Dimensionamento di un serbatoio

FACOLTA’ DI INGEGNERIA CIVILE ED AMBIENTALE

Corso di Infrastrutture Idrauliche

- Dimensionamento di un serbatoio

Lo scopo della seguente esercitazione è il dimensionamento di un serbatoio per

acquedotto a servizio del piccolo centro abitato già discusso nella precedente

esercitazione, sapendo che la condotta di adduzione funziona a gravità ed è di recente

costruzione.

Il dimensionamento in questa fase è relativo al solo calcolo del volume necessario, atto

a soddisfare i tre principali scopi del serbatoio.

I dati da considerare, e che provengono dalla precedente esercitazione, sono la portata

media del giorno di massimo consumo, le portate orarie, numero di abitanti (necessari

per la valutazione della grandezza del centro abitato).

Gli scopi del serbatoio sono fondamentalmente tre :

1. Esercitare una funzione di compenso fra la portata entrante e quella uscente

(variabile durante l’arco della giornata);

2. Avere una funzione di riserva, nel caso di non funzionamento della rete di

adduzione, tale da garantire una certa autonomia idrica al centro abitato per un

determinato periodo di tempo;

3. Servizio antincendio; 1 Allievo : Luca Consiglio

Ogni funzione determina un valore di capacità che il serbatoio deve avere, per cui lo

studio della capacità totale di questo si snoda in tre calcoli, ciascuno relativo ad una

funzione.

- Calcolo della portata media del giorno di massimo consumo

Per il calcolo della portata media del giorno di massimo consumo si fa riferimento alla

precedente esercitazione il quale valore infatti è già stato calcolato, e viene riportato qui

di seguito: ⋅

V K ⋅ +

V 1

.

5 2877613 88000 13200

mg g

= + = + =

V l/s

Q 51

. 13

g 86400 86000 86000 86400

Dove V rappresenta il fabbisogno giornaliero al netto del verde.

mg

- Capacità necessaria per il compenso

Si procede con un metodo analitico che si basa sulla conoscenza della variazione della

portata nell’arco della giornata. In effetti in una ora qualsiasi della giornata il serbatoio è

caratterizzato da una portata in ingresso (in genere costante) ed una portata in uscita,

corrispondente alle esigenze dell’utenza. La differenza fra queste portate può essere

positiva o negativa, nel senso che può esserci un accumulo di acqua nel caso in cui la

portata in ingresso è maggiore di quella in uscita, o una erogazione ulteriore di acqua

nel caso in cui la richiesta d’acqua è maggiore della portata alimentante.

In entrambi i casi il serbatoio deve essere in grado o di accumulare questo surplus di

acqua o di cedere ulteriore volume d’acqua, quindi avere un volume di compenso.

Il metodo di Rippl - Conti ci consente di trovare questo volume. Le portate uscenti

logicamente corrispondono alle portate orarie calcolate nella precedente esercitazione,

2 Allievo : Luca Consiglio

dove viene preso in considerazione l’innaffiamento del verde sfalsato tra verde pubblico

e privato durante l’arco della giornata.

Tabella: Metodi di Rippl, per il calcolo della capacità di compenso.

Portata media giornaliera = 51,13 l/s 3

3 3 3

Ora Qu [l/s] Vu [m ] ∑Vu [m ] ∑Ve [m ] [m ]

DV

0-1 14,99 53,96 53,96 184,07 130,12

1-2 9,99 35,97 89,93 368,14 278,22

2-3 9,99 35,97 125,90 552,22 426,32

3-4 11,99 43,17 169,06 736,29 567,22

4-5 14,99 53,96 223,02 920,36 697,34

5-6 23,98 86,33 309,35 1104,43 795,08

6-7 43,47 156,47 465,83 1288,51 822,68

7-8 59,95 215,83 681,65 1472,58 790,92

8-9 69,49 250,17 931,82 1656,65 724,83

9-10 69,99 251,96 1183,78 1840,72 656,94

10-11 74,99 269,95 1453,73 2024,80 571,06

11-12 79,98 287,93 1741,66 2208,87 467,21

12-13 76,98 277,14 2018,81 2392,94 374,13

13-14 72,44 260,79 2279,60 2577,01 297,42

14-15 71,44 257,19 2536,79 2761,09 224,29

15-16 67,95 244,60 2781,40 2945,16 163,76

16-17 67,95 244,60 3026,00 3129,23 103,23

17-18 68,45 246,40 3272,40 3313,30 40,90

18-19 74,91 269,67 3542,07 3497,37 -44,70

19-20 75,91 273,27 3815,34 3681,45 -133,89

20-21 68,41 246,29 4061,62 3865,52 -196,10

21-22 39,97 143,88 4205,51 4049,59 -155,91

22-23 34,97 125,90 4331,41 4233,66 -97,74

23-24 23,98 86,33 4417,74 4417,74 0,00

Dove V rappresenta il volume entrante, supposto costante durante l’arco della giornata,

e

che si ottiene dalla seguente relazione:

