1.03 Relazione Tecnica ed Idraulica

DISTRIBUZIONE IRRIGUA CON LE ACQUE DEL C.E.R.
AREA BEVANO-SAVIO IN COMUNE DI CESENA
DISTRETTO IRRIGUO SAN VITTORE-SAN CARLO
II LOTTO, AMPLIAMENTO DEL 2°STRALCIO.
RELAZIONE TECNICA ED IDRAULICA.
INDICE.
1. Descrizione della rete e distribuzione dei consumi delle utenze.
Pag. 2
2. Simulazioni idrauliche.
Pag. 4
3. Scelta materiali e dimensionamento diametri delle tubazioni.
Pag. 7
4. Dimensionamento delle stazioni di pompaggio
Pag. 8
5. Descrizione dei manufatti di linea.
Pag. 16
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1. Descrizione della rete e distribuzione consumi alle utenze.
Il presente progetto prende in esame il completamento delle opere di
distribuzione irrigua a servizio dei distretti irrigui di S.Vittore e S.Carlo.
Le tavole 3.03, 3.04 e 3.05, avendo come base la carta tecnica regionale e
la carta catastale, illustrano lo sviluppo planimetrico della rete di distribuzione
irrigua, ove sono indicate anche le opere computate nel lotto potenzialmente
scorporabile che, in relazione all’ammontare dell’importo di affidamento lavori,
potranno essere escluse, anche solo parzialmente, dall’esecuzione dei lavori ad
insindacabile giudizio della Stazione Appaltante.
Anche in questo caso la rete è stata progettata per garantire la possibilità di
allacciare il maggior numero possibile di aziende agricole e pertanto presenta una
notevole estensione, con una lunghezza complessiva fra rami principali e
secondari di circa 12.250 metri di cui circa 1.623,00 scorporabili.
Le condotte del presente progetto si sviluppano sia conformemente alle
previsioni assunte durante la progettazione della prima parte della rete (progetto
del II lotto, II stralcio), sia per dare risposta a nuove esigenze insorte in seguito.
Le condotte che si sviluppano dal nodo 25 in prossimità dell’abitato di
Tipano non erano inizialmente previste e sono state inserite nel progetto in base
ad utenze irrigue individuate solo in seguito.
A seguito di tali nuove esigenze e del notevole incremento delle portate nei
rami che alimentano le tubazioni che si dipartono dal nodo 25 si rende necessario
incrementare i diametri di due rami della rete del precedente progetto, come verrà
dettagliatamente descritto nel paragrafo relativo alle simulazioni idrauliche.
Il progetto continua a prevedere l’alimentazione della rete da un solo punto
(vasca 6) dove verranno potenziati i gruppi di pompaggio, tuttavia i diametri delle
tubazioni sono stati predisposti per una possibile interconnessione con le opere
irrigue che in futuro potranno essere alimentate dalla vasca 5. Con il
completamento di tale schema potrà essere salvaguardata l’esigenza di
mantenere la rete alimentata ove possibile da più punti in modo che, in caso di
fuoriservizio di una stazione di pompaggio, sia comunque garantita l’alimentazione
delle utenze, se pure a pressione o portata ridotte.
Le opere del presente progetto sono dimensionate sulla base della
massima portata erogabile (402 l/s) distribuita sulla rete sulla base delle richieste
al momento pervenute ed in grado di assorbire pressochè interamente la
disponibilità progettuale.
Si ricorda che la portata massima di dimensionamento è corrispondente a
quella utilizzata per il progetto, nell’ambito delle opere di tipo A (opere di
adduzione), della vasca 6 e della condotta di adduzione dalla vasca 5 alla vasca
6, mantenendo in tal modo piena corrispondenza fra le previsioni dei due progetti.
La rete in progetto, grazie ad un adeguato dimensionamento delle tubazioni
principali ed alla presenza di due ampie maglie che consentono di deviare il flusso
su un ramo, in caso di fuoriservizio del ramo parallelo, può permettere diverse
configurazioni di utilizzo che potranno permettere di fare uso delle condotte anche
in caso di mutamento degli schemi di consumo attualmente ipotizzati.
