Come mitigare il danno causato dal colpo d'ariete?

Il colpo d'ariete è un problema comune nei sistemi di distribuzione dell'acqua e sono disponibili varie misure protettive per mitigarne gli effetti. Tuttavia, queste misure devono essere adattate alle cause specifiche del colpo d’ariete. Di seguito sono riportati alcuni metodi comunemente utilizzati:

La riduzione della portata nella tubazione può ridurre in una certa misura la pressione del colpo d'ariete. Tuttavia, ciò potrebbe richiedere un aumento del diametro del tubo, il che si aggiunge ai costi del progetto. Nella posa della condotta è fondamentale evitare situazioni in cui si verifichino repentini cambi di pendenza o la formazione di dossi (punti alti) della linea.

Inoltre, ridurre la lunghezza della tubazione può essere d’aiuto, poiché tubazioni più lunghe generalmente provocano un maggiore colpo d’ariete durante l’arresto della pompa. Un approccio consiste nel dividere una singola stazione di pompaggio in due e utilizzare un pozzo di aspirazione per collegare le due stazioni.

L'entità del colpo d'ariete durante l'arresto della pompa è principalmente correlata alla prevalenza geometrica della stazione di pompaggio. Maggiore è la prevalenza geometrica, maggiore è il rischio di colpo d'ariete. Pertanto, è importante selezionare una testa della pompa adeguata in base alle condizioni locali.

Dopo l'arresto della pompa, il sistema deve attendere che il tubo a valle della valvola di ritegno si riempia d'acqua prima di riavviare la pompa. Durante l'avvio della pompa, è fondamentale non aprire completamente la valvola di uscita della pompa, poiché ciò potrebbe causare notevoli colpi d'ariete. In queste condizioni si verificano molti gravi colpi d'ariete nelle stazioni di pompaggio.

(1) Adozione della tecnologia di controllo della pressione costante:

È possibile utilizzare un sistema di controllo automatizzato PLC (Programmable Logic Controller) per regolare la velocità delle pompe attraverso il controllo della frequenza variabile. Poiché la pressione nella rete di distribuzione idrica fluttua al variare delle condizioni operative, sono comuni picchi o cadute di pressione, che comportano il rischio di colpi d'ariete e danni a tubi e apparecchiature. Monitorando la pressione e controllando il funzionamento delle pompe, accendendole o spegnendole o regolandone la velocità, il sistema mantiene una pressione costante. Ciò aiuta a prevenire grandi fluttuazioni di pressione e riduce la probabilità di colpi d'ariete.

(2) Installazione degli ammortizzatori del colpo d'ariete:

Questi dispositivi prevengono principalmente il colpo d'ariete causato dall'arresto della pompa e sono generalmente installati vicino all'uscita della pompa. Usano la pressione all'interno della tubazione per attivare una valvola limitatrice di pressione quando la pressione scende al di sotto di una soglia prestabilita, consentendo lo scarico dell'acqua per alleviare la pressione. Ciò aiuta a bilanciare le pressioni locali della tubazione e a prevenire danni dovuti al colpo d'ariete. Gli ammortizzatori del colpo d'ariete sono generalmente disponibili nei tipi meccanici e idraulici. I limitatori meccanici richiedono il ripristino manuale dopo l'attivazione, mentre quelli idraulici si ripristinano automaticamente.

(3) Installazione di valvole di ritegno a chiusura lenta su tubi di grande diametro:

Le valvole di ritegno a chiusura lenta possono mitigare efficacemente il colpo d'ariete causato dall'arresto della pompa. Tuttavia, poiché l'azione della valvola consente il riflusso di una parte dell'acqua, è necessario un tubo di troppopieno nel pozzo di aspirazione. Le valvole di ritegno a chiusura lenta sono di due tipi: a peso e ad accumulo di energia. Queste valvole possono essere regolate per chiudersi entro un periodo di tempo specifico. In genere, la valvola si chiude per il 70%-80% entro 3-7 secondi dopo l'interruzione di corrente, mentre il restante 20%-30% della chiusura impiega da 10 a 30 secondi, a seconda delle condizioni della pompa e della tubazione. È importante notare che in presenza di punti elevati (dossi) nella tubazione possono verificarsi colpi d'ariete causati dalla separazione delle colonne, nel qual caso la valvola di ritegno a chiusura lenta è meno efficace.

(4) Installazione di una torre di regolazione della pressione unidirezionale:

Una torre di regolazione della pressione unidirezionale può essere costruita vicino alla stazione di pompaggio o in un punto adatto della tubazione. In quel punto il livello dell’acqua della torre dovrebbe essere inferiore alla pressione della tubazione. Quando la pressione della tubazione scende al di sotto del livello dell'acqua della torre, l'acqua viene integrata dalla torre alla tubazione per impedire la separazione della colonna d'acqua ed evitare colpi d'ariete. Tuttavia, questa misura non è molto efficace per prevenire il colpo d'ariete causato dalla chiusura delle valvole. Inoltre, la valvola unidirezionale utilizzata nella torre deve essere affidabile, poiché un guasto potrebbe portare a notevoli colpi d'ariete.

(5) Installazione di tubi di bypass (valvole) nelle stazioni di pompaggio:

In condizioni normali, la pressione sul lato di mandata della pompa è superiore a quella sul lato di aspirazione, provocando la chiusura della valvola di ritegno. Quando si verifica un'improvvisa interruzione di corrente, la pressione sul lato di scarico della pompa diminuisce bruscamente, mentre la pressione sul lato di aspirazione aumenta notevolmente. La differenza di pressione forza l'acqua transitoria ad alta pressione nella tubazione di aspirazione ad aprire la valvola di ritegno, inviando l'acqua al lato di scarico a bassa pressione. Questo processo aiuta a equalizzare la pressione su entrambi i lati della pompa, riducendo la probabilità di colpi d'ariete.

(6) Installazione di più valvole di ritegno:

Per tubazioni lunghe, l'installazione di più valvole di ritegno può dividere la tubazione in sezioni. Ogni sezione avrebbe la propria valvola di ritegno. In caso di colpo d'ariete, il flusso d'acqua viene suddiviso in sezioni più piccole poiché ciascuna valvola di ritegno si chiude in sequenza. La prevalenza più piccola in ciascuna sezione riduce l'entità del colpo d'ariete. Questo metodo è particolarmente utile per i sistemi con una grande differenza di prevalenza verticale. Tuttavia, non può eliminare il rischio di separazione della colonna d’acqua. Uno dei principali svantaggi è che durante il normale funzionamento aumenta il consumo energetico della pompa e i costi operativi.

Implementando queste strategie, è possibile ridurre efficacemente l'impatto del colpo d'ariete sul sistema di approvvigionamento idrico, garantendo sicurezza ed efficienza durante il funzionamento.

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