SFIATILaria presente nellacqua delle condotte, in aggiunta a quella naturalmente disciolta (qualche punto per cento), durante la fase di riempimento pu derivare anche da: emulsione con lacqua; per aspirazione della vasca di presa o dalla stazione di pompaggio; per aspirazione in corrispondenza di giunti o pezzi speciali quando per fatti singolari la condotta possa andare in depressione. La presenza dellaria pu provocare: riduzione della sezione di deflusso fenomeni di colpo dariete dovuti allespansione della bolla daria e al suo spostamento; disinnesco di pompe o sifoni.1

Laria tende a fermarsi nei vertici convessi del profilo longitudinale delle condotte: ed da questi punti che essa deve essere eliminata. Fortunatamente nelle reti di distribuzione il problema pu sussistere solo in punti particolari. Nelle reti dadduzione si deve comunque porre uno sfiato in corrispondenza di ogni vertice convesso del profilo. Nei punti di cuspide altimetrica della condotta dunque, si accumula laria contenuta nelle condotte, quella presente prima della immissione in essa dellacqua e che pu a tratti rimanere imprigionata, oppure pu venire trascinata, sotto particolari condizioni, dallacqua. Per la regolarit del flusso in pressione necessario che essa venga fatta uscire rapidamente.2

Funzionamento Affinch lespulsione dellaria avvenga rapidamente, opportuno evitare tratti di tubazione orizzontali, perci in presenza di terreni pianeggianti, si assegna al profilo longitudinali della tubazione un andamento a denti di sega, con tratti ascendenti nel senso del moto aventi una pendenza minima dello 0,2-0,3%, a tratti discendenti con pendenza del 2-3% ; nei vertici pi elevati del profilo si dispongono gli sfiati e in quelli pi bassi gli scarichi.

i=0.2- 0.3%

Profilo a denti di sega

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Il funzionamento del dispositivo legato all'equilibrio di tre forze : 1. la forza peso G del galleggiante verticale ed orientata verso il basso; 2. la spinta sul galleggiante, correlata alla pressione p agente entro la cassa, con risultante, nella direzione verticale, orientata verso l'alto, di intensit pari a p A, con A area della luce del foro di uscita dell'aria dalla cassa; 3. la spinta di galleggiamento, in quanto corpo parzialmente immerso in acqua, con risultante nella direzione verticale, orientata verso l'alto, di intensit pari a V ,con , peso specifico dell'acqua e V volume immerso. Nella condizione di sfiato chiuso si ha: pA+V>G Al progressivo accumulo di aria nella cassa corrisponde progressivo abbassamento del livello idrico nella stessa e correlata riduzione del valore del volume immerso V. Raggiunta la condizione: pA + V = G si in incipiente apertura dello sfiato.4

La sezione di imbocco del boccaglio deve essere abbastanza contenuta: tanto pi piccola quanto maggiore la pressione desercizio. Supponendo infatti che il galleggiante sia completamente immerso in aria, affinch esso possa staccarsi, il prodotto della pressione interna per larea della sezione deve essere inferiore al suo peso. A tale risultato si perviene facilmente considerando che su tutta la superficie della sfera (immersa in aria) agisce la stessa pressione che si realizza nella condotta: con eccezione dellarea della sezione dimbocco del boccaglio ove vige la pressione atmosferica.

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Ingresso ed uscita daria da sfiati La necessit di installare valvole che permettano lingresso di aria nelle condotte deriva da esigenze di riduzione od eliminazione delle depressioni che si verrebbero altrimenti a creare in seguito a manovre, controllate od accidentali, di svuotamento del circuito o a seguito di brusche riduzioni di pressione conseguenti a condizioni transitorie. Il loro dimensionamento funzione del tipo di protezione richiesta, unipotesi cautelativa porta a dimensionare la sezione dingresso dellaria in modo da garantire una portata entrante pari alla portata massima di svuotamento del sistema in seguito ad una rottura accidentale di una condotta.6

Levacuazione dellaria contenuta normalmente in due fasi distinte:

nel

circuito

operata

la prima corrispondente a manovre di avviamento del circuito, consente la fuoriuscita di una grossa portata di aeriforme attraverso sezioni di uscita di rilevanti dimensioni. la seconda deve prevedere il degasaggio continuo delle frazioni residue trascinate dal moto del liquido; dati i minori volumi in gioco si utilizzano sezioni di uscita estremamente ridotte. Nella seconda fase, date le ridotte dimensioni delle sezioni di efflusso, di diametro d, rispetto al diametro D della tubazione usualmente d D/63 non si d origine a sovrapressioni rilevanti nel sistema allatto della chiusura, ad opera di un otturatore, della sezione di uscita o allatto della sostituzione di acqua ad aria nellefflusso.

