saldature dove il carbonio tende a precipitare ai bordi dei grani (egrave preferibile perciograve usare acciai con basso tenore di carbonio o contenenti agenti inibenti come il titanio)


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Nelle superfici a contatto con acqua di mare giocano un ruolo molto importante il grado di aerazione (e quindi di apporto di ossigeno) le condizioni di esposizione al contatto con lrsquoacqua di mare (immersione continua o alternata o esposizione allrsquoatmosfera marina) la presenza di fouling (che si fissa alla superficie nelle zone di stagnazione) il contatto con materiali a diverso potenziale le condizioni del flusso (velocitagrave turbolenza cavitazione temperatura)

Lrsquoesperienza ha permesso di selezionare una vasta gamma di materiali adatti al contatto con lrsquoacqua di mare infatti i tubi in acciaio possono essere rivestiti internamente con resine epossidiche camicie o riporti galvanici ma diventano costosi e la manutenzione si fa complicata Per le diverse applicazioni di bordo si usano in genere acciai non legati tranne che per convogliare acqua di mare

Gli acciai al carbonio e quelli bassolegati hanno resistenza alla corrosione simile e molto bassa (non hanno nemmeno caratteristiche di passivitagrave al fouling) inoltre se il metallo egrave esposto ad un flusso il tasso di corrosione aumenta velocemente (per esempio aumenta di 4 volte da velocitagrave nulla a 45 ms) La loro vita si puograve prolungare con rivestimenti (che non sono perograve una valida soluzione per acqua salata calda) e con la galvanizzazione ossia la formazione di un rivestimento protettivo ottenuto con il deposito di uno strato superficiale di zinco Questrsquoultimo metodo di protezione puograve prolungare la vita di 2ndash3 anni al massimo Altre vie di protezione ndash rivestimenti con smalti pitture gomme piombo etc ndashsono state abbandonate percheacute costose e percheacute complicano sia le operazioni di installazione sia quelle di manutenzione

Il problema particolare della corrosione nelle tubazioni che convogliano acqua di mare egrave dovuto alla velocitagrave del flusso (si veda per il confronti fra i materiali la Tab 14A) Infatti un materiale che in acqua ferma ha un basso tasso di corrosione puograve essere inutilizzabile se esposto al flusso drsquoacqua di mare in quanto in questrsquoultima situazione la pellicola di materiale corroso che si forma sulla superficie non rimane aderente ad essa proteggendo quindi gli strati sottostanti ma viene trascinata dal flusso favorendo lrsquoattacco su detti strati

Per questo motivo la scelta del materiale egrave legata alla scelta della massima velocitagrave di flusso ottenibile nella tubazione A questo riguardo egrave importante osservare che quello del convogliamento di acqua di mare piuttosto che un problema di corrosione per erosione egrave un problema di corrosione localizzata nei punti di turbolenza Infatti il progetto dellrsquoimpianto viene fatto definendo le velocitagrave limite in funzione del materiale prescelto mentre drsquoaltro lato i fenomeni di turbolenza sono piugrave difficili da controllare La corrosione localizzata si ha per esempio a valle


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delle valvole ma in una tubolatura ben progettata in termini di velocitagrave e di percorsi le zone critiche sono ridotte

Lrsquoacciaio inossidabile non si presta allrsquouso a causa della tendenza a dare luogo a corrosione di pitting ed interstiziale (ove il film protettivo viene attaccato e danneggiato da ioni di cloruro minus per es di sodio) Queste leghe trovano invece ampio impiego negli impianti delle navi chimichiere e gasiere

Lrsquoalluminio ha buone caratteristiche di resistenza alla corrosione in flusso drsquoacqua marina ma ha scarse caratteristiche di passivitagrave al fouling viene facilmente intaccato dalle particelle metalliche (pitting) si comporta come anodo sacrificale a contatto con lrsquoacciaio e le leghe di rame (si rammenta che la perfetta isolazione egrave praticamente impossibile da ottenere)

Le leghe di rame sono usate con successo nelle tubolature con acqua di mare nonostante il rame di per seacute abbia scarsa resistenza alla corrosione per erosione alle alte velocitagrave di flusso drsquoacqua marina e tenda ad avere un alto tasso di corrosione in acqua stagnante tra questi limiti le caratteristiche sono buone

Le leghe di rame allrsquoalluminio hanno elevata resistenza alla corrosione ma soffrono di pitting e non tollerano alte velocitagrave di flusso (e comunque sono difficili da saldare)

Le leghe cupronichel sono le migliori per applicazioni in tubazioni di acqua marina resistono bene a qualsiasi meccanismo di corrosione (annullando praticamente la debolezza del rame alle alte velocitagrave) sono duttili abbastanza resistenti saldabili passive al fouling superficialmente resistenti allrsquourto e si possono usare anche ad alte velocitagrave di flusso A bordo sono utilizzate due composizioni di lega bull la piugrave usata egrave la 9010 CundashNi adatta a tubi per velocitagrave di flusso

dellrsquoacqua marina non superiori a 20divide30 ms per le quali garantisce una vita di 15ndash25 anni

bull la 7030 CundashNi egrave la migliore e con velocitagrave non superiori a 40 ms garantisce una vita di almeno 20 anni

La lunga resistenza le rende economicamente accettabili nonostante il loro alto costo

Il titanio ha migliori caratteristiche di resistenza non egrave affetto da fenomeni di corrosione e quindi permette di fare condotte piugrave sottili e di diametri minori grazie alle alte velocitagrave flusso accettabili (oltre 60 ms) Esso egrave perograve costoso e difficile da lavorare a bordo inoltre forma pericolose celle galvaniche

In conclusione nelle tubazioni fatte con materiali nobili quando la velocitagrave del flusso di acqua di mare sale oltre 05divide10 ms il fouling


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diminuisce e conseguentemente anche il pitting si riduce a meno che non si formino zone di attivazione Al contrario nel rame la corrosione aumenta con la velocitagrave del flusso e diventa critica giagrave ad 10 ms per questo motivo il rame viene legato con nichel o alluminio ottenendo un aumento considerevole della velocitagrave limite Le leghe di titanio hanno unrsquoottima resistenza alla corrosione in flussi drsquoacqua di mare (fino a 30 ms ma se lrsquoacqua contiene sabbia fino a 60 ms) I materiali plastici mostrano alta resistenza allrsquoerosione fino a 40 ms sebbene soffrano dellrsquoeffetto della cavitazione

Si osserva infine che in fase di progetto il tasso di corrosione si considera accettabile quando non eccede il valore di 01 mm per anno mentre il limite massimo viene posto pari ad 10 mm allrsquoanno quando sono previsti valori superiori vanno pianificati controlli periodici per verificare lo stato dellrsquoimpianto Nella pratica progettuale egrave usuale considerare la variazione del tasso di corrosione con la temperatura raddoppiando il valore ogni 10degC di crescita della temperatura

COMPORTAMENTO IN ACQUA DI MARE MATERIALE velocitagrave di

progetto [ms] resistenza alla corrosione

acciai al carbonio e acciai bassolegati lt10 bassa

ghise lt10 buona ma a basse velocitagrave (problemi di erosione)

acciai inox 70 problemi di pitting (non per gli acciai super inossidabili)

rame e sue leghe 10 problemi di pitting e di erosione

bronzo di alluminio 25 problemi di pitting

cupronichel 30divide35 alta

leghe di nichel gt40 altissima

leghe di titanio gt60 (300) altissima

TABELLA 14A Caratteristiche dei materiali metallici nei confronti della corrosione in acqua di mare

Per quanto riguarda la resistenza allrsquoabrasione quando non egrave possibile abbassare la velocitagrave di flusso si fa ricorso a materiali duri oppure a


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rivestimenti con elastomeri (nei corpi delle pompe) mentre per la cavitazione lrsquounica soluzione egrave quella di ricorrere a materiali resistenti essa egrave minima negli acciai al carbonio ottoni e bronzi e massima negli acciai inossidabili bronzi di alluminio e titanio

I materiali per valvole ed accessori devono essere compatibili con quelli delle condotte per ottenere equivalente resistenza meccanica ed alla corrosione per facilitare il collegamento e per controllare le correnti galvaniche (esistono a riguardo tabelle di compatibilitagrave) In generale si devono fare accoppiamenti omogenei nelle seguenti categorie acciaio e ghise acciai inossidabili leghe di rame leghe di titanio Per motivi di costi e di affidabilitagrave negli impianti si usa comunque inserire accessori piugrave robusti su linee di materiale meno nobile per esempio a tubi in acciaio si applicano accessori in bronzo Particolare attenzione va posta ai componenti in lega di alluminio infatti gli accessori devono categoricamente essere dello stesso materiale altrimenti i tubi si corroderebbero troppo velocemente

In aggiunta a quanto detto i materiali per gli elementi interni delle valvole vanno scelti con cura percheacute sono le parti piugrave critiche (piugrave sollecitate e piugrave soggette a corrosione ed erosione) perciograve esse saranno costruite con materiali piugrave resistenti e piugrave nobili rispetto al resto dellrsquoimpianto

