Colpo d’ariete nelle condotte di trasferimento dell’acqua.

Ciao e benvenuto a Controlling Water, uno spazio in cui parliamo di misuratori 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, misuratori e le migliori pratiche nel campo dell’acqua. Siamo qui con Colin Kirkland di BERMAD Australia, uno degli ingegneri di BERMAD AU. Colin vanta 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 di questo oggi. Il colpo d’ariete è un argomento e un’area di cui sentiamo spesso parlare, ed è anche qualcosa che può avere enormi ripercussioni e conseguenze se non viene gestito bene, o se non viene prevenuto o fermato. Prima di entrare nei dettagli sul colpo d’ariete, puoi spiegarci che cos’è effettivamente il colpo d’ariete?

Il colpo d’ariete è un fenomeno che si verifica quando si osserva un aumento molto rapido e improvviso della pressione, ben al di sopra di quanto normalmente ci si aspetterebbe in una condotta, generalmente causato da una variazione rapida della portata all’interno della tubazione.

Un modo davvero semplice per spiegare questo fenomeno è la situazione domestica. A casa nostra, so cosa succede. Quando avviamo la lavatrice e la valvola a solenoide si apre, l’acqua entra nella lavatrice; quando l’acqua raggiunge un certo livello, il solenoide si chiude e si sente un colpo secco: questo accade perché si verifica una variazione rapida della portata, la valvola si chiude istantaneamente, la pressione aumenta e fa vibrare le tubature.

Quindi questo è un piccolo esempio domestico di colpo d’ariete, che può essere modificato. Ma la stessa cosa accade anche in condotte di grandi dimensioni, dove si trasporta acqua per miniere o per l’approvvigionamento idrico, con conseguenze potenzialmente molto gravi, perché si tratta di tonnellate e tonnellate d’acqua in movimento.

Senza dubbio. Wow.

Quindi, quando si verifica questa condizione di colpo d’ariete in una condotta, quali sono alcune delle sue conseguenze? E può essere anche pericolosa?

Certo, può essere pericoloso. Sì. A seconda del materiale della tubazione, queste onde di pressione possono propagarsi lungo la condotta a velocità molto elevate. Quindi, ad esempio, nelle tubazioni metalliche, dove sono molto, molto rigide, possono raggiungere fino a mille metri al secondo. Potresti quindi avere un picco in una stazione di pompaggio e, un secondo dopo, il chilometro d’aria che l’onda di pressione trasmette attraverso la condotta. Si propaga così in tutta la rete. La cosa importante è che, quando si verificano questi picchi di pressione, la rete deve essere in grado di gestirli; come per qualsiasi altra cosa, se si sottopone costantemente un sistema a fatica pressurizzandolo a livelli pericolosi, può cedere.

Mi è capitato di essere in stazioni di pompaggio dove mi sono seduto nella stazione e hanno spento le pompe. Ed è piuttosto spaventoso quando si sente la valvola di ritegno chiudersi e si sente un forte boato, tutto trema ed è una situazione pericolosa. Abbiamo avuto casi in cui, se i prodotti cedono per fatica e per pressioni eccessive, questo può essere pericoloso anche per gli operatori. Quindi sì, può essere davvero spaventoso.

Assolutamente. Oh cielo. Quali sono quindi i luoghi più comuni in cui si verifica il colpo d’ariete in una condotta di approvvigionamento idrico? Possiamo parlarne?

Tipicamente, questo accade in circa tre punti diversi, Sarah, quindi ovunque il flusso d’acqua cambi rapidamente, è lì che si verificherà.

Se pensiamo a una stazione di pompaggio che invia acqua a un serbatoio, quando la pompa si ferma, è in quel momento che il flusso cambia istantaneamente. Ora, se la pompa rallenta e si arresta molto lentamente, non si verifica il colpo d’ariete, ma se si ferma di colpo, è lì che lo vediamo. Oppure, ad esempio, se stai pompando verso un serbatoio, potremmo avere una valvola al serbatoio che, se si chiude troppo velocemente, genera quel colpo d’ariete, proprio come l’effetto della lavatrice.

Oppure potrebbe essere che ci troviamo in una situazione in cui la condotta è parzialmente vuota, si avvia la pompa e le colonne d’acqua si incontrano. Quando le due colonne si uniscono, generano un rapido cambiamento di flusso, e questo può causare il fenomeno. Mi è anche capitato di essere su condotte dove ho sentito operatori scappare dal sito perché hanno chiuso la valvola troppo velocemente e hanno sentito le valvole di sfiato aria “urlare”. E questa non è una bella situazione. Sai, queste situazioni si verificano e spesso non si capisce bene il motivo, ma possono accadere in diversi punti lungo la condotta.

Deve essere davvero spaventoso sentire una cosa del genere sul posto e poi dover scappare.

Beh, può succedere, ed è proprio quello che è successo realmente in un caso che abbiamo avuto su una condotta, dove una valvola a farfalla di un metro di diametro si è chiusa troppo rapidamente, e la valvola di sfiato aria accanto è andata in forte depressione; gli operatori potevano sentire una grande quantità d’aria essere aspirata e sono scappati dal sito perché pensavano che qualcosa stesse per esplodere. E non è stato affatto positivo.

