Appunti di Impianti e logistica industriale

CAPITOLO 10 – GLI IMPIANTI E LA DISTRIBUZIONE DEI FLUIDI

Rete di distribuzione di un fluido: insieme delle tubazioni, valvole, derivazioni, ecc. che consentono

di convogliare il fluido stesso dal punto di produzione o di captazione fino alle utenze distribuite

nello stabilimento. In un impianto ci sono vari elementi, fra i quali,

ovviamente le tubazioni, ma anche raccordi,

valvole, e tutti gli strumenti che vengono montati

sulle tubazioni.

Valvola di sicurezza: se c’è un guasto chiude le tubazioni.

Specifiche di una fornitura

Per definire compiutamente una fornitura di tubazioni occorre in genere specificare:

-le caratteristiche dimensionali: diametro esterno, diametro interno, lunghezza, spessore;

-il materiale, ad esempio, il ferro, e la tipologia di quel materiale, ad esempio quale tipo di ferro;

-Norma UNI: indica una serie di valori dimensionali disponibili, tipo di impiego, composizione

materiali, processi di fabbricazione, tolleranze dimensionali, indicazioni per il collaudo di

accettazione.

Diametro nominale

Il diametro nominale non è un diametro vero e proprio, non è il diametro interno della tubazione. Il

diametro nominale indica più o meno il diametro del tubo, poi a seconda del materiale di cui è fatto,

la norma da un diametro interno leggermente diverso.

Il diametro nominale, quindi, rappresenta approssimativamente la dimensione in millimetri del

diametro interno del tubo.

- Tubazioni di acciaio e di ghisa: Il diametro nominale non è un diametro vero e proprio, non

è il diametro interno della tubazione. Il diametro nominale indica più o meno il diametro del

tubo, poi a seconda del materiale di cui è fatto, la norma da un diametro interno leggermente

diverso.

Il diametro nominale, quindi, rappresenta approssimativamente la dimensione in millimetri

del diametro interno del tubo (secondo la norma UNI).

- Tubazioni in materie plastiche e calcestruzzo: indica il diametro esterno o il diametro interno

(in mm) e lo spessore (sempre in mm).

- Paesi anglosassoni: il diametro dei tubi, e degli altri componenti, è definito in pollici, secondo

le norme ANSI. Solitamente si scrive NSD e un numero che rappresenta i pollici.

Pressione nominale (PN)

Come il diametro nominale, è un’indicazione della pressione massima, in bar, che possono reggere

gli elementi costituenti una tubazione.

La pressione di esercizio coincide con la pressione nominale soltanto se il fluido non è pericoloso.

Inoltre, bisogna considerare anche la temperatura del fluido.

Per evitare di esporre le persone che si trovano vicino all’impianto a sostanze o temperature

pericolose in caso di problema all’impianto stesso.

La pressione di prova per i tubi in acciaio è quella pressione da applicare nella prova idraulica delle

tubazioni, da effettuarsi dopo la posa in opera e prima dell’entrata in esercizio (solitamente è 1,5

volte la PN).

Tubi

- Scelta del materiale:

quando si sceglie il materiale si sceglie sempre di usare il materiale che costa meno,

considerando le caratteristiche chimico-fisiche del fluido da trasportare, come l’aggressività,

la temperatura e la pressione. Un fattore importante da considerare sono le condizioni

ambientali in cui le tubazioni verranno a trovarsi. Ad esempio, il ferro resiste bene all’interno

delle pareti, ma sottoterra si rovina molto più velocemente a causa dell’umidità che innesca

l’ossidazione del ferro stesso. Le tubazioni in acciaio inossidabile sarebbero una buona

soluzione, ma hanno un costo molto più elevato, quindi non si utilizzano.

I materiali più usati sono acciaio, ghisa, materie plastiche (come multistrato), calcestruzzo,

rame, ecc.

▪ Acciaio al carbonio (ferro): è soggetto all’arrugginimento, ma è un materiale molto

economico.

▪ Acciaio inossidabile (inox): è un materiale resistente alla corrosione che ha delle

caratteristiche meccaniche migliori. Ha un contenuto di cromo almeno del 10% (di solito

18%) che è importante per la formazione dello strato passivato resistente alla corrosione.

Contengono il nickel, che contribuisce a migliorare le caratteristiche meccaniche.

▪ Tubi in cemento: oltre ai tubi metallici si possono utilizzare tubi in cemento, semplice o

armato, si utilizzano per gli acquedotti (UNI 4372) e per acque nere o tecnologiche

inquinate (UNI 5341). Solitamente sono venduti in lunghezza da 1 m.

In pratica il cemento si utilizza per applicazioni nelle quali non serve avere una grande

resistenza a trazione (il cemento resiste a compressione ma non a trazione, per questo si

arma con il ferro per renderlo resistente a trazione). Sono tubazioni che resistono bene

a pressioni molto basse, ma sono utilizzabili per costruire grandi opere idriche a prezzi

bassi (il cemento costa molto meno del ferro), il diametro delle tubazioni in cemento può

essere anche di metri. Quindi il cemento è molto utile per fare tubazioni grandi.

▪ Tubi in plastica: si utilizzano molto, ma ci sono dei dubbi sulla resistenza di lungo periodo.

Possono essere di vari materiali come, PVC, PP polipropilene, PRFV resine poliesteri e

fibra di vetro-vetroresina, PEAD polietilene ad alta intensità.

Hanno una buona resistenza alla corrosione, sono leggeri, di materiale dielettrico,

sopportano i cedimenti dei vincoli o del terreno, e hanno costo limitato.

