Appunti Acquedotti e fognature

Richiami di idraulica

metricaquotapiezocarico aliquote del carico che competono ad una particella d'acqua che si muove(m) in un sistema idraulico. Dal carico si ricava la piezometrica.altezzacineticaaltezza N.B. Opere di presa e adduzionegeometrica altezzapiezometrica sono dell'ordine di 20-70m

Piezometrica: luogo dei punti occupati dalla quota piezometricahaètrascurabile condotte velmissisu Yelunghe Lo 0,05mNB.gg

N.B. Evitare bassa velocità per non avere ristagni d'acqua e la sedimentazione di materiali

Evitare alta velocità per evitare colpo d'ariete, cioè sovra pressioni che possono generare rottura della condotta.

• Percorso e lunghezza addutrice.
• Problema planimetrico e altimetrico dell'addutrice.
• Differenza quote pelo libero (ΔH).

Schemi idraulici per differenti andamenti della condotta

Si ha una condotta che collega due serbato S1 e S2.

Si ha la piezometrica relativa A-A’ e la piezometricaassoluta B-B’. In corrispondenza del pelo libero delserbatoio S1 si ha la linea dei carichi idrostatici relativa.

La portata in questo caso è uguale al caso precedente,in EF si hanno pressioni relative negative (pressioneinferiore a quella atmosferica). È sconsigliabile unapressione relativa negativa in un tratto poiché, anchese l'acqua circolerebbe, potrebbe avere immissioni direlativaPressione fluidi esterni e inquinanti in corrispondenza di fori eEFinnegativa giunzioni. Dal punto di vista progettuale, il rapporto p/γdeve essere, cautelativamente, almeno al di sopra di5m in colonna d'acqua per garantire sempre che lapressione interna del tubo sia maggiore della pressioneesterna.

Bisogna innescare il sifone nel tratto E’’F’’ (adescare ilsifonamento) in quanto si trova al di sopra della lineadei carichi idrostatici relativa.

La portata transitante non è più uguale ai casiprecedenti in quanto l'acqua non passa se la condottasi trova al di sopra della piezometrica assoluta. In talcaso si instaura una piezometrica diversa tangente per ilpunto più sfavorito, che è il punto più alto dellacondotta, il quale deve avere al massimo una pressioneassoluta nulla. Diminuirà quindi la cadente e con essala portata. Infatti vale:

N.B. Meno la piezometrica è inclinata, meno portatatransita.

La piezometrica deve poi collegarsi tra M e T, quindi lacadente deve aumentare di molto in questo tratto.

Poiché non è possibile modificare portata e diametroper condotta esistente, ciò che cambia sarà la velocitàdi transito affinché sia rispettata la congruenza. Quindi,considerando Q=vA cambierà l'area bagnata del flusso,la quale sarà minore staccandosi dalla parete: il motonon sarà più in pressione ma sarà a canaletta, quindi apelo libero. L'innesco è comunque automatico poiché lapiezometrica è al di sotto della linea dei carichiidrostatici relativa.

Avviamento possibile solo con impianto disollevamento poiché la quota geometrica dellacondotta supera di 10,33m la linea dei carichi relativi,data dal pelo libero del serbatoio di origine.

N.B. La pompa deve essere posta in aspirazione entro i10,33m (anche meno per le perdite di carico).

1 incognita calcolabile note 2, tramite le formule del motoQD E

Progetto dell’adduttrice

Progetto dell’adduttrice Q, J noti; D incognita da calcolare. ε,A Per ricavare L si possono condurre una serie di studi su percorsidifferenti per stabilire quale sia il più conveniente economicamente(es. espropri da fare) e quale sia l'impatto sulla cadente al variare di L.

dipende dal materiale della tubazione e si sceglie in base al tipo diεe terreno da attraversare (es. considerare terreno corrosivo).

Definito il percorso e la cadente si calcola il diametro teorico, quindi si scelgono i diametri commerciali.

Si mette prima il diametro piccolo per avere pressioni più basse iniziali e si dispongono i diametri in modo da averebasse pressioni in arrivo per limitare i costi sulle dimensioni della tubazione, e quindi i danni sulle tubazioni eminimizzare eventuali portate di perdita. Garantire comunque i 5m in colonna d’acqua. Si trovano poi le lunghezze L1e L2 relative ai diametri commerciali scelti. Si può considerare l’impiego di un solo diametro maggiore e unasaracinesca in arrivo che riduce il carico per cautelarsi in caso di necessità di portate maggiori.

