Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua 1 Prof.

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1 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua 1 Prof. Ing. Marco Boscolo

2 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Tipi di reti idriche All’interno degli stabilimenti industriali l’acqua può essere impiegata per uso: –Industriale –potabile –Antincendio In linea di principio è bene che le reti di distribuzione rimangano distinte perché –Si possono conseguire dei risparmi di esercizio –La portata dell’acquedotto può essere insufficiente –Disposizioni normative e impositive possono rendere improponibile l’uso dell’acqua potabile per impieghi diversi –Si possono avere problemi di contaminazione 2

3 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Acqua industriale L’acqua industriale è destinata ai seguenti impieghi: –Raffreddamento –Come materia prima –Mezzo di lavaggio o solvente –Agente meccanico negli impianti –Transfer termico –Preparazioni di bagni –Lavaggio di polveri e gas 3

4 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Osservazioni sull’impianto di approvvigionamento Se la portata richiesta dalle utenze è soggetta a forti variazioni, l’alimentazione diretta di queste comporta i seguenti problemi sull’impianto di approvvigionamento: –Possibile indisponibilità di una portata sufficiente –Sottosaturazione dell’impianto –Continuo intervento delle pompe (colpi d’ariete, grossi assorbimenti di corrente) –Notevoli costi di installazione –Necessità di interrompere il servizio anche nel caso di brevi interventi di riparazione 4

5 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua L’accumulo Prima dell’immissione in rete, l’acqua deve essere depurata da eventuali solidi sospesi in essa contenuti e, in genere, accumulata in un serbatoio. L’accumulo consente di realizzare un impianto di approvvigionamento tarato sulla portata media invece che sulla portata di punta. I risparmi che ne conseguono possono essere molto significativi 5

6 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Valutazione della capacità di accumulo 6

7 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Volume prelevato cumulato 7

8 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Portata media 8

9 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Volume di accumulo 9

10 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Modalità di funzionamento 10

11 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Accumulo dell’acqua industriale Sistemi di accumulo: –Serbatoio sopraelevato –Vasca interrata –Serbatoio fuori terra In ogni caso devono essere: –protetti dall'ambiente circostante impedendo infiltrazioni di acque esterne e possibilità di contatto con persone, animali e vegetali; –costruiti con materiali non aggredibili dall’acqua invasata –progettati garantendo la protezione igienica e termica –strutturati assicurando una adeguata circolazione alla acqua invasata; 11

12 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Serbatoi sopraelevati Il serbatoio sopraelevato garantisce il conseguimento dei più alti livelli di affidabilità nella fornitura del servizio idrico Esso infatti costituisce non solo una riserva d’acqua ma anche una riserva di energia potenziale pronta all’uso, senza che vi sia necessità di ulteriori trasformazioni a mezzo di macchine. 12

13 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Tipi di serbatoi sopraelevati 13 Costruzione: acciaio o calcestruzzo Forme: cilindrica, sferica, a fungo Altezza: se impiegato nella rete antincendio 35 m (almeno ) Negli altri casi 25 m (in genere)

14 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Sezione tipica di un serbatoio sopraelevato 14

15 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Vasca interrata 15

16 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Serbatoio fuori terra 16

17 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Autoclave 17

18 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Impiego dell’autoclave: Consente di avere una pressione in rete approssimativamente costante, senza impiegare un serbatoio sopraelevato Limita i frequenti interventi della pompa (attacca e stacca) che sono pregiudizievoli per la durata del motore elettrico 18

19 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Controllo della pressione in mandata Serbatoio sopraelevato (intrinseco) Autoclave (praticamente intrinseco) Valvola di sfioro alla mandata della pompa: la pompa elabora sempre la stessa portata che in parte viene ricircolata al serbatoio (spreco di energia) La valvola di sfioro è comandata da un segnale di pressione preso alla mandata del sistema 19

20 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Controllo della pressione in mandata 20

21 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Controllo della pressione in mandata 21 Pompa a giri variabili (comandata da inverter)

22 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Rete di acqua industriale: schema generale 22

