Progetto acquedotto esterno: dimensionamento tubi nuovi e verifica tubi usati con pompa sollevamento, rilancio e raddoppio condotta

Esame di Stato per l'abilitazione alla professione di Ingegnere - Settore civile e ambientale

Prova pratica (IV PROVA) - SVOLGIMENTO ESERCIZIO TIPO

(di Marina Roma)

Progetto acquedotto esterno - Dimensionamento condotta tubi nuovi - Verifica tubi usati - Dimensionamento impianto sollevamento - Determinazione diametro di massimo tornaconto - Scelta pompe - Adeguamenti per il futuro - Raddoppio condotta - Pompa di rilancio

Il candidato imposti il progetto preliminare di un acquedotto a servizio di un centro abitato di 39.000 abitanti con una dotazione idrica di 240 l_ab * d. La condotta di adduzione collegherà un serbatoio A - nel quale si raccoglie l'acqua proveniente dalla fonte d'approvvigionamento ed avente quota del pelo libero a 190 m.s.m.m - ad un serbatoio B, posto in prossimità del centro urano da servire ed avente quota del pelo libero 450 m s.l.m. Si consideri, inoltre, che il punto più depresso interessato dal tracciato dell'acquedotto è posto nel punto B a quota 150 m.s.m.m. Le distanze tra gli elementi fin qui detti sono: L_AB = 5800 m e L_BC = 2400 m.

Al candidato si chiede:

1. il dimensionamento della condotta di adduzione (per la valutazione delle resistenze al moto, supponendola in acciaio, si utilizzi la formula di Scimemi-Veronesi: J = 0.00145 * Q^1.82/D^4.71 con coefficiente di invecchiamento σ=1.4);
2. il dimensionamento dell'impianto di sollevamento secondo il criterio di massima economia, valutando il funzionamento della stazione di pompaggio per 8, 16 e 24 ore al giorno; per il costo della condotta, si faccia riferimento alla tabella che segue:

L'Autore declina ogni responsabilità per le eventuali inesattezze ed errori riportati nel presente elaborato, nonché per gli eventuali danni che dall'utilizzo dello stesso possono derivarne.

3)

la verifica a tubi nuovi ed il tracciamento delle piezometriche, a tubi nuovi ed usati, in opportuna scala grafica;

4)

l'adattamento dell'opera per il futuro ipotizzando una popolazione di 45.000 abitanti e dotazione idrica 260 l/ab*d.

Per i dati non forniti esplicitamente, infine, si assumano i valori che si ritiene opportuni in relazione al problema in esame.

PREMESSA

Il documento riporta lo svolgimento passo-passo di un esercizio di progettazione di un acquedotto esterno. Nello specifico l'esercizio comprende: la valutazione della richiesta idrica a partire dai dati del centro da servire (numero di abitanti e dotazione idrica), la scelta dei parametri progettuali per il dimensionamento della condotta (velocità minima e massima nei tratti a gravità e in sollevamento meccanico), il dimensionamento della condotta nel tratto a gravità (definizione diametro teorico e scelta dei diametri commerciali) ed in sollevamento (diametro della premente, scelta delle pompe, tipologia, numero, potenza, portata e prevalenza) secondo il criterio della massima economia (confronto diverse opzioni progettuali: funzionamento a 24, 16 ed 8h, con/senza serbatoio di compenso, con un diametro maggiore o minore e per ciascuna di esse valutazione dei costi di costruzione ed esercizio), la verifica idraulica in condizione di tubi usati, il tracciamento delle relative piezometriche e l'adeguamento dell'opera per il futuro (incremento numero abitanti e dotazione idrica) con l'analisi di due possibili scenari di intervento: raddoppio di condotta e potenziamento dell'impianto di sollevamento esistente (pompa di rilancio).

Per una miglior comprensione dell'esercizio sono stati evidenziati in giallo i dati di input del problema (quota serbatoio, lunghezza tratte del tracciato, numero di abitanti e dotazione idrica presenti e futuri, esponenti della formula di resistenza, etc.) ed i valori che sta al progettista definire o stimare in base alle sue conoscenze (es. velocità minime e massime in condotta come criterio per il dimensionamento della condotta, rendimento dell'impianto di sollevamento, costo del kWh per valutazioni economiche dell'impianto di sollevamento, etc.) ed in verde i risultati più importanti (es. diametri ottenuti in fase di dimensionamento, velocità reali che si realizzano in condotta, portata defluente a tubi nuovi, carico da dissipare con valvola dissipatrice, diametro, diametro minimo del raddoppio, etc.).

