Al fine di garantire l’efficienza e proteggere dai colpi d’ariete le condotte in pressione, è necessario installare sfiati sui punti alti e a distanze regolari, per consentire l’ingresso e la fuoriuscita d’aria durante le operazioni di riempimento e svuotamento e in situazioni critiche come fenomeni transitori o rotture della tubazione.
Nel caso di ambienti e pozzetti a rischio allagamento esiste la possibilità d’ingresso d’acqua contaminata nella condotta attraverso gli sfiati, nel momento in cui si dovessero verificare condizioni di pressione negativa.
Gli sfiati CSA serie SUB, disponibili nelle versioni per acquedotto, fognatura e industria, sono dotati di un’uscita filettata che può essere collegata a un tubo esterno per evitare il possibile ingresso di contaminanti. Il modello SUB consente inoltre di convogliare eventuali spruzzi o fuoriuscite d’acqua in occasione di chiusure rapide dello sfiato
È importante che i progettisti siano pienamente consapevoli della necessità di proteggere le condotte acquedottistiche e fognarie dalla pressione negativa che si genera in caso di svuotamento o rottura e di fenomeni transitori associati a repentine variazioni del flusso (originati ad esempio dalla chiusura di organi di sezionamento o arresto delle pompe) se gli sfiati sono sotto-dimensionati o posizionati in modo inadeguato.
La pressione negativa infatti può essere altrettanto dannosa quanto un aumento incontrollato e causare ingresso di acqua contaminata nella rete, il collasso del tubo, cavitazione o distacco di vena.
Per evitare l’insorgere di pressioni negative è necessario installare sfiati correttamente dimensionati in corrispondenza dei punti alti, cambi di pendenza, lunghi tratti orizzontali o inclinati e in ogni punto in cui vi sia il rischio di distacco di vena.
La scelta di uno sfiato, per evitare errori e gravi rischi, dovrebbe sempre essere effettuata considerando la capacità di portata d’aria indicata dal produttore (che dipende dalle sezioni di passaggio interne) invece della dimensione della flangia di collegamento che può essere fuorviante.
Le immagini seguenti mostrano, a puro scopo illustrativo, l’uso di due sfiati per fognatura entrambi con flangia DN 150 mm. Il modello CSA SCF a passaggio totale nell’immagine a destra, con una portata d’aria in ingresso di circa 5000 m3/h con Dp di 0,5 bar, è idoneo per l’installazione su condotte con DN fino a 700/900 mm, mentre lo sfiato visibile a sinistra, con un passaggio molto ridotto nella parte alta, ha una portata inferiore a 300 m3/h e quindi, se installato su tubazioni con diametro superiore a 150/200 mm, porterà inevitabilmente all’insorgere di pressioni negative.
Il video seguente mostra gli effetti distruttivi del vuoto, come ammonimento per ricordare quali possono essere le conseguenze dell’installazione di sfiati sotto-dimensionati o posizionati in modo non corretto..
Il software di dimensionamento CSA AVS è stato realizzato come strumento per assistere i progettisti nella scelta e posizionamento degli sfiati, considerando anche i casi di svuotamento e rottura della condotta. I modelli di calcolo del software AVS possono poi essere utilizzati per effettuare ulteriori simulazioni e analisi del fenomeno transitorio con il programma di analisi del colpo d’ariete CSA, perfettamente compatibile con il primo.
Il serbatoio di nuova concezione A.V.A.S.T. è stato progettato per evitare i colpi d’ariete, più precisamente i problemi di moto vario derivanti dalla depressione in seguito allo spegnimento improvviso degli organi di sollevamento, sia in condotte ad uso acquedottistico che fognario. Il dispositivo, completamente automatico, si pone come una soluzione altamente affidabile ed innovativa grazie all’assenza di compressori, organi elettromeccanici o membrane con pre-cariche. A.V.A.S.T. costituisce la soluzione ideale per evitare danni talvolta irreparabili ai sistemi dovuti a depressioni e sovrappressioni incontrollate.
Il video seguente presenta la simulazione di un fenomeno transitorio generato su una condotta il cui profilo è rappresentato dalle due linee rosse, con una stazione di sollevamento all’estremo sinistro. Il programma mostra l’evoluzione della linea piezometrica durante il transitorio e le variazioni della pressione in punti critici del sistema, indicati dalle linee verticali. In caso di arresto improvviso delle pompe (ad esempio per mancanza di corrente), in assenza di dispositivi o sfiati anti-colpo d’ariete, risulta evidente che la pressione raggiunge valori negativi per poi salire in modo incontrollato nella seconda fase
L’immagine sottostante riporta gli inviluppi dei valori di pressione minimi (linea rosa), che raggiunge valori negativi molto bassi, e massimi (verde) ottenuti durante la simulazione.
