Prevenzione del colpo d’ariete nelle stazioni di pompaggio in caso di interruzione dell’alimentazione elettrica.

Ciao e benvenuto a Controlling Water, uno spazio in cui parliamo di valvole, misuratori d’acqua e approfondimenti interessanti sul settore idrico. 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 Australia, responsabile di prodotto delle valvole di sfiato aria in Australia.

Con oltre 30 anni di esperienza nel settore, oggi Colin è con noi per parlare della prevenzione del colpo d’ariete nelle stazioni di pompaggio in caso di interruzione dell’alimentazione elettrica. In precedenza abbiamo parlato dei metodi per controllare il colpo d’ariete durante le normali fasi di avvio e arresto delle pompe, e di alcune delle soluzioni efficienti disponibili.

Nell’episodio di oggi approfondiremo cosa succede in caso di interruzione di corrente in una stazione di pompaggio e quali sono le conseguenze. Colin, sei un esperto in questo campo. Potresti approfondire come si presenta un’interruzione di corrente e quali potrebbero essere le conseguenze?

Negli episodi precedenti, Sarah, abbiamo parlato di come minimizzare il colpo d’ariete nelle stazioni di pompaggio utilizzando valvole motorizzate che si aprono e si chiudono lentamente per evitarlo.

Il grande problema in caso di interruzione di corrente in una stazione di pompaggio è che, se pensiamo alle tipiche stazioni di pompaggio, queste vengono utilizzate per l’approvvigionamento idrico, l’irrigazione, l’estrazione mineraria negli edifici, e tutte svolgono un ruolo fondamentale. E tutta l’ingegneria dietro la stazione di pompaggio, la condotta e tutto il resto, deve essere sicura e adatta allo scopo in tutte le condizioni operative. Questo vale sia per l’avviamento e l’arresto normale della pompa, sia in caso di guasto elettrico o di arresto improvviso. L’effetto netto è che, se non c’è controllo quando la pompa si ferma improvvisamente, l’acqua che stava pompando in salita o nell’edificio ha accumulato molta energia. E quando ci si ferma all’istante, quell’energia torna rapidamente verso la stazione di pompaggio e genera un forte colpo d’ariete.

Voglio condividere una storia vera di molti anni fa, quando fui chiamato a recarmi in una stazione di pompaggio nel Nuovo Galles del Sud dove si verificava un grave colpo d’ariete. Gli operatori mi portarono all’interno dell’edificio della stazione di pompaggio e mi spiegarono dove si trovava il problema, poi mi chiesero: “Colin, prima di mostrarti il colpo d’ariete, possiamo spostarci un attimo di lato?”

Io risposi di sì. Così spensero la pompa e si verificò un colpo d’ariete notevole, che provocò molto rumore. Chiesi loro perché mi avessero chiesto di spostarmi e mi dissero che, in passato, il colpo d’ariete era stato così violento che, quando la valvola di ritegno si chiuse, uno dei bracci della valvola si staccò e attraversò la parete posteriore dell’edificio proprio dove mi trovavo io.

Questa era una situazione reale. Quindi non si tratta solo di proteggere l’impianto, la stazione di pompaggio e tutto il resto, ma questo è stato un evento raro che avrebbe potuto avere conseguenze terribili. Sono stato davvero contento che mi abbiano chiesto di spostarmi da un lato.

Sì, assolutamente.

Dunque, seriamente, può essere davvero spaventoso se ti trovi in una stazione di pompaggio molto grande e succede una cosa del genere, perché è accompagnata da molto rumore. La condotta e le stazioni di pompaggio sono soggette a una pressione eccessiva, che può spostare le pompe dalle loro basi, sollecitare la tubazione e tutti i componenti. Quindi, quando si progetta qualcosa di simile, bisogna considerare cosa succede in caso di interruzione dell’alimentazione elettrica.

Se questo significa che la pressione raddoppierà o triplicherà, allora devo dimensionare tutti i componenti e la tubazione con un margine di sicurezza molto più elevato. E di solito non è molto pratico. Quindi molti progettisti e ingegneri si chiedono: bene, cosa facciamo in caso di mancanza di corrente? E quali sono le azioni da intraprendere per garantire la sicurezza?

Quindi, quali sono gli effetti netti se l’alimentazione elettrica viene a mancare? Immagino che questa sia una delle principali preoccupazioni per la maggior parte delle stazioni di pompaggio.