Assolutamente no.

Quindi, avendo compreso le aree che generano questi problemi di colpo d’ariete, come interviene Bermad per risolvere le soluzioni?

Ci sono due modi in cui la vediamo, Sarah. Puoi cercare di capire cosa sta generando il problema e provare a risolverlo. Ad esempio, se la stazione di pompaggio fosse la causa del problema, perché quando spegnevano la pompa questa si spegneva in due secondi e si verificava un forte colpo d’ariete alla stazione di pompaggio.

Quindi, cosa potremmo fare? Potremmo prolungare il tempo di spegnimento della pompa, facendola funzionare e spegnere in 30 o 40 secondi per ridurre il problema. Oppure potremmo dire: mettiamo una “pezza” e installiamo una valvola di sfogo pressione, così se la pressione aumenta quando la spegniamo troppo velocemente, posso scaricarla.

Quindi si tratta di una delle due cose: cerchiamo di capire qual è il problema e proviamo a risolverlo, oppure mettiamo una “pezza” per reagire al problema.

Giusto.

La logica nella scelta tra una soluzione e l’altra è di natura pratica. Potrebbe essere molto costoso implementare una soluzione per evitare che la pompa si spenga molto lentamente. Potremmo dover installare una valvola di controllo pompa che potrebbe costare 20.000 dollari, oppure potrebbero dire: “Guarda, Colin, ci restano solo cinque anni di attività in questa miniera. Mettiamo semplicemente una valvola di sfogo che possa eliminare quel picco. Manteniamo tutto così com’è.” Quella potrebbe costare 3.000 dollari. Quindi si tratta della praticità e dei costi di ciò che stiamo valutando, ma consideriamo entrambe le opzioni: cercare di prevenire il problema o reagire quando si presenta.

Decisamente. E immagino che dipenda sempre dalla situazione specifica.

Completamente, e anche l’applicazione, Sarah.

Quindi potrebbe essere che tu stia facendo questo su una proprietà irrigua dove il coltivatore, sta spendendo i propri soldi, e sai, la fattoria potrebbe volere una soluzione economica che non costi troppo, ma che risolva il problema, oppure potrebbe essere una miniera dove sei a due chilometri sottoterra. E quando spengono quella pompa, è davvero pericoloso. Gli operatori laggiù vogliono la soluzione migliore possibile che risolva il problema. Oppure potrebbe essere l’approvvigionamento idrico dove abbiamo il 40% dell’acqua per una grande città, e non vogliamo che fallisca. Quindi installiamo il sistema più robusto possibile per mantenerlo. Insomma, ogni situazione richiede la sua soluzione.

Decisamente. Decisamente.

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

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 una vasta gamma di risorse e articoli pensati per supportarti come professionista dell’acqua, visita https://www.bermad.com.au. Ora torniamo allo show.

Quindi, comprendendo questi due approcci generali per risolvere il problema, da dove inizi per capire quale potrebbe essere la soluzione migliore.

Sì. Dal nostro punto di vista, non siamo dei consulenti. Siamo un’azienda di ingegneria che produce soluzioni che possiamo inserire nelle condotte. Un’azienda, ovviamente, può rivolgersi a un consulente indipendente. E oggi, Sarah, ci sono molti software di modellazione per il dimensionamento, come Bentley, Hammer, K Y Pipe, High Trend, ce ne sono molti. Ma ciò che questi software di modellazione permettono di fare è inserire con precisione i dati della pompa, della tubazione e della rete, e vedere effettivamente cosa succede se fermo la pompa in 10 secondi o in due secondi. Oppure, se c’è un’interruzione di corrente e la pompa si ferma all’istante, questo è ciò che accadrà. Così possono identificare e vedere come ciò influenzerà il sistema e fare delle proposte. Potrebbero voler inserire un serbatoio di compensazione. Potrebbero voler installare una valvola di sfioro o una valvola di sfiato anti-colpo d’ariete, oppure una valvola di controllo pompa; ci sono molti, molti modi diversi di affrontare la questione.

Quindi, dal nostro punto di vista, abbiamo quasi 30 anni di esperienza in Australia in questo settore. Anche se non ci occupiamo direttamente della modellazione, lavoriamo con i modellatori per mostrare loro come risponderanno le valvole e come funzioneranno. Ma abbiamo anche molta esperienza pratica. Infatti, collaudiamo molte delle nostre valvole. Le progettiamo, ci assicuriamo che funzionino e le vediamo in azione. Quindi, la modellazione e l’esperienza reale sono due cose completamente diverse. A volte capita di vedere un report di un modellatore che semplicemente non sembra corretto. Di solito è dovuto a dati di input errati e noi abbiamo l’esperienza per poterlo riconoscere e condividere, così da poter trovare la soluzione migliore.

Dal nostro punto di vista, quindi, lo affrontiamo con l’esperienza. Sappiamo generalmente cosa funziona e, se vuoi avere un riscontro, hai a disposizione anche quel software. Puoi anche rivolgerti ad altre aziende insieme.