Per le pompe si utilizzano al fine di contenere i costi materiali via via migliori per la cassa la rotante e lrsquoalbero Per esempio le pompe piugrave economiche hanno la cassa in ghisa grigia la rotante in materiale plastico e lrsquoalbero in acciaio inossidabile il costo raddoppia per pompe costruite interamente in acciaio inossidabile quadruplica per pompe costruite interamente in lega di nichel e decuplica per costruzione in titanio

15 ndash I supporti e il dimensionamento strutturale

Una condotta costituisce una struttura elastica molto deformabile sulla quale agiscono in aggiunta alla pressione del fluido convogliato ed al peso proprio numerose sollecitazioni esterne come le vibrazioni indotte dalle macchine e le azioni dinamiche del fluido stesso Per essa occorre pertanto provvedere ad un sistema di vincoli che oltre a costituire il necessario sostegno consenta di guidare le deformazioni (soprattutto termiche) in modo da mantenere lo stato tensionale nellrsquoambito dei limiti ammissibili il supporto deve reggere il tubo ma non costringerne la deformazione

I vincoli imposti ad una tubazione si distinguono in ancoraggi equivalenti ad incastri piugrave o meno perfetti e supporti guidati (in pratica appoggi) i quali consentono piccoli spostamenti Vincoli del primo tipo si hanno in corrispondenza degli attacchi ai componenti fissati a scafo (pompe valvole filtri) e in corrispondenza degli attraversamenti di paratie stagne Vincoli piugrave cedevoli si hanno quando il tubo egrave fissato con gaffe ad elementi


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non strutturali oppure con lrsquointerposizione di guarnizioni o di resilienti I supporti guidati sono essenzialmente degli appoggi a sella eventualmente su rulli

Tali supporti non devono essere troppo lontani per non dover sottostare ad eccessivi carichi statici o inerziali per non far cedere il tubo sotto il peso proprio e le forze indotte dal fluido trasportato (a tale riguardo si devono controllare anche le frecce massime per non rischiare la formazione di sacche di gas) e per non permettere al tubo spostamenti tali da causare lrsquointerferenza con strutture o macchinari Inoltre essi non devono essere troppo vicini per non rischiare di trasmettere eccessivi carichi alla condotta nel caso di un cedimento Va aggiunto che con lrsquoallontanamento dei vincoli si puograve controllare la frequenza propria del tubo che deve essere lontana da quelle delle vibrazioni indotte dal macchinario

Tutte le condotte devono perciograve possedere una adeguata cedevolezza sia flessionale che torsionale in modo da assorbire correttamente e senza danno le forze trasmesse dai supporti in seguito al movimento degli stessi causato dal cedimento delle strutture di sostegno

A ciograve si aggiunge che si possono verificare variazioni dimensionali generate da dilatazioni termiche del tubo con conseguente insorgenza di sollecitazioni se queste dilatazioni sono impedite Il controllo di queste ultime si effettua con compensatori di dilatazione che vengono realizzati in pratica tramite deviazioni di espansione ciograve consiste nel deviare il percorso del tubo fra gli ancoraggi in modo che la dilatazione termica assiale si sfoghi in una flessione (e anche una torsione nel caso di percorsi non piani) si tratta perciograve di una autondashcompensazione della dilatazione termica Se tale via non risulta percorribile a causa della mancanza di spazio oppure non risulta economicamente conveniente per gli eccessivi aumenti di resistenza idraulica che le deviazioni comportano diviene necessario corredare la linea di elementi espressamente destinati a questa funzione i giunti di espansione a soffietto a cannocchiale oppure ancora con un manicotto tenuto in posizione da collari fissati ai tubi Contro questa soluzione gioca il fatto che in questo modo si introducono punti critici nella condotta che devono essere tenuti sotto controllo con periodica manutenzione

Per contenere le tensioni che si possono generare sul tubo stesso (e sugli eventuali giunti di estremitagrave o macchinari ai quali esso egrave collegato) va effettuato il controllo della cedevolezza della condotta fra due supporti considerando il tubo come una trave appoggiata o incastrata agli ancoraggi sulla quale matura un carico indotto dal cedimento anelastico di un ancoraggio e dalla dilatazione termica assiale impedita

Per effetto del vincolo che impedisce la dilatazione termica nasce una tensione proporzionale proprio al cedimento impedito ∆L = α L ∆T [m]


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dove α [degC-1] egrave il coefficiente di dilatazione termica lineare (per lrsquoacciaio vale 12middot10-5 degC-1 nel campo compreso fra 0 degC e 100 degC) L [m] egrave la lunghezza del tubo fra i supporti e ∆T [K] egrave la variazione di temperatura misurata rispetto allrsquoistante del fissaggio

Per valutare la distanza minima di posizionamento dei supporti in funzione delle tensioni che nascono per cedimento di un ancoraggio si fa riferimento alla tensione che matura per effetto della flessione del tubo in seguito al cedimento massimo previsto A tale riguardo detto d [m] il diametro del tubo f [m] lo spostamento massimo previsto sul supporto ed L [m] la lunghezza del tubo fra i due supporti si deve controllare che sia verificata la relazione

d f L 2 le σamm ( 3E ) [-] (15A)

dove E [Pa] egrave il modulo di elasticitagrave normale del materiale e σamm [Pa] egrave la massima tensione ammissibile sul materiale Tale formula viene corretta per tenere conto della campata efficace perciograve detta l0 [m] la distanza fra gli ancoraggi la lunghezza L da mettere a calcolo viene modificata in (L ndash l0)

Nella trattazione dei carichi indotti sulla condotta non vanno infine dimenticati quelli causati dal fluido in movimento quando questo subisce una deviazione della traiettoria di flusso per esempio in seguito allrsquoimbocco di un gomito In tal caso va considerata sulla struttura formata da travi equivalenti una forza concentrata da valutarsi vettorialmente facendo ricorso al calcolo della variazione del flusso della quantitagrave di moto del fluido Detta infatti sumF [N] la somma vettoriale delle forze esterne agenti sul fluido nel tratto di tubo considerato data dalla somma delle forze di pressione della forza peso e della forza applicata dal tubo sul fluido ed indicando con ∆Q [N] la differenza fra il flusso della quantitagrave di moto uscente e quello entrante vale

sumF = ∆Q [N] (15C)

perciograve note le condizioni del flusso (velocitagrave e portata massica) si ricava subito la forza applicata al tubo

Non da ultimo va effettuato anche il controllo dello spessore delle condotte in funzione dei carichi di pressione statica generati dal fluido trasportato

La dipendenza dalla pressione (in genere quella interna a meno che il tubo non si trovi sotto un battente esterno per esempio sul fondo di una cassa) viene valutata facendo riferimento tratto per tratto alle tensioni membranali Indicando con σamm [Pa] la massima tensione ammissibile deve valere


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p d (2 t) le σamm [Pa] (15D)

dove t [m] egrave lo spessore della parete del tubo (tale relazione vale per rapporti fra spessore e diametro minori di 010) e p [Pa] egrave la pressione di progetto (progetto net scantling)

La pressione di progetto deve essere la massima prevista in servizio o nelle situazioni di avaria per tale motivo si dovragrave fare riferimento alla pressione di taratura delle valvole di sicurezza Il diametro cosigrave ottenuto va eventualmente aumentato per tenere conto delle modalitagrave di costruzione ed assemblaggio (piegatura saldatura) del tipo di liquido trasportato (che puograve causare corrosione ed erosione) e della possibilitagrave di carichi accidentali dallrsquoambiente (se il materiale non ha buone caratteristiche di resistenza meccanica)

Una volta definiti i due parametri indipendenti rappresentati dallo spessore e dal diametro interno il tubo viene scelto possibilmente fra quelli di produzione industriale facendo riferimento al diametro esterno e allo spessore di parete oppure se le giunzioni sono fatte per filettatura o con scontro interno sulle flange al diametro nominale (DN) e allo spessore di parete Il diametro nominale per i piccoli valori (inferiori a 12rdquo) non egrave altro che una sigla di riferimento ndash con valori prossimi al diametro esterno del tubo ndash mentre per i valori elevati (superiori o uguali a 12rdquo) rappresenta esattamente il diametro esterno del tubo Per esempio un tubo di produzione industriale in acciaio avente DN 6 ha diametro esterno di 6625rdquo (1683 mm) e diametro interno variabile mentre un tubo DN 36 ha diametro esterno pari esattamente a 36rdquo e diametro interno variabile

15 ndash Le giunzioni

Per quanto riguarda la costruzione della linea i tubi ndash disponibili con lunghezze commerciali comprese fra i 4 e gli 8 metri ndash vanno piegati per adattarsi al percorso geometrico stabilito e quindi congiunti in maniera opportuna In campo navale la giunzione fra i tronchi e con gli accessori in linea si realizza in vari sistemi ma essenzialmente si tratta di saldatura o di flangiatura (o sistema equivalente) nel primo sistema la giunzione non occupa spazio e la tenuta egrave perfetta e permanente mentre il secondo sistema garantisce la separabilitagrave a fronte di costi considerevolmente maggiori Unrsquoefficace alternativa egrave costituita dalle giunzioni del tipo ldquoUnionrdquo in cui un collare filettato si avvita su unrsquoestremitagrave ed imprigiona lrsquoaltra estremitagrave svasata

La saldatura si effettua direttamente sui tubi da unire oppure tramite lrsquointerposizione di un manicotto (per piccoli spessori utile negli interventi di manutenzione) Nelle zone in cui lrsquouso di fiamma deve essere limitato (per


