Componenti e Metodi di Calcolo per Reti Idrauliche: Valvole, Sfiati, Dimensionamento e Verifica

Valvole e Sfiati

Le valvole servono a regolare il flusso dei liquidi. Queste si distinguono in:

• Valvole d’intercettazione: servono per isolare tratti, riducendo al minimo le utenze interessate dal disservizio. A questo scopo si impiegano saracinesche (a corpo piatto, a corpo ovale e a corpo cilindrico). Per grandi diametri è preferibile usare valvole a farfalla, che sono meno ingombranti.
• Valvole regolatrici di carico: servono a regolare le portate e carichi, e si distinguono in valvole a stella e valvole a fuso.

Gli sfiati, ubicati sui punti di colmo del profilo dell’acquedotto, assolvono diverse funzioni:

• evacuazione dell’aria durante il normale esercizio;
• evacuazione dell’aria durante il riempimento dell’acquedotto;
• rientro dell'aria durante lo svuotamento dell’acquedotto;
• funzione di sfioratori di sicurezza.

Dimensionamento di una Rete di Drenaggio con il Metodo Cinematico

Secondo il modello cinematico, una volta adottata la funzione di forma del bacino lineare:

A(τ)=Ab*/τb

In cui [simboli] sono l’area del bacino, il tempo di concentrazione e il tempo di corrivazione. Si deve ricercare la condizione di massima portata al colmo rispetto al tempo t, ottenendo due relazioni:

Per t < τb: ∂Qc/∂t = 2.78ϕAb*a*n*t^(n-1)/tb

Per t ≥ τb: ∂Qc/∂t = 2.78ϕAb*a*(n-1)*t^(n-2)

Il tempo caratteristico del bacino può essere espresso per mezzo di formule empiriche, come le formule di Giandotti e di Kirpich. Per eseguire il calcolo idraulico del tempo caratteristico del bacino si fanno le seguenti ipotesi:

• la sezione bagnata in ciascun tratto si ricava con le formule del moto uniforme;
• si considera ogni tratto di calcolo idraulicamente indipendente dagli altri;
• infine, si ipotizza che si raggiunga contemporaneamente il massimo livello idrico di progetto in tutte le canalizzazioni della rete.

Con questo metodo, il dimensionamento deve necessariamente procedere da monte verso valle. Nel modello cinematico, lo scorrimento fuori rete è introdotto sotto forma di tempo d’afflusso in fogna.

Verifica delle Reti Chiuse con il Metodo di Hardy Cross

Per reti chiuse si intendono “sistemi di condotte interconnesse a maglia chiusa”, in modo che ogni punto di erogazione possa essere alimentato da almeno due condotte per garantire il servizio anche in caso di interruzione di una sola condotta. Nelle reti chiuse, il numero di tronchi è maggiore del numero di nodi meno uno: p = n – (m-1), per cui il sistema delle equazioni di continuità delle portate nei nodi è indeterminato. Non è quindi possibile determinare le portate nei tronchi univocamente per mezzo delle sole equazioni di moto. Ciò vuol dire che la non linearità delle equazioni dei carichi nei tronchi, dovuta alle portate, non è eliminabile. I sistemi risolutivi delle reti più comunemente usati sono:

• le m equazioni dei carichi nelle maglie non lineari nelle variabili qj;
• le n-1 equazioni di continuità delle portate nei nodi non lineari nelle variabili H.

In entrambi i casi, occorre l’utilizzo di metodi numerici per la risoluzione, come la semplificazione di Hardy Cross.

La semplificazione di Cross consiste nel trascurare, in ciascuna equazione dei carichi della maglia j, le incognite ∆q relative alle maglie j ≠ J.