Tutte le formule utilizzate per lo svolgimento numerico di questo esercizio sono esplicitamente fornite, così come sono fornite brevi annotazioni accanto alle scelte fatte che ne esplicano brevemente la motivazione.

L'Autore declina ogni responsabilità per le eventuali inesattezze ed errori riportati nel presente elaborato, nonché per gli eventuali danni che dall'utilizzo dello stesso possono derivarne.

Perdite di carico che si avrebbero, a tubi nuovi, con la portata di progetto

• ΔH_N1 13.28 m
• ΔH_N2 15.29 m
• ΔH_N 28.57 m

ΔH_N1 = J_N1 · L₁ = α · 0,00145 · Q^1,82 / D₁^4,71 · L₁

ΔH_N2 = J_N2 · L₂ = α · 0,00145 · Q^1,82 / D₂^4,71 · L₂

ΔH_N = ΔH_N1 + ΔH_N2

Carico da dissipare con valvola di regolazione

• ΔH_s 11.43 m

ΔH_s = ΔH_AB − ΔH_N

Se è inferiore ai 20m ---> unica valvola dissipatrice Se è maggiore ---> più valvole

OSS. A tubi nuovi, senza valvola di regolazione, la piezometrica sarebbe la stessa ma, in virtù delle minori perdite di carico, si avrebbe il convogliamento di una portata Q_N maggiore.

> Verifica pressioni d'esercizio tubi usati (ovunque deve essere > 5m per garanzia igienica)

Se mettendo prima il diametro minore, la piezometrica si avvicina troppo alla condotta (distanza minore di 5m) adotterò la soluzione che prevede prima il diametro maggiore.

Dimensionamento tratto con sollevamento (L_BC)

Input

• H_B 150 m s.m
• H_C 450 m s.m
• L_BC 2400.0 m
• V_min 0.60 m/s
• V_max 2.00 m/s

Quota punto più basso Quota punto più alto Lunghezza tratto con sollevamento Velocità minima ammessa Velocità massima ammessa

La portata è funzione delle ore di funzionamento (ΔT) dell'impianto di sollevamento. Ipotizziamo 3 casi:

• ΔT
• Q [m³/s]
• D_min [m]
• D_max [m]

1. 24 0.108 0.263 0.480
2. 16 0.163 0.322 0.587
3. 8 0.325 0.455 0.831

Q Q₁₆ = 1.5 Q Q₂₄ = 3 Q

Q = V · A = V · πD² / 4

D_min = (4 · Q / π · V_max)^1/2

D_max = (4 · Q / π · V_min)^1/2

TRATTO 2

• D₂ 0.300 m
• Q_V 0.135 m³/s

V₁ 1.92 m/s Verifica non soddisfatta..

Se la velocità è troppo elevata (per quel diametro con la Q maggiorata), ipotizzo raddoppio di condotta.

Adattamento primo tratto a gravità (L_AB) - Ipotizzo raddoppio di condotta

Input

• H_A 190 m s.m Quota opera captazione
• H_B 150 m s.m Quota punto più depresso
• L_AB 5800.0 m Lunghezza primo tratto a gravità
• V_min 0.6 m/s Velocità minima ammessa
• V_max 1.6 m/s Velocità massima ammessa
• Q_F 0.135 m³/s Portata futura

• D₁ 0.350 m
• D₂ 0.300 m
• L₁ 3724.7 m
• L₂ 2075.3 m

Diametri del 1° e 2° tronco di condotta Lunghezze dei due tronchi

Ipotizzo di raddoppiare il secondo tratto. Ricavo il diametro minimo del raddoppio (D*) risolvendo il sistema:

• L_R 2075.3 m
• H_A - H_P = α * 0.00145 * Q_F^1.82 / D₁^4.71 * L₁
• H_P - H_B = α * 0.00145 * Q_V^1.82 / D₂^4.71 * L₂
• Q_F = Q_V + Q_R
• H_P - H_B = α * 0.00145 * Q_R^1.82 / D_R^4.71 * L_R

Le incognite, facilmente esplicitabili, sono:

• Quota piezometrica in P H_P 162.10 m

H_P = H_A - α * 0.00145 * Q_F^1.82 / D₁^4.71 * L₁

Parametri formula di resistenza

• esp. Q 1.82
• esp. D 4.71
• coeff. 0.00145
• α 1.4