23 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Rete di acqua industriale: materiali Tubazioni interrate: acciaio, ghisa sferoidale, materie plastiche (PEHD) Reti aeree: acciaio Pompe: centrifughe (monostadio o multistadio a seconda delle necessità) 23

24 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Acqua potabile: dati di progetto Fabbisogni minimi giornalieri pro-capite: –Docce, lavabi, bidè, fontanelle per bere: 50 l –Ristorante: 20÷25 l fino a 200 posti, 10÷12 fino a 1000 posti. –Vasi alla turca, W.C., orinatoi: 70÷80 l Portate per tipo di apparecchio sanitario: –Docce: 0.10 l/s –Fontanelle: 0.025 l/s –Lavabi singoli: 0.10 l/s –Lavabi multipli: 0.07 l/s per becco –W.C.: 0.10 l/s 24

25 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Acqua potabile: criteri di dimensionamento Le reti vanno dimensionate per il consumo di punta e non per il consumo medio Essendo le punte molto elevate è bene: –prevedere un accumulo –Installare un’autoclave o una pompa a giri variabile 25

26 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Acqua potabile: esempio 25 lavabi, 5 docce Utilizzo contemporaneo di tutte le utenze in 20 min Capacita del serbatoio (25+5)x0.10x1200=3600 l Portata della rete: 3600/1200=3 l/s 26

27 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Rete di acqua potabile: materiali Tubazioni interne: acciaio zincato, polietilene (coibentate per prevenire lo stillicidio) Tubazioni interrate: acciaio o ghisa sferoidale (trattati internamente per non compromettere la potabilità ed esternamente per prevenire la corrosione), polietilene Curve e raccordi: acciaio, ghisa sferoidale, bronzo Valvole: bronzo 27

28 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Rete di acqua potabile: a maglie o a pettine 28

29 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Rete antincendio 29

30 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Rete antincendio: vasca interrata 30

31 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Idranti 31

32 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Progettazione delle reti di distribuzione 1.Individuazione e caratterizzazione delle utenze tramite: –Posizionamento nel plant-layout –Definizione della potata –Definizione della pressione di consegna (pressione residua al bocchello) – Definizione di eventuali ulteriori caratteristiche quali: temperatura, programma di prelievo, massima concentrazione ammissibile di sostanze estranee (solidi sospesi, idrocarburi, colibatteri, ecc.) 32

33 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Progettazione delle reti di distribuzione 2.Individuare il tipo di rete (a maglie o a pettine) e gli effettivi percorsi delle tubazioni in base alle caratteristiche del fabbricato, alle esigenze di servizio ecc. 3.Individuare, per ciascun ramo compreso tra due nodi, le seguenti caratteristiche: –Lunghezza –Portata (applicando l’equazione di continuità nei nodi) –Quota geodetica 33

34 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Progettazione delle reti di distribuzione 4.Scelta del diametro della tubazione e conseguentemente della relativa velocità di attraversamento 5.Calcolo delle perdite di carico in ciascun ramo della rete 6.Individuazione delle caratteristiche idrauliche della pompa 34

35 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Reti a pettine 35

36 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Reti a maglie 36

37 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Scelta della velocità La velocità di attraversamento può ritenersi la grandezza più significativa della tipologia di rete Dal quadrato della velocità dipendono le perdite di carico e quindi la potenza necessaria alla movimentazione del fluido e, in ultima analisi, i costi di gestione della futura rete. Dalla velocità dipende il diametro della tubazione e quindi i costi di installazione 37

38 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Scelta della velocità In pratica la velocità viene scelta tra valori compresi tra 3 e 0.2 m/s Per valori superiori a 3 m/s le perdite di carico risultano talmente elevate da richiedere delle pressioni di intollerabili nelle più comuni e diffuse applicazioni Per valori inferiori 0.2 le perdite di carico sono talmente modeste da risultare praticamente trascurabili 38

39 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Scelta della velocità La velocità viene in genere scelta in modo da rendere minimo il costo totale della rete (installazione+esercizio) A tal fine bisogna conoscere: –Il periodo di ammortamento –Il regime di funzionamento –Il costo della potenza spesa –Il costo di installazione delle tubazioni in funzione del diametro 39

