Prevenzione del colpo d’ariete nelle stazioni di pompaggio.

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

Con oltre 30 anni di esperienza nel settore, oggi Colin è con noi per parlare ancora di colpo d’ariete. Questa volta discuteremo della prevenzione del colpo d’ariete nelle stazioni di pompaggio. Bentornato Colin. È sempre un piacere averti qui.

Bene essere qui. Grazie.

Sono certo che questa sia una domanda piuttosto lunga, ma puoi innanzitutto spiegare perché si verifica il colpo d’ariete, soprattutto in una stazione di pompaggio?

Sì. Bene, negli episodi precedenti abbiamo effettivamente discusso di cosa sia il colpo d’ariete e, naturalmente, si tratta di un rapido aumento di pressione generato da un cambiamento molto improvviso della portata. Questo è ciò che una stazione di pompaggio fa ogni giorno. Quindi, se vediamo, abbiamo molte stazioni di pompaggio in cui le pompe possono avviarsi e funzionare per giorni e settimane di seguito, oppure possiamo avere pompe che si avviano 20, 30, 40 volte al giorno.

L’effetto netto è che, in una stazione di pompaggio, quando si avvia una pompa si genera un cambiamento di portata. Quando si spegne quella pompa, si genera un rapido cambiamento di portata. Quindi queste condizioni, con avviamento controllato e arresto controllato, si verificano, che lo si voglia o meno. Dipende da come si controlla questo processo per determinare i risultati finali.

Quindi le stazioni di pompaggio sono probabilmente tra i maggiori responsabili della generazione di colpo d’ariete in tutti i settori, che si tratti di estrazione mineraria, acqua, irrigazione o altro. La cosa fondamentale qui è davvero comprendere cos’è la progettazione di una stazione di pompaggio e farla funzionare efficacemente nelle condizioni operative normali, ma anche in condizioni non controllate.

In altre parole, in caso di interruzione di corrente o in condizioni non controllate. Quindi le stazioni di pompaggio sono sicuramente i principali responsabili del colpo d’ariete che abbia mai incontrato in tanti anni.

Quindi, come fanno di solito i progettisti a minimizzare questa condizione?

Va bene. Quindi, se stessimo progettando una stazione di pompaggio, pensando alle pompe tipiche, potremmo avere un motore elettrico, un giunto di accoppiamento e una pompa. E quando vengono progettate queste pompe, generalmente si progetta una pompa in grado di produrre abbastanza portata ed energia per trasferire l’acqua ovunque sia necessario. E la maggior parte delle persone, quando assembla questo gruppo pompa e considera un motore elettrico, prende anche in considerazione diversi modi per poter avviare e arrestare quel motore.

Esistono quindi molti processi che sono in uso da molto, molto tempo. C’è quello che chiamiamo DOL, cioè avviamento diretto alla linea, che sostanzialmente significa che quando qualcuno preme il pulsante di avvio, la pompa parte immediatamente e si mette in funzione, e quando si ferma, si arresta istantaneamente. Nessun controllo, pessimo per il colpo d’ariete.

Poi ci sono dispositivi come gli avviatori stella-triangolo. L’avviatore stella-triangolo è una configurazione a stadi che consente un avviamento controllato e graduale. Di solito anche la fase di arresto è molto scarsa. Ma oggi sono stati fatti molti progressi su come controllare l’avviamento delle pompe. Esistono molti dispositivi chiamati soft starter o inverter, o vengono chiamati semplicemente drive. Questi sono prodotti elettrici che permettono al motore di avviarsi con una rampa lenta e controllata.

Allo stesso modo, quando si tratta di arrestare la pompa, consentono di rallentare gradualmente. Ora, ciò che la maggior parte delle persone osserva è che, quando progetta una stazione di pompaggio, generalmente non considera il colpo d’ariete. Questo è un aspetto secondario. Quello che vogliono è che la pompa sia il più efficiente possibile. E sanno che, se avviano la pompa molto rapidamente, assorbe molta potenza. Quindi serve il 30% di potenza in più per avviare la pompa. Ma se lo fanno con un drive e la fanno partire in modo dolce e graduale, non serve così tanta potenza. Quindi il motore può essere più piccolo, l’infrastruttura è più ridotta ed è più efficiente; insomma, ci sono molte situazioni vantaggiose per avviare e arrestare questi motori in modo efficace.

