Prevenzione del colpo d’ariete nelle condotte tramite l’utilizzo di diversi modelli di valvole di sfogo aria.

Ciao e benvenuto a Controlling Water, uno spazio in cui parliamo di contatori d’acqua e approfondimenti interessanti sull’industria dell’acqua. In ogni episodio siamo affiancati da professionisti del settore specializzati in tutto ciò che riguarda valvole, contatori e le migliori pratiche nel settore idrico. Siamo qui con Colin Kirkland, di BERMAD Australia, uno degli ingegneri di BERMAD AU.

Ha oltre 30 anni di esperienza nel settore, lavorando su condotte che possono essere soggette a colpo d’ariete. Colin, sono davvero entusiasta di parlare con te oggi del colpo d’ariete. È un termine che sentiamo spesso. È un problema molto comune. Può avere conseguenze significative su una condotta in una vasta gamma di scenari, quindi è davvero interessante poter approfondire l’argomento oggi.

Prima di entrare in alcuni scenari, e so che anch’io ho una storia di colpo d’ariete da raccontarti, che cos’è esattamente il colpo d’ariete? Come lo descriveresti?

Il colpo d’ariete è un fenomeno che si verifica in qualsiasi condotta di approvvigionamento idrico quando si osserva un rapido aumento dell’acqua, ben oltre ciò che normalmente si avrebbe, generalmente causato da un cambiamento rapido della portata. Quindi, se si verifica una variazione improvvisa della portata, ad esempio quando qualcuno chiude una valvola molto rapidamente, tendiamo a vedere un aumento molto brusco della pressione, che poi si riflette all’interno del sistema.

Questo colpo d’ariete può viaggiare a velocità sorprendenti. Se una condotta è completamente piena d’acqua e, ad esempio, stiamo attraversando una tubazione in acciaio, può propagarsi fino a un chilometro al secondo, mille metri al secondo.

Wow.

Ma se si trattasse di una tubazione più flessibile e a pressione più bassa, come il polietilene, l’onda potrebbe viaggiare a tre o quattrocento metri al secondo, ma si tratta comunque di un’onda di pressione che si propaga molto rapidamente nella rete, causata dalla chiusura improvvisa di una valvola. Quindi, cos’è il colpo d’ariete? È una variazione rapida o un rapido aumento della pressione oltre le condizioni operative normali, generato da un cambiamento improvviso del flusso.

Così interessante. Così interessante. E inoltre, con quel cambiamento di pressione, produce anche un suono incredibile.

Può farlo, sì. È anche un po’ spaventoso.

Sì, può succedere, può succedere! Ricordo che vivevo in un condominio e abbiamo avuto il colpo d’ariete. Era un edificio molto vecchio, bellissimo, anche le tubature erano vecchie. E il colpo d’ariete si manifestava ed era così fastidioso, succedeva a qualsiasi ora del giorno e della notte, completamente imprevedibile, e pensavi che tutto fosse tranquillo e poi iniziavi a sentire il colpo e pensavi no, di nuovo no.

Sì. Quella situazione che capita spesso. Ricordo ancora mio figlio che lavorava di notte e tornava a casa, faceva la doccia di notte, spegneva la doccia e si sentiva un bang, bang, bang ogni notte, capisci? Quindi sì, succede sia in ambito domestico che, come nel tuo caso, probabilmente Sarah era qualcuno che apriva e chiudeva le valvole molto velocemente. Perché se ci pensi, molti anni fa non avevamo i rubinetti a leva. Quando andavamo al lavandino, avevamo un rubinetto che si apriva e chiudeva lentamente. Una volta avevamo rubinetti che si giravano e ci mettevano più tempo a chiudersi. Non avevamo colpi d’ariete così forti, ma oggi stiamo generando molte cose che causano cambiamenti rapidi di flusso. È proprio questo il punto. Quindi probabilmente nel tuo caso poteva essere qualcuno che accendeva e spegneva delle valvole. Oppure poteva esserci dell’aria nel sistema dell’acqua calda che si comprimeva. Potrebbero essere molte cose, ma è comune. È ovunque. Non sparirà mai, ma possiamo gestirlo e possiamo risolverlo.