Nella scelta dei tracciati si è tenuto conto della necessità di minimizzare i
costi contenendo per quanto possibile opere d’arte di un certo impegno quali
attraversamenti di arterie stradali principali. Anche nella definizione dei tratti che
potrebbero essere soggetti a scorporo si è adottato come criterio la necessità di
minimizzare i costi e la marginalità della localizzazione. Le interferenze riguardano
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due volte la strada di grande comunicazione E45; nel primo caso per
l’attraversamento si sfrutterà il sovrappasso di un canale consortile dove si
prevede di alloggiare la tubazione in corrispondenza della banchina del canale
(tale interferenza è inclusa fra le opere potenzialmente scorporabili); nel secondo
la strada verrà attraversata con la tecnica dello spingitubo in prossimità del
sovrappasso della strada vicinale (via Casetti).
E’ previsto inoltre un attraversamento della strada provinciale SP 51
(Diegaro-S.Vittore) da effettuare con la tecnica dello spingitubo (tale interferenza è
inclusa fra le opere scorporabili), oltre che diversi attraversamenti di strade
comunali o vicinali; fra questi si segnala l’attraversamento della via Zavalloni
realizzato con spingitubo.
Dal punto di vista quantitativo, l’estensione di rete è stata progettata
utilizzando le stesse ipotesi assunte per la progettazione della prima parte di rete.
Ovvero si è assunto di dovere garantire agli utenti una dotazione di 108 mc/giorno
concentrata in un periodo di 12 ore corrispondente quindi ad una portata
istantanea di 2,5 litri/secondo. La pressione di consegna è prevista a 6 atmosfere
consentendo quindi l’alimentazione diretta di tutti i sistemi di irrigazione
attualmente in uso nella zona e sgravando le aziende agricole dall’onere
dell’adozione di propri sistemi di pompaggio. La pressione di 6 atmosfere è
assunta come obiettivo per il calcolo del sistema di pompaggio e delle relative
logiche di controllo. In realtà l’interazione fra vari fattori, quali il cambiamento delle
perdite di carico al variare della portata distribuita in rete, la diversa quota
altimetrica delle utenze, la necessità di mantenere l’alimentazione della rete da
portata zero fino alla massima portata di progetto, la volontà di limitare gli esuberi
di pressione per contenere i costi energetici, fanno si che la pressione per la
maggior parte degli utenti potrà variare da un minimo di 6,0 atmosfere ad un
massimo di 9,1 atmosfere in funzione del diverso regime di funzionamento
dell’impianto; modesti abbassamenti di pressione si potranno verificare in
occasione dell’avviamento o dello spegnimento di una delle quattro pompe
Solo per alcuni utenti ubicati in zone altimetricamente più elevate sarà
garantita l’erogazione della portata di progetto ma a pressioni inferiori; si tratta
degli utenti ubicati fra i nodi 20 e 21 dove le pressioni minime saranno comunque
prossime a 6 bar e degli utenti ai nodi 37 e 54; dove le pressioni saranno molto
inferiori e prossime a 1,5 bar.
Il consumo complessivo della rete è stato quindi ricavato moltiplicando la
portata istantanea di ogni idrante per il numero di utenti potenziali ed ipotizzando
un fattore di contemporaneità 1 fra gli utenti. Ovviamente in caso di non totale
contemporaneità fra i consumi degli utenti, le reti progettate consentiranno la
distribuzione di un quantitativo maggiore di acqua ad ogni azienda, opportunità
che sarà comunque garantita nel primo periodo di funzionamento del sistema
quando non tutti gli utenti previsti saranno allacciati ed i consumi saranno quindi
inferiori a quelli ipotizzati in sede di progetto.
Le successive simulazioni idrauliche svolte per verificare l’andamento delle
pressioni nei nodi e delle velocità dei rami sono state eseguite in corrispondenza
di due differenti ipotesi:
• 1° IPOTESI: portata complessiva erogata pari a 402 l/s corrispondente ad un
consumo istantaneo di 2,5 l/s per 161 idranti (pari al numero di idranti censiti
nella presente fase progettuale oltre che nella precedente).
• 2° IPOTESI: portata erogata all’utenza pressochè nu lla.
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2. Simulazioni idrauliche.
Nelle reti complesse magliate, quali quella di distribuzione agli utenti irrigui
in esame, le simulazioni idrauliche costituiscono il principale strumento di
progettazione in quanto non è possibile stabilire a priori la distribuzione delle
portate sui rami costituenti una singola maglia della rete, poichè queste possono
essere variabili in funzione delle condizioni idrauliche complessive.
La progettazione della rete si è pertanto sviluppata decidendo
prioritariamente il suo sviluppo sul territorio, scelto in funzione della distribuzione
delle utenze da servire e dei vincoli presenti (sottoservizi di particolare importanza,
necessità di arrecare il minor danno possibile alle proprietà private, ecc…).