Sì, lo è. Quindi la cosa fondamentale qui è che, in caso di improvvisa interruzione di corrente, si verificheranno aumenti improvvisi di pressione, colpo d’ariete e rumore. E ogni pompa avrà quella che definiamo la propria inerzia, il che significa che quando la pompa si ferma a causa di un blackout, non si fermerà istantaneamente. Potrebbe continuare a ruotare per un breve periodo. Quindi si ottiene una sorta di riduzione graduale, a seconda del design della pompa.

Ma il punto è che qui sperimenteremo il colpo d’ariete e dobbiamo assicurarci di progettare il sistema in modo adeguato allo scopo. Tipicamente, lo stress che questo comporta per tutto l’impianto è al livello più alto. Quindi l’ingegneria deve essere eseguita molto bene e con precisione, così da poter pianificare davvero cosa fare in seguito.

Certo. Colin, quali sono secondo te alcuni degli aspetti che un progettista dovrebbe considerare per contribuire a mitigare le conseguenze che si verificano in caso di un evento così raro?

È davvero una domanda molto interessante, Sarah, perché riguarda tutto la pianificazione. In Bermad, abbiamo un software specifico in cui possiamo inserire molte delle caratteristiche di progettazione delle condotte e delle stazioni di pompaggio. Possiamo effettivamente pianificare questo aspetto modellando quali saranno gli effetti. Così possiamo vedere che, se fermiamo la pompa dopo cinque secondi, ci aspettiamo questo risultato. Se la fermiamo dopo 4, 3, 2 secondi, vedremo quali saranno i risultati.

Quindi il miglior consiglio che posso dare a tutti è di ottenere dei buoni report e delle buone analisi su ciò che si sa che accadrà. Oggi, la maggior parte dei software ha davvero molti anni di esperienza. Abbiamo software limitati che ci forniscono un’istantanea molto, molto precisa. E vorrei sottolineare che ciò che forniamo in BERMAD AU non è un’analisi completa del colpo d’ariete, ma è un’istantanea molto buona e abbastanza accurata di ciò che pensiamo di vedere. Quindi il miglior consiglio è di ottenere buone informazioni prima che questo accada, così possiamo pianificare i prodotti giusti.

Quindi, sembra che sia qualcosa che Bermad fornisce agli utenti potenziali. È molto complicato?

Non è molto complicato. Fondamentalmente, c’è una serie di circa 8-10 domande che porremo alle persone che intendono utilizzarlo. Si tratta principalmente di informazioni sulla velocità della pompa, la velocità del motore, il materiale della condotta, la sua lunghezza e la pressione d’esercizio. Ci sono diversi aspetti che chiederemo, ma una volta raccolte queste informazioni, possiamo capire quale sarà il potenziale aumento improvviso di pressione.

Esistono davvero molteplici opzioni diverse che possiamo utilizzare per cercare di mitigarlo. Quindi si tratta di ottenere le informazioni corrette. Sappiamo quali domande porre, che è la cosa importante.

Facciamo una breve pausa. Se avete domande a cui vorreste ricevere risposta durante questo podcast, non esitate a contattarci tramite il nostro sito web https://www.bermad.com.au oppure inviateci un’email a info.au@bermad.com e Colin sarà lieto di rispondervi. Ora, torniamo al programma.

Quindi, supponiamo che abbiate ricevuto questo rapporto sull’aumento improvviso di pressione. Quali soluzioni potete offrire per ridurre gli effetti del colpo d’ariete?

Quindi, quello che facciamo è analizzare fondamentalmente i risultati come primo passo. Esistono soluzioni che possono variare da molto economiche a infrastrutture estremamente costose per gestire questa situazione. Ci sono circa tre o quattro soluzioni chiave che possiamo offrire. La prima è che, quando esaminiamo questo rapporto sul colpo d’ariete, ciò che cerchiamo di capire è quanto velocemente il colpo di ritorno arriverà alla stazione di pompaggio e in quale intervallo di tempo ciò avverrà.

Stiamo anche osservando con molta attenzione quale sarà la pressione alla stazione di pompaggio. In molti casi, se abbiamo una stazione di pompaggio che non genera molta pressione e si trova in una zona relativamente pianeggiante, possiamo osservare la separazione della colonna, che si verifica quando la pompa si ferma e vediamo la pressione nella condotta scendere fino alla pressione atmosferica.

