Elementi di infrastrutture idrauliche - reti di distribuzione, apparecchiature e manufatti

5 RETI DI DISTRIBUZIONE

5.1 C

ARATTERISTICHE GENERALI

L’acqua addotta al centro urbano dall’acquedotto esterno è distribuita a tutte le utenze da una

rete di distribuzione, costituita da una rete di condotte che percorre tutte le strade.

A differenza dell’acquedotto esterno che funziona a regime costante, nella rete di

distribuzione le portate seguono un regime variabile in dipendenza della domanda. In

concomitanza con le portate, le pressioni in rete subiranno delle fluttuazioni. Interessano in

particolare le condizioni limite che si verificano nell’ora dei massimi consumi, in cui le

portate richieste sono massime e di conseguenza le quote piezometriche minime, e nell’ora di

minimi consumi, in cui le portate richieste sono minime e le quote piezometriche massime.

Il sistema di distribuzione dovrà essere perciò dotato:

a) di un’opera di disconnessione idraulica tra l’acquedotto e la rete di distribuzione,

b) la rete di condotte,

c) un serbatoio di compenso e di riserva.

L’opera di disconnessione serve per impedire la propagazione nell’acquedotto esterno delle

oscillazioni di portata e di livello piezometrico che si hanno nella rete. In particolare, dato che

la fonte potrebbe non essere in grado di fornire la domanda dell’ora di punta, senza l’organo

di disconnessione, l’abbassamento piezometrico nella rete provocherebbe un parziale

svuotamento dell’acquedotto, con la formazione di tratti con moto a canaletta, come mostra la

figura 5.1a. L’organo di disconnessione può essere costituito: dal serbatoio stesso, in cui

l’arrivo dell’acquedotto è all’aria libera, al disopra del massimo livello nel serbatoio, o in una

torre piezometrica, costituita da un serbatoietto sopraelevato, privo di capacità d compenso.

Nella figura 5.1b è appunto illustrato l’effetto di un organo di questo tipo.

rete

a) rete

b)

Figura 5.1 – Funzione dell’opera di disconnessione tra l’acquedotto e la rete di distribuzione

La rete di distribuzione è costituita da un rete di tubazioni a maglie chiuse, sia per consentire

l’alimentazione di ogni utenza da due parti, in modo da garantire l’erogazione anche in caso

di rottura di una condotta, sia per ottenere una maggiore di flessibilità di erogazione al variare

della distribuzione spaziale della domanda, ottenendo un cielo piezometrico più uniforme.

La rete deve erogare le portate richieste nel rispetto di alcuni vincoli di quota piezometrica:

a) piezometrica minima, circa 10 m superiore alla copertura edificio più alto (ad eccezione

degli edifici fuori norma, come i grattacieli, che sono dotati di propri impianti di

sollevamento);

b) piezometrica massima, circa 70 m sul piano strada, per contenere le perdite d’acqua, che

sono generalmente consistenti;

c) oscillazione di pressione non superiore ai 15÷20 m, per ridurre l’usura delle guarnizioni

di tenuta, sia dei giunti sia degli apparecchi idraulici negli edifici.

5.2 L

E RETE DI CONDOTTE

La rete di distribuzione di un grande centro urbano è articolata in un sistema gerarchico di

condotte, costituito:

a) condotte alimentatrici, che trasportano l’acqua da un punto all’altro della città, anche per

grandi distanze. Sono costituite da tubazioni di grande diametro, e su di esse non è

consentito l’allaccio delle utenze. Generalmente si distingue un’alimentatrice principale,

da cui si dipartono altre alimentatrici ‘di zona’ dette alimentatrici secondarie.

b) condotte distributrici, su cui avvengono gli allacci delle utenze, che hanno diametro

minore. Tra queste si possono distinguere le distributrici con servizio antincendio, su cui

sono collegati gli idranti, che hanno diametro più grande per consentire il passaggio delle

forti portate richieste, appunto, dagli idranti, e le distributrici senza servizio antincendio,

che hanno diametri inferiori;

c) equilibratrici, che hanno lo scopo di chiudere le maglie delle alimentatrici, e sono

anche’esse di diametri consistenti.

A seconda della disposizione del serbatoio rispetto al punto di arrivo dell’acquedotto, le reti

possono avere due disposizioni fondamentali, con serbatoio di testata o terminale.