Hanno come svantaggi:

• Utilizzabili solo per PN<16;

• Necessarie attrezzature e manodopera specializzata per il montaggio;

• Subisce processo di invecchiamento (fragilità specialmente alle basse temperature).

Al momento si utilizza particolarmente il multistrato, teflon, che si pensa abbia una

migliore resistenza.

- Tipo costruttivo dei tubi: in seguito alla scelta del materiale si sceglie come sono fabbricati,

poiché i tubi possono essere fabbricati in modi diversi. Ci sono due modi tipici: il primo

consiste nel prendere una lamiera e di piegarla per poi saldarla nel punto di congiunzione

(non si può usare per tubi che portano il gas, perché se ci fosse un’imperfezione nella

saldatura si avrebbe una fuori uscita di gas), per i gas si utilizzano tubi senza saldatura. Questi

si possono ottenere con varie tecniche, ad esempio inserendo una punta in un cilindro pieno

e facendolo ruotare. Questo processo ovviamente rende il tubo più costoso.

- I tubi possono essere o meno filettabili. Per costruire impianti idrici di grandi dimensioni

servirebbero dei tubi lunghissimi, ovviamente non gestibili per il trasporto; quindi, si

utilizzano tubi di dimensioni minori e si uniscono attraverso vari metodi, come flange,

raccordi, filettature, saldature, ecc.

Per cui si sceglie anche l’estremità dei tubi.

- La pressione nominale del tubo deriva da spessore e da materiale del tubo.

Possiamo calcolare lo spessore del tubo in base alla pressione a cui dovrà resistere. Ci

immaginiamo un tubo pieno di acqua in pressione e

tagliato in due, e ne guardo la sezione (come la figura).

L’acqua nel tubo è in pressione e in equilibrio, mi immagino

che sulla linea Di ci sia la stessa pressione che in tutto il

tubo, poiché l’acqua è in equilibrio.

Quindi la pressione (freccette verdi) moltiplicata per una superficie è una forza, che spinge

verso l’altra metà del tubo, che da sola non permetterebbe l’equilibrio. Quindi c’è un'altra

forza che spinge verso le pareti del tubo in modo che sia possibile l’equilibrio. Quindi abbiamo

che la pressione per la distanza è uguale a tutte quelle forze che spingono sulla parete

esterna, in caso di equilibrio appunto.

Sulla parete esterna agisce una forza uguale alla pressione per la

distanza (pD).

Sul tubo quindi abbiamo una forza verso l’alto pD che sarà

contrapposta da due forze uguali dovute al fatto che il tubo è un

pezzo unico. Le forze in equilibrio saranno:

Da cui tiriamo fuori la formula di Mariotte che definisce lo spessore minimo che deve avere

il tubo:

Dove σ ammissibile è la tensione massima che voglio avere nel tubo.

Formula consigliata per tubi metallici:

si utilizza la norma sperimentale UNI 1285:1968 “calcolo di resistenza dei tubi metallici

soggetti a pressione interna”, si basa sulla legge di Mariotte, ma più complessa per tener

conto di tutte le variabili che possono influenzare la resistenza della tubazione.

Dove:

p=pressione di progetto, De=diametro esterno, σamm=sollecitazione massima ammissibile

(N/mm2), α=tolleranza di fabbricazione.

Giunzione delle tubazioni

Le giunzioni delle tubazioni sono fondamentali per costruire impianti idrici perché i tubi non possono

avere una lunghezza esagerata per motivi di trasporto.

Tipologia di giunzioni:

- Giunti per saldatura:

saldatura di testa dopo aver smussato a V le estremità.

- Giunti a bicchiere saldati:

viene deformata a freddo un’estremità per accogliere l’estremità di un altro tubo. Possono

anche essere sferici, il che è molto comodo per far fare delle curvature alla tubazione.

Il problema di questi giunti è che una volta saldati non possono essere smontati.

- Giunti a flangia:

sono giunti smontabili. La flangia è una corona che sta intorno al tubo con dei fori, e si abbina

a un altro tubo dotato di flangia, per unirli. È un sistema adatto per tubazioni di grande

diametro, che permette il montaggio e lo smontaggio senza spostamenti assiali.

La tenuta fra le flange è ottenuta mediante guarnizioni di materiale flessibile e impermeabile.

Le flange possono essere di diversi tipi:

▪ Piane

▪ Scorrevoli: posso scegliere se portarle più avanti o indietro.

▪ Cieche

▪ A collare (a incastro, a tasca, ad anello).

Queste tipologie diverse servono per adattare meglio le tubazioni a situazioni complicate, ad

esempio se si deve montare tanti tubi, arrivati all’ultimo tubo può mancare lo spazio per

montarlo.

- Giunto a manicotto:

è simile ai giunti a bicchiere, ma il giunto è un elemento esterno che si avvita attorno ai tubi.

Sono utilizzati con tubi di acciaio e di piccolo diametro.

- Giunti a bocchettone.

Raccordi per tubazioni

Nella costruzione dell’impianto è importante anche decidere come far cambiare la direzione alle

tubazioni. Le curve sono dei pezzi già pronti, non si fa la curva sui tubi dritti, si inserisce già un pezzo

pronto. Se è possibile conviene inserire curve con ampio raggio perché diminuiscono le perdite di

carico. Un pezzo a T è un pezzo che ha due uscite, una a 90° e

una a 180°.

Organi di intercettazione e regolazione

Intercettazione e regolazione sono due cose diverse.

Intercettazione: bloccare, fermare un flusso.

Regolazione: modulare un flusso.

Questi elementi vengono chiamati in generale valvole,