Ogni guasto comporta interruzioni nel corretto funzionamento del sistema e costi legati all'acquisto dei componenti necessari e all'esecuzione della riparazione. Naturalmente, nella maggior parte dei casi il guasto è una questione di casualità. Esistono tuttavia molti rischi che possono essere evitati grazie a un'adeguata attenzione e pianificazione. Nel caso degli impianti idrici e di tutti i sistemi idraulici, uno dei principali rischi è rappresentato dal cosiddetto colpo d'ariete. Come dimostrano gli studi, questo fenomeno è responsabile di quasi l'80% di tutti i guasti che si verificano nelle tubazioni delle reti idriche prive di dispositivi di protezione. Ma che cos'è il colpo d'ariete? Qual è la sua causa? E cosa si può fare per prevenirlo? Nel nostro articolo rispondiamo a queste e ad altre domande.
Colpo d'ariete - basi teoriche del fenomeno
Il colpo d'ariete è il termine che indica un improvviso aumento della pressione causato da una variazione non pianificata, rapida e forzata in un breve lasso di tempo della velocità del flusso in una tubazione. Il nome stesso del fenomeno deriva dal suono caratteristico che si verifica durante il processo e che ricorda un colpo di martello. Secondo la definizione specialistica, il colpo d'ariete è "causato dall'inerzia della massa del liquido in movimento nella tubazione, la cui velocità di flusso subisce una variazione improvvisa". Inoltre, "la variazione improvvisa della velocità e della portata volumetrica del liquido in movimento provoca una variazione locale della quota di energia cinetica e potenziale nell'energia totale della sezione, che si manifesta con un aumento o una diminuzione della pressione nel flusso. In condizioni di decelerazione molto rapida della velocità del flusso si verifica una brusca diminuzione dell'energia cinetica, che provoca un aumento dell'energia potenziale, manifestandosi con un forte incremento della pressione".
A seconda della natura del fenomeno, si può avere un colpo d'ariete positivo (aumento della pressione) o un colpo d'ariete negativo (improvvisa diminuzione della pressione). Indipendentemente dal tipo, il colpo d'ariete può causare numerosi problemi, tra cui:
- distruzione della tubazione,
- danneggiamento della pompa,
- danneggiamento del motore,
- danneggiamento delle valvole di ritegno,
- interruzione del flusso dell'acqua.
Quali sono le cause del problema?
Che cosa provoca il fenomeno negativo del colpo d'ariete? Le cause possono essere molte, ma la pratica dimostra che i due aspetti principali sono:
- la situazione in cui la valvola di ritegno sulla tubazione che parte dalla pompa è installata a più di nove metri sopra il livello dello specchio d'acqua,
- la situazione in cui la valvola di ritegno installata sulla tubazione che parte dalla pompa non è a tenuta, mentre un'altra valvola di ritegno installata a monte rimane a tenuta.
Altre cause che possono portare a problemi sono:
- guasti quali la rottura della tubazione, il blocco improvviso della pompa, la torsione dello stelo o la rottura della filettatura della saracinesca, nonché le vibrazioni degli elementi soggetti a deformazione,
- il fenomeno della cavitazione, causato da un'eccessiva velocità del flusso d'acqua, da una grande differenza tra l'altezza della pressione e il valore della pressione di vaporizzazione del liquido a una determinata temperatura, dalla chiusura della saracinesca o dalla posizione elevata di un punto della rete,
- eventi casuali, tra cui un'improvvisa interruzione dell'alimentazione elettrica, una variazione delle condizioni iniziali del flusso, una variazione delle portate ai nodi, una variazione del livello dell'acqua nei serbatoi di rete iniziali o intermedi,
- un uso improprio del sistema, che si manifesta con lo spegnimento improvviso di tutte le pompe che alimentano la stessa tubazione, la chiusura o l'apertura impropria delle saracinesche, una manutenzione e ristrutturazioni eseguite in modo non corretto,
- vibrazioni legate al funzionamento irregolare delle pompe o al funzionamento delle valvole a galleggiante.
Tuttavia, non è tutto. Un'altra causa del problema può essere anche l'impiego di soluzioni non adatte, come l'inserimento all'interno di una vecchia tubazione di una nuova tubazione di diametro inferiore (con conseguente aumento della velocità del liquido in movimento). È importante ricordare che qualsiasi modifica può portare a danni imprevisti; per questo motivo, le nuove soluzioni devono essere scelte in base alle caratteristiche del sistema analizzato.
Come prevenire il fenomeno?
È importante sottolineare che è possibile prevenire i colpi d'ariete e, di conseguenza, i problemi a essi associati. Alcuni metodi sono:
- scegliere correttamente le sezioni e i dispositivi di protezione, selezionare valvole e saracinesche adeguate e contrastare il fenomeno della risonanza,
- tentare di eliminare il fenomeno del colpo d'ariete modificando direttamente la configurazione del sistema, compresa la modifica del percorso, della lunghezza delle tubazioni, dei diametri, del materiale delle tubazioni, dei collegamenti o delle deviazioni,
- introdurre nel sistema diversi dispositivi e meccanismi che consentano di scaricare il liquido dalla tubazione o di trattenerlo in uno spazio esterno al sistema; ciò significa utilizzare serbatoi idropneumatici, serbatoi idropneumatici con diaframma differenziale installato sullo scarico, valvole di aerazione o valvole di sicurezza.