NB. J1 e J2 sono calcolabili, in quanto funzione dei diametri commerciali scelti

Verificare infine che la pressione in ogni punto sia minoredi 8m in colonna d'acqua.

Schemi progetto acquedotti

Schemi progetto acquedotti delLa didi trattocalcolarecondotta sceltocondiametroRaddoppio raddoppio Ds QsnotiCalcolare 23A QQBÈtà laSoddisfare portata laOkteorico perchécapire portata nonninaB 1 sistemaVerifica Qsattuale soddisfareINO RaddoppionecessarioUtenze portano.am ariaContinuità incogniteLha sistemafortementeSi pun gg Isnonlineare 7equazitincogn sincogniteggup ggtentativi D710313 331Sihaun'equazidicontrollochedeve verificataaffinchéessere 52fatta 33correttasial'ipotesi equaziaggiuntivadiEs Qafissato calcolo congruenza332CheckQfissatodeveverificare gang no gangL µLe La3 serbatoi Ha HeHBInputesistenteVerifica sistemasu LaiLB LeDaDBDABA Q1 QiOutputQi Q Qe Q QQ Hnte incognite4 4e ineqmaz.HNcognef QiDel31di QlanotaNonè direzione QIntal ilf Dal NB notoè Nonè votopiùcaso sempliceAnilfissare carico tangasapendo HN FQ3DHaeHaeHa Iche di InputQaQeinotoProblema Schemaprogetto topologicodaSi LoA Cvuole LeiLala B inportata econvogliareA Ha ÈFissatoB HaHa DaLadiametriquindie È DeSi di Hncosto diversivalorifissati portanodifferenti risultatiminimo poiché perequazioneaggiunge DIEDI IIIIE aµ di1 SimilealEsercitazione consortileacquedottocasoA 5m colonna ini in d'acquaProgettaregarantendoiii modo iiiogni QeI QeAre Adecide4esistente 5mIncognitadiametro deveDa igarantirecolonnain d'acqua

In planimetria sarebbe opportuno far passare la condotta tra due punti in linea retta, ma è meglio farla passare dauna strada per evitare problemi di esproprio dei terreni e per la possibilità di operare più facilmente con i mezzi.

Inoltre è preferibile far passare la condotta a lungo il confine delle particelle di due proprietari per meno intaccare ilterritorio di entrambi, considerato anche che la condotta deve avere una fascia di rispetto.

Portata necessaria a servire una data popolazione:

Da tale formula è possibile comprendere la portata in funzione della popolazione o la popolazione in funzionedella portata circolante e quindi verificare se una portata può soddisfare una certa popolazione.

NB. Una perdita di 3L/s comporta come se nella rete cifosse da servire una popolazione aggiuntiva di 1000

NB. Si può ricostruire il funzionamento di una rete solo conoscendo la topologia della rete. A tale scopo si può usare ilsoftware Epanet

Schema di una rete

Schema di una rete: dati necessari alla modellizzazione diXIIIIDati necessari del serbatoio: distribuzioneavvicinamento- volume (V) serbatoio- quota (z) Diametro (D)- livello iniziale elaborazione nodi- quota di sfioro

NB. Diametro e quota di sfioro definiscono il volume laticondotteLo schema planimetrico della rete è definito per lo più dalla rete stradale.

Dati necessari della condotta: I derivazioni dalla- lunghezza (L) condotta principaleIjf per servire le utenze- Diametro (D)- Scabrezza (ε)

Dati necessari di un nodo:- quota (z)- portata in uscita (Base Demand) (BD)

La portata immessa in rete è quella in uscita dal serbatoio, la portata circolante in rete è quella richiesta dall'utenza. Sisuppone che la portata distribuita lungo tutto il percorso sia invece concentrata nei nodi estremi del sistema.

La Base Demand è definibile in base alle richieste delle utenze è distribuita equamente a metà ai due nodi afferenti allato.

Se i risultati forniti da Epanet non sono congruenti con il funzionamento reale della rete ci potrebbero essere dei datierrati inseriti nel programma, quali condotte non tracciate, perdite nella rete; utenze non considerate i diametri noncorretti. Quindi il risultato ottenuto deve essere continuamente controllato affinché sia congruente con la realtà (cioèsi deve effettuare la calibrazione della rete).