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La prima fase, invece, potenzialmente in grado di provocare linstaurarsi di situazioni transitorie di una certa entit. Dovendo infatti essere,

Con U velocit prefissata di riempimento della condotta, la portata daria uscente tale da provocare accelerazioni non trascurabili della colonna idrica. La successiva sostituzione di acqua ad aria nellefflusso o, alternativamente, la chiusura dellotturatore della valvola, provocano le rilevanti variazioni di velocit della colonna idrica che sono la causa del transitorio predetto. Le logiche di avviamento del circuito dovranno quindi contemplare manovre di riempimento, caratterizzate da basse velocit, in particolare, quando il circuito presenti, oltre agli sfiati posizionati sui vertici altimetrici principali e secondari, sfiati di estremit o collocati a monte di valvole od organi di intercettazione.8

Scelta degli sfiati E pratica normale specificare uno sfiato con il suo diametro senza considerare che la sua capacit di immissione e scarico daria dipendono dal disegno e dalla configurazione interna, dalla dimensione del foro maggiore, dal peso e dimensione del galleggiante, dalla differenza di pressione ammessa attraverso il foro maggiore ecc. Nella scelta degli sfiati necessario tenere conto dei seguenti dati: sezione di passaggio: che deve essere la pi larga possibile per garantire il maggior rientro daria in caso di rottura delle condotte; portata di ingresso: da ricercare nelle curve fornite dal produttore dello sfiato ad un p max sul foro non maggiore di 0.1 bar perch, normalmente, il sistema condotta guarnizioni ed apparecchiature in genere mal sopportano depressioni superiori; portata in uscita: che deve essere limitata ad un p sul foro maggiore di circa 0.05 bar, indicativamente con una velocit di riempimento di 0.4 m/s. Questo perch una velocit maggiore pu generare in caso di chiusura dei colpi dariete distruttivi per lintero sistema; analisi dettagliate delle informazioni fornite dal costruttore; In alcuni casi auspicabile che gli sfiati presi in considerazione dispongano di automatismi che limitino il colpo dariete causato dal riunirsi della vena fluida e/o riempimenti rapidi.

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DIMENSIONAMENTO Per la scelta dello sfiato si determina la massima portata in quel punto in caso di rottura della condotta usando la seguente formula, valida nel caso di moto in regime assolutamente turbolento: in cui: Q = portata dacqua espressa in m3/s. J = pendenza espressa in mm/m. D = diametro espresso in m. CHW = coefficiente di resistenza di Hazen Williams che dipende dal tipo di tubazione considerato. Una volta ottenuto il valore della portata dellacqua in uscita dalla condotta occorre entrare nel grafico di portata daria, presente nelle schede tecniche relative allo sfiato da considerare, e visualizzare il valore di depressione corrispondente. Si raccomanda di scegliere il diametro che garantisca una depressione non superiore a 0,1 bar, e di includere un coefficiente di 10 sicurezza nello svolgimento del calcolo. Q = 0,278 * CHW * D2,83*J0,64

Scelta degli sfiati E pratica normale specificare uno sfiato con il suo diametro senza considerare che la sua capacit di immissione e scarico daria dipendono dal disegno e dalla configurazione interna, dalla dimensione del foro maggiore, dal peso e dimensione del galleggiante, dalla differenza di pressione ammessa attraverso il foro maggiore ecc. Nella scelta degli sfiati necessario tenere conto dei seguenti dati: sezione di passaggio: che deve essere la pi larga possibile per garantire il maggior rientro daria in caso di rottura delle condotte; portata di ingresso: da ricercare nelle curve fornite dal produttore dello sfiato ad un p max sul foro non maggiore di 0.1 bar perch, normalmente, il sistema condotta guarnizioni ed apparecchiature in genere mal sopportano depressioni superiori; portata in uscita: che deve essere limitata ad un p sul foro maggiore di circa 0.05 bar, indicativamente con una velocit di riempimento di 0.4 m/s. Questo perch una velocit maggiore pu generare in caso di chiusura dei colpi dariete distruttivi per lintero sistema; analisi dettagliate delle informazioni fornite dal costruttore; In alcuni casi auspicabile che gli sfiati presi in considerazione dispongano di automatismi che limitino il colpo dariete causato dal riunirsi della vena fluida e/o riempimenti rapidi.11

