Dimensionamento delle reti di distribuzione

In questo caso, il carico lineare unitario ( J ) dispo-nibile è correlato alla pressione del’acquedotto e si può determinare con la formula: 

$$J= {( P_{PR}  − ΔH − P_{MIN}  − ΔP_{APP}  )\over L}  · 700 $$

dove:

• J = carico lineare unitario [mm c.a. / m] 
• P_PR = pressione di progetto disponibile all’attacco dell’acquedotto [m c.a.]
• ΔH = dislivello fra l’origine della rete e il rubinetto più sfavorito [m c.a.]
• P_MIN= pressione minima richiesta dal rubinetto più sfavorito [m c.a.]
• ΔP_APP = perdite di carico (ved. pag. 16) dei principali componenti dell’impianto [m c.a.]
• L = lungh. tubi che collegano l’origine della rete al rubinetto più sfavorito [m]

La formula (1) è stata ottenuta considerando un valore di ( J ) mediamente uguale al 70% di ( J TOT ): cioè del carico unitario mediamente spendibile per vincere le perdite di carico sia continue che localizzate (ad es. dovute a curve, derivazioni, variazioni di diametro).  Tale rapporto lega fra loro le due grandezze di cui sopra con le relazioni: 

J = J _TOT · 0,7 
J _TOT = J · 1,43 

La formula (1) è stata ottenuta determinando dapprima il carico unitario totale J TOT disponibile:

$$J= {( P_{PR}  − ΔH − P_{MIN}  − ΔP_{APP}  )\over L}  · 1000 $$

Sostituendo poi, con la formula (2), J TOT con J risulta: 

$$J= {( P_{PR}  − ΔH − P_{MIN}  − ΔP_{APP}  )\over L}  · 1000 · {70\over 100} $$ 

da cui, con le opportune semplificazioni, si ottiene la formula (1).

Esempio:

In un impianto idrosanitario direttamente alimentato da  acquedotto (ved. schema riportato nella pagina a lato), determinare il valore del carico unitario lineare ( J ) considerando: 

• P _PR = 30 m c.a. pressione di progetto disponibile all’attacco dell’acquedotto
• ΔH = 5 m c.a. dislivello fra l’origine della rete e il  rubinetto più sfavorito
• P_MIN = 10 m c.a. pressione minima richiesta dal rubinetto più sfavorito (ved. pag 16)
• ΔP_APP = 12 m c.a. perdite di carico dei componenti  principali (ved. pag. 16)  valori assunti:  6 m c.a. contatore acqua generale e 6 m c.a. disconnettore.
• L = 25 m lungh. tubi che collegano l’origine della rete al rubinetto più sfavorito 

Il valore richiesto si ottiene applicando la formula ( 1 ): 

$$J= {(30 - 5 - 10 - 12) \over 25} · 700 = 84mm c.a./m $$

ed è in base a questo valore che si possono dimensionare i tubi delle reti di distribuzione. 

Con gruppi di pressurizzazione, il carico unitario lineare ( J ) può essere scelto in base ad un valore prefissato compreso nei limiti considerati a pag 16.

Noto tale valore, la pressione di progetto (cioè la pressione a cui va regolato il gruppo di pressurizzazione) può essere calcolata con la formula: 

$$P_{PR} = ΔH+ P_{MIN} + ΔP_{APP} + {J · L\over 700} =$$

dove:

• ΔH = dislivello fra il gruppo di pressurizzazione e il rubinetto più sfavorito [m c.a.] 
• P_MIN = pressione minima richiesta dal rubinetto più sfavorito [m c.a.]
• ΔP_APP = perdite di carico (ved. pag. 16) dei principali componenti dell’impianto [m c.a.]
• J = carico lineare unitario [mm c.a. / m] 
• L = lungh. tubi che collegano il gruppo di pressurizzazione al rub. più sfavorito [m]

Esempio:

In un impianto idrosanitario con gruppo di pressurizzazione (ved. schema riportato qui sotto) e carico unitario lineare J = 100 mm c.a./m, determinare il valore della pressione di progetto considerando: 

• ΔH = 15 m c.a. dislivello fra gruppo di pressurizzazione e il rubinetto più sfavorito 
• P_MIN = 15 m c.a. pressione minima richiesta dal rubinetto più sfavorito (ved. pag 16)
• ΔP_APP = 5 m c.a. perdite di carico dei componenti principali (ved. pag. 16) 
• L = 40 m lungh. tubi fra gruppo di pressurizzazione e rub. più sfavorito 
• Il valore richiesto si ottiene applicando la formula ( 4 ): 
• P_PR = 15 + 15 + 5 + ( 100 · 40 ) / 700 = 40,7 m c.a.

ed è in base a tale valore che si deve regolare il gruppo di pressurizzazione. 