Sono felice di sentirlo. Quindi, in che modo una valvola di sfogo aria in una condotta riduce gli effetti del colpo d’ariete?

Sì. Bella domanda. Anche tornando alla domanda che avevi fatto riguardo al tuo condominio, quasi ogni ingegnere idraulico cerca sempre di avere un sistema. Se c’è un approvvigionamento idrico, si vuole avere solo acqua; non vogliamo aria all’interno perché, se c’è aria in una condotta d’acqua, questa è comprimibile. Quindi, se è comprimibile e apriamo una valvola permettendo all’acqua di fluire, e poi la chiudiamo istantaneamente, si può creare un effetto rimbalzo in cui le tubazioni tremano e succede di tutto.

La stessa cosa accade in un grande edificio commerciale, in una miniera o in un impianto di irrigazione: funzionano esattamente allo stesso modo. Come entra in gioco una nuova valvola di sfogo aria? Una valvola di sfogo aria è progettata per rilasciare automaticamente qualsiasi aria intrappolata, se presente, dal prodotto o dalla condotta. Così all’interno c’è solo acqua, il che può avere un impatto significativo.

Questo è solo un aspetto. L’altro aspetto è che si possono utilizzare le valvole di sfogo aria per prevenire il colpo d’ariete. Ad esempio, se dovessi riempire la tubazione a una velocità troppo elevata, potrei generare un colpo d’ariete. Se installo una valvola anti-colpo d’ariete, posso controllare la velocità di riempimento, così l’acqua esce a una velocità controllata e si evita il colpo d’ariete.

Quindi, le valvole di sfogo aria possono essere utilizzate in molteplici applicazioni diverse in qualsiasi rete idrica per garantire che si riduca al minimo il colpo d’ariete, senza dubbio.

Tra un attimo ti chiederò dell’anti-colpo d’ariete, ma prima, hai menzionato questo tipo di vuoto dovuto alla presenza di aria in una condotta. Ci sono problemi nel rompere il vuoto?

Sì. Quindi idealmente, come dicevo prima, non vogliamo aria nella condotta. Ma in alcune condizioni, se dovessi darti l’applicazione più semplice, immagina di avere una pompa in un punto basso che spinge l’acqua su una collina e, scendendo dall’altro lato, l’acqua fluisce in un serbatoio. Se spegniamo la pompa, l’acqua che sale verso la cima della collina si ferma, ma quella in cima scorre via nel serbatoio. In quel momento si genera la separazione della colonna. È un fenomeno in cui la pressione nella tubazione scende sotto la pressione atmosferica e l’aria viene aspirata nella condotta.

Ora, quando quell’aria viene aspirata e la colonna poi si ricompone, se viene rilasciata troppo velocemente, si genera il colpo d’ariete. Questo è il problema della separazione della colonna. Possiamo quindi installare una valvola di sfogo aria che permette all’aria di entrare molto rapidamente, ma di uscire molto lentamente e in modo controllato per evitare il colpo d’ariete. Ed è proprio questo, come hai menzionato prima, che fa una valvola anti-colpo d’ariete.

Hmm. Interessante. Molto interessante. Quindi sembra che, in effetti, le valvole di sfogo aria possano effettivamente generare colpo d’ariete in alcuni casi.

Mi dispiace davvero doverlo dire… quindi sì, possono farlo, sì.

Ci sono molti software di modellazione disponibili, che gli ingegneri utilizzano per progettare le condotte e per analizzare gli aspetti legati al colpo d’ariete, e possono effettivamente simulare situazioni in cui si verifica la separazione della colonna d’acqua. Avere una valvola progettata specificamente per la separazione della colonna d’acqua, come una Fox RFP, che chiamiamo valvola di prevenzione del riempimento rapido o valvola aria anti-colpo d’ariete, come dicevo, permette all’aria di entrare molto rapidamente, ma di essere rilasciata a una velocità controllata. E sappiamo che è efficace. Oggi, inoltre, ci sono molte più informazioni su come possiamo utilizzare questi dispositivi e, se si hanno i criteri giusti, li si inserisce nel software di modellazione e si possono vedere i risultati che sono davvero molto buoni.