Successivamente si sono scelti i diametri delle tubazioni nei vari rami
costituenti la rete, verificando quindi mediante successive simulazioni che
l’insieme di diametri adottati garantisse agli utenti le desiderate condizioni di
pressione e portata.
Fra le diverse simulazioni eseguite si riportano quindi nel seguito solo
quelle finali che illustrano il comportamento della rete progettata nelle due ipotesi
di consumo delle utenze.
Le simulazioni del comportamento idraulico della rete sono state eseguite
per mezzo di un programma di calcolo implementato su personal computer.
Il programma permette la verifica e la simulazione in regime di moto
permanente di reti di condotte in pressione ramificate o magliate. Tale
programma, utilizzando un modello matematico, risolve il seguente sistema di
equazioni che descrivono il comportamento dei nodi e rami della rete:
Σ ± Qi =0
equazione di continuità ad ogni nodo (Qi rappresenta la portata
entrante o uscente dal nodo; il segno “-“ indica le portate
entranti ed il segno “+” le portate uscenti dal nodo)
Hi- Hj = f1 (Q1)
equazione del moto per ogni lato (Hi e Hj sono le quote
piezometriche ai nodi estremi del lato e f1(Q1) rappresenta il
legame funzionale tra la perdita di carico nel lato e la portata
Q1 in esso transitante. In questo caso le perdite di carico
distribuite vengono valutate con la formula di Bazin.
Il sistema non lineare di equazioni nelle incognite Hi (quote piezometriche
ad ogni nodo) e Qi (portate in ciascun lato) viene risolto iterativamente con il
metodo di Newton-Raphson.
Ad ogni iterazione viene risolto un sistema lineare di tante equazioni quante
sono le piezometriche incognite. La risoluzione del sistema è effettuata con il
metodo del gradiente coniugato.
Nei calcoli si è assunta una tolleranza sulle portate pari a 0.001 l/s. La
schematizzazione della rete è stata eseguita tenendo conto delle reali lunghezze
delle tubazioni, delle pressioni mantenute dagli impianti di pompaggio, dei diametri
interni delle tubazioni (inferiori nel caso dei tubi in PVC ai diametri nominali); per il
coefficiente di scabrezza si è adottato il valore γ=0.10 ritenuto idoneo per
tubazioni in materiale plastico in condizioni di uso corrente e γ=0.13 per le
tubazioni in ghisa.
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La schematizzazione della rete utilizzata per le simulazioni idrauliche è
riportata nella planimetria allegata dalla quale si rileva anche la numerazione
adottata per nodi e rami; a tale numerazione è necessario fare riferimento per la
lettura del file che riassume i risultati.
Le simulazioni sono state ovviamente eseguite sulla rete completa
comprendente quindi sia le condotte del presente progetto (estensione) sia quelle
del progetto precedente.(II lotto, II stralcio), sia quelle incluse nel Lotto
potenzialmente scorporabile.
I tabulati allegati illustrano i risultati delle simulazioni eseguite; nella prima
parte i risultati illustrano per ogni ramo numerazione, lunghezza, diametro interno,
portate, velocità e perdite di carico (espresse in metri). Il segno delle portate è
positivo se l’acqua fluisce dal primo nodo del file di input verso il secondo, mentre
è negativa in caso contrario.
Nella seconda parte vengono riportati per ogni nodo numerazione, carico
piezometrico (in metri sul livello del mare), portata prelevata o immessa nel nodo
e carico residuo (o pressione). Le portate risultano negative se l’acqua è immessa
nel nodo, mentre sono positive se l’acqua è prelevata dal nodo.
L’esame dei risultati consente di verificare che con i diametri delle tubazioni
adottati è possibile consegnare le portate di progetto a tutti gli utenti mantenendo
una pressione residua di almeno 6 bar. Solo per gli utenti dei nodi 20, 21, 37 e 54,
ubicati a quote altimetriche superiori sono garantite pressioni inferiori, poiché a
causa della situazione altimetrica il mantenimento delle pressioni di 6 bar a tali
utenze sarebbe stato possibile solo aumentando la pressione su tutta il resto della
rete con un ingiustificato aggravio dei costi di costruzione e gestione. Anche le
velocità nelle condotte si mantengono sempre in un campo di funzionamento
accettabile.
