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Rivista Idraulica 55

Autoclavi a membrana

Questo sistema di sopraelevazione è composto da:

  • Serbatoio a membrana
  • Elettropompa
  • Pressostato di esercizio
  • Dispositivo di blocco

È un sistema simile alle autoclavi a cuscino d’aria ma, a differenza di questi dove l’aria è costantemente a contatto con l’acqua, vengono utilizzati serbatoi con membrane in gomma naturale o artificiale.

Questo accorgimento permette di evitare il sistema di immissione dell’aria.

I serbatoi sono preventivamente caricati con azoto per evitare fenomeni di ossidazione delle superfici interne dei serbatoi.

La pressione iniziale del gas caricato, detta anche pressione di precarica, deve essere leggermente inferiore alla pressione minima di sopraelevazione ma allo stesso tempo maggiore della pressione idrostatica dell’impianto al fine di evitare depressurizzazioni. 

Pidrostatica < Pprecarica < Psopraelevazione

Funzionamento normale dell'autoclave a membrana
Errata pressione di precarica

Se la pressione di precarica è inferiore alla pressione

idrostatica, oltre a mantenere la membrana costantemente espansa, potrebbe sussistere il rischio di svuotamento della colonna d'acqua a valle. 

Se invece la pressione di precarica è superiore alla pressione di sopraelevazione, non è possibile sfruttare l'espansione della membrana dell'autoclave e si rischia di aumentare eccessivamente la pressione nell'impianto. 

Con l'avvio delle pompe, l'acqua comprime il gas fino al raggiungimento della pressione massima prevista. Man mano che si ha richiesta da parte delle utenze, la pressione "immagazzinata" viene gradualmente restituita all'impianto nel periodo che intercorre tra la disattivazione e l'attivazione delle pompe.

Con lo scopo di proteggere le pompe dal pericolo della marcia a secco, è bene prevedere (ad integrazione delle apparecchiature normalmente adottate) un dispositivo di blocco. Questo può essere un livellostato per pompe che aspirano da un serbatoio aperto, oppure un pressostato (tarato a bassa pressione) per pompe che aspirano da acquedotto o da un serbatoio in pressione (pre-autoclave).

Il dimensionamento delle autoclavi a membrana è simile a quello delle autoclavi a cuscino d’aria e può essere calcolato con la formula riportata di seguito.

Schema con autoclave a membrana

L’utilizzo di autoclavi a membrana porta quindi ad una notevole riduzione dei volumi dei serbatoi rispetto a quelli a cuscino d'aria, a parità di prestazioni. Nei serbatoi a membrana infatti tutto il volume interno è utilizzabile per l’espansione e la compressione dell’aria.

Rispetto a quello con semplice cuscino d'aria, il sistema con autoclave a membrana presenta i seguenti vantaggi:

  • ha un ingombro più ridotto;
  • non necessita di un sistema di immissione dell’aria;
  • consente controlli e interventi di manutenzione più semplici.

Il dimensionamento delle autoclavi a membrana è simile a quello delle autoclavi a cuscino d’aria e può essere calcolato con la formula riportata di seguito.

$$V=6 · {{G_{pr} · 60 \over a} · {P_{max}+1\over P_{max} - P_{min}}}$$

dove:

V = Volume dell'autoclave, [l]

Gpr = Portata di progetto, [l/s]

pmin = Pressione min. di sopraelevazione [bar]

pmax = Pressione 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.

Dimensionare un’autoclave a cuscino d’aria per un’utenza residenziale con 50 appartamenti.

Ogni appartamento è dotato di:

  • n° 1 wc
  • n° 1 lavabo
  • n° 1 doccia
  • n° 1 bidet
  • n° 1 lavello cucina

L’acqua viene prelevata da un serbatoio a pressione atmosferica e deve essere pressurizzata sino ad una pressione di 6 bar.

Si calcola la portata totale dell’impianto come somma delle portate di progetto per ciascuna utenza:

  • 1 wc = 0,1 l/s
  • 1 lavabo = 0,1 l/s
  • 1 doccia = 0,2 l/s
  • 1 bidet = 0,1 l/s
  • 1 lavello cucina = 0,2 l/s

 

Portata totale singolo alloggio:

$${G_{alloggio} = 0,1+0,1+0,2+0,1+0,2=0,7 [l/s]}$$

Portata totale per 50 alloggi:

$${G_{alloggio} = 50 · 0,7 = 35 [l/s]}$$

Portata di progetto: 

si calcola la portata di progetto utilizzando il coefficiente di contemporaneità (f) determinato con i grafici o le tabelle riportate nella norme. A tal proposito si rimanda all'Idraulica 50.

                      f = 5,3% 

$${G_{progetto} = G_{totale}  · f}$$

$${G_{progetto} = 35 · f= 1,85 [l/s]}$$

Se consideriamo un elettropompa del gruppo di pressurizzazione con portata di reintegro pari a Gprogetto e, quindi, potenza minore di 3 kW, si ottengono circa 30 avviamenti orari.

Inoltre, considerando i seguenti valori di pressione:

  • Pmin = 5 bar
  • Pmax = 6 bar

si può calcolare il volume dell'autoclave come segue.

$${V=30 · {1,85 · 60 \over 30} · {6+1\over 6- 5}=777[l]}$$

È quindi possibile scegliere un’autoclave commerciale a cuscino d'aria da 800 litri.

Se per lo stesso impianto dovessimo installare un’autoclave a membrana si otterrebbe un volume pari a:

$${V=6 · {1,85 · 60 \over 30} · {6+1\over 6- 5}=155[l]}$$

È quindi possibile scegliere un’autoclave commerciale a membrana da 200 litri.