Installazione degli sfiati Prima dellinstallazione procedere ad unaccurata pulizia delle condotte per evitare che corpi estranei quali sassi, o materiale di cantiere, possano danneggiare lo sfiato. Gli sfiati devono essere montati allinterno di un pozzetto sufficientemente ampio e facilmente accessibile per effettuare le operazioni di manutenzione e permettere il controllo, devono inoltre essere collocati in posizione rigorosamente verticale e su di una tubazione di derivazione, provvisto di saracinesca di intercettazione, che deve avere uno stacco di diametro pari almeno alla met del tubo principale. Il pozzetto deve essere munito di uno scarico per eventuali pulizie dello sfiato e di almeno un tubo di ventilazione per ammettere o scaricare aria ed areare la cameretta (uno di scarico e uno di rientro). Lo sfiato non si deve posizionare direttamente sulla condotta principale per evitare che laria, in caso di rientro per depressione, possa propagarsi nella tubazione senza un punto di aggregazione e possa essere spinta verso valle, dal ripartire della pompa con i relativi problemi discussi in precedenza sugli effetti dellaria.12

Per garantire la massima efficienza bisognerebbe posizionare lo sfiato il pi alto possibile sulla condotta collocando fra questa e lapparecchio, un tronchetto flangiato o filettato, che permetta laccumulo e laggregazione dellaria.

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Vari tipi di sfiati Dopo aver individuato le caratteristiche dimensionali e di installazione degli sfiati si procede con una classificazione dei tipi di sfiato pi comuni con le relative considerazioni di carattere esecutivo. Sfiati liberi Gli sfiati liberi sono costituiti da un tubo verticale di piccolo diametro (tubo piezometrico), collegato al suo estremo inferiore alla condotta in pressione e con lestremo superiore libero, in modo da consentire la fuoriuscita dellaria. Poich il livello dacqua nel piezometro sale fino a raggiungere la quota piezometrica in condotta, il suddetto tipo di sfiato pu essere impiegato solo nel caso (molto raro) che la linea piezometrica sia elevata solo di pochi metri sul piano di campagna, in quanto la superficie libera dellacqua dentro il piezometro deve essere protetta da fenomeni di inquinamento, per cui lo sfiato deve essere contenuto entro un apposito locale in muratura accessibile dallesterno, tipo quello visto in precedenza; questo tipo di sfiato viene installato anche per altri scopi ad esempio nel caso che assolva alla funzione di vera e propria colonna piezometrica, di torrino piezometrico per fissare il carico, di partitore a pelo libero ecc.14

Quando la quota piezometrica risulta di poco superiore alla quota del terreno (810 m), possibile realizzare lo sfiato di tipo libero

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Quando la quota piezometrica risulta superiore di 10 m rispetto alla quota del terreno, necessario realizzare sfiati in pressione.

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DN 50 PN 16

DN 50

DN 100

Pozzetto di sfiato

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Sfiati liberi a sifone Un altro tipo di sfiato libero quello a sifone, ideato da Conti, che pu essere adoperato per quote piezometriche in condotta fino a 15-20 m pi elevate rispetto al piano di campagna e presenta il vantaggio di poter essere interamente contenuto in un pozzetto interrato. E costituito da alcuni tronchi verticali di tubo di piccolo diametro, della lunghezza di 1,00 -1,50 m, collegati fra loro alle estremit superiori e inferiori mediante curve a 180, cos da costituire una serie di sifoni; il primo tronco collegato alla condotta in pressione, mentre lestremit superiore dellultimo tronco a contatto con latmosfera.

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Sfiati automatici o in pressione Gli sfiati automatici o in pressione sono costituiti da un galleggiante sferico contenuto in una cassa metallica che, a seconda della posizione di equilibrio, apre o chiude una piccola luce di comunicazione con lesterno, o direttamente comandando una valvola a spillo. La cassa contenitrice collegata alla condotta in pressione mediante una saracinesca di intercettazione per consentire lo smontaggio dellapparecchio in caso di necessit.