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manutenzioni effettuate per esempio nelle cisterne di navi petroliere) i materiali dei tubi devono prestarsi a tecniche di saldondashbrasatura

Per quanto riguarda la flangiatura esistono diversi tipi di flange unificate saldate di testa (adatte per alte pressioni in quanto garantiscono alta resistenza meccanica) oppure saldate sul collare filettate mandrinate e a flange libere (per pressioni moderate) Diverse sono anche le possibili finiture di faccia con tenuta metallica oppure a guarnizione (queste con varie modalitagrave di posizionamento della guarnizione con gradi diversi di tenuta e quindi per valori diversi della pressione) Quando si utilizzano flange con guarnizioni va garantita la continuitagrave elettrica per non rischiare di creare zone a potenziale elettrico diverso e conseguentemente corrosione galvanica

I giunti saldati flangiati con tenuta metallica e del tipo ldquoUnionrdquo hanno unrsquoalta resistenza al fuoco e sono gli soli da utilizzarsi per il trasporto di liquidi infiammabili o per sistemi antincendio

Nel campo dei piccoli diametri e per pressioni non elevate trova diffusione anche la giunzione filettata (con filettatura stampata a caldo) che rende possibile la costruzione di reti completamente smontabili eventualmente con lrsquointerposizione di manicotti filettai con due ghiere qualora non sia possibile la rotazione dei tubi Quando infine il materiale non egrave saldabile o lavorabile (ghise plastiche) si utilizzano accoppiamenti a bicchiere Per tubi in materiali plastici si utilizzano anche manicotti a sovrapposizione fissati con collanti o con il calore Va rimarcato che questi giunti sono meno sicuri e resistenti e sono spesso causa di perdite perciograve sono usati per piccoli diametri per basse pressioni e per fluidi non pericolosi (ossia non tossici non infiammabili non corrosivi) e comunque nel complesso sono poco utilizzati a bordo (Il RINA ne definisce i limiti di utilizzo)

Nella costruzione delle tubazioni servono poi diramazioni o variazioni di sezione questi elementi particolari prendono il nome di raccordi Per i piccoli diametri anche le curve costituiscono elementi di raccorderia ottenuti con piegatura e forgiatura a caldo oppure saldando settori di tubo rettilineo mentre per i diametri maggiori si ricorre alla piegatura a freddo con macchine a controllo numerico spesso direttamente nelle officine di Cantiere

Si rammenta ancora che in corrispondenza di giunzioni amovibili per manutenzioni vanno poste valvole di sezionamento eventualmente collegate sulla flangia della parte fissa della tubazione Anche i macchinari le valvole ed i filtri vanno collegati in genere con giunti amovibili Per il collegamento delle pompe vanno inoltre previsti giunti che garantiscano un certo grado di flessibilitagrave per non trasmettere vibrazioni e sollecitazioni alle condotte


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soprattutto per le piccole macchine che hanno un elevato numero di accensioni (si usano giunti in maglia drsquoacciaio oppure a soffietto)

Un altro corredo delle linee egrave costituito dalle isolazioni che si rendono necessarie per limitare le perdite di calore del fluido trasportato e per proteggere le persone nel caso di perdite (olio combustibile) Se il fluido trasportato egrave piugrave freddo dellrsquoambiente (fluidi frigoriferi o frigorigeni) si mettono isolazioni per prevenire la formazione di condensa che puograve dare origine a corrosione (o essere indesiderata per esempio negli alloggi) I materiali utilizzati sono vari (lana di vetro o lana di roccia mentre per tubi freddi si usano schiume plastiche) tutti sistemati in camicie morbide o rigide (fogli di alluminio preformati)

16 ndash Le valvole

Il movimento dei fluidi viene controllato mediante valvole di varie forme e caratteristiche inserite lungo le tubazioni Esse costituiscono dei passaggi obbligati la cui apertura puograve essere aggiustata in maniera da realizzare determinate condizioni di deflusso

Le valvole in relazione alla loro funzione possono essere distinte in quattro fondamentali categorie bull valvole di intercettazione (isolating valves) ndash hanno la funzione di

ammettere o escludere il movimento dei fluidi vengono perciograve utilizzate per sezionare le linee in relazione piugrave ad esigenze di sicurezza di manutenzione e di servizio che di processo (sono valvole comandate)

bull valvole di ritegno (chek o reflux valves) ndash evitano il ritorno dei fluidi lungo le tubazioni in occasione di possibili inversioni del gradiente di spinta (sono valvole automatiche)

bull valvole di sfiato (relief valves) ndash hanno lo scopo di proteggere le tubazioni e le apparecchiature dalle sollecitazioni dovute a pressioni o depressioni interne eccessive rispetto a quelle di progetto (sono valvole automatiche)

bull valvole di regolazione (regulators e control valves) ndash la funzione di queste valvole egrave quella di permettere la variazione graduale ed uniforme delle condizioni di deflusso in tutto il campo compreso fra la massima apertura e la chiusura totale (possono essere automatiche o comandate)

In tutte le valvole egrave possibile riconoscere gli stessi elementi costruttivi fondamentali il corpo (in genere flangiato) egrave lrsquoinvolucro nel quale sono ricavate le luci di passaggio per il fluido lrsquootturatore che costituisce la parte mobile il cui spostamento permette di aprire e chiudere o di variare la sezione di passaggio la sede di contatto con lrsquootturatore Lrsquootturatore ha un


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funzionamento automatico nella valvole di ritegno di sfiato e nei ldquoregulatorsrdquo mentre nelle altre (regolazione e intercettazione) egrave controllato da uno stelo che ne permette la manovra manuale o mediante servomotori idraulici o pneumatici

La tenuta interna (a valvola chiusa) egrave di tipo metallico e la sede dellrsquootturatore egrave costruita in materiale particolarmente resistente alla corrosione e allrsquousura (per esempio stellite una lega di cobalto al cromo e tungsteno) mentre la tenuta esterna sullo stelo egrave garantita in genere da guarnizioni a meno che non si tratti di valvole per tubolature di liquidi infiammabili nel qual caso si deve avere preferibilmente una tenuta metallica

I corpi possono essere ottenuti per fusione oppure per lavorazione (quelle piugrave piccole) e vengono collegati alla tubolatura con flange Le valvole possono essere a ldquovia drittardquo (attacchi allineati) a squadra (attacchi ortogonali) oblique oppure ancora a tre vie (per la convergenza di tre tronchi)

Le valvole di intercettazione dette anche ldquodi sezionamentordquo possono avere lrsquootturatore di diverse forme bull a rubinetto conico o a sfera bull a farfalla bull a disco bull a saracinesca

Nelle valvole a rubinetto conico o a sfera lrsquootturatore egrave costituito da un solido di rotazione dotato di unrsquoampia finestra che costituisce una sezione di passaggio equivalente a quella del tubo ma che con una rotazione di un quarto di giro si dispone ortogonalmente al flusso La forma sferica garantisce buona tenuta interna basse perdite di carico e trascurabile pericolo di bloccaggio A bordo vengono usate per sezionamenti manuali di condotte di piccole dimensioni ma ultimamente si prestano ad alte pressioni grazie allrsquoaccorgimento di appoggiare la sfera su due cuscinetti di spinta disposti ortogonalmente al flusso Con unrsquoopportuna disposizione delle luci puograve essere usata come organo di commutazione del flusso a piugrave vie

Lrsquootturatore delle valvole a farfalla egrave costituito da un diaframma circolare imperniato su uno stelo diametrale egrave semplice ma possiede scarse caratteristiche di tenuta e mostra unrsquoelevata resistenza indotta dalla presenza dellrsquootturatore nel flusso minus che crea anche un disturbo aggiuntivo con un effetto di portanza (vibrazioni indotte)

Lrsquootturatore delle valvole a disco egrave costituito da un disco disposto ortogonalmente al flusso (similmente alle valvole di regolazione) semplice e con buone caratteristiche di tenuta ma pessima dal punto di vista della


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resistenza idraulica (induce perdite elevate ed egrave causa di corrosione per erosione)

Le valvole a saracinesca hanno lrsquootturatore costituito da un setto a forma di cuneo che scorre trasversalmente al corpo valvola in apposite guide e tra due sedi di tenuta anulari parallele alla facce La tenuta migliore si realizza quando la madrevite egrave ricavata nello spessore dellrsquootturatore e quindi lo stelo non scorre assialmente A bordo vengono usate per sezionamenti anche comandati di condotte in cui deve essere garantita una certa affidabilitagrave di servizio per esempio in sistemi con prese a mare infatti la corrosione delle facce a contatto con lrsquoacqua non riduce la capacitagrave di tenuta della valvola (garantita anche dalla pressione su uno dei lati)

Lrsquoazionamento viene realizzato con un solenoide oppure un pistone idraulico o pneumatico disposto con lrsquoasse coincidente con quello dello stelo Le valvole a farfalla sono mosse in questo modo tramite uno stelo con camma oppure per mezzo di un leverismo al quale egrave collegato un azionatore disposto parallelamente allo stelo