Quindi è sicuro ed è dimostrato oggi. 15-20 anni fa era praticamente sconosciuto. Ma oggi, con il progresso della tecnologia, è davvero un ottimo modo per utilizzare un prodotto e ridurre il colpo d’ariete, e una valvola di sfogo aria, nell’insieme, è un componente molto piccolo. Di solito rappresenta una percentuale davvero minima del costo di un’intera rete, ma può essere estremamente efficace. Alcuni pensano che non sia abbastanza costosa, ma se la si inserisce nel software e si vedono i risultati, è dimostrato.

Interessante. Interessante. E questo software sembra davvero permettere di mitigare parte del rischio e alcune delle complicazioni che possono verificarsi con il colpo d’ariete, oltre a comprendere realmente quale sarà la tua situazione vedendola simulata.

Lo stai vedendo in tempo reale, Sarah.

Quindi, quello che stai vedendo è: spegniamo la pompa tra cinque secondi, poi spegniamola tra dieci secondi, spegniamola tra venti secondi e vediamo come si comporta effettivamente l’onda di pressione. Vediamo come funzionano i componenti in quella situazione. E sì, elimina o riduce il rischio, che è la cosa fondamentale, perché simula, si spera, ciò che accadrà, purché vengano inserite le informazioni corrette. Ed è proprio questo che sappiamo fare molto bene in Bermad: aiutare gli utenti di questi prodotti a essere certi che vengano modellati correttamente, per ottenere i risultati giusti.

Così prezioso.

Sì.

Facciamo una breve pausa prima di tornare a parlare di come minimizzare il colpo d’ariete in installazioni complesse con topografie variabili.

State ascoltando Controlling Water, il podcast di Bermad. La vostra fonte principale di approfondimenti su tutto ciò che riguarda la tecnologia dell’acqua, le valvole e i contatori. Per ulteriori informazioni su qualsiasi prodotto o argomento trattato in questo episodio, oltre a una vasta gamma di risorse e articoli pensati per supportarvi come professionisti dell’acqua, visitate https://www.bermad.com.au.

Ora, torniamo allo show.

Sono consapevole che abbiamo già parlato di alcuni software di modellazione in un altro episodio dedicato al colpo d’ariete. Aggiungeremo quei dettagli alle note di questo episodio, il che è entusiasmante.

Ottimo!

Meraviglioso.

Allora, voglio proporti uno scenario, Colin: supponiamo che il tuo progetto di tubazione sia davvero complicato, oppure si trovi in una topografia ripida. Quali sono le possibili soluzioni che ti vengono in mente per minimizzare il colpo d’ariete in questa situazione?

Esattamente. Quindi ci sono molteplici soluzioni diverse, potenzialmente, Sarah. In presenza di una topografia ripida, di solito si hanno quelle che definiamo pressioni statiche elevate. Quindi, quando le pompe non sono in funzione, abbiamo comunque una pressione molto alta nella condotta, ma quando le pompe si avviano aumentiamo quella pressione per consentire il flusso dell’acqua. Alcune delle soluzioni possibili, a seconda dei risultati, potrebbero essere ciò che chiamiamo un vaso d’espansione o un serbatoio d’urto unidirezionale. Si tratta di serbatoi molto grandi di dimensioni specifiche, che contengono una membrana interna o una pressione d’aria, che aiutano ad assorbire l’onda di ritorno e garantiscono anche che non entri aria nella rete. Riempono il vuoto in caso di separazione della colonna, sono tecnologie molto valide e collaudate, costose, molto grandi, ottime soluzioni, ma in alcuni casi pratici non sono fattibili.

