IMPIANTI DI DISTRIBUZIONESchemi caratteristici (serbatoi e rete di distribuzione)

Con torrino piezometrico e serbatoio di estremità

Rete di tipo chiuso (a maglie)

Rete di tipo misto

Con serbatoio di testata

Rete di tipo aperto (ad albero)

Linee piezometriche: rete con serbatoio di testata

Linee piezometriche: rete con torrinopiezometrico e serbatoio di estremità

Suddivisione in zone servite da reti indipendenti

Suddivisione in zone servite da reti in serie e serbatoi di sconnessione

Serbatoi per gli impianti di distribuzione

Compenso delle fluttuazioni orarie dei consumiFunzioni: Riserva per servizio antincendio e interruzione adduzione

Stabilizzazione del carico idraulico alle estremità della rete

Volume di riserva per interruzione adduzioneVolume richiesto nel giorno di massimo consumo( ) =÷= maxmax 5.02.0 GGr VVV

Volume di riserva per servizio antincendio

Formula di Conti: Portata antincendioda garantire per almeno 5 ore ⇒

[ ][ ]3 1000/108

/ 1000/6mNVslNQ

abi

abi

==

Piccoli centri abitati (Nab < 3000): 2 idranti da 5÷8 l/s in funzione per 3÷5 ore3 14454 mVi ÷=

Criterio di Arredi e Frega:Qi = Portata antincendio (0.2 m3/s per grandi centri urbani)Q0 = Portata di servizio ordinario (media del mese di massimo consumo)Qa = Portata in arrivo dall’adduttrice principale

( ) [ ]30 36005 mQQQV aii −+⋅=

Volume di compenso delle fluttuazioni orarie dei consumi

( ) max5.03.0 Gc VV ÷=( ) max2.015.0 Gc VV ÷=

Valutazioni approssimative:a) Adduttrice principale a gravità

b) Adduttrice principale con impianto di pompaggio (può assorbire parte delle fluttuazioni)

Valutazione tramite curve cumulate di adduzione e consumi

0 24

V[m3] Vc

Cumulata adduzioneCum. consumi

0 24

V[m3] Vc

Cumulata adduzioneCum. consumi

0 24

V[m3] Vc

Cumulata adduzioneCum. consumi

Adduzione con portata costante (adduzione a gravità)

Adduzione con pompaggio nelle sole ore notturne (minimizzazione costi

energetici)

Adduzione con pompaggio nelle ore di massimo consumo (minimizzazione volume di compenso)

Caratteristiche costruttive dei serbatoi

Requisiti fondamentali:-Funzione idraulica principale (Volume di compenso + riserva, carico idraulico stabile → escursione max. livello 4÷6 m)-Completamente impermeabili, costruiti con materiali durevoli, resistenti all’aggressione chimica esterna ed interna (nei limiti di qualità dell’acqua contenuta)-Maggiore isolamento termico possibile-Adeguata circolazione dell’acqua dalla zona di arrivo dell’adduzione a quella di presa della rete (impedimento ristagni)

TipologieSerbatoi interrati: Miglior soddisfacimento della maggior parte dei requisiti (realizzabili anche con grandi capacità, migliore isolamento termico, flessibilità di scelta dei materiali, migliore accessibilità).Serbatoi pensili: Necessari per la stabilizzazione del carico nei centri urbani di pianura.

A – Arrivo P – Presa S – Scarico di superficie (troppo pieno)F – Scarico di fondo (vuotatura per manutenzione) Y – By-pass

Saracinesca

No saracinesca!!

Max. 4÷6 m

Volume compenso e riserva

Equipaggiamento idraulico

Apribile solo per ordine dei Vigili del Fuoco!