La scelta di una valvola di sezionamento viene fatta considerando il numero di cicli di apertura e chiusura (resistenza alla fatica) la velocitagrave di apertura o chiusura che si desidera ottenere nel controllo del processo (inerzia dellrsquoequipaggio) le variazioni di temperatura che intercorrono nel processo una volta che viene manovrata (materiali) la possibilitagrave di cambiare le tenute quando egrave operativa (configurazione) Per quanto riguarda lrsquoinstallazione le valvole di sezionamento devono essere collocate in modo da essere facilmente ispezionabili su supporti opportunamente robusti (possono essere infatti di grandi dimensioni e quindi estremamente pesanti) ed in modo da ridurre al massimo le turbolenze indotte dalla loro presenza

Le valvole di intercettazione possono essere anche usate per scopi di regolazione ottenendo perograve una regolazione approssimativa percheacute gli otturatori non sono disegnati per operare un controllo con uniformitagrave e precisione

Le valvole di ritegno dette anche ldquodi non ritornordquo sono valvole automatiche (selfndashpowered) essenzialmente di due tipi bull a battente bull a pistone o a sfera

Nelle valvole a battente lrsquootturatore egrave un piattello piano a battente che viene sollevato dal fluido quando questo si muove nella direzione consentita e premuto contro la sede in caso contrario ndash il battente deve chiudersi per gravitagrave Le valvole a sfera o a pistone sono costituite da un equipaggio mobile che viene spinto o allontanato dalla propria sede muovendosi nella direzione del flusso sotto lrsquoazione della pressione del fluido Per rendere piugrave


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veloce il movimento di chiusura viene anche posta una molla che lavora in parallelo con la pressione esercitata dal flusso durante la chiusura Alcune hanno struttura simile a quella delle valvole a disco ma ovviamente senza elementi di controllo

Le valvole di non ritorno si usano per esempio per evitare la circolazione di fluido nella cassa di una pompa dinamica o volumetrica rotativa quando questa egrave ferma sotto battente statico (non servono se il battente egrave puramente dinamico) oppure per evitare che si formi un ricircolo quando due pompe sono inserite in parallelo ed una di esse egrave ferma Viene fatto uso di queste valvole anche a monte delle pompe che non sono autondashadescanti e che sono poste piugrave in alto della cassa di aspirazione per evitare che la cassa ed il tubo di aspirazione si scarichino quando la pompa viene fermata

In molti usi la chiusura di una valvola di non ritorno puograve essere estremamente brusca e comportare problemi di resistenza sulla sede delle stessa oltre che fenomeni di colpo drsquoariete Quando si prevedono tali circostanze egrave conveniente che la sede dellrsquootturatore sia dotata di un cuscino di fine corsa capace di smorzare lrsquoimpulso di pressione Esistono in alternativa valvole a pistone in cui sulla sommitagrave del corpo mobile viene creata una camera nella quale il liquido fluisce attraverso un orifizio quando il pistone viene spinto dal flusso contro la sua sede la cavitagrave non riesce a riempirsi istantaneamente e ciograve determina il rallentamento del pistone quando poi il pistone viene allontanato dalla sede il liquido lascia la camera di smorzamento attraverso un canale dotato di una piccola valvola di non ritorno In altre soluzioni la forma dellrsquootturatore egrave tale da aderire alla sede con una riduzione graduale della sezione di passaggio del fluido

Altre applicazioni delle valvole di non ritorno sono legate allrsquoesigenza di prevenire lrsquoinquinamento del fluido del processo da parte di fluidi provenienti dallrsquoutilizzatore in questo caso devono chiudersi con estrema velocitagrave

Quando infine si prevedono inquinanti solidi nel fluido in circolazione egrave bene ricorrere a valvole conformate in modo da ridurre il piugrave possibile la possibilitagrave di imprigionamento di questi solidi

Nel progetto o nella selezione di queste valvole va anche considerata la frequenza di chiusura (almeno qualitativa) in quanto essa concorre in maniera determinante a definire la vita della valvola Per questo motivo egrave fondamentale conoscere la frequenza di accensioni della pompa dellrsquoimpianto in modo da risalire al numero totale di cicli di attivazione Quelle a pistone con molla di ritorno per lrsquoelevata velocitagrave di azionamento si prestano allrsquouso in circuiti con alta frequenza di chiusure (fino a 1500 volte


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al minuto ndash 25 Hz) Piugrave economiche sono quelle a sfera che perograve hanno masse in movimento piugrave grandi e quindi hanno maggiore inerzia

Queste valvole introducono nel sistema idraulico una perdita concentrata soprattutto quelle a pistone e inoltre impediscono i controlli della tubolatura con sonde

Le valvole di sfiato dette anche ldquodi sicurezzardquo o ldquolimitatrici di pressionerdquo sono valvole automatiche che rimangono chiuse in condizioni normali di esercizio mentre si aprono automaticamente determinando lo sfiato del fluido quando la pressione supera quella di taratura (oppure scende al di sotto della pressione ambiente di un certo valore prefissato facendo entrare aria) Esse assumono diverse configurazioni ma essenzialmente sono valvole in cui lrsquootturatore per azione di una molla (avente una vite di taratura) oppure di un contrappeso (queste non si usano sulle navi) viene tenuto premuto contro una sede dalla quale lo allontana solo la sovrandashpressione del fluido nella condotta Lo scarico puograve essere fatto nellrsquoambiente o convogliato in una cassa di raccolta tramite una tubazione di drenaggio

Per ottenere una perfetta tenuta nel tempo poicheacute queste valvole sono sempre sotto carico fra otturatore e sede si usa inserire una guarnizione (O-ring) ma quando il liquido egrave infiammabile si usano alcune precauzioni

Proprio per eliminare le perdite dovute allrsquoinvecchiamento delle molle di grandi dimensioni e per ridurre lrsquoinerzia di funzionamento delle valvole piugrave grandi si usano le valvole pilotate Si tratta di valvole di sicurezza senza molla in cui egrave la stessa pressione del fluido che genera la forza di chiusura della valvola in pratica un pistone ad area differenziale ha il lato di area minore esposto direttamente alla pressione dellrsquoimpianto e lrsquoaltro (di area maggiore) esposto ancora alla pressione dellrsquoimpianto ma attraverso una camera collegata alla tubolatura da una un orifizio nella quale viene posta una piccola valvola di sicurezza (valvola pilota) In questo modo quando la pressione supera il valore di taratura della valvola pilota questa fa scaricare la pressione nella camera e la valvola si apre infatti lrsquoorifizio fa si che pressione non venga istantaneamente equilibrata Questo sistema permette anche di tarare con piugrave facilitagrave e piugrave precisione la pressione di apertura dovendo agire su una molla di minore rigidezza

Con questo tipo di valvola si ha pure un migliore risposta quando la pressione cresce velocemente infatti se si manifesta una brusca variazione di pressione sulla faccia esposta direttamente allrsquoimpianto questa provoca lrsquoapertura della valvola infatti sulla faccia opposta non si registra la sovrandashpressione se non in maniera ridotta e con un certo ritardo il pistone si alza ed il fluido presente alle spalle fluisce attraverso una piccola valvola di sicurezza Segue poi la chiusura automatica quando le pressioni trascorso qualche istante si equilibrano


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In questo modo si ottiene una risposta veloce anche in valvole di grandi dimensioni alle quali egrave richiesto di smaltire grandi flussi Per aumentare ancora la velocitagrave di risposta si usano due valvole identiche in parallelo oppure una piccola e veloce ed una grande per flussi maggiori

Per ridurre le perdite associate al malfunzionamento della molla in alternativa si usano anche valvole assistite da un impianto ausiliario ad aria compressa nelle quali allrsquoazione della molla si affianca quella di un pistone ad aria compressa che viene svuotato tramite una valvola pilota quando la pressione si avvicina a quella di taratura della molla In questo modo nella condizione di esercizio si ha una forza di tenuta elevata Se il pistone egrave a doppio effetto si puograve anche controllare lrsquoapertura della valvola

In altri impianti se si prevede elevata turbolenza nella zona di installazione della valvola di sicurezza puograve essere conveniente usare equipaggi ad alta inerzia

In taluni impianti dove ci sono gas o vapori che possono espandersi violentemente puograve esserci il rischio aumenti rapidi di pressione che manifestano con onde drsquourto (che viaggiano alla velocitagrave del suono) per esempio in seguito ad esplosioni

In questi casi viene usato un tipo particolare di valvola con un otturatore leggerissimo in lamierino oppure per pressioni anche elevate si fa ricorso alla valvola con disco di rottura (detta rupture disc o bursting disc) formata da un diaframma metallico o di plastica calibrato per rompersi ad una determinata pressione Questrsquoultima perograve non si richiude dopo lrsquointervento e per questo motivo puograve essere messa in serie ad una normale valvola di sicurezza che in condizioni normali rimane inoperativa percheacute non egrave esposta alla pressione dellrsquoimpianto fincheacute non si rompe il setto Questa soluzione egrave ottimale per ridurre le perdite in impianti che convogliano gas infiammabili infatti la valvola di sicurezza minus priva di guarnizione minus non egrave esposta allrsquoazione del fluido

Le valvole a disco possono essere anche usate in parallelo ad ordinarie valvole di sicurezza ma tarate ad una pressione superiore a quella di queste ultime

