L'idraulica, le sue leggi e le applicazioni pratiche...

[Actros 1857]

Come GIUSTAMENTE suggerito da Fede73, è inutile parlare a spron battuto di impianti di irrigazione senza cominciare dalle nozioni di base che riguardano le leggi fisiche di ciò che sta alla base di un buon impianto, ovvero l'ACQUA.
Ecco quindi un thread apposito in cui se ne può dibattere...
Pressione, portata, perdita di carico, prevalenza...insomma di tutto...
Comincio con il linkare una pagina del sito Claber che riguarda appunto quest'argomento:

http://www.claber.com/faiDaTe/go_idraulica.asp

A voi la parola...

[fede73]

Mi pare che fino ad ora siano emerse parecchie cose poco chiare, se qualcuno ha qualche dubbio sulla teoria io sono qui a disposizione, per i dubbi sulla pratica c'è già l'altro post....

cmq da qualcosa di deve pur cominciare:

Le perdite di carico.

Immaginiamo un serbatoio pieno d'acqua, la massa liquida contenuta al suo interno è dotata di un'energia potenziale. Nel momento in cui buco il serbatoio, la massa viene spinta fuori:
parte dell'energia viene usata per imprimere questo movimento, parte viene dissipata per vincere le resistenze incontrate dal fluido nel suo cammino. Sono forze che si oppongono al moto, le stesse che incontra un pneumatico che rotola sull'alsfalto o un motociclista che prende il vento contro il casco, attriti insomma...
Sono dette resistenze passive e generano le famigerate "perdite di carico" che si dividono tra
- continue
-occasionali

Le prime sono portate dall'attrito delle particelle della massa liquida stessa che "cozzano " tra loro e con le superfici della condotta che le contiene,
Le occasionali sono dovute a tutti gli ostacoli (gomiti, tee, elettrovalvole, cambi di sezione di tubo, etc).

La perdita di carico si calcola con la seguente formula

P.di. C. = q2 x k

q = portata che attraversa la tubazione in Lit/sec
k = un coefficiente ricavato sulla base del diametro in cm del tubo

....chiaro che le P.di C. sono direttamente proporzionali alla portata, e se aggiungiamo che anche la velocità è proporzioanale alla portata si ha che:


- la velocità del fluido incide in maniera quadratica sul valore delle perdite di carico ( a parità di sezione del tubo se raddoppia la velocità le perdite di carico quadruplicano)

-sarà anche fondamentale limitare la velocità per tenere sotto controllo il fenomeno dell'erosione, portato da particelle o microparticelle in sospensione all'interno del sistema, e Il colpo d'ariete che può raggiungere intensità tali da minare l'integrità dell'impianto.

Le perdite di carico accidentali sono più difficili da calcolare, solitamente si cerca di lasciare scorrere il fluido il più liberamente possibile (quindi pochi raccordi, curve, cambi di sezione di tubo).
Ovviamente non è possibile eliminare rubinetti, E/V, staffe per irrigatori... Ogniuno di questi elementi, però, è corredato di specifiche tecniche dove vengono riportati i valori di P. di C., esistono poi tabelle che definiscono le cosiddette Lunghezze equivalenti (L/D), ovvero la relazione tra la lunghezza equivalente della tubazione con il diametro dell'accessorio che provoca la perdita di carico accidentale.
Traduco con un esempio:

in tabella una valvola di non ritorno ha un rapporto L/D= 150
la monto su un tubo diametro 50 mm lungo 100metri
voglio sapere il valore L (ovvero i metri equivalenti)

L = 150 x 0,050 = 7,5 metri

la mia valvola mi creerà una P.di C. pari a 7,5 metri di tubazione in più. In pratica come se avessi un tubo non di 100 mt ma di 107,5.....

[fede73]

...è teoria, ma serve più di quanto si possa pensare.

[TN70A]

parlare di colpo d'ariete per impianti d'irrigazione mi sembra eccessivo: il colpo d'ariete diventa significativo solo in condotte di grande diametro e in cui le velocità sono elevate (caso tipico quello delle condotte di adduzione alle turbine degli impianti idroelettrici, che hanno andamento quasi verticale, sono di grande diametro e sono corte per ridurre le perdite di carico idraulico, e in cui transitano portate significative); per condotte in plastica (quindi molto più deformabili dell'acciaio), ad andamento sub-orizzontale, con basse velocità in transito e con valvole di chiusura che difficilmente interromperanno il flusso in pochi msec, il colpo d'ariete è l'ultimo dei problemi che potrebbero verificarsi.