Quindi, se in quel punto avessimo una valvola di sfiato aria, è lì che la valvola consentirà l’ingresso di grandi volumi d’aria nella condotta. Poi, quando la colonna ritorna verso la stazione di pompaggio, la valvola rilascerà l’aria. Se si verifica la separazione della colonna e lo vediamo nel rapporto, il modo più semplice, facile ed efficace per gestirla è utilizzare quella che chiamiamo una valvola di sfiato aria anti-colpo d’ariete. Abbiamo già parlato di queste valvole in episodi precedenti, dove vengono utilizzate sulla condotta, ma possono essere impiegate anche presso la stazione di pompaggio. E ciò che fa la valvola di sfiato aria anti-colpo d’ariete, in modo molto semplice e senza l’uso di energia o alimentazione, è che quando la pompa si ferma e la pressione scende a zero, grandi volumi d’aria vengono aspirati nella condotta. Quindi ora abbiamo una grande bolla d’aria all’interno della tubazione. E quando la colonna ritorna verso la stazione di pompaggio, quella bolla d’aria vuole uscire molto rapidamente.

Una valvola di sfiato aria anti-colpo d’ariete la lascia uscire a una velocità molto lenta e controllata, quindi in realtà utilizziamo l’aria che è stata aspirata nella tubazione per farla uscire molto lentamente. In pratica, viene rilasciata a una velocità molto lenta e controllata. È estremamente efficace e si è dimostrata valida in una moltitudine di applicazioni nel corso degli anni. E, cosa importante, può essere modellata tramite software e altro per garantire che sia idonea allo scopo e sicura.

Quindi le valvole di sfiato aria anti-colpo d’ariete sono un’ottima opzione solo in presenza di separazione della colonna.

Giusto, quindi se non si verifica separazione della colonna ma la pressione rimane positiva, esiste una soluzione alternativa?

Sì, quindi le valvole di sfiato aria anti-colpo d’ariete in una posizione del genere non avranno alcun effetto. Quello che sperimenteremo in quelle condizioni, quindi, è che quando la pompa si ferma, esattamente come hai detto, la pressione scenderà, ma rimarrà comunque in modalità positiva. Quello che vedremo è che quando la colonna d’acqua tornerà verso la stazione di pompaggio, comprimerà tutta quell’energia e vedremo un picco rapido in quel punto.

Dal nostro punto di vista, ci sono tre soluzioni chiave che possiamo offrire. Una di queste è chiamata valvola di sfioro a risposta rapida. Ad esempio, se avessimo una condotta molto corta, di soli 800 metri, e stessimo sperimentando il ritorno di quest’onda entro 0,8 secondi, allora abbiamo valvole di sfioro a risposta molto rapida che dissipano istantaneamente quell’energia non appena supera la condizione normale.

Per noi, questa è la valvola di sfioro diretta VRCA, che è semplice, molto efficace e funziona molto bene in questo tipo di situazione. Se invece la condotta fosse più lunga e sperimentassimo magari un’onda di ritorno che arriva in 3, 4, 5 secondi, potremmo utilizzare una valvola chiamata valvola anticipatrice del colpo d’ariete. Questa è una tecnologia che abbiamo in Bermad da molti anni. È davvero collaudata e molto efficace, e ciò che fa fondamentalmente è anticipare l’arrivo di quest’onda, essendo appunto una valvola anticipatrice del colpo d’ariete. Si apre quando rileviamo un’onda di bassa pressione e, quando l’onda di ritorno arriva, quell’energia viene dissipata attraverso la valvola di sfioro, che poi si richiude lentamente.

Si chiama valvola anticipatrice del colpo d’ariete, quindi ci sono molti modi in cui possiamo configurarla, ma è molto sicura. È sostanzialmente come un fusibile idraulico nella condotta, che serve proprio ad assicurarci di anticipare l’arrivo dell’onda, rilasciarla e chiudere lentamente a una velocità molto controllata per evitare che si generi un’onda secondaria. Ed è una caratteristica molto collaudata per superare questo problema.

La terza soluzione potrebbe essere che stiamo sperimentando un leggero aumento di pressione, che tornerà molto lentamente perché la tubazione potrebbe essere in PVC o polietilene, quindi l’onda potrebbe tornare alla stazione di pompaggio in 60-70 secondi. In questo caso abbiamo la possibilità di installare una valvola di sfioro standard che, per noi, si aprirà quanto necessario per eliminare quell’energia e si richiuderà molto lentamente e delicatamente, semplicemente per smorzare quell’aumento improvviso.