Quello che noi osserviamo sempre, dal punto di vista del colpo d’ariete, è: come viene avviata e arrestata la pompa? E possiamo vedere quali sono gli effetti netti su quanto bene questo influirà sul colpo d’ariete, ma generalmente non viene considerato da questo punto di vista. Si guarda solo a far funzionare il sistema e a farlo funzionare in modo efficiente.

Oggi, quindi, la maggior parte dei progettisti, quando progetta una stazione di pompaggio, incorpora una delle procedure di avviamento per queste pompe, che sia un drive, un soft starter o un DOL. La cosa fondamentale, dal punto di vista del colpo d’ariete, è che vogliamo qualcosa che avvii e arresti gradualmente, in modo dolce per il sistema. Alcuni di questi sistemi possono aiutare nella prevenzione del colpo d’ariete, ma sicuramente non tutti.

Bene a sapersi. Bene a sapersi. Colin, vorrei soffermarmi su qualcosa che hai detto prima. Hai menzionato che in molti casi la progettazione può essere in grado di minimizzare il colpo d’ariete.

Sì.

Immagino però che ci siano delle condizioni in cui questa modifica progettuale potrebbe non funzionare effettivamente. Quali sono alcune di queste condizioni?

Va bene. Se parliamo di quei dispositivi di avviamento di base di cui abbiamo discusso – avviamento diretto, velocità di avviamento molto rapida, arresto veloce, non ha praticamente alcun effetto sul colpo d’ariete.

Giusto.

I motor avviatori diretti stella-triangolo hanno un effetto minimo perché l’aumento dei giri delle pompe è leggermente graduale, il che non è troppo negativo, ma gli avviatori soft start possono avere un effetto davvero positivo.

Quindi un soft start o un inverter può aumentare gradualmente la velocità e introdurre portata e pressione nella condotta in modo progressivo, il che è un aspetto positivo. Tuttavia, il concetto generale a cui pensa l’operatore è: se dovessi aumentare la velocità di quella pompa in 60 secondi, si presume che la portata aumenterà gradualmente durante quei 60 secondi, ma non è sempre così.

Quando una pompa inizia ad aumentare la propria velocità, inizia a sviluppare pressione. Ora, la portata inizia a muoversi solo una volta superata la prevalenza statica. Per semplificare, immagina di pompare su una collina distante un chilometro e alta 50 metri. Finché la pompa non genera 51 metri di energia, non ha ancora superato tutta l’energia statica contro cui sta lavorando e l’acqua non inizia a fluire.

Ora, se la pompa aumenta la velocità in 60 secondi, ma ci mette 50 secondi per arrivare a 51 metri, non ha trasferito alcuna portata, ha solo aumentato la velocità senza fare nulla. E all’improvviso, bang, si apre. Quindi in realtà ho avuto solo cinque secondi di trasferimento, il che è praticamente inutile.

Sì.

Quindi, per rispondere alla tua domanda, se il battente statico di cui stiamo parlando, cioè quei 15 metri di battente, è molto vicino al battente di esercizio, diciamo 60 metri, è improbabile che abbia un buon effetto sul colpo d’ariete, perché non farà aumentare gradualmente il flusso. E, cosa ancora più importante, non farà nemmeno diminuire gradualmente il flusso.

Non appena inizi a ridurlo dopo 10 secondi, interromperà il flusso istantaneamente. Quindi, in sintesi, se il battente statico è molto vicino al battente di esercizio, è davvero inefficace contro il colpo d’ariete e il drive non farà praticamente nulla, se non nulla del tutto.

Bene a sapersi. Quindi, in questa condizione in cui le pressioni sono molto simili, cosa si può fare per ottenere lo stesso risultato? Sono certo che, nel corso degli anni e grazie alla tua esperienza, tu abbia forse trovato alcune soluzioni.

Sì Sarah, certo. Abbiamo un’ottima soluzione chiamata valvola di controllo pompa Bermad modello 740. Esiste da quando sono nell’organizzazione ed è diventata un vero punto di riferimento, un prodotto che ha funzionato in modo affidabile per moltissimi anni.

Quello che fa effettivamente questo prodotto è che, indipendentemente dalla velocità di accelerazione della pompa, ciò che vogliamo ottenere è un aumento graduale della portata mentre pompiamo in salita. La valvola di controllo pompa, ovvero la Bermad modello 740, è una valvola a solenoide. In pratica, quando avvio la pompa, attivo il solenoide e, una volta che si sviluppa abbastanza pressione, la valvola si apre a una velocità molto lenta e controllata, facendo sì che meno acqua salga nella condotta. È esattamente come se un operatore avesse una valvola a saracinesca e decidesse di iniziare con la valvola chiusa; quando avvia la pompa, l’operatore apre la valvola a saracinesca molto lentamente, introducendo l’acqua nella condotta in modo graduale. Questo è ideale per l’avviamento della pompa e la valvola Bermad lo fa in modo eccellente, semplice e affidabile.