Un altro tipo di valvole di sfiato egrave quello rappresentato dalle valvole di sicurezza per impianti in depressione Si tratta di semplici valvole in cui un otturatore con determinato peso viene collocato allrsquoestremitagrave di una condotta a collo drsquooca esso viene sollevato dalla sua sede quando la pressione interna allrsquoimpianto fa lavorare quella esterna contro la forza di gravitagrave (e contro lrsquoeventuale molla antagonista)

Le valvole di respirazione utilizzate per le casse esse permettono infatti la respirazione aprendosi per fare entrare aria quando la pressione interna


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alla cassa diminuisce al di sotto di un valore di taratura ed aprendosi per fare uscire vapori quando la pressione interna aumenta oltre un certo altro livello di taratura In genere hanno un doppio corpo con otturatori a disco piano e sistemi di richiamo a molla o a zavorra un corpo si chiude per gravitagrave e per azione della molla contrastando la pressione esterna (valvola di vuoto) lrsquoaltro si chiude contrastando la pressione interna (valvola limitatrice) Si usano ad esempio per le cisterne del carico delle navi petroliere tarate su pressioni minima e massima rispettivamente di ndash25 e +100 millimetri di colonna drsquoacqua (si rammenta che un metro di colonna drsquoacqua egrave pari a 9806 Pa) e dotate di arrestatori di fiamma per liquidi con vapori infiammabili

Si citano infine le valvole con asta di rottura che si aprono alla pressione di taratura ma non si richiudono Questo effetto si ottiene tenendo lrsquootturatore in posizione di chiusura tramite unrsquoasta tesa che ha un prefissato carico di rottura o unrsquoasta compressa avente un prefissato carico critico di instabilitagrave

Le valvole di sicurezza sono obbligatoriamente installate su tutte le apparecchiature soggette a pressione interna (soprattutto ove sono presenti macchine volumetriche) in tubolature in cui scorrono liquidi la pressione di taratura egrave posta in genere pari al 110 di quella di esercizio per quelli in cui sono convogliati gas o vapori egrave posta pari al 125 Esse inoltre devono essere periodicamente ispezionate

Le valvole di regolazione operano una variazione delle condizioni di deflusso con lo scopo di controllare la portata o la pressione negli impianti in cui la pompa o il compressore egrave di tipo dinamico Esse si dividono in due categorie quelle comandate (control valves) che modificano la sezione di passaggio del fluido in maniera proporzionale al segnale che ricevono e quelle automatiche (regulators) che controllano i parametri del flusso senza bisogno di essere azionate

Queste ultime si usano quando non egrave disponibile una fonte di energia interna e quando per questioni di sicurezza egrave meglio che non vi siano possibili punti di innesco di scintille Esse perograve non riescono ad ottenere lo stesso livello di regolazione delle valvole controllate Un utilizzo diffuso egrave quello nelle condotte di distribuzione (per esempio di acqua potabile) o nelle condotte di collegamento fra il compressore e piugrave evaporatori in parallelo (impianti frigoriferi) ove si crea la necessitagrave di mantenere costante la pressione allrsquoutilizzatore mentre varia il carico richiesto allrsquoimpianto a causa delle connessione o sconnessione di altri utenti In questo caso risulta evidente il risparmio che si puograve ottenere con lrsquouso di valvole automatiche

Il controllo automatico della pressione a monte o a valle della pompa egrave operato facendo agire sulle due facce di una membrana o di un pistone da un lato il fluido alla pressione da controllare e dallrsquoaltro una molla preminustarata la


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membrana (o il pistone) si muove portando in movimento uno stelo alla cui estremitagrave egrave fissato lrsquootturatore che va a modificare lrsquoarea di deflusso della strizione (passaggio fra otturatore e sede fissa) In tal modo si possono controllare bull la pressione a valle minus la regolazione della pressione sul lato di uscita in

modo che essa rimanga costante si ottiene facendo lavorare tale pressione sulla membrana allrsquoaumentare della pressione in uscita prevarragrave lrsquoazione della stessa contro la molla riducendo cosigrave la sezione di deflusso con una conseguente maggiore caduta localizzata di pressione viceversa al diminuire della pressione in uscita prevarragrave lrsquoazione della molla aumentando la sezione di deflusso

bull la pressione a monte minus la regolazione della pressione sul lato di ingresso in modo che essa rimanga costante si ottiene facendo lavorare questa volta tale pressione sulla membrana (back pressure regulator)

bull la differenza di pressione fra monte e valle minus facendo agire questa volta sulla membrana da una parte la pressione a monte e dallrsquoaltra quella a valle mentre su uno dei due lati agisce in parallelo una molla prendashtarata in questo modo le variazioni di pressione su una qualsiasi delle due facce causano lrsquoapertura o la chiusura della strizione

Si osservi che questrsquoultima valvola funziona da regolatore del flusso (controllo automatico della portata) infatti le variazioni di pressione allrsquoutilizzatore (o nella pompa) vengono assorbite da variazioni localizzate di carico cosiccheacute il punto di equilibrio di funzionamento dellrsquoimpianto non si modifica

Si pensi infatti ad una rete di distribuzione alimentata da una pompa centrifuga con molti utenti collegati e si supponga che alle estremitagrave della valvola in questa condizione siano p1 [Pa] la pressione a monte e p2 [Pa] quella a valle dellrsquoinserzione (∆p = p2 ndash p1 [Pa]) Si supponga poi che si manifesti una maggiore richiesta di portata causata dallrsquoinserzione di un certo numero di utenti la pompa dinamica reagisce a questa richiesta diminuendo la portata a fronte di una piugrave gravosa curva di resistenza dellrsquoimpianto Nel contempo la valvola se viene tenuta bloccata registra una caduta di pressione ∆pprime lt ∆p a fronte della riduzione di flusso mentre sente aumentare la pressione sia a monte che a valle Se invece tenere bloccato lrsquootturatore lo si lascia libero di muoversi la valvola tende a far aumentare la caduta di pressione localizzata aumentando la sezione di deflusso fincheacute il salto di pressione torna ad essere uguale a quello originario ∆pprime = ∆p Ciograve significa che le perdite complessive dellrsquoimpianto vengono equilibrate ripristinando automaticamente la condizione iniziale di funzionamento

Queste valvole automatiche possono essere usate anche come valvole di esclusione valvole cioegrave capaci di escludere un utente se la pressione dellrsquoimpianto sale al di sopra di un valore prestabilito lrsquoeffetto desiderato egrave


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ottenuto facendo lavorare sullrsquootturatore la pressione da controllare in antagonismo con una molla prendashtarata ndash ed equilibrando nel contempo la pressione sullrsquoaltro lato dellrsquootturatore Esistono anche valvole automatiche di esclusione che chiudono quando la pressione scende al di sotto del valore di taratura (della molla) in queste lrsquootturatore con il meccanismo di funzionamento sopra descritto egrave posto dalla parte opposta della sede

Analogamente esistono valvole di esclusione basate sul controllo del flusso per esempio valvole in cui lrsquootturatore chiude quando la velocitagrave del flusso aumenta Ciograve si realizza con un otturatore a cilindro con larghi fori di passaggio laterali e piccoli fori di passaggio sulla testa posto di fronte alla sede dalla parte di ingresso della corrente e trattenuto da una molla quando la velocitagrave supera un valore critico le forze di resistenza idrodinamica dovute al passaggio attraverso i fori della testa causano il trascinamento dellrsquootturatore e la chiusura della valvola Questa valvola egrave usata dove si ritiene che il rischio di perdite causate da rotture verso lrsquoesterno dellrsquoimpianto sia elevato Esistono anche valvole automatiche di esclusione che chiudono quando la velocitagrave del flusso scende al di sotto del valore di taratura ndash in queste lrsquootturatore con il meccanismo di funzionamento sopra descritto egrave posto dalla parte opposta della sede

Tutte le valvole di regolazione automatica possono essere pilotate da una valvola piugrave piccola e quindi piugrave sensibile avente le facce collegate alla condotta nei modi sopra illustrati e lrsquootturatore posto in un circuito secondario che fa capo ad una delle facce della valvola principale un piccolo sbilanciamento della pressione causato dallrsquootturatore pilota fa si che si crei sulle facce della valvola ndash che hanno una superficie notevole ndash una forza netta elevata (lrsquointero meccanismo prende il nome di amplificatore di pressione)

Si possono fare due esempi interessanti di valvole automatiche di regolazione bull la valvola di ricircolazione minus egrave una valvola che viene posta a valle di

una pompa dinamica per controllarne il flusso funziona come una valvola di esclusione che seziona per flussi superiori o inferiori ad un valore di taratura e che quando chiude la via di scarico principale devia il flusso verso una tubazione di byminuspass

bull la valvola termostatica minus egrave una valvola (detta anche di laminazione) che regola la caduta di pressione localizzata ∆p in funzione della temperatura che viene rilevata nel fluido operativo a monte della sua inserzione egrave azionata da un attuatore pneumatico sul quale in antagonismo con una molla lavora un gas (diverso dal fluido del processo) che si espande proporzionalmente alla temperatura misurata (in alternativa lrsquoattuatore egrave anche comandato da unrsquoasta bimetallica)


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Le valvole comandate sono valvole per la regolazione continua (ma anche a due posizioni) azionate da un attuatore che sfrutta una fonte di energia esterna al circuito controllato Sono usate sempre negli impianti con macchine dinamiche per la regolazione della pressione a valle del punto di inserzione oppure per la regolazione della differenza di pressione fra il circuito a monte e quello a valle ovvero per il controllo della curva di resistenza dellrsquoimpianto e quindi della portata

