Appunti di Fondamenti di impianti e logistica

A

- h è la quantità di precipitazione misurata in m/anno di pioggia

- 0,7 è un fattore correttivo

fonti di approvvigionamento: acque superficiali

Visti gli elevati costi delle opere edili infrastrutturali, si utilizza solo per fabbisogni di grosse portate d'acqua. Le

opere di presa dipendono dal tipo di bacino, ma condividono gli stessi elementi essenziali, che sono:

- aperture o imbocchi,

- sistemi filtranti,

- condotto di ammissione alla zona di pompaggio.

Nella scelta del tipo di imbocchi bisogna tenere conto di:

- natura della fonte,

- livello minimo della fonte,

- escursione tra i livelli massimo e minimo,

- possibili moti della massa liquida,

- possibili materiali in sospensione.

Gli imbocchi si distinguono in:

- imbocchi sommersi (ad es, per mari e laghi),

- imbocchi esposti (ad es, per fiumi).

captazione dal mare

captazione da fiume

Nella parte iniziale, il canale di captazione ha una sezione maggiore per facilitare il deposito dei materiali solidi

sospesi nell'acqua.

La captazione da laghi è simile a quella del mare, ma le opere di presa sono disposte ad una distanza dal

fondo tale che non si abbiano:

- richiami apprezzabili di vegetazione o torbidità,

- escursioni notevoli della temperatura.

Di sovente, l'opera di presa è dotata di aperture disposte ad altezze diverse e regolabili, in previsione di

escursioni del livello dell'acqua.

fonti di approvvigionamento: acque profonde

Si distingue tra:

- falde freatiche,

- falde artesiane.

Indipendentemente dal tipo di falda, la captazione avviene tramite la realizzazione di un pozzo.

Esempio di pozzo a percussione con elettropompa:

Una falda freatica è caratterizzata da acqua fluente a pelo libero tra uno stato poroso ed uno impermeabile e la

captazione avviene per pompaggio.

Una falda artesiana è caratterizzata da acqua fluente in pressione tra due stati impermeabili. Se il carico

piezometrico è sufficiente, la captazione può avvenire senza pompaggio, altrimenti è necessario usare un

sistema di pompaggio.

la distribuzione dell'acqua

Normalmente, si distinguono tre reti di distribuzione all'interno dello stabilimento industriale:

- acqua industriale,

- acqua per usi alimentari/igienici,

- acqua antincendio.

Infatti sono diversi i valori di portata richiesta e la loro variabilità.

Per dimensionare la rete servono:

- ubicazione spaziale delle utenze nell'impianto;

- pressioni minime (e massime) richieste alle utenze.

La pressione richiesta in uscita dal gruppo di pompaggio è determinata tramite il dimensionamento della

rete di distribuzione;

- portata richiesta dalle utenze in funzione del tempo.

Ad es., senza accumulo, il gruppo di pompaggio dovrà essere dimensionato rispetto alla richiesta massima,

Q , valutato sul periodo [0, T] comune a tutte le utenze: , dove Q (t) è la portata

max i

richiesta dall'utenza i nell'istante t.

Due configurazioni possibili dell'impianto:

- senza serbatoio: si ha un gruppo di pompaggio per l'alimentazione delle utenze, dimensionato alla portata

massima richiesta;

- con serbatoio: si possono avere fino a due gruppi di pompaggio:

- il primo gruppo alimenta il serbatoio prelevando dalla fonte, ed è dimensionato alla portata media

richiesta dalle utenze,

- se il serbatoio è realizzato a livello del suolo, un secondo gruppo è installato per alimentare le utenze, ed

è dimensionato alla portata massima richiesta.

serbatoio sopraelevato Il serbatoio è installato ad una quita minima, la

quale deve permettere la distribuzione

dell'acqua alle utenze alla pressione richiesta.

È previsto un volume d'acqua riservato per

l'impianto antincendio ed un volume di fondo

per il deposito di impurità.

Il serbatoio sopraelevato diventa

economicamente improponibile nel caso in cui

la prevalenza che dovrebbe fornire diventi

eccessiva.

serbatoio a livello del suolo Siccome il serbatoio è a livello del

suolo, un gruppo di pompaggio,

costituito da elettropompe per

economicità di esercizio, è installato

per garantire la pressione alle

utenze.

È previsto un gruppo di pompaggio

dedicato per l'antincendio, azionato

da una motopompa, per garantire il

funzionamento anche senza corrente

elettrica.

la regolazione della portata

Si devono considerare due casi distinti:

- domanda costante: non sussistono problemi di regolazione, basta dimensionare il gruppo di pompaggio

così da funzionare nelle condizioni di massimo rendimento, alla portata richiesta;

- domanda variabile: si deve provvedere ad una regolazione automatica della portata. Ci sono due

soluzioni alternative:

a. installazione di un serbatoio sopraelevato tra gruppo di pompaggio e utenze,

b. iniezione diretta nella rete distributiva.

Soluzione a.

La pompa in 1 è disaccoppiata dalla rete di distribuzione (linea 2):

- la sua portata di funzionamento, Q , è almeno pari alla portata media richiesta, Q , ed è scelta così da

p r

funzionare nella condizione di massimo rendimento;

- il suo funzionamento è intermittente: quando il livello nel serbatoio raggiunge il massimo prestabilito, la

pompa si disinserisce, mentre si reinserisce quando il livello raggiunge quello minimo.