È molto importante sottolineare che la maggior parte dei colpi d’ariete si verifica quando si spegne la pompa. Se fossi un operatore e mi dicessero di spegnere la pompa in sicurezza, terrei la pompa in funzione e chiuderei lentamente la valvola a saracinesca in uno o due minuti. Ridurrei la portata, ridurrei la portata, ridurrei la portata. Una volta che la portata è scesa al 10% di quella prevista, spegnerei la pompa: così la variazione di flusso è minima e non si verifica alcun colpo d’ariete. Anche la valvola Bermad fa proprio questo.

Quindi, quando arriva il segnale di arresto della pompa, la pompa continua a funzionare, ma la valvola viene disattivata e la valvola dice: “Mi chiuderò lentamente a una velocità lineare controllata” e, una volta raggiunta la chiusura al 90%, un microinterruttore segnala di spegnere la pompa. Lo fa automaticamente.

Mi piace.

Quindi si tratta di una valvola dall’aspetto davvero semplice, che in realtà è estremamente efficace nel garantire un aumento graduale del flusso, una diminuzione graduale del flusso, indipendentemente dal progetto. Pertanto, in applicazioni come il pompaggio e gli edifici a molti piani, o nelle miniere che trasferiscono grandi distanze, o nell’approvvigionamento idrico, o nell’irrigazione, il controllo della pompa è uno strumento davvero efficace.

E, l’effetto netto, poiché si tratta di una valvola idraulica a doppia camera, è anche una valvola di non ritorno. Questo perché ogni pompa di solito è dotata di una valvola di non ritorno per garantire che, quando spegniamo la pompa, non ci sia flusso inverso. Questa funzione è anche incorporata nella funzione a doppia camera della nostra valvola. Quindi è una valvola ad apertura lenta, chiusura lenta e valvola di non ritorno, tutto in un’unica funzione.

Wow. Facciamo una breve pausa.

Stai ascoltando Controlling Water, il podcast di Bermad. La tua fonte principale di approfondimenti su tutto ciò che riguarda la tecnologia dell’acqua, le valvole e i misuratori. Per ulteriori informazioni su qualsiasi prodotto o argomento trattato in questo episodio, oltre a un’ampia gamma di risorse e articoli pensati per supportarti come professionista dell’acqua, visita https://www.bermad.com.au.

Ora, torniamo allo show.

Colin, da quello che so la maggior parte delle stazioni di pompaggio ha sempre una valvola di non ritorno sull’uscita della pompa. Questo significa che si può rimuovere la valvola di ritegno esistente?

Sì. È una domanda importante, Sarah, perché non è consigliabile avere valvole di ritegno in serie. Poiché la nostra valvola di controllo pompa è già una valvola di non ritorno, di fatto si inserisce un prodotto secondario senza alcun reale vantaggio.

Il problema può essere che, se le valvole di ritegno si chiudono a velocità diverse, si può effettivamente creare un accumulo di pressione tra le due durante la chiusura, il che può generare rimbalzi e problemi di colpo d’ariete, che non sono desiderabili.

Quindi, per rispondere alla tua domanda, non ci piace utilizzare una seconda valvola di ritegno quando usiamo la valvola di controllo pompa, perché già svolge quella funzione. È meglio eliminarla. È una cosa in meno di cui preoccuparsi in termini di perdita di carico, manutenzione, eccetera.

Sembra ottimo. E la valvola può svolgere altre funzioni oltre a quelle di semplice apertura/chiusura e di non ritorno?

Sì, quindi la valvola è una valvola di controllo azionata a diaframma. Il suo funzionamento consiste nell’applicare acqua alla camera superiore della valvola, che la fa chiudere, e nel toglierla per farla aprire; possiamo integrare molte funzioni aggiuntive tutte in un unico dispositivo.

Per fare un paio di esempi, supponiamo che la pompa sia in funzione e stia alimentando una rete di distribuzione idrica, e che si verifichi un incendio. In questa situazione, molti camion dei vigili del fuoco prelevano ulteriore acqua dalla condotta principale. Ora, se si preleva troppa acqua dalla condotta e la pompa arriva al termine della sua curva o della sua capacità, più acqua si pompa, più energia assorbe il motore. Se si raggiunge un livello critico e si continua a voler prelevare sempre più portata, si assorbe sempre più energia. E una volta superato il limite, il motore scatterà e si spegnerà. Questo è catastrofico in caso di incendio perché improvvisamente non ci sarebbe più pressione dell’acqua.

