Avere un rubinetto dell'acqua potabile in ogni casa non è un lusso, ma un notevole progresso. Tuttavia, questa piacevole comodità può svanire in un istante se si verifica un colpo d'ariete nella tubatura. Il colpo d'ariete non solo può causare la mancanza d'acqua, ma anche provocare allagamenti nell'appartamento.
In questo articolo verranno analizzati nel dettaglio come si manifesta questo pericoloso fenomeno e come evitarlo.
La natura del colpo d'ariete nelle condotte
Il colpo d'ariete è un'onda d'urto che si propaga lungo la superficie di una tubazione e attraverso i suoi raccordi. Quando la pressione aumenta, l'onda d'urto è positiva; quando la pressione diminuisce, è negativa. Si verifica quando una tubazione vuota viene riempita o quando un rubinetto viene chiuso improvvisamente. L'effetto distruttivo di questo fenomeno è dovuto principalmente all'incomprimibilità del liquido.
Se l'acqua potesse essere compressa più volte, come il gas, ad esempio, allora i tubi non scoppierebbero. un forte aumento della pressioneLa pressione eccessiva si verifica quando il flusso di liquido si interrompe improvvisamente, ma il colpo d'ariete può essere causato anche da altri fenomeni nel sistema di approvvigionamento idrico.
Motivi
Il colpo d'ariete si verifica più spesso quando una valvola di intercettazione viene chiusa improvvisamente. Quando l'acqua scorre nei tubi ed esce da un rubinetto, la pressione nell'impianto idraulico rimane costante. Tuttavia, quando una valvola viene chiusa bruscamente, questa pressione può aumentare diverse volte, causando la rottura e il cedimento delle pareti del tubo.
Il colpo d'ariete può essere causato anche da:
- Accensione o spegnimento improvviso di una pompa potente.
- Presenza di bolle d'aria nell'impianto idrico o nel circuito di riscaldamento.
L'accensione e lo spegnimento intermittente delle pompe possono essere causati da un'alimentazione elettrica instabile in un impianto che ospita stazioni di pompaggio dell'acqua ad alta potenza. Anche le bolle d'aria contribuiscono in modo significativo a questo pericoloso fenomeno, quindi prima di mettere in funzione sistemi liquidi chiusi, assicurarsi che siano completamente privi di aria.
Conseguenze
Se sottoposti ripetutamente ad alta pressione, come nel caso del colpo d'ariete, anche i sistemi più affidabili possono perdere la tenuta. Può anche verificarsi una rottura della tubazione. da un singolo ma potente shock idraulico.
A seguito di questo impatto, l'erogazione dell'acqua agli edifici collegati alla rete idrica viene completamente interrotta. Purtroppo, le conseguenze di questo fenomeno non si limitano alla mancanza d'acqua dal rubinetto.
Se una tubatura si rompe in un condominio, la proprietà dei proprietari degli appartamenti, così come quella dei vicini del piano inferiore, subirà danni a causa della rottura del tubo e della conseguente fuoriuscita di liquido negli ambienti abitativi.
Se si rompe una conduttura idrica principale che rifornisce d'acqua un intero quartiere cittadino, l'incidente può già essere considerato un'emergenza.
A seguito di un simile incidente, i residenti di decine di condomini si troveranno non solo senza acqua potabile, ma anche senza sistema fognario, poiché tutte le cassette di scarico dei servizi igienici sono alimentate dalla rete idrica fredda. Anche con un impianto di acqua calda funzionante, sarà impossibile fare la doccia.
Se una tubazione dell'acqua calda viene danneggiata da un colpo d'ariete, l'incidente, oltre a causare danni materiali, può provocare gravi ustioni. Una perdita nell'impianto di riscaldamento, dove il refrigerante è sempre sottoposto a una pressione elevata e la temperatura del liquido supera i 70 gradi Celsius, può essere particolarmente pericolosa.
Le conseguenze del colpo d'ariete possono portare a danni significativi, quindi è importante imparare come prevenire improvvisi aumenti di pressione nelle condutture.
Metodi di protezione
Il rispetto delle linee guida per l'installazione di impianti idraulici e di riscaldamento può ridurre al minimo il rischio di colpo d'ariete, ma un sistema progettato correttamente da solo non può eliminarlo completamente. Evitare questa spiacevole situazione richiede un approccio globale e il rispetto delle norme di sicurezza e delle istruzioni tecniche.
Seguendo le seguenti regole durante l'installazione e la messa in funzione delle tubature dell'acqua, è possibile ridurre significativamente la probabilità di colpi d'ariete.