[Actros 1857]

Ne sei proprio sicuro? Vieni a casa mia a vedere come rimbalzano le tubature quando le EV (Claber, quindi niente di professionale) interrompono il flusso della pompa...se non è colpo d'ariete quello...pensa che rimbalzano (molto meno) anche con la semplice acqua dalla linea dell'acquedotto (a valle del riduttore).
Anche Wikipedia sembra "smontare" la tua tesi

http://it.wikipedia.org/wiki/Colpo_d%27ariete

ciao

[TN70A]

nella voce di wikipedia c'è un errore: lo studio del colpo d'ariete è uno dei pochi casi in idraulica in cui si rimuovono le ipotesi di indeformabilità della condotta e di incompressibilità del liquido (che permettono di assorbire una parte, seppur minima, dell'energia della colonna di fluido ancora in moto); viene citato anche l'esempio domestico del colpo d'ariete, ma dalle vibrazioni del tubo a parlare di pericolosità del colpo d'ariete per condotte di quei diametri ce ne vuole. infatti in casa credo nessuno possa apprezzare la periodicità del fenomeno o osservare fenomeni di cavitazione, in quanto l'attrito con le pareti del tubo smorza le sovrappressioni dopo brevissimo tempo.comunque per una spiegazione più esauriente e rigorosa c'è il cap. 16 del Marchi Rubatta, Meccanica dei Fluidi

[Actros 1857]

Su quel libro ci ho studiato pure io se un bel po' di anni fa.
Il fatto che tu ritenga il colpo d'ariete ininfluente presuppone che tu abbia fatto studi in tal senso, tai per cui lo esludi totalmente nel dimensionamento dell'impianto.
Altro esempio pratico...ho una pompa Sanitrit (se cercate con google capirete di cosa sto parlando) per espellere le acque di scarico della lavanderia in taverna. Ebbene, per attutire il colpo d'ariete è stato messo un manicotto in gomma all'uscita di questa pompa a valle della valvola di non ritorno...ebbene, quando vieni a vedere i tubi dell'impianto di irrigazione, ti faccio vedere pure questo come si gonfia quando si ferma la pompa...ricordati che non fa danni solo nelle condotte delle centrali idroelettriche, ne fa anche in altri contesti...
ciao

[fede73]

... peccato che le elettrovalvole abbiano meccanismi di chiusura lenta proprio per minimizzare i danni da colpo d'ariete.
A maggior ragione con tubi dal diametro minore che porta all'aumento della velocità dell'acqua.
Forse non hai mai montato impianti o non hai mai letto pubblicazioni sull'idraulica applicata all'irrigazione... provare per credere

[TN70A]

a questo punto sono proprio curioso di sapere come può essere valutato il colpo d'ariete in una condotta di un impianto di irrigazione.... ammesso che sia valida la formula di Joukowksi, a meno di non predisporre casse di espansione nell'impianto, a che ascissa si considera dissipata la sovrappressione dovuta al colpo d'ariete? soprattutto, come si valuta la celerità dell'onda e il tempo di chiusura (se la manovra è lenta o brusca)?
considerare il colpo d'ariete in un impianto vuol dire integrare equazioni iperboliche (navier-stokes + eulero + continuità) proiettate lungo la direzione del moto; quand'anche si riuscisse a integrarle, e si trovasse l'equazione dell'onda soluzione del sistema, si dovrebbe comunque analizzare l'effetto smorzante delle perdite di carico sull'onda stessa (e tutto questo è riferito al caso semplice in cui esista un punto a p=0, che permetta di assumere una lunghezza certa del tratto di condotta interessata dal fenomeno).