Si evidenzia il fatto che nel progetto precedente (II lotto, II stralcio), si era
ipotizzato che la portata relativa alle condotte che sarebbero state costruite con il
successivo progetto di estensione (il presente), sarebbe stata erogata partendo
dal nodo 16 ubicato nella parte nord della rete che doveva essere il punto di
successivo sviluppo delle tubazioni. In realtà, in seguito alle richieste degli utenti,
sono da prevedere ulteriori consumi per l’allacciamento di un maggior numero di
idranti nella parte di rete di distribuzione già progettata ed inoltre sono previsti due
nuovi rami per servire utenze in prossimità della frazione Tipano e sulla collina
prospiciente la frazione Cellette.
Mantenendo invariato il consumo massimo complessivo di 402 l/s,
conseguenza del maggior sviluppo dei consumi nella parte est della rete è la
riduzione dei consumi sulla parte ovest e verso nord. La diversa distribuzione delle
portate in transito e soprattutto il fatto che maggiori quantitativi d’acqua verranno
erogati in zone più prossime alla vasca di San Vittore, fa sì che le perdite di carico
in alcuni rami della rete siano più bassi di quanto previsto e di conseguenza siano
più elevate le pressioni presso molti utenti.
Pertanto è possibile garantire la pressione minima di progetto di 6 bar a tutti
gli utenti (con la sola eccezione di quelli posti in siti altimetricamente elevati)
anche riducendo la pressione di mandata della stazione di pompaggio da 7,5 bar
a 7,1 bar.
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In sintesi la variazione delle previsioni di distribuzione delle portate
prelevate dagli utenti ha reso opportuno apportare le seguenti modifiche al
precedente progetto(II lotto, II stralcio):
• ramo 8: da PVC DN315 a ghisa DN400.
• ramo 10: da PVC DN125 a PVC DN 250.
• pressione di mandata della stazione di pompaggio da 73,5 a 69,5 metri di
colonna d’acqua.
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3. Scelta materiali e dimensionamento diametri delle tubazioni.
Le tubazioni per la rete di distribuzione irrigua sono state scelte nel rispetto
dei criteri per la progettazione, costruzione e collaudo delle tubazioni fissati dal
D.M. 12.12.1985 (G.U. n° 61 del 14.03.1986).
Per la realizzazione della rete di distribuzione irrigua si è optato per la ghisa
sulle dorsali principali con diametro nominale di 400 mm e per il PVC PN 16 su
tutta la restante rete.
La ghisa è il materiale che si ritiene più idoneo nel campo delle tubazioni
medio-grandi poiché unisce a doti di elevatissima resistenza meccanica, facilità di
posa ed assenza di fenomeni corrosivi. Inoltre nell’attuale situazione di mercato i
costi della ghisa, tenendo conto di posa ed oneri accessori, sono paragonabili a
quelli delle tubazioni in acciaio e sono inferiori a quelli degli altri materiali
utilizzabili in questo campo di diametri (PRFV o altre tubazioni in materiali plastici).
Anche il PVC nell’ambito delle tubazioni di diametro medio-piccolo offre
notevoli vantaggi: costo contenuto, facilità di posa, completa assenza di fenomeni
corrosivi ed inalterabilità nel tempo, bassa scabrezza e quindi riduzione delle
perdite di carico nel moto dell’acqua con conseguente risparmio dei costi di
sollevamento. Di contro si segnala come difetto la scarsa resistenza allo
schiacciamento, caratteristica peraltro comune a tutti i materiali plastici; tale
caratteristica impone un’attenta posa in opera.
In particolare si dovrà prestare attenzione nella scelta dei materiali da
adottare per i rinterri compattando gli stessi per strati successivi fino alla
generatrice superiore del tubo.
In merito alla scelta dei diametri si rimanda a quanto esposto nel paragrafo
precedente sullo strumento della verifica del comportamento della rete per passi
successivi, come strumento di progettazione.
I rami principali della rete sono realizzati in ghisa con DN 400; per i restanti
rami in PVC PN 16 i diametri sono stati uniformati in tre classi: DN 200, DN 250,
DN 315. Solo i rami terminali che si staccano dalla rete per servire le utenze
avranno di norma DN 125, mentre gli idranti di erogazione avranno DN 80.
I diametri sono stati scelti con il criterio di mantenere velocità non troppo
elevate al fine di ridurre le perdite di carico; in tal modo è possibile contenere i
costi energetici di sollevamento e la variazione di pressione alle utenze al variare
delle portate transitanti in rete. La rete dimensionata per funzionare in regime
normale con velocità non molto elevate è inoltre in grado di assorbire situazioni di
emergenza o future distribuzioni dei prelievi diverse da quelle previste in sede
progettuale.
