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Rivista Idraulica 55

Autoclavi a cuscino d'aria

Il sistema di sopraelevazione tradizionale è ad autoclavi a cuscino d'aria ed è composto da diversi elementi, presentati qui sotto.

Schema con autoclave a cuscino d'aria
Serbatoio autoclave

Serve a contenere la riserva idrica necessaria. Il suo volume può essere determinato con la formula riportata di seguito:

$$V=30 · {{G_{pr} · 60 \over a} · {P_{max}+1\over P_{max} - P_{min}}}$$

dove:

V = Volume dell'autoclave, [l]
Gpr = Portata di progetto, [l/s]
Pmin = Pres. min. di sopraelevazione [bar]
Pmax = Pres. max. di sopraelevazione [bar]
a = Numero massimo orario degli avviamenti della pompa [h-1]

Mediamente si può considerare:
a = 30 per potenza elettropompa < 3 kW
a = 25 per potenza elettropompa 3÷5 kW
a = 20 per potenza elettropompa 5÷7 kW
a = 15 per potenza elettropompa 7÷10 kW
a = 10 per potenza elettropompa > 10 kW

La potenza dell'elettropompa può essere calcolata con la formula riportata sul 1° Quaderno Caleffi alla voce: ELETTROPOMPE.

Elettropompa

Serve per innalzare la pressione dell'acqua proveniente dalla rete pubblica. Deve essere dimensionata secondo i criteri richiamati nelle note introduttive di dell'articolo dedicato ai sistemi di sopraelevazione della pressione.

Pressostato di esercizio

Serve ad attivare la pompa quando la pressione è troppo bassa o a disattivarla quando è troppo alta rispetto ai valori stabiliti.

Dispositivo di blocco

Serve ad impedire il funzionamento della pompa quando sussiste il pericolo di marcia a secco (cioè in assenza di liquido pompato).

Se la pompa aspira direttamente dall'acquedotto o da un serbatoio chiuso, il dispositivo di blocco può essere costituito da un pressostato tarato a bassa pressione (per esempio a 1 bar); se la pompa aspira da un serbatoio aperto, il dispositivo di blocco può essere costituito da un livellostato.

Sistema di immissione dell’aria

Immette aria dall’ambiente esterno per mantenere il cuscino d’aria nella parte superiore del serbatoio ed evitare che venga lentamente assorbito dall’acqua. 

L’immissione dell’aria può avvenire:

  • tramite un alimentatore automatico d’aria; 
  • attraverso un compressore;  
  • da rete d’aria compressa.
Sezione di un alimentatore automatico d'aria

Il sistema è essenzialmente composto da un dispositivo costituito da un piccolo recipiente dotato di valvola di fondo a galleggiante e da una valvola di aspirazione dell’aria. Quest'ultima se attraversata da un flusso d’acqua, è in grado di aspirare l’aria dall'esterno per effetto Venturi. Questo dispositivo va montato in corrispondenza del livello di mantenimento del cuscino d’aria ed il funzionamento  è schematizzato nelle immagini seguenti.

L’alimentatore automatico d’aria è indicato per impianti in cui è previsto un regolare esercizio delle elettropompe, dato che ne sfrutta gli avviamenti per svolgere la sua funzione. Il suo corretto funzionamento è garantito quando si ha un battente negativo in aspirazione della pompa; in caso di battente positivo invece è bene che questo non superi i 5 m c.a..

Non può invece essere utilizzato in  combinazione a pompe sommerse dove non è fisicamente possibile il suo collegamento con l'aspirazione della pompa.

Schema alimentatore in condizione di partenza

Condizione di partenza

La pompa è ferma. Il livello di acqua contenuto nell’autoclave è superiore alla soglia minima e di conseguenza l’alimentatore è pieno d’acqua.

Schema alimentatore all'avviamento della pompa

Avvio della pompa

La depressione generata dall’avviamento della pompa permette di convogliare l’acqua dall’autoclave verso la bocca di aspirazione della pompa. In questo modo, all’interno dell’alimentatore, si crea un flusso che, attraversando l’ugello Venturi, aziona la valvola di aspirazione. Di conseguenza l’aria aspirata riempie progressivamente l’alimentatore.

Schema alimentatore durante normale funzionamento

Normale funzionamento della pompa

Una volta riempito di aria l’alimentatore, il galleggiante al suo interno si posiziona sul fondo del dispositivo, in modo da chiudere il collegamento con la pompa evitando di conseguenza l’ingresso di aria nella pompa.

Schema alimentatore a spegnimento della pompa

Spegnimento della pompa

Quando la pompa viene arrestata, grazie al principio dei vasi comunicanti, l’aria contenuta nell’alimentatore, essendo più leggera rispetto all’acqua, risale e riempie la parte superiore dell’autoclave. L’alimentatore è quindi pronto per un nuovo ciclo.

Il sistema è essenzialmente composto da:

  • Compressore: serve per aumentare la pressione dell'aria ed a convogliarla all'interno dell'autoclave. È consigliabile installare un compressore esente da lubrificazione e con opportuni filtri per l'aria.
  • Livellostato: serve a tenere sotto controllo il livello del cuscino d'aria, attivando il compressore (quando il livello dell'acqua supera quello di controllo del livellostato) e arrestandolo (quando il livello dell'acqua si trova al di sotto di tale limite).
  • Pressostato di sicurezza: serve ad impedire l'avviamento del compressore (o a fermarlo se è già avviato) quando nel serbatoio si supera la pressione massima di sopraelevazione.

L'utilizzo del compressore è consigliato in tutti i casi dove non siano garantiti frequenti avviamenti ed arresti delle elettropompe, ad esempio impianti ad utilizzo molto saltuario o con prelievo costante d’acqua.

Essendo un sistema caratterizzato da elevata affidabilità, viene molto utilizzato laddove sussiste tale requisito, come per le pressurizzazioni a servizio di grossi complessi residenziali, ospedali o processi produttivi.

Schema con autoclave a cuscino d'aria: sistemi di immissione dell'aria

Si tratta di un sistema concettualmente analogo a quello con compressore, ma al posto di quest'ultimo si utilizza un’elettrovalvola per derivare l’aria da una rete d'aria compressa. 

L’utilizzo di questi sistemi è generalmente applicato a livello industriale dove sono già presenti reti d’aria compressa per esigenze produttive.

In genere se le pressioni di distribuzione dell’aria compressa sono elevate è consigliabile utilizzare un riduttore di pressione prima dell’elettrovalvola.

È inoltre indispensabile l’utilizzo di un buon sistema di ritegno, in quanto una eventuale depressurizzazione della rete potrebbe far defluire l’acqua contenuta nell’autoclave all’interno della rete d’aria compressa.

Schema con autoclave a cuscino d'aria: sistemi di immissione dell'aria