[Actros 1857]

Capisco che TEORICAMENTE sei molto preparato, ma a quanto pare PRATICAMENTE lo sembri molto meno.
Nessuno ha parlato di QUANTIFICARE il fenomeno in numeri tramite formule strane e a volte pure complicate. Qui si sta dicendo che il FENOMENO del colpo d'ariete va tenuto in considerazione e va fatto il possibile per attutirne gli effetti tramite, ad esempio, elettrovalvole a chiusura lenta come giustamente citato da Fede73.
Detto questo ti ringrazio per aver citato alcune formule che da tanto tempo non rimembravo...
ciao

[fede73]

il mio lavoro non è preoccuparmi di quantificare un fenomeno in linea teorica, ma sapre che esiste e sapere come minimizzarne gli effetti.
... al contrario farei il ricercatore e non l'installatore.
Visto che questo è un post dove si vorrebbero affrontare elementi di idraulica di base, per di più applicata ai casi pratici, trovo le tue considerazioni mere speculazioni dialettiche.
Se l'argomento ti è caro puoi aprire un post di idraulica avanzata, non è un argomento che conosco, ma è sicuramente interessante...

[TN70A]

è vero, di pratica ne so poco, ma visto che in questa discussione si parla anche delle leggi dell'idraulica, su cui sono un po' più ferrato (argomento d'esame della sessione scorsa), ho pensato di intervenire..
che tra la meccanica dei fluidi e l'idraulica pratica ci siano pochi punti di contatto è cosa risaputa (tant'è che si studiano equazioni abbastanza difficili, ma si progetta il più delle volte usando formule al più quadratiche), ciò non toglie che in alcuni casi la teoria può venire in aiuto alle applicazioni pratiche, e un caso è proprio quello del colpo d'ariete, che con formule empiriche è difficilmente calcolabile, soprattutto per condotte in plastica di piccolo diametro (vi si può adattare la formula DELTAp= rho*c^2*v^2, ma non si saprebbe poi quale valore di c usare - a meno di non voler sovradimensionare fortemente il tutto e adottare c=1450 m/s); per quanto riguarda poi la chiusura lenta o veloce, come ben sapete il discriminante è dato dal tempo di chiusura Tc= 2L/c, e in questo caso c è quello effettivo, dato da c^2 = c0^2/(1+(rho/A)*(dA/dp)).
non vorrei sembrare pedante, ma tener in conto il colpo d'ariete nella progettazione di un impianto e non quantificarne gli effetti (almeno nell'ordine di grandezza) che significa?

[fede73]

vuol dire usare e/v con chiusura lenta, vuol dire non variare i diametri dei tubi della linea, vuol dire dimensionare correttamente i tubi in base alla pressione/portata a disposizione (sia come diametro sia per la sovrapressione), usare meno manicotti, curve possibili (in quanto punti di fragilità sulla linea)...

non vorrei essere pedante, ma tenere conto delle formule quì e sul campo è quanto meno inutile.
Il colpo d'ariete è un fenomeno, so che c'è, cerco di minimizzarne gli effetti. E questo mi basta.

Invece potrebbe essere molto più utile ci dicessi qualche cosa sui fluidi applicati all'idraulica pratica.

[TN70A]

l'idraulica pratica si regge su poche formule: teorema di bernoulli, per la definizione di carico idraulico h=z + p/rho + v^2/2g; formula di chezy per il calcolo del moto uniforme a superficie libera Q= A(h)*Chi(h)*radq(R(h)*i), in questo caso h indica il tirante idrico (l'altezza dell'acqua nella sezione); formula di marchetti per il calcolo delle perdite di carico in lunghe condotte DeltaH= gamma(D)*Q^2*L; nella progettazione di condotte in pressione è buona norma costruttiva tenere la piezometrica vicina al suolo, predisporre sfiati, controllare che non si verifichi il moto a canaletta, etc, ma queste sono cose che già sapete

[Actros 1857]

Caro TN70A, come già detto ti ringrazio molto per le formule che posti, ma capirai bene che questo non è un forum di studenti universitari, quindi direi di tenere la discussione più a livello "basilare", rischieremmo altrimenti di annoiare chi già alla parla "colpo d'ariete" pensa di trovarsi la porta del garage sfondata...
L'intento di questo thread è di dare un "infarinatura" (sarebbe meglio dire innaffiatura...) generale a chi si trova a dimensionare un impianto di irrigazione.
Spero tu possa adeguarti ai "comuni mortali" che sanno solo che girando una manovella dell'altra parte del tubo per uno strano fenomeno esce dell'acqua....
Ciao