Ad esempio, se ci trovassimo in una grande città e avessimo una grande stazione di trasferimento e dovessimo posizionare due serbatoi da 20.000 litri accanto a una strada, non sarebbe pratico. Quindi, quali sono alcune delle altre soluzioni? Potrebbero esserci valvole di sfioro della pressione, cioè valvole di sicurezza molto, molto rapide che possono eliminare istantaneamente il picco di pressione. Oppure potremmo avere valvole di sfiato che consentono l’ingresso dell’aria e ne controllano lo scarico. O potremmo persino avere un prodotto che si applica a una pompa per evitare che la pompa si arresti troppo rapidamente; si chiama controllo pompa. In pratica, quando la pompa si avvia, lasciamo che la valvola si apra molto lentamente e gradualmente, permettendo all’acqua di riempire la rete in modo progressivo. E quando si spegne, o meglio, prima che si spenga, chiudiamo questa valvola in modo molto lento e graduale, e poi spegniamo la pompa quando il flusso è quasi a zero. Quindi esistono molte soluzioni per diverse applicazioni, per diverse qualità dell’acqua, diversi segmenti di mercato che permettono di trovare il giusto prezzo, la soluzione e la praticità più adatta al problema che può presentarsi.

Affascinante, quindi cambiamo un po’ lo scenario.

Certo.

Supponiamo che tu abbia una topografia pianeggiante. Quali soluzioni sarebbero appropriate?

Sì. Quindi ci sono due situazioni molto diverse. Prendiamo un esempio pratico di un’azienda agricola in una zona rurale molto pianeggiante, dove c’è una rete molto lunga di tubazioni che arrivano fino agli irrigatori, per esempio. Quando non si dispone di molta pressione statica, ovvero la pressione presente quando le pompe sono spente, si ha un’alta probabilità di separazione della colonna. In pratica, la pressione all’interno della tubazione scende sotto lo zero, viene aspirata aria in grandi quantità. E poi, naturalmente, quando quell’aria si trova nella tubazione, essendo comprimibile, può generare colpo d’ariete. Quindi servono prodotti che possano davvero mitigare questo fenomeno e rilasciare l’aria a una velocità controllata.

Quindi, anche se dispositivi come i serbatoi di compensazione sarebbero ideali in quella situazione, potrebbero essere così grandi e costosi che per un agricoltore che si occupa di irrigazione non sarebbe pratico acquistarli.

Giusto.

Ma se si trattasse di un’autorità idrica, potrebbero decidere: beh, no, abbiamo il terreno, abbiamo lo spazio. Potremmo decidere di farlo. Quindi dipende da ciò che è pratico per quella specifica installazione. Non è una questione di preferire l’una o l’altra soluzione, ma di scegliere ciò che è giusto per il lavoro giusto.

Decisamente. Decisamente. E sono disponibili opzioni a basso costo?

Sì.

Esiste?

Assolutamente. Le valvole di sfogo aria sono un esempio classico di questo, perché una valvola di sfogo in una tubazione di cinque chilometri può rappresentare solo un investimento di 5.000 dollari in un’infrastruttura da 10 milioni di dollari. Ma l’efficacia di quel prodotto nel funzionare realmente e controllare lo scarico dell’aria può essere sorprendente ed è dimostrata. Può essere modellata. Può essere osservata. E oggi la tecnologia che si è sviluppata per mostrare realmente questi prodotti funzionare bene ed efficacemente è comprovata. Siamo quindi molto orgogliosi di essere associati a questo tipo di prodotto, ma non si tratta solo di avere un prodotto, bensì di sapere di averlo inserito nella giusta applicazione, nella posizione corretta, e che possa essere modellato correttamente e sembrare funzionare come è stato progettato, idoneo allo scopo.

Decisamente. Sembra che valutare e comprendere davvero tutti i fattori coinvolti sia fondamentale per trovare la soluzione giusta. Vorrei quindi parlare delle valvole anti-colpo d’ariete.

Quali sono i diversi tipi di valvole dell’aria presenti nelle valvole anti-colpo d’ariete che prevengono il colpo d’ariete?