Poiché le pressioni in regime di moto permanente sono contenute sempre
al di sotto di circa 9,1 bar si sono adottate apparecchiature con PN 10;
prudenzialmente al fine soprattutto di prevenire fenomeni di schiacciamento si
adottano tubazioni in PVC con PN 16.
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4. Dimensionamento delle stazioni di pompaggio.
La stazione di sollevamento a servizio della rete di distribuzione è ubicata
nella stessa area dove è già stata realizzata la vasca di accumulo numero sei in
località San Vittore con il progetto precedente (II lotto, II stralcio, di cui il presente
rappresenta il completamento), unitamente all’edificio che ospita la centrale di
sollevamento.
Per la descrizione dell’edificio si rimanda pertanto a tale progetto.
Nell’ambito del presente progetto è previsto il completamento
dell’impiantistica, già predisposta a tale scopo, per raggiungere la portata
massima di progetto di 402 l/s.
Si prevede quindi l’installazione di due ulteriori pompe, di un secondo
inverter ed il completamento degli impianti elettrici e del sistema di comando e
controllo.
L’impianto di pompaggio continuerà a svolgere la funzione di mantenere
una pressione di alimentazione costante sul collettore di mandata a valle delle
pompe indipendentemente dalla portata richiesta dalla rete di distribuzione e
quindi del numero di pompe in funzione.
Tale impianto corrisponde quindi a quello simulato nel corso delle verifiche
idrauliche della rete in cui si è assunta costante la pressione in corrispondenza
degli impianti di pompaggio. Tale caratteristica, a meno delle oscillazioni di
pressione ammesse nel controllo del gruppo pompe e della variazione delle
perdite di carico sulla rete al variare della portata distribuita, assicurerà alla
maggior parte dell’utenza una pressione variabile fra un minimo di 6,0 bar ed un
massimo di circa 9,1 bar.
Il gruppo di pompaggio completo è quindi costituito da quattro pompe, oltre
ad una di riserva, due inverter, una terza pompa pilota e due recipienti in
pressione con funzione di autoclavi e casse d’aria. Le quattro pompe
garantiscono, grazie all’utilizzo dei due inverter il mantenimento della pressione
costante sulla mandata e sono in grado di erogare una portata massima di circa
402 l/s con una prevalenza richiesta di 69,5 metri di colonna d’acqua. Delle
quattro pompe presenti pertanto due funzioneranno asservite a due inverter che
consentirà le regolazione della portata erogata, mentre le restanti funzioneranno a
portata fissa. L’avviamento e l’arresto graduale del gruppo di pompaggio sono
garantiti dagli inverter e dai soft-starter a servizio delle pompe non supportate da
inverter.
All’esterno della stazione di pompaggio è ubicato un misuratore di portata
elettromagnetico con funzione di contabilizzazione della portata erogata e di
ausilio al controllo del gruppo di pompaggio installato nell’ambito del precedente
progetto.
Il grafico allegato illustra le curve caratteristiche della pompa pilota, della
pompa singola a pieni giri (alimentata con frequenza di 50 Hz) ed a giri minimi
(alimentata a frequenza di 45 Hz), e della somma delle quattro pompe maggiori di
cui, da una a tre, a pieni giri; è inoltre illustrata a solo scopo indicativo la curva
caratteristica che avrebbe l’impianto con due pompe in moto a giri minimi ed una
o due pompe in moto a pieni giri.
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Le curve illustrate dal grafico sono relative ad una pompa in commercio con
caratteristiche meccaniche e di rendimento pari a quelle richieste dal Capitolato
Speciale d’Appalto ed in grado di assicurare le prestazioni idrauliche descritte
dalla presente relazione.
Nel seguito viene illustrata la logica di funzionamento dell’impianto al
variare della portata richiesta dalla rete. I valori delle soglie di pressione e portata
sono indicativi poiché sono relativi alle curve caratteristiche illustrate. L’appaltatore
dovrà eseguire la progettazione costruttiva di dettaglio dell’impianto di
sollevamento incluso nel presente progetto, ricalcolando i valori di pressione e
portata qui definiti a scopo dimostrativo ed adattandoli alle reali caratteristiche
delle pompe adottate, nel rispetto delle specifiche del Capitolato Speciale
d’Appalto e della presente relazione idraulica.
Portata richiesta dalla rete minore di 30 l/s.