In una valvola comandata per la regolazione della portata si definisce caratteristica intrinseca la curva che esprime la portata in funzione dellrsquoapertura minus puograve essere rapida o lenta (a curvatura decrescente o decrescente) lineare oppure ancora equindashpercentuale minus i diversi tipi di comportamento si ottengono con opportuni profili di accoppiamento fra otturatore e sede

Le valvole comandate possono essere lineari o rotative e presentano le stesse tipologie viste per le valvole sezionatrici le piugrave usate sono quelle a disco (con otturatore a disco o a spillo) a pistone con luci laterali a manicotto a saracinesca o a sfera Le piugrave adatte alla regolazione fine del controllo sono quelle a disco e quelle a pistone entrambe si prestano ad essere bilanciate (migliore tenuta e minori forze di controllo) ed in entrambe la forma dellrsquoaccoppiamento determina la curva caratteristica Il bilanciamento si realizza con due otturatori in serie sullo stesso stelo uno posto sul lato drsquoingresso del fluido uno su quello di uscita in tal modo le spinte sui due elementi si bilanciano quasi completamente riducendo di molto la forza necessaria per la traslazione dello stelo e quindi per il controllo del flusso Anche le valvole a saracinesca sono intrinsecamente bilanciate ndash ma poco precise

Nelle applicazioni navali la valvola ha un otturatore a disco a spillo oppure a pistone e la sede viene preferibilmente orientata nella direzione del flusso (stelo inclinato) Per quelle a disco la sede puograve essere piana o conica mentre lrsquootturatore ha una forma convessa quello a disco egrave quello piugrave comune quello a spillo viene utilizzato per regolazioni piugrave fini su piccole portate ed infine quello a pistone (con cilindro cavo sulla cui superficie laterale sono ricavate le luci di passaggio) egrave adottato per liquidi con particelle in sospensione Si osservi che per ridurre le perdite lo stelo egrave posto nella parte a pressione piugrave bassa

Esistono anche valvole di regolazione che avendo lrsquootturatore libero di spostarsi assialmente dallrsquoestremitagrave dello stelo possono lavorare come valvole di ritegno quando sono aperte Altre valvole di regolazione sono a tre vie con lrsquootturatore che puograve chiudere su due diverse sedi se fatto traslare in un verso o nellrsquoaltro


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In genere le valvole di regolazione vengono montane sulle linee in parallelo ad una derivazione il byndashpass viene attivato quando si vuole escludere la valvola nel caso di malfunzionamento della stessa o per lrsquoesigenza di effettuare un intervento manutentivi

17 ndash Gli attuatori delle valvole

Lrsquoazionamento delle valvole comandate che non sono asservite dallo stesso fluido di controllo come nel caso delle valvole automatiche si realizza tramite una fonte di energia esterna alla linea si puograve trattare di un azionamento manuale ma molto spesso le valvole vengono manovrate per mezzo di semplici motori detti attuatori

Gli attuatori meccanici trasformano lrsquoenergia di pressione di un fluido in energia meccanica mentre quelli elettrici trasformano lrsquoenergia elettrica in energia meccanica applicata direttamente allo stelo da muovere o al cursore di un cassetto di distribuzione di un impianto idraulico o pneumatico Il movimento impresso allo stelo puograve essere sia lineare che rotatorio

Lrsquoazionamento tramite attuatori viene quasi sempre realizzato in antagonismo con una molla a meno che non si tratti di attuatori che possono esercitare la forza di controllo nelle due direzioni e che hanno un sistema intrinseco di bloccaggio della posizione raggiunta per esempio pistoni a doppio effetto alimentati attraverso cassetti di distribuzione automatici che chiudono in caso di mancanza di energia Anche i motori elettrici reversibili e i solenoidi possono lavorare nelle due direzioni ma sempre contro una molla che viene utilizzata per il controllo della posizione nel caso di mancanza della fonte di energia quando egrave richiesto che la valvola si porti nella posizione piugrave adatta al funzionamento sicuro dellrsquoimpianto (in genere tutta aperta o tutta chiusa) Nei semplici attuatori pneumatici la molla serve a garantire anche la reversibilitagrave

Gli attuatori permettono di raggiungere due importanti traguardi da un lato consentono di impiegare una potenza meccanica per sviluppare anche grandi forze drsquoazionamento dallrsquoaltro rendono possibile il controllo a distanza

In generale si realizza lrsquoazionamento meccanico delle valvole allo scopo di manovrare valvole di grandi dimensioni si ricorre al comando a distanza per ragioni di sicurezza o di comoditagrave e si utilizzano controlli automatizzati per ragioni di sicurezza e di efficienza

Il controllo a distanza puograve essere effettuato sia con un intervento diretto dellrsquooperatore sia con un dispositivo che tramite uno strumento di misura rileva una specifica caratteristica di funzionamento dellrsquoimpianto (per esempio una pressione una temperatura una velocitagrave di flusso o un livello di


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una cassa o di un collettore) e tramite un comparatore elabora un segnale che trasmette poi allrsquoattuatore

Eacute quindi evidente che lrsquointero meccanismo di controllo si presta per sfruttare sia sistemi elettrici ed elettronici sia sistemi meccanici al giorno drsquooggi le misurazioni (di temperatura pressione portata livello densitagrave viscositagrave pH umiditagrave contenuto drsquoolio in acqua contenuto di O2 etc) possono essere meccaniche elettriche o pneumatiche la raccolta dei dati viene effettuata tramite un trasduttore elettrico che trasforma la variabile misurata in un segnale elettrico lrsquoelaborazione dei dati viene ormai fatta sempre piugrave da circuito logico ma si possono utilizzare comparatori di tipo meccanico ed infine lrsquoazionamento egrave spesso effettuato da un motore elettrico o da un attuatore a solenoide collegati allo stelo della valvola o al cassetto di distribuzione di un circuito pneumatico o idraulico

Per quanto riguarda le valvole di sezionamento lrsquoazionamento puograve essere esclusivamente manuale oppure anche assistito da un attuatore Si rammenta che egrave presente comunque un volantino per lrsquoazionamento manuale diretto

Il comando manuale puograve essere effettuato direttamente sul volantino o a distanza In questo caso si utilizzano steli allungati fino a 15 metri ma a causa degli attriti soprattutto sui cambi di direzione la manovra egrave molto sfavorevole Si rammenta ancora che per manovrare una valvola di sezionamento fra le due posizioni estreme egrave in genere sufficiente un quarto di giro del volantino e che la chiusura si effettua sempre per convenzione con rotazioni orarie del volantino

Lrsquoazionamento delle valvole di regolazione della pressione egrave effettuato in genere con un attuatore attivato da un comando proveniente da uno strumento di misura inserito nel sistema Lrsquoattuatore nel suo complesso ossia il motore e il suo sistema di controllo (circuito elettrondashmeccanico o digitale) ha le caratteristiche di un servomotore ossia di un motore che riceve un comando per esempio la rotazione dello stelo di un certo angolo si attiva per eseguirlo lo esegue si blocca e si predispone per ricevere il comando successivo trasmettendo nel contempo al sistema di controllo un segnale che informa sulla posizione raggiunta dallo stelo

Gli attuatori sono classificabili nelle seguenti categorie bull elettrici (ossia elettrominusmeccanici) bull pneumatici a diaframma bull pneumatici o idraulici a pistone

e si dicono poi ad ldquoazione direttardquo o ad ldquoazione inversardquo a seconda che lrsquoassenza della forza di controllo determini rispettivamente la chiusura o lrsquoapertura completa della valvola


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Nella trattazione dei diversi tipi di attuatori risulta molto importante il concetto di rigidezza dellrsquoattuatore Con questo termine si indica la capacitagrave di mantenere con precisione la posizione raggiunta La rigidezza egrave una caratteristica intrinseca delle diverse tipologie (purcheacute la costruzione sia fatta a regola drsquoarte) tanto che si possono elencare in ordine decrescente di rigidezza si va dallrsquoattuatore elettrondashmeccanico a quello idraulico al pistone pneumatico ed infine al diaframma pneumatico

Gli attuatori elettrici sono molto usati per piccole valvole poicheacute permettono di fare una regolazione continua hanno bassa inerzia sono molto rigidi (garantiscono perciograve unrsquoelevata accuratezza di posizione) sono veloci (ma solo per le piccole potenze) ed economici Quando si parla di attuatori elettrici si fa in genere riferimento al motore elettrico ma vengono usati come attuatori anche i cosiddetti solenoidi

I motori elettrici sono corredati da un riduttore di giri e si prestano alla generazione di momenti torcenti che raggiungono i 2700 Nm Il motore puograve essere un motore asincrono trifase (per alte potenze ossia da 660 V a 380 V) un motore monofase (da 220 V a 24 V) oppure un motore a corrente continua (piccole potenze 24 V) Si osservi che la regolazione continua si ottiene con trasduttori che inviano il segnale di posizione dello stelo ad un circuito digitale