Rete con serbatoio di testata

Si adotta la disposizione rete con serbatoio di testata quando il serbatoio è ubicato in

prossimità dell’arrivo dell’acquedotto. In questo caso l’acquedotto finisce direttamente nel

serbatoio, che funziona anche da organo di disconnessione. Dal serbatoio si diparte

un’alimentatrice principale, disposta ad anello, con andamento baricentrico rispetto

all’estensione dell’area da servire (figura 5.2). Questa disposizione consente di servire tutta

l’area anche in caso di rottura di un tronco dell’alimentatrice principale. Per questo stesso

motivo, il diametro dell’alimentatrice principale è costante, anche se le portate in esercizio

ordinario vanno riducendosi man mano che ci si allontana dal serbatoio.

2 alimentarice principale

acquedotto alimentarici secondarie

equilibratrici

serbatoio area servita da una

alimentatrice secondaria

Figura 5.2 – Rete di distribuzione con serbatoio di testata

Il serbatoio alimenta la rete dai due lati dell’anello e il cielo piezometrico è generalmente

degradante verso l’altra estremità della rete (figura 5.3). Le alimentatrici secondarie si

staccano da quella principale, sia verso l’esterno, sia verso l’interno dell’anello, e

formano maglie chiuse con le equilibratrici. Ciascuna delle alimentatrici secondarie,

come la principale, ha un diametro costante.

Q

i

q

i

q

1 q

Δq 7

q

n+1 q

q 8

Q n

n

a) minimi consumi

q q

1 n+1

massimi consumi q

n

q

i

b) q

q 8

7

Figura 5.3 – Rete con serbatoio di testata: a) schema delle erogazioni e b) andamento della piezometrica lungo

l’alimentatrice principale nell’ora dei massimi e in quella dei minimi consumi

Un calcolo di prima approssimazione può essere fatto trascurando sia le distributrici, sia le

alimentatrici. La rete risulta pertanto aperta, a meno dell’anello costituito dall’alimentatrice

principale.

Si indichino con D il diametro dell’alimentatrice principale e con D quelli delle alimentatrici

i

secondarie. Ai fini del calcolo si può ipotizzare che la portata sia sottratta all’alimentatrice

principale soltanto tramite le alimentatrici secondarie.

Nelle alimentatrici secondarie se si ipotizza che la portata sia erogata uniformemente lungo il

percorso, la perdita di carico complessiva lungo la condotta è pari a quella che si avrebbe in

3 1

una condotta lunga un terzo con la portata iniziale . Con queste premesse, le portate che

percorrono le alimentatrici secondarie sono dunque note, ma non sono note quelle dei vari

tratti dell’alimentatrice principale. Questa, infatti, è chiusa ad anello, e non si sa quale sia la

portata che esce dal serbatoio in ciascuna delle estremità del percorso: facendo riferimento

alla figura 5.3,a non si sa quanto sia q e quanto q , anche se si sa che la somma deve essere

1 n+1

uguale alla somma delle portate derivate dalle alimentatrici secondarie. Si può però osservare

che la perdita di carico totale lungo l’alimentatrice principale, partendo dal serbatoio e

tornando al serbatoio dall’altro lato, deve essere nulla, come appare anche nella figura 5.3b.

Diamo ad arbitrio un valore q’ alla portata q incognita, tutte le portate nell’alimentatrice

1 1

principale saranno note a meno della differenza tra il valore vero e il valore ipotizzato di q :

1

Δ = − (5.1)

q q q

'

1 1

Si può dunque scrivere:

+

n 1

( ) ( )

∑ Δ

+ =

2

k D q

' q L 0 (5.2)

i i

=

i 1 Δ

La (5.2) è un’equazione quadratica in q, che si può agevolmente risolvere. A questo punto,

tutte le portate nelle alimentatrici principali e secondarie sono note e, eliminando il serbatoio,

la rete può essere considerata una rete aperta, come rappresentata nella figura 5.4.

nodi

nodi di entrata o uscita

d

4

d

2 D

D D d

D D 6

d

D d 3

1 d

5 D

D d

d 8

12 d

d 7

D

10

D D

D

D

d d

11 9

Figura 5.4 – Apertura della rete con serbatoio di testata

A questo punto, se si assegnano i carichi alle estremità libere delle alimentatrici secondarie, il

problema è banale, perché una volta scelto il diametro commerciale dell’alimentatrice

principale, i carichi nei nodi da cui si staccano le alimentatrici secondarie sono noti e il

diametro di ciascuna può essere calcolato come un acquedotto unicursale, scegliendo il

diametro commerciale immediatamente maggiore di quello teorico. Scegliendo diversi

δ

1 La perdita di carico totale in una condotta lunga L&c