Epanet è utilizzato per lo più per i problemi di verifica della rete. Si possono però effettuare anche problemi di semi-progetto ipotizzando una distribuzione di diametri e una distribuzione di portate circolanti, quindi si verifica ilfunzionamento della rete osservando che in ogni nodo esca la portata ipotizzata in uscita (cioè il soddisfacimentodelle utenze mediante la circolazione di una certa portata nei lati) e che ci sia la pressione adeguata per far uscire laportata ipotizzata (carico adeguato in ogni nodo).

Lezione 22/03

Utilizzo di Epanet

La base demand dei nodi indica la portata richiesta dalle utenze e quindi la domanda in uscita.

(base demand)i =Portata richiesta totale dalla popolazione [L/s]Σ

Lezione 26/03

Esercitazione 2

Lezione 29/03

Esercitazione 2

Lezione 09/04

Esercitazione 3

Lezione 12/04

Con riferimento all’esercitazione 3. Il volume di surplus è maggiore quando il serbatoio è servito da un impianto disollevamento.

Per diversi pattern del volume di compenso si ottengono diversi valori del volume di compenso: andrebbero quindistudiati più scenari per valutare quello migliore in termini di minore volume di compenso, quindi dimensionamento delserbatoio minore.

Nel caso di una maggiorazione delle dimensioni di un serbatoio si può costruire una nuova vasca e metterla incomunicazione con la vecchia per sfruttare il principio dei vasi comunicanti. Ciò che non può essere cambiata è la quotadi sfioro.

Verifica delle reti in condizioni PDA

Fino ad ora si è effettuata la verifica di una rete essendo noti dei parametri quali la portata, topologia della rete(dimensioni condotte, scabrezza), portata spillata ai nodi. Detta verifica Demand Driven Analysis (DDA).

Si opera ora in condizioni Pressure Driven Analysis (PDA), cioè definendo le portate reali che vengono erogate ai nodi.

Nella verifica PDA, non si opera sulla rete per migliorarne il funzionamento, ma per osservare come la rete funziona. Cioèa partire dalla topologia della rete e avendo una quantità di acqua in uscita fissata, si vuole verificare effettivamente laquantità di acqua esce dai nodi. Si dimostrerà che esiste un legame tra la portata in uscita da un nodo e il carico in quelnodo. Sapendo che il carico in un nodo è

L’altezza geometrica z rimane fissata, ma si deve verificare che l’altezza piezometrica p/γ è adeguata ad erogare tutta laportata che si vuole inviare.

Es. z=30m; H=30m consegue che p/γ=0. In tali condizioni non si riesce ad inviare acqua da un apparecchio.

Affinché un apparecchio funzioni, si deve avere un carico minimo Hmin. di condotteperdita caricodi nodoedificioavvicinamentoBD i n e 120perditedicaricacolonnamortantaedificialtezzaedificio daminima garantirepressioneconnpiani perilfunzionamentodegliapparecchipHiAmin Hmax

La portata cresce all’aumentare del carico, quindi la portata richiesta (base demand) si riesce ad erogare quando lapressione nel nodo è tale da raggiungere un valore di carico massimo. Se il carico va oltre Hmax la portata aumenta maquella in eccesso, oltre alla base demand, non viene utilizzata.

facendo il rapporto tra la portata reale Q e quella richiesta BD, e ponendo si ottiene una curva che mostra comeα=Q/BD,varia variare del carico al nodo. Calcolato si può determinare quanto è la portata reale che esce dal nodo se il caricoαal α(o pressione) è minore o superiore a (p/γ) minAmmetteHmaxse Hase AminHaHmaxse

Il carico H di ogni nodo si ricava dall’analisi in DDA della rete.

Es. portata richiesta 1L/sZ=28H=46Hmax=51Hmin=33Si calcola quindi la portata erogata non è sufficiente a quella richiesta.α=0,85,

Il calcolo in PDA è un calcolo iterativo poiché approcciando alla rete si trovano alcuni nodi in cui il carico non èadeguato, nella rete circola meno acquae aumentano i carichi e quindi Facendo più iterazioni il valore di oscillaα. αfinché si arriva ad un valore sempre più stabile.