Nei solenoidi il movimento dello stelo egrave procurato mediante lrsquoattrazione di un nucleo ferromagnetico da parte di una bobina eccitata elettricamente ed in contrasto con una molla Essi sono piugrave adatti per la regolazione a due posizioni (apertochiuso) a meno che non siano usati con una molla antagonista pretarata ed alimentati a tensione variabile Unrsquoapplicazione classica egrave quella dei comandi dei cassetti di distribuzione dei sistemi elettrondashidraulici o elettrondashpneumatici in cui le forze in gioco non sono elevate

Nei sistemi elettrici lrsquoattuatore egrave corredato da un trasmettitore di posizione anchrsquoesso elettrico Si osservi che i parametri elettrici della linea di comando e di quella di potenza sono generalmente piuttosto stabili e quindi il controllo e lrsquoazionamento sono particolarmente affidabili La trasmissione del segnale elettrico egrave in genere digitale percheacute piugrave veloce ed affidabile (le valvole con controllo elettronico sono dette smart valves)

Gli attuatori pneumatici a diaframma sono i piugrave usati dal momento che sono robusti e poco pesanti di semplice costruzione e quindi in una parola economici Trovano applicazione ovunque anche in situazioni di rischio drsquoesplosione non soffrono di problemi di corrosione se lrsquoaria egrave secca si prestano a movimenti di traslazione e di rotazione (realizzati spesso con una biella) e rappresentano la soluzione piugrave economica fino a forze di 10 kN

Lo svantaggio maggiore che essi presentano egrave quello di essere poco rigidi e di avere tempi drsquointervento piuttosto lunghi tipicamente impiegano


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da 4 a 20 secondi per riempirsi ed esercitare la forza di controllo perciograve sono piugrave adatti a valvole che non necessitano di regolazione veloce Altri svantaggi sono causati dalla presenza della molla che comporta problemi di controllo della posizione per fenomeni drsquoisteresi e che assorbe una notevole percentuale della forza di controllo dal fatto che la risposta non egrave perfettamente lineare dalla bassa robustezza del diaframma (rotture per fatica) e dalla ridotta efficacia delle tenute (trafilamenti)

Le pressioni di lavoro variano da 02 bar ad 10 bar (ma anche fino a 5 bar per sistemazioni particolari) I diaframmi possono essere alimentati da linee a pressione maggiore avendo la possibilitagrave di essere costruiti con riduttori di pressione incorporati Tipicamente hanno un diaframma con diametro che varia da 70 mm a 300 mm e sono in grado di esercitare forze variabili da 2 kN a 125 kN (con corse fino a 100 mm) e momenti che raggiungono 1100 Nm

Gli attuatori a pistone sono i utilizzati quando sono necessarie lunghe escursioni dello stelo e forze elevate Rispetto a quelli a diaframmi sono piugrave costosi percheacute vengono alimentati a pressioni piugrave alte (da 60 bar a 100 bar quelli ad aria e fino a 350 bar quelli ad olio) e quindi sono di costruzione piugrave robusta Trovano applicazione sia per movimenti traslatori (con forze fino a 500 kN) che rotatori (con lrsquoaccoppiamento fra unrsquoasta dentata e un pignone oppure con il sistema a camma e momenti fino a 5000 Nm) ma sono usati piugrave spesso per i sistemi lineari ndash quelli rotativi trovano applicazione quasi esclusivamente negli impianti oleodinamici di potenza

I pistoni possono essere sia a semplice che a doppio effetto rispetto ai primi quelli a doppio effetto sono piugrave rigidi e si prestano a controlli piugrave accurati delle posizioni In entrambi (ma anche nei diaframmi) la regolazione continua si puograve effettuare modulando la pressione di ingresso del fluido tramite una valvola riduttrice di pressione in antagonismo con una molla nei sistemi a semplice effetto oppure in antagonismo con la pressione allo scarico nei pistoni a doppio effetto

Gli attuatori a pistoni oltre alla maggiore forza esplicabile presentano il vantaggio rispetto a quelli a diaframmi di essere piugrave veloci (grazie al minore volume e allrsquoalta pressione di esercizio) e piugrave rigidi (al massimo lo sono quelli ad olio) e quindi piugrave precisi causando meno problemi di vibrazioni

Un particolare tipo di attuatori idraulicipneumatici egrave quello degli attuatori rotativi formati da camere di lavoro disposte attorno allrsquoalbero da far ruotare Si tratta di attuatori che nel controllo delle valvole vengono usati a pressioni non elevate (fino a 60 bar) per generare momenti torcenti che non superano 200 Nm


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Infine si puograve affermare che i sistemi idraulici sono i piugrave adatti per trasmettere potenze e per controllare in maniera continua la posizione dellrsquoattuatore quelli pneumatici permettono invece solo il controllo di due posizioni essendo il fluido comprimibile e sono inoltre piugrave adatti per basse potenze ma sono i piugrave utilizzati anche a bordo grazie ai loro bassi costi Per le basse potenze sono usati anche i sistemi elettrici che perograve vengono considerati meno affidabili in ambiente marino

In generale i sistemi di comando ed azionamento possono essere classificati come bull elettrici (ossia elettrominusmeccanici) bull elettrominuspneumatici ed elettrominusidraulici bull pneumatici bull idraulici

I sistemi piugrave usati sono quelli in cui la trasmissione dei segnali avviene per via elettrica con trasmissione digitale del segnale In essi lrsquoasservimento si realizza in genere con trasduttori che controllano la posizione raggiunta dallo stelo e mandano un segnale ad un circuito logico che lo confronta con il segnale di comando e fa partire infine il comando per lrsquoazionamento di una valvola di distribuzione per bloccare la corsa dellrsquoattuatore (si veda per i confronti la Tab 17A)

CARATTERISTICHE PECULIARI TIPOLOGIA

velocitagrave rigidezza forza

elettrico (elettrondashmeccanico) molto bassa alta da bassa ad alta

elettrondashpneumatico da bassa a media

da media ad alta da bassa ad alta

elettrondashidraulico da bassa a molto alta

da media ad alta

da bassa a molto alta

pneumatico a diaframma bassa bassa da bassa ad alta

pneumatico o idraulico a pistone

da media a molto alta

da media ad alta


TABELLA 17A Caratteristiche dei servomotori per il controllo delle valvole


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Gli attuatori vengono selezionati in funzione delle caratteristiche precedentemente illustrate In questo modo devono essere stese sia le tubolature di potenza dellrsquoaria compressa o dellrsquoolio in pressione sia le linee elettriche

Quando perograve ciograve non egrave possibile ossia in aree in cui vi sia il rischio drsquoinnesco di gas o vapori infiammabili (anche se il segnale egrave trasmesso via fibre ottiche) o quando non egrave consigliabile a causa dellrsquoazione corrosiva dellrsquoambiente marino o a causa del rischio di corto circuiti in ambienti umidi si ricorre al controllo con linee ausiliarie a bassa pressione drsquoaria (e meno frequentemente drsquoolio) In alcune applicazioni a rischio di esplosione vengono comunque accettati circuiti elettrici a basso voltaggio (inferiore a 24 V)

I servomotori completamente idraulici o pneumatici sono quindi piugrave rari (e molto piugrave costosi) ed impiegano meccanismi di controllo della posizione di tipo meccanico sfruttando il concetto della leva a fulcro mobile

Esistono infine necessitagrave di azionamenti veloci delle valvole e si usano allo scopo sistemi a rilascio automatico con una molla precaricata comandati direttamente a mano o idraulicamente

18 ndash Le prese e gli scarichi a mare

Un altro elemento essenziale delle condotte di bordo egrave costituito dalle prese a mare alle quali fanno capo alcuni dei servizi di tubolatura essenziali dello scafo quali la zavorra e lrsquoantincendio oltre al raffreddamento motori e per questo motivo si trovano a poppa in corrispondenza della sala macchine

Le prese a mare sono realizzate entro recessi dello scafo (sea chest) protetti da griglie disposte sulle superficie avviata dello stesso Tali recessi sono costruiti in modo da costituire parte integrante dello scafo resistente ed hanno una forma ed una posizione tale da facilitare lrsquoafflusso drsquoacqua alla presa perciograve non devono essere posti in parti che fuoriescono dallrsquoacqua durante la navigazione o dove si puograve prevedere il distacco del flusso di carena Essi si trovano inoltre lontani da strutture drsquoingombro e da scarichi in posizione tale da non interferire con altri impianti o a nave in bacino con le taccate Lrsquoimbocco della presa egrave tenuto pulito con getti drsquoaria in pressione o di vapore

Usualmente le prese a mare principali sono due disposte una per fianco una alta per il servizio sicuro in acque poco profonde ed una bassa per il servizio sicuro in navigazione a minimo pescaggio Le due prese sono collegate da un collettore chiamato cross over Altre prese a mare sono presenti per servizi ausiliari quali lrsquoelettrogeno di bordo e le prese delle eventuali pompe antincendio collocate nei vari compartimenti


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La tubolatura che fa capo alla cassa egrave munita di una valvola di sezionamento che costituisce con il suo corpo il primo tratto della presa In questo modo il collegamento a scafo egrave reso particolarmente robusto Inoltre tale valvola egrave di configurazione particolare essa infatti ha lo stelo disposto nella direzione del flusso e lrsquootturatore conformato in modo che lrsquoazione del battente esterno drsquoacqua ne favorisca la chiusura (prende il nome di valvola Kingston) Alle spalle si trova un filtro e per la pulizia del filtro unrsquoulteriore valvola sezionatrice per esempio del tipo a saracinesca