Volume riserva per servizio antincendio

Vc+VrVolume compenso e

riserva idropotabilehi

Disattiva la presa per uso idropotabile quando il

livello nel serbatoio scende sotto hi

L’acqua viene comunque presa sotto battente

(a quota << hi)

Rete di distribuzione unica per uso idropotabile e

antincendio

Particolare prese

Particolare: serbatoio di estremità

V.U. = Valvola Unidirezionale

0 24

V[m3] Vc

Cumulata adduzioneCum. consumi

Dimensionamento scarico di fondo

D

L

Calcolo del diametro minimo Dche consente un tempo di svuotamento non superiore ad un valore T prefissato (2÷3 ore)

( )∑+=∆+ 22

22

4/2 Dg

QDLbQzy i

πξµ

Perdite distribuite

Perdite concentrate

( )( ) ( )22 4/2

1

DgDbLDK

zyDK

Q

i

π

ξµ

∑+=

∆+=

S

( )( )zzhDSKTdtdyzy

KSdySdtQh T

∆−∆+=⇒=∆+

−⇒⋅=⋅− ∫ ∫ 20 0

( ) ( )zzhST

DgDbL i

∆−∆+=+ ∑

24/222π

ξµ

Si risolve per tentativi

Protezione delle condotte dal colpo d’ariete: le casse d’aria

Nel caso di interruzione dell’alimentazione elettrica agli impianti di sollevamento, si hanno fenomeni di transitorio idraulico del tipo ‘chiusura brusca’ (provocati dalla valvola di non ritorno)

SollevamentoSerbatoio giornaliero

Rete distribuzione

GQHQ

gcVphbrusc

0=∆=∆γ

Sovraccarico da colpo d’ariete nel caso di chiusura brusca (tempo di chiusura inferiore alla durata di fase delle oscillazioni elastiche nella condotta)

c = celerità delle perturbazioni nella condotta (condotte metalliche, acqua → C≈ 1000 m/s)V0 = velocità di moto permanente per la portata massima di progetto

( ) !!! m 100Ohbrusc ≈∆

Possibili soluzioni per lo smorzamento dei sovraccarichi:Vasche di oscillazione – Volani – Casse d’aria

Soluzione ottimale per gli impianti di distribuzione

Casse d’aria: contenitori metallici chiusi in comunicazione diretta con la condotta, contenenti aria in pressione. Trasformano l’energia cinetica della colonna liquida in energia potenziale elastica dell’aria nella cassa, dando origine ad oscillazioni smorzate.

Ys

Sovraccarico dinamico

Ipotesi anelastica (osscillazioni di massa)

( )gcV

ZZ2

, 0minmax <

( )

cost.===

+±=

nnss YUUYVdtdU

KHdtdV

gLZ

ω

Eq. moto

Eq. continuità acquaTrasf. stato (poli-tropica) aria

2

2

VKVH

βα

== Perdite di carico in condotta

Perdite di carico nella strozzatura: (presenti dopo la chiusura)

Valvola di non ritorno

Il sistema di equazioni è non lineare (perdite di carico, politropica n=1.41per trasformazioni adiabatiche) → metodo grafico per il calcolo del volume massimo Umax d’aria nella cassa

ssYgUVL

2

20ωσ =Caratteristica d’impianto

Procedimento (caso senza strozzatura K):

1 – Si predetermina il massimo sovraccarico ammissibile Zmax e dalle condizioni statiche si calcola Zmax/Ys2 – Dalla perdita di carico a regime H0 si calcola H0/Ys

3 – Dal quadrante destro del grafico si determina la caratteristica σ4 – Dal quadrante sinistro del grafico si determina Zmin/Ys e quindi Zmin

2

132+34

5 – Si calcolano i volumi d’aria caratteristici (statico, a regime, minimo e massimo)

n

s

ss

n

s

ss

ss

ZYY

UU

HYY

UU

YgVL

U

/1

maxmin,maxmin,

/1

00

20

2

+=

+

=

=σ

ω

Lo smorzamento delle oscillazioni risulta molto più rapido con una perdita di carico concentrata (strozzatura) fra cassa e condotta. Si può dimostrare che il valore ottimale della strozzatura soddisfa la condizione a regime min00 ZHK +=

Per il caso di strozzatura ‘ottima’ esiste opportuno grafico modificato