⋅

Q 3600 ⋅

51

,

13 3600

g

= = = 3

m

V 184

,

07

e 1000 1000

Il volume uscente invece è calcolato secondo la relazione:

[ ]

⋅

Q 3600

= 3

hi

V m

u 1000

dove Q è la portata oraria alla i-esima ora.

hi 3 Allievo : Luca Consiglio

La differenza fra le due cumulate dei volumi si effettua nell’ordine:

Volume entrante – Volume uscente

Secondo il metodo di Rippl - Conti, il volume che deve avere il serbatoio per adempiere

la funzione di compenso è pari alla somma del massimo scarto positivo più il massimo

valore assoluto fra i valori negativi degli scarti.

Quindi si ottiene:

= + =

V 822

,

68 196

,

10 1018

,

78 3

m

C

- Capacità necessaria per la funzione di riserva

Per il calcolo di questo volume si utilizza una formula empirica che mostra come questo

volume sia una certa aliquota del volume medio del giorno di massimo consumo V .

g,max

Il coefficiente dipende dal tipo di adduzione e dallo stato di usura delle condotte.

⅓

Secondo le ipotesi di questa esercitazione il coefficiente deve essere il più piccolo fra

e ½.

Il volume medio del giorno di massimo consumo vale:

⋅ ⋅

Q 3600 24 ⋅ ⋅

51

,

13 3600 24

g

= = = 3

m

V 4417

, 74

g max 1000 1000

E di conseguenza il volume per la funzione di riserva :

1 1

= ⋅ = ⋅ = 3

V V 4417

, 74 1472

,

58 m

R g max

3 3

- Capacità necessaria per la funzione antincendio

=

Q 6 N

Viene utilizzata la formula di Conti: [l/s]; ;

N = popolazione espressa in migliaia

i

supponendo un servizio di 5 ore, si ha:

⋅ ⋅

Q 5 3600

= = ⋅ = ⋅ ⋅ = ⋅ = ⋅ =

i 3

m

V 18 Q 18 6 N 108 N 108 12 374

,

12

i i

1000 4 Allievo : Luca Consiglio

Il quale valore è circa l’ 8% del volume medio del giorno di massimo consumo V ;

g,max

Nel caso in cui ci fossero ad esempio 2 idranti funzionanti per 5 ore con portata di 8 l/s il

volume da assegnare sarebbe:

= ⋅ ⋅ ⋅ =

V 2 0

.

008 5 3600 288 3

m

i

Cioè il 76,98 % del valore ottenuto con la formula di Conti.

Consideriamo l’incremento di svuotamento del serbatoio nella ipotesi di non prevedere

un volume per antincendio; supponendo una durata di incendio e quindi di

funzionamento degli idranti di 5 ore ottengo il volume V’ di svuotamento del serbatoio:

( )

= − ⋅ ⋅ =

'

V Q Q 5 3

, 6 519

,

12 3

m

h g

Avendo considerato Q = 79,98 l/s e Q = 51,13 l/s, che sono i valori ricavati nella

h g

precedente esercitazione. ’

Il volume di svuotamento del serbatoio V è il 20,84 % della somma V +V . Non

C R

ritenendolo accettabile, si prevede la costruzione di un volume per antincendio.

- Volume totale del Serbatoio

Per il volume totale del serbatoio, bisogna considerare l’incidenza della funzione

antincendio rispetto al volume totale (dato solo dalla somma del volume di compenso e

di riserva). Se questa incidenza è di qualche percentuale allora si può ammettere

sufficiente la capacità del serbatoio ottenuta senza un contributo per l’antincendio, in

quanto si suppone la ricarica del serbatoio avvenga in tempi brevi, escludendo

l’innescarsi di ulteriori incendi nell’immediato futuro .

Nel caso in esame si è potuto calcolare che un incendio con durata di 5 ore svuoti,

nell’ora di massima richiesta dell’utenza, il serbatoio del 20,84 % della sua capacità.

Questo valore non può essere considerato trascurabile, soprattutto se si considera la

concomitanza ad un eventuale guasto della rete adduttrice.

5 Allievo : Luca Consiglio