Gli scarichi a mare avvengono in genere al massimo sotto piccoli battenti e sono di piugrave semplice configurazione Essi consistono in un tubo di spessore rinforzato che termina a filo della carena su un fasciame localmente irrobustito Alle spalle tranne nel caso di drenaggi dai ponti superiori a quello di bordo libero deve essere presente una valvola sezionatrice e quindi una di ritegno (riunite anche in un unico corpo) Il RINA definisce le modalitagrave di costruzione di tutti gli scarichi a mare

19 ndash I filtri

Un accenno va fatto anche ai filtri che costituiscono parte integrante delle condotte Si tratta di semplici dispositivi di filtrazione inseriti in linea con le tubazioni con o senza byndashpass con lo scopo di contenere le particelle solide trascinate dai fluidi sia proprie dei fluidi (acqua di mare) sia per sgretolamento delle tubazioni la cui presenza egrave nociva per rischi di occlusione delle linee e per lrsquoazione abrasiva

I filtri sono in linea con la condotta (a cartuccia) oppure quelli di dimensioni maggiori adatti per i liquidi piugrave inquinati in una cassa disposta ad interrompere la condotta (a paniere) Lrsquoelemento filtrante egrave costituito da una rete metallica con maglie dellrsquoordine del decimo di millimetro o nel caso dei mud box usati alle prese a mare da una lamiera forata (fori del diametro di qualche millimetro usualmente 10divide15 mm)

110 ndash Le casse

Una condotta puograve far capo ad una cassa in tal caso deve essere dotata di un diffusore per ridurre le perdite di carico in aspirazione ed in mandata Poicheacute inoltre la stessa condotta puograve essere utilizzata per la mandata e per lrsquoaspirazione lrsquoestremitagrave egrave opportuno che venga posizionata nella parte piugrave bassa della cassa da servire possibilmente in un pozzetto ed eventualmente con due diramazioni una vicina alla paratia di prora ed una vicina a quella di poppa

La sezione terminale della bocca di aspirazione viene detta campana ed egrave conveniente per imprimere al fluido unrsquoaccelerazione piugrave omogenea che


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detto d il diametro della condotta la sua sezione massima abbia un diametro di almeno 15 d e sia posta ad una distanza dal fondo pari ad almeno 05 d in modo da ottenere una sezione di imbocco (corona cilindrica) di area almeno tripla rispetto a quella della condotta (si consigliano velocitagrave allrsquoimbocco non superiori a 3 ms)

Va aggiunto che egrave molto importante garantire un battente minimo per ridurre lrsquoaspirazione drsquoaria eventualmente anche con un pozzetto garantendo almeno un battente pari allrsquoaltezza cinetica nel tubo di aspirazione

Le casse in genere sono elementi strutturali facenti parte dello scafo resistente assieme al quale vengono dimensionate per sollecitazioni indotte sia da carichi trasmessi che da battenti locali (statici e dinamici) Alcuni elementi non strutturali fanno parte essenziale del corredo di una cassa e sono gli sfoghi drsquoaria gli sfoghi di ldquotroppo pienordquo e le sonde

Gli sfoghi drsquoaria sono dei tubi collegati al cielo delle casse che disposti su direzioni il piugrave possibile verticali mettono in comunicazione la cassa con lrsquoambiente esterno allo scopo di evitare che la cassa vada in pressione o in depressione durante la caricazione o la scaricazione Tali tubazioni devono terminare in un ambiente adatto tale da non risultare inquinato dal collegamento con la cassa o tale da non poter essere a sua volta fonte di inquinamento per la cassa se il liquido contenuto egrave infiammabile o si tratta di scarichi igienici lo sfogo deve essere fatto allrsquoaria aperta se egrave tossico deve essere fatto in un ambiente controllato (contiguo alla cassa) se si tratta di acqua dolce o di mare lo sfogo puograve essere interno alla nave (comunque nella stessa zona stagna)

Lrsquoestremitagrave superiore dello sfogo drsquoaria deve arrivare ad una certa altezza dal ponte sul quale termina e deve finire a collo drsquooca (per evitare di costituire una via di caduta verso lrsquointerno della cassa di elementi estranei) con una valvola di sezionamento ed un filtro nel caso di casse drsquoacqua potabile o una rete tagliandashfiamma nel caso di liquidi infiammabili

La sezione del tubo che costituisce lo sfogo deve essere abbastanza grande da evitare che al maggiore tasso di caricazione della cassa si verifichi una velocitagrave di deflusso drsquoaria non superiore a qualche metro al secondo (un valore usualmente preso come limite egrave quello di 75 ms) ciograve dovrebbe preservare da colpi di pressione

Quando una cassa viene riempita con liquido immesso a pressione da una pompa e si teme il sovraccarico egrave necessario installare una condotta che prende il nome di ldquotroppo pienordquo (o di ldquorigurgitordquo) in grado di sfogare la portata della tubazione di adduzione senza creare una sovrandashpressione eccessiva sul fasciame della cassa Tale condotta di diametro almeno pari al 125 di quella di adduzione scarica fuori bordo (acqua scarichi igienici) oppure in casse di raccolta delle sentine oleose (olii) ed arriva ad un ponte


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sufficientemente alto da permettere il deflusso solo in occasioni estreme ma non cosigrave alto da determinare un battente eccessivo sulla cassa (battente che viene previsto in fase di progetto) Puograve essere anche installata una valvola limitatrice di pressione e di non ritorno (per esempio nelle casse drsquoacqua dolce) per scongiurare sovrandashpressioni e ridurre al contempo il rischio di contaminazioni dallrsquoesterno Gli accessori ed i particolari di queste condotte sono quelli descritti per gli sfoghi drsquoaria

Ogni cassa deve essere anche dotata di una sonda (asta di ferro) per il rilevamento del livello Lrsquoasta trova posto in un alloggiamento ricavato nella cassa e prolungato (tubo di sonda) fino al ponte accessibile piugrave vicino Inferiormente poggia su una lamiera rinforzata Nelle cisterne del carico ed in genere in tutte le deep tanks viste le notevoli altezze da sondare sono previsti sistemi alternativi del tipo a nastro calati da un apposito boccaportello posto sul ponte di coperta

In genere egrave presente anche un sistema di lettura (misuratori di tipo elettrico pneumatico o ad onde radio) con invio del segnale a distanza


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il raffreddamento o la lubrificazione di macchinari la fornitura dellrsquoacqua per le varie utenze di bordo e lo smaltimento degli scarichi la fornitura drsquoacqua e di agenti estinguenti per lo spegnimento di incendi il drenaggio dei locali allagati o delle sentine oleose il trasferimento di masse per esigenze di assetto o di sbandamento oltre ovviamente alla caricazione e scaricazione delle merci liquide trasportate alla rinfusa Lrsquoinsieme degli impianti costituiti dalle tubolature dedicate ai vari servizi di bordo egrave uno dei piugrave complessi della nave e partecipa in maniera significativa nel determinare il costo degli allestimenti

Il progetto funzionale di questi impianti richiede innanzitutto la conoscenza di alcuni parametri di base che si ricavano dalla destinazione drsquouso della nave e dal suo profilo di missione lrsquoambiente operativo fornisce le temperature di riferimento per il funzionamento dei macchinari i tempi di permanenza in porto danno indicazioni per la definizione della capacitagrave minima delle casse di stoccaggio degli scarichi o par la scelta delle portate delle pompe di caricazione e scaricazione delle cisterne del carico la destinazione drsquouso (e quindi il tipo di nave e di carico) permette poi di evidenziare quali sono in seno alle vigenti normative di sicurezza (essenzialmente il Registro di classificazione e le Convenzioni internazionali SOLAS e MARPOL dellrsquoIMO) le prescrizioni cui gli impianti devono sottostare

Considerando la funzione che ogni impianto dovragrave espletare ed assieme i vincoli di progetto cui sopra si egrave fatto riferimento vengono definiti i requisiti dellrsquoimpianto ovvero le modalitagrave di trasferimento ndash in termini di pressione e quantitagrave ndash del fluido fornito o prelevato dai diversi utilizzatori un motore un passeggero oppure una manichetta antincendio

Fissate le richieste progettuali il layndashout dellrsquoimpianto viene tracciato partendo dalla definizione e localizzazione dei macchinari e dalla stesura dei percorsi delle condotte (spesso ricorrendo allrsquoausilio di software per la grafica tridimensionale) Come egrave noto la conoscenza della lunghezza e delle deviazioni di una condotta oltre che degli accessori su di essa presenti egrave determinante per la valutazione delle perdite di carico dellrsquoimpianto

Ovviamente per ridurre le perdite i macchinari devono trovare collocazione il piugrave vicino possibile agli utilizzatori del servizio compatibilmente con esigenze di sicurezza di comfort di spazi e di connessione con altri impianti o con elementi funzionali che non possono essere spostati (prese a mare) Inoltre i percorsi devono essere i piugrave diretti possibile compatibilmente con le esigenze di sicurezza e di accessibilitagrave per le manutenzioni e per le ispezioni

Contestualmente vengono scelti i diametri delle condotte in modo da garantire il flusso richiesto con la massima velocitagrave di trasferimento del


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