Grazie all’uso di AVAST CSA (brevettato) il sistema è protetto da variazioni di pressione incontrollate. Il secondo video (di seguito) mostra gli effetti del fenomeno transitorio sulla stessa condotta in presenza di un serbatoio anti-colpo d’ariete CSA AVAST installato in corrispondenza delle pompe e sfiati anti-shock CSA lungo il profilo. La funzione del dispositivo AVAST è quella di evitare che la pressione raggiunga valori negativi dopo l’arresto delle pompe e di limitarne l’aumento nella seconda fase grazie al sistema brevettato CSA di controllo del flusso in uscita.
L’immagine in basso riporta gli inviluppi dei valori di pressione minimi (curva rosa) e massimi (verde) ottenuti durante la simulazione. L’efficacia della soluzione scelta per impedire l’insorgere di pressioni negative o eccessive risulta evidente dalla comparazione con il caso precedente, dove non erano presenti protezion
La tecnologia RFP della CSA
La tecnologia RFP della CSA può essere considerata, in campo idraulico, ad una sorta di air-bag. Essa assicura un flusso d’ingresso dell’aria, e quindi il grado di protezione rispetto a fasi di pressione negativa, al momento del drenaggio della condotta o dell’arresto delle pompe, uguale a quello di un normale sfiato a due o tre funzioni. Il meccanismo RFP si aziona in caso di flusso in uscita eccessivo durante il riempimento della condotta, per evitare che la valvola sia chiusa in modo troppo repentino. Gli sfiati RFP possono essere usati ovunque ad eccezione di quei punti delle condotte in cui si verificano separazione della colonna d’acqua e forti pressioni negative.
Nel primo dei grafici sottostanti è riportato (linea blu) l’andamento della pressione in una condotta soggetta ad un riempimento rapido. Sono visibili gli sbalzi di pressione generati dalla chiusura dei normali sfiati combinati. La linea azzurra riporta invece la pressione in caso di utilizzo di uno sfiato CSA 3F RFP.
Vedi l’animazione sul funzionamento degli sfiati RFP:
La tecnologia AS della CSA
La tecnologia AS, introdotta sul mercato per la prima volta dalla CSA, prevede un meccanismo composto da un disco metallico, un albero e una molla, collocato in cima allo sfiato per evitare il contatto con l’acqua e consentire un’agevole manutenzione. Non appena si genera nella condotta una pressione negativa, il piattello si abbassa e l’aria passa dall’orifizio principale come in un normale sfiato; quando termina la fase di depressione, la molla riporta il piattello AS in posizione di chiusura. Il flusso d’aria in uscita è allora possibile solo attraverso gli orifizi regolabili ricavati nel disco; questo comporta un rallentamento del flusso d’aria e quindi della velocità della colonna d’acqua durante il riempimento della condotta, prevenendo i colpi d’ariet
Nel primo dei grafici sottostanti è riportato (linea blu) l’andamento della pressione in una condotta soggetta a sbalzi di pressione (colpi d’ariete) dovuti ai cicli di avvio e arresto delle pompe. La linea azzurra riporta la pressione nella stessa condotta in caso di utilizzo di uno sfiato CSA 3F AS, che risolve il problema.
Vedi l’animazione sul funzionamento degli sfiati AS:
La cavitazione, fenomeno comune nelle valvole e nelle installazioni su condotte in pressione, presenta aspetti che interessano acustica, idrodinamica, fisica e chimica. Fra i suoi effetti, spesso distruttivi sulle valvole di controllo, ci sono rumore, vibrazioni ed erosione dei componenti. La CSA, grazie ad avanzati CFD, impianti prova ed anni di esperienza nel settore, ha sviluppato una serie di dispositivi per prevenire la cavitazione e assicurare la massima stabilità delle sue valvole anche con basse portate..
Nelle foto sopra le valvole CSA serie XLC 300 e 400.
Sono disponibili le seguenti versioni del blocco mobile, intercambiabili sulla stessa valvola:
Versione standard del porta-guarnizione e sede di tenuta
Versione LF per la stabilità con basse portate
La versione LF, con porta-guarnizione (1b) che consente l’apertura progressiva, garantisce la stabilità anche con portate estremamente basse.
Versione AC per bassa portata e resistenza alla cavitazione
Il sistema AC prevede un dispositivo (1c) ad apertura progressiva per garantire stabilità alle basse portate e resistenza al fenomeni della cavitazione.
Versione CP per la massima resistenza alla cavitazione
Il sistema CP prevede un doppio stadio (1d, 2d) di dissipazione di energia per la massima resistenza contro la cavitazione.
Sono disponibili dettagliate animazioni per comprendere il funzionamento delle valvole di controllo CSA, dotate dell’esclusivo dispositivo di regolazione GR.I.F.O., interamente in acciaio inox, con filtro incluso, che permette la regolazione indipendente delle velocità di chiusura e apertura e del tempo di reazione della valvola.