Sfiato con galleggiante sferico

Sfiato con galleggiante cilindrico 19

Sfiato con apertura a galleggiante sferico

Sfiato con apertura a galleggiante cilindrico20

Sono stati ideati da Conti degli apparecchi di sfiato che assolvono entrambe le funzioni suddette; essi sono costituiti da uno sfiato con grande luce, del tipo descritto in precedenza, che permette lingresso e luscita di grandi masse daria, mentre la luce piccola costituita da un capillare, viene regolata manualmente mediante unopportuna spina comandata da un volantino e resta sempre aperta, per cui, quando non spurga laria, lascia passare dei volumi dacqua di entit del tutto trascurabile.

Apparecchio per levacuazione di grandi e di piccole daria dotato di un solo galleggiante

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Sfiati a doppio galleggiante Gli sfiati a doppio galleggiante sono costituiti da un galleggiante collegato ad una luce di grosse dimensioni, che serve per levacuazione e lingresso di grandi quantit daria e che, qualsiasi posizione assuma, lascia sempre aperta la luce che collegata ad un secondo sfiato, che serve invece per eliminare piccole quantit daria. I galleggianti degli sfiati sono di legno rivestito con gomma o ebanite, di acciaio inossidabile; le casse con tenitrici sono per lo pi acciaio, mentre la valvola di sfiato e i dispositivi di regolazione sono in genere di bronzo o di ottone, metalli che non si alterano nel tempo in presenza di aria e vapor dacqua.

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Sfiati a tre funzioni Lo sfiato a tre funzioni consente, oltre allallontanamento dellaria in fase di riempimento della condotta e in fase desercizio, anche lingresso daria durante il suo vuotamento. Si tratta in pratica di due sfiati accoppiati, uno in grado di evacuare grandi portate daria, funzionante in caso di vuotamento e di riempimento della condotta, e uno funzionante come uno sfiato automatico descritto in precedenza.

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SFIATO A TRE FUNZIONI

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Tipo MAX Il tipo Max dello sfiato a tre funzioni costituito allinterno da una valvola di sezionamento incorporata che ne permette la manutenzione o il controllo con la condotta in esercizio.

Il sezionamento si ottiene ruotando il corpo e quindi lotturatore ricavato nel cappello. La rotazione, tramite lasta filettata agganciata alla flangia fissa, si trasforma in rototraslazione verso il basso dellotturatore, che scende fino ad appoggiarsi sulla sede della guarnizione di tenuta chiudendo perfettamente. Per la rimessa in funzione si ruoter il corpo in senso opposto.

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Sfiato tipo Cotrone Lo sfiato tipo Cotrone uno sfiato automatico a galleggiante semplice utilizzato per liberare laria accumulatasi nella tubazione durante il normale funzionamento; rispetto agli altri sfiati questo tipo di sfiato svolge lunica funzione di degasaggio continuo.

Tipo Golia Questo tipo di sfiato a tre funzioni viene utilizzato principalmente per proteggere le condotte dalla corrosione, in particolare utilizzato per le tubazioni del DN 600 al 900, e dal 900 al 1400.26

Sfiato automatico combinato tipo Eolo Lo sfiato automatico tipo Eolo grazie al suo boccaglio combinato assolve alle tre funzioni di rientro e uscita di grandi quantit daria nelle fasi di svuotamento e riempimento delle condotte, e di degasaggio durante lesercizio. Per le sue caratteristiche tecniche, si pone ai massimi livelli di qualit.

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Pozzetto di scarico

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DN 100 PN 16

Pozzetto di scarico

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scavo sostenuto da sbadacchi metallici

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POSA SU STRADA ASFALTATA

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POSA galleggiante Sfiato tipo Siena a SU STRADA CON BASOLE semplice Lo sfiato tipo Siena a galleggiante semplice viene utilizzato per liberare e scaricare grosse quantit di aria durante il riempimento della tubazione, e permette il rientro dellaria durante le fasi di vuotamento della condotta. Dotato di attacchi a flangia dimensionati secondo e forati secondo le norme UNIDIN PN 16.

Sfiato tipo Roma Questo tipo di sfiato svolge solo la funzione di liberare laria accumulatasi nella tubazione durante la fase di normale funzionamento, dovrebbe essere posizionato nei punti alti della tubazione.32