In molti casi possiamo fornire quella che chiamiamo una funzione di controllo della portata. Se sappiamo, ad esempio, che la portata critica di questa pompa è di 100 litri al secondo, le permetteremo di funzionare fino a quel valore. Ma se la richiesta sul campo inizia a superare la capacità della pompa, garantirò che la pompa non si spenga, ed è questa la funzione di controllo della portata.

A volte, a seconda della curva della pompa, se è una curva ripida o piatta, possiamo anche utilizzare una funzione di mantenimento della pressione che ha un effetto in parte simile al controllo della portata e mantiene la pompa sulla curva, perché è davvero importante assicurarsi che la pompa lavori sempre in modo efficiente e non entri in una zona di cavitazione. Se una valvola va in cavitazione, può subire guasti prematuri e un’usura significativa anche all’interno della pompa.

Quindi, aggiungendo queste funzioni aggiuntive, possiamo anche limitarlo. Potrebbe esserci anche una funzione in cui si fornisce acqua a un serbatoio di distribuzione e magari si decide di interrompere parte di quella fornitura per alimentare un altro serbatoio più piccolo. Improvvisamente, ora sto gestendo metà della portata e la pressione è salita troppo – è un problema. Potremmo quindi integrare una funzione di riduzione della pressione. Possiamo aggiungere queste funzioni aggiuntive al momento dell’installazione o successivamente. In sintesi, è molto versatile. Quindi, fondamentalmente, le cose principali sono che è una valvola di non ritorno, previene il colpo d’ariete grazie all’apertura e chiusura lenta, e può svolgere funzioni di controllo, mantenimento o riduzione della portata e della pressione, se necessario. In pratica, è come un coltellino svizzero con tutti i suoi piccoli strumenti.

Sembra proprio così. Mi piace.

Quindi, se qualcuno sta valutando l’utilizzo di una valvola di controllo pompa, questo genera una perdita di carico aggiuntiva alla stazione di pompaggio? Eh, parto dal presupposto che l’efficienza di pompaggio sia fondamentale in qualsiasi progetto.

Assolutamente. Sì, completamente Sarah. Quindi sappiamo che quando si progetta una pompa e si analizza una rete, ciò che si cerca di fare è ottenere una pompa davvero efficiente, che utilizzi poca energia, così da mantenere tutto abbastanza efficiente ed ecologico. Se inserisco qualcosa nel percorso del flusso che genera una perdita di carico elevata, improvvisamente questo significa che avrò bisogno di una pompa e di un motore più grandi, il che non è efficiente.

Quindi tendiamo sempre a progettare la valvola in modo che si adatti al tubo di scarico del corpo pompa, ma assicuriamo che la perdita di carico sia praticamente impercettibile. Il design Bermad a Y è estremamente efficiente nel produrre una bassa perdita di carico. È assolutamente pensato per un’applicazione di controllo pompa, per garantire che non ci sia praticamente alcuna, o pochissima, perdita di carico.

Sembra quindi che la valvola di controllo pompa sia una soluzione flessibile ed efficiente in grado di ridurre l’effetto del colpo d’ariete durante ogni avviamento della pompa. Cosa succede in caso di interruzione di corrente alla stazione di pompaggio?

Va bene. Va bene. Quindi, ehm, quello che abbiamo spiegato è ciò che la valvola può effettivamente fare, o ciò che il processo può fare, in condizioni normali e controllate. Se manca la corrente, tutto si spegne, la valvola si chiude e non vuoi sapere cosa succede dopo. Ora stiamo parlando del colpo d’ariete in condizioni non controllate. Forse questo è un argomento per il prossimo podcast. Che ne pensi, Sarah?

Sembra che possa essere Colin.

Bene, questo conclude l’episodio di questa settimana sulla prevenzione del colpo d’ariete nelle stazioni di pompaggio, i controlli delle valvole e le soluzioni progettate per ridurre al minimo il colpo d’ariete.

Grazie per averci seguito e ci vediamo al prossimo episodio. Per ulteriori approfondimenti sul settore idrico, inclusi prodotti, consigli, installazioni, funzionamento e tecniche di manutenzione, visita https://www.bermad.com.au e iscriviti alla nostra newsletter di settore. Ti unirai a oltre 3000 professionisti del settore e potrai apprendere dall’esperienza del team Bermad di specialisti del settore.

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