Lezione 16/04

Revisione test PDA

• In una rete idrica la portata erogata dipende dalla pressione ai nodi. Infatti la pressione al nodo consente all’acqua inuscita di arrivare fino alle utenze. L’approccio PDA descrive proprio questa caratteristica.
• Se analizzo un file EPANET non si capisce dai risultati se la rete lavora o meno in condizioni PDA.
• Esiste un valore minimo del carico al di sotto del quale dal nodo non viene erogata acqua che è dell’ordine di 3-5m.Questo non avviene in EPANET.
• La portata non cresce indefinitamente all’aumentare del carico ma si arresta per un certo valore di Hmax. Da quelpunto si può ipotizzare che la portata rimanga costante poiché la base demand viene soddisfatta e non c’è piùrichiesta.
• Con EPANET non è possibile definire i valori di carico al di sotto del quale il nodo non eroga portata.
• Una verifica di una rete secondo l’approccio PDA non consente di correggere i problemi di carico ed erogare tutta laportata necessaria. Infatti la PDA è solo una verifica del sistema e permette di stabilire solo quanta acqua esce da unnodo.
• La verifica di una rete in PDA presuppone una procedura di calcolo iterativa.
• Il modo più semplice per accorgersi se una rete lavora in PDA è valutare il livello idrico dei serbatoi. Infatti il volume inin arrivo al serbatoio sarà maggiore del volume consegnato alle utenze, che si traduce in un aumento del livello delserbatoio stesso. Potrebbe anche essere che le utenze non hanno fruito di acqua o che sono present perdite nellarete. La conoscenza della pressione ai nodi permette anche di verificare se la rete lavora in PDA.

Lezione 19/04

Con riferimento all’esercitazione 3.

Nella soluzione di mettere 3 pompe in parallelo, ognuna delle quali eroga 9L/s. La curva caratteristica delle pompe inparallelo, è la stessa curva caratteristica di un’unica pompa che solleva 9L/s?

N.B. La differenza di carico che si determina agli estremi della pompa, è maggiore della differenza di quota tra gli stessiestremi. In particolare, il carico nel punto di aspirazione è uguale al carico del primo serbatoio per la perdita di carico dellacondotta di aspirazione. La cadente è funzione del diametro della condotta e della portata Q. Quindi il sarà maggioreΔHnel caso delle 3 pompe in serie. In inverno si ha una curva caratteristica con un minore, quindi la portata sollevata èΔHmaggiore. Quindi per garantire l’adduzione di una certa portata si dovrà far lavorare per meno tempo.

È 12 4 18htp9.247571 da912_______________________________________________________________________________

Stima della portata richiesta in un nodo (Base Demand)

Si ha uno schema di rete cittadina con una popolazione di 20.000 abitanti. Si trova quindi una portata totale richiesta diQ=(20.000 300)/86400=70L/S. Si vuole calcolare la portata ai.21 31 111 laµQin 8 7 36q 64 5 4gBanalmente si potrebbe dividere la portata totale per ogni nodo ma l’ipotesi non è accettabile se dei nodi richiedono piùportata di altri.

La rete schematizza come la portata spillata solo ai nodi, ma nella realtà le singole utenze sono collegate lungo tutta lacondotta. Quindi si può assumere come prima approssimazione che la portata si suddivisa ai due lati della condotta:quindi ogni nodo richiede la portata delle metà delle condotte afferenti.

Se si vuole erogare la portata lungo ogni lato, nell’ipotesi di popolazione uniformemente distribuita, la portata erogatache compete al lato i-esimo è pari alla portata totale per la lunghezza i-esima diviso la lunghezza totale della rete.

La qi è la portata che viene erogata lungo ciascun lato, ma non è la portata circolante in quel lato!

Quindi la somma totale delle qi è pari alla portata totale Qtot. QiL L 9di 9NODOLATO 1Qtot.li12 Ltd 23 La3N 944g6 6 EQiQ.at70450 Qtot.TLqi

Es. nel nodo 4 si ha la portata afferente ai lati 3 e 4

Questo modo di procedere permette di stimare la portata richiesta ai nodi basandosi sulla lunghezza delle tratte.sPopLa lunghezza della condotta di avvicinamento si inserisce nel calcolo della lunghezza totale