Quindi, per noi, ci sono 3-4 soluzioni chiave che sono ragionevolmente economiche. Sappiamo che funzionano concretamente e che possono essere modellate e inserite nei software per anticipare gli effetti di come funzioneranno. E naturalmente tutto dipende dall’esperienza e dal sapere come progettarle e installarle.

Queste sono quindi alcune soluzioni molto collaudate per il colpo d’ariete che abbiamo certamente utilizzato.

Decisamente. Quindi, se ho capito bene, questa valvola idraulica di cui parlavi non è collegata all’elettricità e non dispone di un’alimentazione di backup a batteria. È corretto?

Assolutamente. Una delle cose fondamentali qui, Sarah, è che stiamo assumendo che ci sia stata una scarica di fulmine, un’interruzione di corrente e che non ci sia alimentazione elettrica. Vogliamo una soluzione idraulica che funzioni specificamente in queste condizioni.

Ora, in alcune condotte molto complesse, a volte effettivamente installiamo un sistema di backup a batteria e aggiungiamo anche un solenoide sulla valvola. Lo facciamo se sappiamo che si verificheranno onde secondarie di ritorno, perché a volte, in condotte molto complesse, questa ricerca non ha una soluzione semplice e immediata, può essere piuttosto complicata. Ma in generale, non richiediamo alcun backup di alimentazione. Quindi, dal nostro punto di vista, si tratta generalmente di una soluzione puramente idraulica.

Fantastico. Colin, sembra che la valvola anticipatrice del colpo d’ariete sia una soluzione flessibile ed efficiente in grado di ridurre l’effetto del colpo d’ariete in ogni condizione della stazione di pompaggio. Questa tecnologia è comprovata e affidabile per essere presa in considerazione da ingegneri e progettisti?

Assolutamente, Sarah. Questa tecnologia esiste da molto tempo. Per moltissimi anni ho lavorato su valvole anticipatrici di colpo d’ariete e valvole di riduzione della pressione. E la cosa più importante è che non si tratta semplicemente di aprire un catalogo e suggerire un prodotto. Bisogna capire davvero cosa significa il report sul colpo d’ariete. E se si comprende davvero l’entità e la tempistica con cui questi colpi d’ariete torneranno verso la stazione di pompaggio, e si sono poste le domande giuste all’inizio, e si hanno tutti quegli strumenti, si può davvero progettare come viene installata la valvola e come dissipa l’acqua, perché in molti casi possiamo eliminare quell’acqua. Ma se non la eliminiamo abbastanza velocemente, allora non reagisce abbastanza rapidamente e si verifica un picco.

Posso ancora ricordare una situazione in cui avevamo una valvola anticipatrice di colpo d’ariete e l’acqua usciva dalla nostra valvola attraverso una grande tubazione di scarico, circa 50 metri più in basso, nel fiume. E quando la valvola si stava effettivamente chiudendo, dopo che il colpo d’ariete si era dissipato, si è creato così tanto vuoto nella tubazione a valle che la tubazione è collassata. Si può evitare facilmente questo problema installando un interruttore di vuoto e adottando molte soluzioni progettuali diverse per garantire la sicurezza. Il punto è che l’esperienza fa la differenza.

Abbiamo tantissima esperienza nel fare questo e nel farlo bene; la differenza con Bermad è che non solo progettiamo e realizziamo il prodotto giusto per lo scopo, ma aiutiamo anche il progettista a installarlo correttamente, a inserire le valvole di isolamento associate corrette, le tubazioni, i blocchi di spinta e tutto il resto per garantire che, quando il sistema funziona, funzioni in modo affidabile. Perché, in definitiva, se si sbaglia, si rischia di rompere qualcosa.

Impariamo dai nostri errori, e non dico che non ne abbiamo mai commessi, ma certamente cerchiamo di non ripeterli una seconda volta.

Ottima riflessione. È davvero un buon ragionamento. Beh, certamente sembra che tu e il team Bernard abbiate una grande esperienza nella mitigazione del colpo d’ariete nelle stazioni di pompaggio, Colin, soprattutto in caso di interruzione di corrente. È stato davvero molto istruttivo. Ti ringrazio moltissimo per questa chiacchierata. Non vedo l’ora della prossima.

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