40 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Scelta della velocità I parametri precedenti permettono di definire la funzione costo totale, che è appunto una funzione del diametro interno della tubazione Di tale funzione si ricerca il minimo imponendo che la sua derivata prima si annulli 40

41 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Scelta della velocità Nell’ipotesi di reti medio piccole e in regime di funzionamento continuativo, l’adozione di valori di velocità prossimi a 1 m/s permette di giungere rapidamente a dei risultati validi sia sotto il profilo tecnico che economico. Nel caso di reti di impiego saltuario (antincendio) non è infrequente l’adozione di valori ben più alti (fino a 3 m/s), giustificati dall’impiego saltuario della rete 41

42 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Perdite di carico entro tubi di vario tipo Tubi di acciaio nuovi, internamente bitumati, con diametri variabili da DN 40 a DN 400, convoglianti acqua a 15°C 42 Jcadente piezometrica (m/km) Qportata d’acqua (l/s) Ddiametro interno (mm) Scimemi - Veronese I valori ottenuti vanno maggiorati del 10÷40% per tener conto che con il tempo la scabrezza aumenta a seguito di depositi di calcare

43 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Scimemi – Veronese: esempio 43

44 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Marchetti Tubi in acciaio nuovi zincati Jcadente piezometrica (m/km) Qportata d’acqua (l/s) Ddiametro interno (mm) 44

45 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Marchetti: esempio 45

46 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Colebrook e White: di validità generale 46  Scabrezza assoluta (m): Viscosità cinematica (acqua a 12°C) = 1.24x10 -6 m 2 /s

47 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Valori della scabrezza (mm) 0.01 - 0.02 tubi nuovi PE, PVC, Rame, Inox 0.1Tubi nuovi in acciaio o ghisa rivestita con malta cementizia o bitumata 0.2Tubi in ghisa non rivestita 0.05 - 0.15tubi nuovi Gres 0.10 - 0.40 tubi in Cemento o con lievi incrostazioni 0.60 - 0.80 tubi con incrostazioni e depositi 47

48 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Colebrook: esempio 48

49 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Perdite localizzate: lunghezza equivalente 49 La tabella si riferisce ad accessori in ghisa. Per l’acciaio moltiplicare i valori per 1.41, per l’acciaio inossidabile, rame e ghisa rivestita moltiplicare per 1.85

50 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Caso di studio: rete antincendio 50

51 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Schema di rete idranti 51

52 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Caratterizzazione dell’utenza 52 Pressione residua al bocchello 20 m H 2 O Perdita manichetta 2 m Pressione all’attacco 22 m Con un bocchello da 12 mm la portata richiesta è di 134 l/min pari a 2.33x10 -3 m 3 /s

53 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Perdite di carico 53

54 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Perdite di carico 54

55 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Cadente 55

56 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Prevalenza richiesta H = H g + H p + Y H g altezza geodetica (2.15+8.11=10.26 m) H p pressione residua al bocchello (22 m) Yperdite di carico lungo la linea (2.66) H=10.26+22.00+2.66 = 34.92 m Q=0.0134 m 3 /s Q=48.24 m 3 /h 56

57 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua NPSH H 0 = p/  essendo p la pressione atmosferica (N/m 2 ) della località di pompaggio e  il peso specifico del liquido pompato (N/m 3 ) (al livello del mare H 0 =10m) H g dislivello geodetico tra pelo libero e asse della pompa (m): -2.15 - 0.29 = 2.44 m H t tensione di vapore del liquido alla massima temperatura prevista (15°C, 0.01704 bar): 0.01704*10 = 0.17 m  Hperdite di carico in aspirazione (m): 0.867 + 0.505 = 1.37 m NPHS = 10 - 2.44 - 0.17 – 1.37 = 6.02 m 57

58 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Tipo di pompa 58

59 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Tipo di pompa 59

60 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua Scelta della pompa 60

61 Università di Trieste – Facoltà di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di distribuzione dell’acqua 61 FHS 80-315/150  316