La portata minima erogabile dalla pompa singola senza pericoli di
cavitazione è raggiunta in corrispondenza di una frequenza di 45 Hz ed è pari a
circa 30 l/s.
Quando il misuratore di portata rileva che la portata in uscita dall’impianto è
scesa sotto i 30 l/s (valore settabile) e tale valore permane per un periodo
superiore a cinque minuti (valore anch’esso settabile) è escluso il funzionamento
delle pompe a maggiore portata ed è attivato il funzionamento della pompa pilota.
In questo caso la rete è alimentata dalla pompa pilota e dallo svuotamento
delle autoclavi. Quando l’autoclave ha raggiunto la pressione minima di taratura
(pari a 57,0 m – valore settabile) si accende la pompa pilota che in parte alimenta
la rete ed in parte riempie le autoclavi. Lo stacco della pompa pilota è comandato
dal raggiungimento della soglia di pressione massima (pari a 69,5 m – valore
settabile).
Per ripristinare all’interno dell’autoclave il corretto quantitativo di aria e
quindi compensare i volumi di aria che vengono o adsorbiti dall’acqua o trascinati
sotto forma di bolle, l’impianto è dotato di un compressore con portata d’aria di
almeno 15 mc/ora (a pressione atmosferica) e pressione massima di esercizio di
10 bar. L’avvio del compressore è comandato da una soglia di livello posta 20 cm
al di sopra dell’altezza massima dell’acqua in condizioni di cuscino d’aria integro
(tale valore –comunque settabile-, nel caso del recipiente in pressione illustrato
nelle tavole grafiche, corrisponde ad un’altezza di 3,30 m rispetto al fondo del
recipiente). Lo stacco del compressore avviene dopo un tempo di funzionamento
di 15 minuti (valore settabile).
La pompa pilota è dotata delle seguenti protezioni:
• manometro a contatti per controllo massima pressione (PISH)
• controllo apertura valvola intercettazione (ZSH)
• protezione termica elettronica (si avviamento elettrico)
• pastiglia termica avvolgimento motore.
Portata richiesta dalla rete maggiore di 30 l/s.
Quando il misuratore di portata rileva che la portata in uscita dall’impianto è
superiore a 30 l/s (valore settabile) e tale valore permane per un periodo superiore
a cinque minuti (valore anch’esso settabile) è escluso il funzionamento della
pompa pilota ed è attivato il funzionamento delle quattro pompe a maggiore
portata.
Alle quattro pompe sono associati due inverter che potranno funzionare
simultaneamente (in caso di guasto di uno dei due inverter potrà funzionare uno
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solo dei due). Gli inverter saranno associati alle prime due pompe che entreranno
in funzione al crescere della portata, mentre le ulteriori due pompe che si
attiveranno funzioneranno senza inverter.
Si descrive nel seguito la sequenza di attacco e stacco delle pompe a
seconda che si tratti del caso di passaggio di pompa azionata tramite inverter ad
altra anch’essa azionata da inverter o da macchine azionate da inverter a
macchine senza.
Portata crescente – 1 pompa in funzione 2 pompe in funzione: se la
portata è compresa fra 30 e 103 l/s l’inverter è in grado di regolare l’unica pompa
in funzione per mantenere costante la pressione a 69,5 metri di colonna d’acqua.
Prima che sia raggiunta la portata massima della singola pompa in moto viene
avviata la seconda pompa asservita ad inverter. Tale procedura dovrà prevedere
l’avvio della seconda pompa controllata da inverter che quindi funzionerà a giri
minimi e la contemporanea riduzione tramite l’altro inverter del numero giri della
pompa già in moto. Appena ultimato l’avviamento della seconda pompa, gli
inverter porteranno le due pompe a funzionare ad uguale numero di giri. La soglia
di avviamento del secondo inverter potrà essere collocata a 80 l/s (valore
settabile) con permanenza del valore per almeno 5 minuti (valore settabile). Una
volta stabilizzato il numero di giri delle due pompe, la pressione sulla mandata si
porterà quindi al valore richiesto di 69,5 metri che potrà essere mantenuto fino alla
portata massima delle due pompe in moto.
E’ prevista una ridondanza nel sistema di controllo dell’impianto con una
soglia di pressione che, qualora superata per un periodo superiore a cinque minuti
(valore settabile), preveda comunque l’avviamento della seconda pompa
indipendentemente dal valore di portata letto dal misuratore; infatti se il valore di
portata letto dal misuratore fosse inferiore al valore reale erogato, al
raggiungimento della portata massima della singola pompa in moto la pressione
tenderebbe a calare seguendo la curva caratteristica della singola pompa in moto
a pieni giri. Pertanto quando sarà raggiunta la pressione di 65 metri (valore
settabile) e con permanenza di tale valore per un periodo superiore a cinque
minuti (valore anch’esso settabile), inizierà comunque la procedura di avvio della
seconda pompa.