- All'avvio dell'impianto idrico o di riscaldamento, gli elementi di intercettazione dei raccordi devono aprirsi molto lentamenteAnche l'interruzione dell'erogazione dell'acqua deve essere effettuata in modo molto graduale. Una chiusura e un'apertura morbide delle valvole di intercettazione sono essenziali non solo negli impianti industriali, ma anche quando si riattivano gli impianti idrici e di riscaldamento in un'abitazione privata. Una pressione eccessiva durante un colpo d'ariete può facilmente danneggiare gli impianti domestici, quindi è importante seguire le precauzioni di sicurezza quando si fornisce acqua a un'abitazione privata ad alta pressione.
- Installando dispositivi automatici per l'apertura e la chiusura graduale delle valvole di intercettazione in un impianto idraulico o di riscaldamento, è possibile eliminare completamente l'errore umano in caso di colpo d'ariete. Naturalmente, con l'utilizzo di componenti elettronici, gli impianti idraulici diventano dipendenti dall'elettricità, ma per eliminare completamente la possibilità di guasti dovuti a dispositivi automatici, è necessario dotare tali meccanismi di una fonte di alimentazione di riserva. Questa riserva è assolutamente essenziale, sia in una grande azienda che per il normale funzionamento degli impianti in un'abitazione privata. Si raccomanda inoltre di dotare le stazioni di pompaggio di un sistema di controllo automatico. Ciò contribuisce a prevenire il colpo d'ariete causato da un improvviso calo di pressione dovuto all'attivazione o alla disattivazione di potenti pompe.
- Applicazione di accumulatori idraulici e dispositivi di smorzamento, aiuta anche a minimizzare gli effetti di improvvisi aumenti di pressione nella rete di approvvigionamento idrico. Tali dispositivi sono in genere costituiti da un involucro metallico con una membrana situata all'interno. Quando si verifica un colpo d'ariete, la membrana si muove, consentendo l'assorbimento del liquido in eccesso. Quando c'è il rischio di rottura di una tubazione
passerà e la pressione diminuirà, la membrana tornerà nella sua posizione originale grazie all'aria presente sul lato opposto. - Per ridurre la pressione nelle reti di approvvigionamento idrico, si può utilizzare valvola di sicurezzache si apre quando il liquido raggiunge un certo livello. Tali dispositivi possono anche proteggere la tubazione da danni, ma questo tipo di protezione richiede una derivazione aggiuntiva dalla valvola alla rete fognaria.
- Per proteggere una casa o un appartamento dal colpo d'ariete, si può utilizzare un metodo molto semplice che compensa la pressione eccessiva espandendo le pareti dei tubi. Gli impianti di riscaldamento o di approvvigionamento idrico non devono necessariamente essere realizzati con tali materiali, ma in un piccolo impianto un tratto di tubo in gomma resistente al calore può assorbire completamente il colpo d'ariete.
- Bypass del termostato, è una misura efficace per contrastare il colpo d'ariete di basso livello, quindi questo "miglioramento" al riscaldamento autonomo può essere implementato solo negli impianti di riscaldamento privati. In genere, un foro di 0,5 mm di diametro nella valvola principale è sufficiente per consentire al fluido in eccesso di fluire liberamente nel circuito dell'acqua fredda in caso di alta pressione.
- Termostato con protezione installato nell'impianto di riscaldamentoInoltre, contribuisce a prevenire fenomeni pericolosi come il colpo d'ariete. Questo dispositivo funziona grazie a un piccolo meccanismo aggiuntivo integrato nella valvola termostatica principale, che si apre indipendentemente dalla temperatura del fluido. Questa valvola interna inizia a consentire il passaggio del fluido quando la pressione del refrigerante si avvicina al valore massimo consentito, impedendo così la rottura delle tubazioni.
Come proteggere gli impianti domestici dal colpo d'ariete
Una perdita in una tubatura dell'acqua in un appartamento può avere conseguenze molto gravi, soprattutto se la perdita causa danni agli appartamenti dei vicini situati al piano inferiore rispetto a quello in cui si è verificato l'incidente.
La sezione dell'impianto idrico situata nell'appartamento potrebbe contenere vecchie tubature metalliche, che con il tempo arrugginiscono e possono rompersi durante l'utilizzo, senza contare la forza devastante del colpo d'ariete.
IMPORTANTE! Per ridurre al minimo il rischio di perdite, si raccomanda di installare valvole a saracinesca che, per loro natura, non consentono l'interruzione immediata del flusso d'acqua. Le valvole a sfera, così comode non solo in cucina ma anche in doccia, possono causare gravi incidenti.