Assolutamente. In Australia, Sarah, esiste un’intera sezione che descrive le diverse funzioni. E probabilmente ci sono quattro o cinque principali tipologie di design che molti produttori adottano, ma in genere si riducono a due funzioni principali. Una di queste, comunemente nota nel settore come RFP, prevenzione del riempimento rapido, significa in sostanza: permetterò che l’aria venga scaricata a una velocità controllata e sicura, ma se si raggiunge un livello incontrollato, cioè se la velocità di uscita dalla valvola è troppo elevata e rischio di generare colpo d’ariete, allora ti rallenterò.

Giusto.

Quindi dice che è adatto allo scopo. Bene. Lascio che la valvola si riempia e questo è davvero ottimo. E permette a grandi quantità d’aria di rientrare nella tubazione, ma è sicuro. L’altra situazione che abbiamo è quella che chiamiamo una valvola aria anti-colpo d’ariete, progettata per i casi in cui si verifica un problema di colpo d’ariete. Questo avviene quando c’è separazione della colonna. È il caso in cui grandi quantità d’aria entrano rapidamente nella tubazione per prevenire il vuoto. Poi abbiamo un orifizio molto piccolo che scarica l’aria a una velocità molto, molto lenta e controllata. In questo modo si utilizza la sacca d’aria all’interno della condotta per comprimere e far riunire le due colonne d’acqua molto delicatamente.

Da qui il termine anti-colpo d’ariete.

Anti-colpo d’ariete! Esattamente, è proprio così, perché per quanto mi dispiaccia, le valvole d’aria possono generare colpo d’ariete. Ma le valvole anti-colpo d’ariete sono progettate per evitarlo.

Fantastico. Molto interessante. Quindi, se un orifizio di scarico fisso, come il tipo anti-colpo d’ariete, è il migliore, dovremmo utilizzare questo tipo di valvola dell’aria lungo tutta la condotta?

Guarda, si può fare, Sarah, in generale va bene ma non è pratico perché la maggior parte delle condotte rimane completamente piena per la maggior parte della loro vita. Vengono svuotate solo durante la manutenzione o quando si verifica un evento importante. Detto ciò, ci sono molte condotte, ad esempio le condotte di sollevamento delle acque reflue, che si avviano e si fermano 300 volte al giorno e ogni giorno riempiono e svuotano parzialmente una condotta.

Quindi, se installassimo valvole anti-colpo d’ariete in ogni posizione, dato che hanno un orifizio piccolo e limitato per lo scarico dell’aria, potrebbe volerci troppo tempo per riempire quella tubazione. Non è quindi generalmente pratico installarle in tutti gli impianti, a meno che la condotta non rimanga sempre completamente piena. In genere, consideriamo la valvola anti-colpo con orifizio fisso in posizioni strategiche dove è fondamentale: in una stazione di pompaggio, in un punto in cui si è modellata la separazione della colonna, o magari prima di una valvola principale, quando si chiude fisicamente una valvola molto grande, vogliamo solo assicurarci che la separazione della colonna si ricomponga molto lentamente. Si tratta quindi di una valvola strategica progettata per risolvere il problema del colpo d’ariete.

E sembra che, tornando all’esperienza che Bermad possiede e al software di modellazione di cui parlavamo, la possibilità di prendere decisioni strategiche su dove posizionare questo particolare tipo di valvola diventi fondamentale.

Ed è proprio questo che un software di modellazione può fare con precisione, mentre io non posso. Ho una buona sensazione su dove ciò accadrà, ma il software te lo dirà esattamente in quel punto. E a volte guardi il report e pensi che non sembri corretto, ma questi sono i fatti. Ed è per questo che a volte, quando vengono installati, le persone si chiedono e dicono: non so perché non sia stato montato qui, ma comunque, questo è ciò che faremo. Ma il software lo individua davvero.

Fantastico, interessante. Colin, grazie per essere stato con me oggi. È stata una bellissima chiacchierata sul colpo d’ariete. Ho imparato moltissimo.

È un piacere. Grazie.

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