La regolazione nella rete (linea 2) avviene agendo sulla valvola.

La regolazione della linea 1 è tipo on-off, mentre nella linea 2 avviene una regolazione continua.

Soluzione b.

La regolazione di tipo b. (iniezione diretta nella rete distributiva) può avvenire tramite due sistemi alternativi:

1. regolazione di tipo continuo: variando con continuità la curva caratteristica della linea e/o della pompa,

2. regolazione di tipo misto: coesistono la regolazione di tipo continuo e di tipo on-off, e permette il

funzionamento della pompa in un appropriato regime, in accordo a quanto consigliato dal costruttore.

Nella regolazione di tipo b.1:

La curva caratteristica della pompa può essere fatta variare agendo sul numero di giri, sull'angolo di

calettamento delle pale della girante (pompe assiali) e sull'inclinazione delle pale del diffusore (pompe

centrifughe e semiassiali).

La curva caratteristica della rete può essere fatta variare tramite:

- valvola di strozzamento, o

- valvola di bypass.

Regolazione continua mediante valvola di strozzamento: passando dalla portata massima Q alla nuova

0

portata Q , la potenza erogata dalla pompa

1

aumenta, per l'incremento di prevalenza fornita

Regolazione continua mediante valvola di bypass: valvola chiusa

passando dalla portata massima a quella

minima, la potenza erogata dalla pompa

aumenta, per l'incremento della portata

trattata dalla pompa stessa (portata Q )

3

Nella regolazione di tipo b.2:

La pompa eroga la portata massima richiesta dalle utenze ed è forzata a lavorare in un certo regime grazie

all'utilizzo di un serbatoio idropneumatico, che lavora tra una pressione massima e una minima.

Assumiamo che il sistema si trovi nel punto A, con serbatoio alla pressione minima (livello minimo di liquido), e

che si desideri ridurre la portata all'utenza. Allora, si chiude parzialmente la valvola (saracinesca), la curva

caratteristica diventa la 2 e il nuovo punto di funzionamento diventa B. Nel transitorio tra A e B, la pompa

alimenta sia la rete che il serbatoio, con conseguente incremento della pressione in quest'ultimo.

Se chiudiamo ulteriormente la valvola, la nuova curva caratteristica diventa la 3, ma, durante il transitorio, al

raggiungimento della pressione massima stabilita (punto C), interviene il pressostati disinserendo la pompa e

annullando la portata proveniente da quest'ultima. La rete è, quindi, alimentata dal serbatoio e la curva

caratteristica del circuito sarà la 3' (nel momento in cui la pompa si stacca).

Alimentando la rete, il serbatoio si svuota (la pressione si abbassa), la valvola, contemporaneamente, si apre e,

quando la pressione nel serbatoio raggiunge la minima stabilita, interviene il pressostato, che avvia nuovamente

la pompa, ed il ciclo si ripete.

la regolarizzazione della pressione

Ogni utenza è normalmente caratterizzata da due valori di pressione, che assicurano la sua corretta operatività:

- pressione minima,

- pressione massima ammissibile (oltre la quale si può avere la rottura dell'utenza).

La distribuzione dell'acqua avviene energizzando il fluido alla mandata (es, tramite un gruppo di pompaggio)

così da servire l'utenza sfavorita nelle condizioni più gravose (p e p ). L'attività di regolazione della portata

min max

nella rete può portare a notevoli variazioni di pressione alle utenze, rischiando di superare i limiti imposti dai

valori massimo e minimo ammissibili per ciascuna utenza.

Si rende così necessaria l'adozione di sistemi in grado di limitare la variazione di pressione alla mandata

all'interno di un intervallo, [p , p ], i cui valori minimo e massimo devono essere predeterminati per garantire la

m M

corretta operatività di tutte le utenze.

Abbiamo:

si definisce utenza sfavorita l'utenza che vincola il contenuto energetico da fornire al fluido dimodoché tutte le

utenze siano servite nel rispetto delle richieste di portata (massima) e pressione (minima).

Si definisce utenza favorita l'utenza che raggiunge per prima la condizione di rottura, in seguito ad un aumento

di pressione alla mandata.

I valori p e p si determinano dome segue: dove:

m M a

- p : pressione minima (nominale) all'utenza sfavorita,

min,sf

- p : pressione massima (nominale) all'utenza favorita,

max,f

- Δp (Δp ): diff. di p tra la mandata e l'utenza sfavorita (favorita) a causa del salto geodetico,

Z,sf Z,f

- Δp : caduta di pressione dovuta alle perdite di carico totali tra la mandata e l'utenza sfavorita

T,sf

Infatti:

- per il calcolo di p , la condizione più sfavorevole (cioè, più cautelativa) è quando il fluido è fermo (perdite di

M

carico nulle), che corrisponde a una situazione in cui le utenze sono tutte chiuse;

- la p è quella per cui l'utenza sfavorita è servita alla sua pressione minima, includendo anche le perdite di

m

carico e la differenza di pressione dovuta al salto geodetico.

Può accadere che p < p : in questo caso, è necessario disaccoppiare, su reti di distribuzione distinte, le

M m

utenze che creano questa anomalia.

Determinate le pressioni minima e massima alla mandata, è possibile scegliere uno tra diversi sistemi di

regolarizzazione, a seconda della specifica applicazione (portata richiesta dalle utenze):

- sistemi di pressurizzazione con serbatoio a membrana (piccole/media ute