Le pressioni sono, di seguito, espresse in metri di colonna d’acqua per due motivi: il primo perché tale unità di misura è ancora la più utilizzata in campo impiantistico; il secondo perché è correlata con l’altimetria degli impianti, cioè con le altezze fra i livelli di fornitura dell’acqua e quelli di utilizzo.

Promemoria:

• 1 bar ≈ 10 m c.a. 
• 1 atm ≈ 10 m c.a. 
• 1 kPa ≈ 0,1 m c.a. 

Rispetto alle esigenze dell’impianto (di seguito definite) non possono essere né troppo basse né troppo alte, in quanto: 

− se sono troppo basse, non consentono l’erogazione delle portate minime richieste; 
− se sono troppo alte, possono danneggiare l’impianto, causare forti rumori e non consentire il buon controllo delle portate erogate. 

Nel primo caso è necessario utilizzare un gruppo di pressurizzazione, nel secondo un  riduttore di pressione. 

Sono le pressioni minime richieste a monte dei rubinetti più sfavoriti. 
In genere, con i rubinetti normalmente utilizzati, tali pressioni variano da 10 a 15 m c.a.. Con i rubinetti speciali è necessario, invece, consultare i cataloghi dei Fornitori. 

Le velocità massime sono le velocità massime con cui l’acqua può essere distribuita senza causare perdite di carico troppo elevate e colpi d’ariete troppo forti. 

Secondo la norma UNI 9182, i limiti di tali velocità sono: 

➤ 2,0 m/s per distribuzioni primarie, colonne montanti, adduzioni di distribuzione al piano; 

➤ 4,0 m/s per linee di adduzioni alle singole utenze. 

Va tuttavia considerato che questi limiti richiedono pressioni troppo alte. Ad esempio, coi diametri sotto considerati, necessitano dei seguenti carichi unitari lineari ( J ) e totali ( J_TOT ): 

v = 2,0 m/s 

Ø = 1/2” J = 414 mm c.a./m J_TOT = 593 mm c.a./m 

Ø = 3/4” J = 289 mm c.a./m J_TOT = 413 mm c.a./m 

Ø = 1” J = 216 mm c.a./m J_TOT = 309 mm c.a./m 

v = 4,0 m/s 

Ø = 1/2” J = 1.515 mm c.a./m J_TOT = 2.164 mm c.a./m 

Ø = 3/4” J = 1.056 mm c.a./m J_TOT = 1.509 mm c.a./m 

Ø = 1” J = 790 mm c.a./m J_TOT = 1.129 mm c.a./m 

Richiedono cioè valori di ( J_TOT ), e quindi perdite di pressione, non compatibili con le pressioni normalmente disponibili o convenientemente utilizzabili. 

Inoltre, va considerato che le velocità di cui sopra possono far insorgere colpi d’ariete tali da pro-vocare forti rumori nonché la rapida usura e la possibile rottura di tubi, giunzioni, valvole e rubinetti. L’esempio che segue serve a mettere in evidenza gli incrementi delle sovrappressioni dovuti ai colpi d’ariete al crescere delle velocità. 

Esempio: 

Determinare il valore delle sovrappressioni dovute ai  colpi d’ariete con la seguente formula (ved. Idraulica 24) valida per tratti di rete lineari: 

• ΔP = (2 · v · L) / (g · t) 
• ΔP sovrappressione dovuta al colpo d’ariete (m c.a.) 
• v velocità acqua (m/s) 
• L lunghezza della tubazione (m) 
• g accelerazione di gravità (9,81 m/s²) 
• t tempo di chiusura della valvola (s) 

e considerando: L = 40 m; t = 0,2 s; v = 1, 2, 3, 4 m/s 

In base a tali dati risulta: 

per v = 1 m/s ΔP = 40,8 m c.a. ≈ 4,08 bar 

per v = 2 m/s ΔP = 81,5 m c.a. ≈ 8,15 bar 

per v = 3 m/s ΔP = 122,3 m c.a. ≈ 12,23 bar 

per v = 4 m/s ΔP = 163,1 m c.a. ≈ 16,31 bar 

Valori questi che ben evidenziano i pericoli connessi alla scelta di velocità troppo alte. 