[arturin]

scusate se intervengo ma nai vostri post avete ragione tutti e due:ù

il colpo d'ariete si genera ogni qualvolta si effettua una interruzione brusca del fluido. indipendentemente dai diametri cmq si generano onde di sovrapressione/depressione.
la differenza sta nell'entita del colpo d'ariete cioè nelle tubazioni di un certo diametro e portate rilevanti a causa delle ingenti forze di depressione lo spessore del tubo nn riesce a attutire le sollecitazioni, mentre nei piccoli tubi che ordinariamente hanno un pressione nominale di 16 atm lo spessore riesce benissimo e resistere al colpo d'ariete, quello che provoca sono delle vibrazioni e influisce molto sui giunti sollecitandoli a fatica.

quindi il colpo d'ariete c'è anche per tubi da 3/8 o più piccoli, per evitare il colpo d'ariete negli impianti a pressione con una pompa si usa una valvola di clapè (camera di espansione). per evitare il colpo d'ariete è fondamentale la celerità di chiusura delle saracinesche valvole etcc.

quindi secondo me è corretto prevenire il colpo d'ariete anche in piccoli impianti

saluti a tutti

[fede73]

La pressione questa sconosciuta:


Per la misura della pressione idrostatica le unità di misura comunemente usate sono:

Kg/ cm2
Atm (atmosfera )
Bar
m.c.a. (metro colonna d'acqua)

Per semplificare al massimo consideriamo che 1 atmosfera = 10 m.c.a. = 1 Bar = 1 Kg/cm2


La pressione è definibile come la forza che agisce perpendicolarmente rispetto a una certa superficie.
Sapendo che la forza è : F = p x S (pressione x superficie)

che la forza si esprime in Kg e la superficie in m²....

otteniamo che p= F/S espressa in Kg/m²

la pressione è la forza che agisce sull'unità di superficie.

In un liquido (per noi acqua) la forza è il peso (peso specifico x volume ) che agisce in un qualsiasi piano.
Quindi : F = V x Ps (forza = volume x peso specifico)

Mettendo insieme le due formule otteniamo:

p= V x Ps /S

pressione = Volume x peso specifico / Superficie

il rapporto V/S (volume su superficie di base) della colonna liquida non è altro che la sua altezza espressa in metri.

Cioè:

V= Sb x h (Volume = sup. di base per altezza) e quindi h = V/Sb ....

.... e p = Ps x V/S = Ps x h
La pressione idrostatica che agisce sul piano è direttamente proporzionale alla distanza verticale che lo separa dal pelo libero dell'acqua.

La pressione idrostatica dipende solo dalla distanza h (profondità del piano rispetto al pelo libero) e dal peso specifico del liquido, non dipende assolutamente dalle dimensioni del piano stesso.


Ad esempio se abbiamo un recipiente cubico di un metro di lato il suo volume sarà pari a 1 metro cubo.
Se riempito d'acqua conterrà 1000 litri che graveranno sulla base con una pressione di 1000Kg/m2 o 0,1Kg/cm2 o 1 m.c.a (metro colonna d'acqua)

Se alimentiamo il cubo tramite un tubo con sezione interna A= 1cm2 che si innalza per 100 metri.

Se riempiamo il recipiente e il tubo d'acqua serviranno 1000 litri + 10 litri per il tubo (1 cm2 x 100 metri) come si comporta la pressione idrostatica?
.... la colonna d'acqua che grava sul sul fondo ora è 101 metri e la pressione passa da 1 m.c.a. A 101(!!!) m.c.a.

Una minima aggiunta di liquido è stata sufficiente a far aumentare a dismisura la pressione idrostatica nel recipiente.

Quindi in un punto interno di una massa liquida a riposo soggetta alla pura forza di gravità, rileviamo una certa pressione che:

- è proporzionale al peso specifico del liquido
- cresce proporzionalmente alla profondità, restando uguale in tutti i punti giacenti sullo stesso piano orizzontale
- non dipende ne dalla forma ne dalla dimensione del recipiente che contiene il liquido.