È davvero un punto interessante quello che sollevi riguardo alla capacità di individuare un potenziale errore nel software di modellazione grazie agli anni di esperienza. Sembra inoltre che sia molto preziosa la possibilità di superare i punti ciechi, sia attraverso il software e la capacità di simulare situazioni, sia grazie alla consapevolezza che qualcosa non sembra corretto e al motivo per cui è così.

Ed è proprio vero quello che dici, Sarah, perché molti di questi programmi danno per scontato che la condotta sia completamente piena d’acqua, poiché l’acqua è incomprimibile. Ma se lungo la condotta ci fossero delle sacche d’aria, che invece sono comprimibili, questo potrebbe accentuare delle aree in punti diversi.

Quindi si fanno molte assunzioni. E guarda, anche il software non è perfetto, ma ha fatto davvero molta strada e quello che vediamo nei risultati e nei report è fantastico, sai, quando viene usato bene. Però non si tratta solo di avere il software, ma serve anche l’ingegnere che lo conosce davvero e sa come inserire i dati corretti. E questo richiede molta esperienza. Ecco perché viene lasciato agli specialisti che se ne occupano, non a me, ma spesso anche l’aspetto pratico e operativo aiuta a trovare una buona soluzione. Perché la soluzione potrebbe non essere pratica.

Molto vero. È davvero interessante che tu abbia menzionato le valvole di sfiato aria. Ne abbiamo parlato molte volte e abbiamo certamente discusso dei vantaggi ingegneristici e di alcune problematiche legate al colpo d’ariete nell’utilizzo delle valvole di sfiato aria. Le valvole d’aria sulle condotte prevengono il colpo d’ariete nella rete?

Sì e no. Quando utilizzi quel software di modellazione, le valvole di sfiato aria tipiche, e stiamo parlando di una valvola combinata di sfiato aria, quindi significherebbe che se avessimo una valvola da 80 millimetri, avrebbe un orifizio da 80 millimetri per l’ingresso dell’aria e un orifizio da 80 millimetri per lo scarico. Alcune valvole di sfiato aria, se si verifica una separazione di colonna — cioè quando la pressione va in negativo o si aspira una grande quantità d’aria e poi le colonne si ricongiungono — possono generare colpi d’ariete localizzati in punti strategici. Quindi sono molto efficaci nel proteggere la tubazione dal vuoto. Molto efficaci nell’evacuare l’aria, ma con il prodotto sbagliato e nell’applicazione sbagliata, possono peggiorare la situazione. Ed è qui che oggi esistono prodotti sul mercato, come le valvole di prevenzione del riempimento rapido (RFP), le valvole di sfiato aria anti-colpo d’ariete o le valvole di sfiato aria per la prevenzione dei picchi di pressione; ciò che fanno fondamentalmente è permettere l’ingresso di grandi quantità d’aria nella condotta, ma fanno uscire l’aria a una velocità più lenta e controllata.

Giusto.

Esistono diversi modi in cui hanno effettivamente raggiunto quella funzione, ma sono molto sicuri e possono essere modellati in modo molto semplice e rapido anche con questo software.

Molto interessante. E quindi Colin, da dove dovrebbero iniziare le persone quando stanno valutando come risolvere un problema di colpo d’ariete?

Beh, dipende dall’applicazione e dalla sua complessità. Quello che cerchiamo sempre di fare, se si rivolgono a noi di BERMAD Australia, è che non forniamo questo software di modellazione, ma offriamo 30 anni di esperienza e la capacità di fare le cose nel modo giusto. Possiamo sicuramente dare loro consigli su cosa sta generando il problema. E tendiamo a dire, quando arriviamo sui siti a volte, oppure ne discutiamo al telefono o tramite riunione su Zoom o altro. E saremo in grado di proporre quella che riteniamo essere una soluzione. Potremo dare loro qualche consiglio su come installarla, su come si comporterà, e anche consigliare che, se vogliono effettivamente modellarla e rivolgersi a una società indipendente, possiamo mostrare loro come funziona e potranno verificarlo. Quindi, spesso prima di acquistare qualcosa si vuole sapere: funzionerà davvero?

Beh, forniamo molte referenze per i lavori che abbiamo svolto e abbiamo condiviso molti lavori che sono andati bene e altri che non sono andati altrettanto bene, e abbiamo l’esperienza. La cosa importante, Sarah, è che spesso si impara dagli errori e a volte si fanno delle supposizioni che sono sbagliate. Questo perché non vediamo cosa c’è effettivamente sottoterra. Non sappiamo se il materiale della tubazione era acciaio o PVC. E questo influisce su come reagisce la valvola, sulla velocità, eccetera. Quindi è una questione piuttosto complessa, ma da dove si comincia?

Noi siamo sicuramente un ottimo punto di partenza per avviare questa conversazione.

Fantastico. Sono felice di sentirlo.

Colin, grazie per essere stato con me oggi. È stata una conversazione molto interessante sul colpo d’ariete.

Ottimo. Grazie.

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