Portata crescente – 2 pompe in funzione 3 pompe in funzione: se la
portata è compresa fra 80 e 205 l/s i due inverter sono in grado di regolare le due
pompe in funzione per mantenere costante la pressione a 69, 5 metri di colonna
d’acqua. Prima che sia raggiunta la portata massima della due pompe in moto
viene avviata la terza pompa non asservita ad inverter. La soglia di avviamento
della terza pompa potrà essere collocata a 170 l/s (valore settabile) con
permanenza del valore per almeno 5 minuti (valore settabile). Tale procedura
dovrà prevedere l’avvio della terza pompa con soft-starter e la contemporanea
riduzione tramite i due inverter del numero giri delle due pompe già in moto. Per
evitare che le tre pompe possano funzionare contemporaneamente a pieni giri
(condizione alla quale sarebbe associata una pressione di circa 78 metri) è
necessario prevedere una velocità di intervento differenziale sul PID di
regolazione degli inverter, in modo che in questa fase la pressione non superi i 75
metri. Appena ultimato l’avviamento della terza pompa, gli inverter porteranno le
due pompe a funzionare ad uguale numero di giri. Una volta stabilizzato il numero
di giri delle due pompe, la pressione sulla mandata si porterà quindi al valore
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richiesto di 69,5 metri che potrà essere mantenuto fino alla portata massima delle
tre pompe in moto.
Anche in questo caso è prevista una ridondanza nel sistema di controllo
dell’impianto con una soglia di pressione che, qualora superata per un periodo
superiore a cinque minuti (valore settabile), preveda comunque l’avviamento della
terza pompa indipendentemente dal valore di portata letto dal misuratore; infatti
se il valore di portata letto dal misuratore fosse inferiore al valore reale erogato, al
raggiungimento della portata massima della due pompe in moto, la pressione
tenderebbe a calare seguendo la curva caratteristica delle due pompe in moto a
pieni giri. Pertanto quando sarà raggiunta la pressione di 65 metri (valore
settabile) e con permanenza di tale valore per un periodo superiore a cinque
minuti (valore anch’esso settabile), inizierà comunque la procedura di avvio della
terza pompa.
Portata crescente – 3 pompe in funzione 4 pompe in funzione: se la
portata è compresa fra 170 e 308 l/s i due inverter possono regolare le due
pompe in funzione (in aggiunta alla pompa a pieni giri) per mantenere costante la
pressione a 69, 5 metri di colonna d’acqua. Al superamento per oltre 5 minuti
(valore settabile) della portata di 270 l/s (valore settabile) verrà avviata la quarta
pompa con procedura analoga. Anche in questo caso è prevista una ridondanza
nel sistema di controllo con avviamento con soglia di pressione.
Portata calante – 4 pompe in funzione 3 pompe in funzione: se la
portata è compresa fra 410 e 250 l/s avremo quattro pompe in moto, di cui due a
pieni giri e due a giri variabili (regolate da inverter) a seconda della portata
richiesta dalla rete. I due inverter sono quindi in grado di mantenere costante la
pressione sulla mandata in tutto questo campo di funzionamento.
Prima che sia raggiunta la portata minima del sistema di pompaggio con
due pompe a pieni giri a due pompe in funzionamento a 45 Hz, viene spenta una
delle due pompe a pieni giri. La soglia di spegnimento della pompa potrà essere
collocata a 270 l/s (valore settabile) con permanenza del valore per almeno 5
minuti (valore settabile).
Tale procedura dovrà prevedere l’arresto con softstarter della pompa in
funzionamento a pieni giri e l’aumento, tramite l’inverter, del numero di giri delle
due pompe comandate da inverter. Per evitare una caduta di pressione sulla
mandata, la procedura deve prevedere il preventivo aumento del numero di giri
delle pompe regolate dall’inverter fino alla pressione di 74 m (valore settabile) ed il
successivo spegnimento della pompa a pieni giri; per evitare che la pressione
scenda sotto al valore prefissato di 66 metri, anche in questo caso è necessario
prevedere una velocità di intervento differenziale sul PID di regolazione
dell’inverter. Appena ultimato lo spegnimento della pompa gli inverter porteranno
le due pompe (in aggiunta a quella rimanente a pieni giri) a funzionare ad uguale
numero di giri. Una volta stabilizzato il numero di giri delle due pompe, la
pressione sulla mandata si porterà quindi al valore richiesto di 69,5 metri che
potrà essere mantenuto fino al raggiungimento della portata minima dell’impianto
con due pompe a giri minimi ed una a pieni giri.