Sebbene gli accumulatori idraulici siano utilizzati più spesso nelle abitazioni private, dove l'acqua viene fornita da una pompa situata in un pozzo profondo, tali prodotti possono contribuire a proteggere l'impianto idrico di un appartamento dal colpo d'ariete.
Inoltre, il liquido accumulato in tali dispositivi può essere utilizzato in caso di interruzione temporanea dell'erogazione dell'acqua. È inoltre possibile prevenire il colpo d'ariete mediante l'installazione di speciali smorzatori nelle tubature di alimentazione dell'acqua calda o fredda.
L'installazione non autorizzata di qualsiasi apparecchiatura in un impianto di riscaldamento centralizzato è severamente vietata. Per proteggere la vostra casa dal colpo d'ariete, fate eseguire una prova di funzionamento dell'impianto di riscaldamento da un tecnico specializzato della società di gestione.
Se tutte le bolle d'aria vengono eliminate tempestivamente dai radiatori e dalle tubature, non ci sarà bisogno di preoccuparsi del colpo d'ariete, poiché tutte le misure necessarie per prevenire tale fenomeno saranno adottate nella centrale termica e lungo il percorso di alimentazione del refrigerante all'appartamento.
Per ridurre il rischio di perdite nell'impianto di acqua calda, si raccomanda inoltre di sostituire i rubinetti con modelli a vite e di installare tubature utilizzando materiali moderni in grado di sopportare la pressione eccessiva nel modo più efficace possibile.
Qualche parola sulla teoria del colpo d'ariete
Il colpo d'ariete può verificarsi solo quando il fluido non è in grado di comprimersi a sufficienza per compensare l'improvviso aumento di pressione. Quando la pressione aumenta in un punto, la sua forza si propaga lungo l'intera tubazione e, individuando un punto debole, provoca la deformazione o la rottura del materiale.
Questo effetto, che si verifica nelle condotte ad alta pressione, fu scoperto per la prima volta dallo scienziato russo N. Ye. Zhukovsky alla fine del XIX secolo. Zhukovsky sviluppò anche una formula per calcolare il tempo minimo necessario per chiudere una valvola al fine di evitare un pericoloso aumento di pressione in un sistema idrico chiuso.
- Dp=p(u0-u1)
Dove:
- Dp — aumento di pressione in N/m2;
- ρ è la densità del liquido, in kg/m³.
- u0 e u1 rappresentano il valore medio della velocità del liquido nella tubazione prima e dopo la chiusura della valvola.
Lo scienziato ha dimostrato che la velocità di propagazione dell'onda d'urto dipende principalmente dal diametro e dal materiale del tubo. Questo valore dipende anche dalla comprimibilità del liquido.
I calcoli devono essere eseguiti solo dopo aver determinato sperimentalmente la densità dell'acqua, che può variare significativamente a seconda della quantità di sali disciolti. La velocità di propagazione di un colpo d'ariete si calcola sempre utilizzando la seguente formula:
- c=2L/T.
Dove:
- c è la velocità dell'onda d'urto;
- L — lunghezza della condotta;
- T — tempo.
Sostituendo i valori in questa formula, è possibile determinare con precisione la velocità di propagazione del colpo d'ariete. Il colpo d'ariete è un'onda che oscilla a una frequenza specifica.
Calcolare il numero di oscillazioni per unità di tempo è altrettanto semplice, se necessario. Basta utilizzare la seguente formula:
- M = 2L/a
Dove:
- M rappresenta la durata del ciclo di oscillazione;
- L — lunghezza della condotta;
- a è la velocità dell'onda (m/s).
Per semplificare i calcoli, di seguito sono riportati i valori della velocità dell'onda d'urto per il colpo d'ariete per tubazioni realizzate con i seguenti materiali:
- Acciaio - 900 - 1300 m/s;
- Ghisa - 1000 - 1200 m/s;
- Plastica - 300 - 500 m/s.
Sostituendo questi valori nella formula, è possibile calcolare con precisione la frequenza delle oscillazioni del colpo d'ariete su un tratto di condotta idrica di una determinata lunghezza.
Questa è la teoria del colpo d'ariete nella sua descrizione matematica più elementare. Nella progettazione dei moderni sistemi ingegneristici, si utilizzano potenti computer per eseguire tali calcoli, quindi non è necessario ricorrere a calcoli manuali di velocità e forza del colpo d'ariete.
Conclusione
Il colpo d'ariete nelle tubature dell'acqua può causare gravi incidenti nel settore residenziale e dei servizi pubblici. Tali incidenti sono particolarmente gravi in inverno. La rottura di una tubatura del riscaldamento può provocare ipotermia e malattie, soprattutto quando bambini piccoli e anziani rimangono senza riscaldamento.