Nei casi di alimentazione diretta da acquedotto è consigliabile adottare i seguenti valori: 

40 ≤ J ≤ 120 mm c.a./m.

per evitare velocità troppo basse o troppo alte, per i motivi già considerati nella pagina a lato. Se non è possibile rispettare tali limiti è necessario utilizzare, come già visto, gruppi di pressurizzazione o riduttori di pressione. 

Nei casi, invece, in cui è prevista la pressurizzazione dell’acqua è consigliabile adottare valori compresi nel seguente intervallo: 

80 ≤ J ≤ 120 mm c.a./m.

in quanto questi valori rappresentano un buon compromesso fra il costo dell’impianto, il contenimento dei colpi d’ariete e i non eccessivi incrementi di pressione fra i vari punti di erogazione dell’impianto. 

Le pressioni interne massime non devono essere troppo alte perché, sommandosi alle onde d’urto dei colpi di ariete, possono provocare, come già accennato, il funzionamento rumoroso dell’impianto nonché la rapida usura e la possibile rottura dei suoi componenti. Possono inoltre essere causa di notevoli sprechi d’acqua in quanto rendono più difficile la regolazione dei rubinetti e quindi il corretto controllo dell’acqua erogata. 

Ad esempio si è verificato sperimentalmente che (con gli stessi apparecchi e gli stessi tempi d’uso) aumentando le pressioni a monte dei rubinetti  da 20 a 50 m c.a., i maggior consumi d’acqua variano dal 25 al 30%. 

In mancanza di supporti normativi in merito, per evitare pressioni di funzionamento troppo elevate, è generalmente consigliabile: 

• servire ogni utenza con pressioni che non superano i 40 m c.a.. 
• proteggere ogni utenza con idonei ammortizzatori di colpo d’ariete. 

Il limite di pressione di cui sopra non comporta particolari restrizioni al numero di piani che possono essere serviti dalle colonne degli impianti multi-utenza, come evidenzia l’esempio di seguito riportato. 

Esempio:

Determinare il numero di piani servibili dalla colonna di un impianto multi utenza, considerando: 

• dislivello fra i vari piani = 3 m 
• pressione massima di utenza = 40 m c.a. 
• pressione minima richiesta dal rubinetto più sfavorito = 12 m c.a. 
• carico unitario di progetto ( J ) = 100 mm c.a./m
• perdite di carico interne utenza ultimo piano: 

4,00 m c.a. = pdc tubi distribuzione interna 
5,00 m c.a. = pdc contatore d’utenza 
1,00 m c.a. = pdc valv. intercettazione e collettore

In base a tali valori si determinano dapprima la pressione necessaria all’utenza dell’ultimo piano (piano n): 

ΔP n = 12,0 + 4,0 + 5,0 + 1,0 = 22,0 m c.a.

Si determina poi ( J_TOT ) con la formula 3 e le perdite di carico dei tratti di colonna compresi fra piano e piano: 

J_TOT = J · 1,43 = 143 mm c.a./m = 0,143 m c.a./m 

ΔP_PIANO = 3 + (3,0 · 0,143) = 3,0 + 0,43 = 3,43 m c.a.

Se si devono servire le utenze di un numero elevato di piani, si possono adottare soluzioni del tipo sotto riportato: soluzioni valide per impianti fino a 10÷12 piani. Per impianti con un maggior numero di piani si può ricorrere a soluzioni simili, ma con più colonne a servizio delle utenze poste sulla stessa verticale. 

Soluzione 1
Sono previste 2 colonne: la prima alimentata direttamente all’acquedotto, la seconda con gruppo di pressurizzazione. La soluzione è adottabile solo con pressioni dell’acquedotto medio-alte. 

Soluzione 2
Sono previste 2 colonne con 2 gruppi di pressurizzazione regolati a bassa e alta pressione. 

Soluzione 3
Sono previste 2 colonne e 1 gruppo di pressurizzazione. Per evitare sovrappressioni, la colonna dei piani più bassi è dotata di un riduttore di pressione.

Soluzione 4
È prevista 1 sola colonna con gruppo di pressurizzazione. Per evitare sovrappressioni, le utenze dei piani più bassi sono dotate riduttori di pressione.