E’ ancora prevista una ridondanza nel sistema di controllo dell’impianto con
una soglia di pressione che, qualora superata per un periodo superiore a cinque
minuti (valore settabile), preveda comunque l’arresto di una delle due pompa in
moto a pieni giri indipendentemente dal valore di portata letto dal misuratore;
infatti se il valore di portata letto dal misuratore fosse superiore al valore reale
11
erogato, al raggiungimento della portata minima dell’impianto con due pompe a
pieni giri e due a giri minimi, la pressione tenderebbe ad aumentare seguendo la
curva caratteristica dell’impianto in tale condizione. Pertanto quando sarà
raggiunta la pressione di 73 metri (valore settabile) e con permanenza di tale
valore per un periodo superiore a cinque minuti (valore anch’esso settabile),
inizierà comunque la procedura di spegnimento di una delle pompe.
Portata calante – 3 pompe in funzione 2 pompe in funzione: se la
portata è compresa fra 270 e 150 l/s i due inverter possono regolare le due
pompe in funzione (in aggiunta alla pompa a pieni giri) per mantenere costante la
pressione a 69, 5 metri di colonna d’acqua. Alla diminuzione della portata per oltre
5 minuti (valore settabile) oltre la soglia di 170 l/s (valore settabile) verrà spenta la
pompa a pieni giri con procedura analoga a quella sopra descritta.
Anche in questo caso è prevista una ridondanza nel sistema di controllo
con spegnimento con soglia di pressione.
Portata calante – 2 pompe in funzione 1 pompe in funzione: se la
portata è compresa fra 150 e 50 l/s i due inverter possono regolare le due pompe
in funzione per mantenere costante la pressione a 69, 5 metri di colonna d’acqua.
Alla diminuzione della portata per oltre 5 minuti (valore settabile) oltre la soglia di
80 l/s (valore settabile) verrà spenta una delle due pompe
La procedura dovrà prevedere l’arresto di una delle pompe asservite ad
inverter e l’aumento del numero di giri della restante. Per evitare una caduta di
pressione sulla mandata, la procedura deve prevedere il preventivo aumento del
numero di giri delle pompe regolate dall’inverter fino alla pressione di 74 m (valore
settabile) ed il successivo spegnimento di una delle due pompe. Appena ultimato
lo spegnimento della pompa la pressione sulla mandata si porterà quindi al valore
richiesto di 69,5 metri che potrà essere mantenuto fino al raggiungimento della
portata minima dell’impianto con due pompe a giri minimi ed una a pieni giri.
Anche in questo caso è prevista una ridondanza nel sistema di controllo
con spegnimento con soglia di pressione.
In sostanza l’impianto funzionerà con pressione pressochè costante sulla
mandata delle pompe e pari a 69,5 metri, in tutto il campo di portate erogate.
Solo nel caso di malfunzionamento del misuratore di portata ed intervento
del sistema di regolazione comandato da soglie di pressione si potranno avere
minimi sbalzi di pressione rispetto al valore di regolazione. Si evidenzia comunque
il fatto che i picchi di pressione così calcolati dovuti alle variazioni del regime di
funzionamento dell’impianto saranno in parte attenuati dalla presenza dei volumi
d’aria delle autoclavi.
La pompe anche in questo caso saranno dotate delle seguenti protezioni:
• manometro a contatti per controllo massima pressione (PISH)
• controllo apertura valvola intercettazione (ZSH)
• protezione termica elettronica (si avviamento elettrico)
• pastiglia termica avvolgimento motore.
Inoltre il gruppo di pompaggio dovrà essere dotato di un limitatore di portata
alla soglia di 410 l/s per evitare che a seguito di abbassamenti di pressione dovuti
ad esempio a rotture sulla rete, la portata possa aumentare senza controllo; in
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tale caso infatti si potrebbero instaurare velocità nelle condotte tali da generare, in
caso di arresto brusco delle pompe, violenti fenomeni di colpo d’ariete.
Un PLC comanderà tutte le funzioni del gruppo sopra descritte.
Calcolo volume autoclavi.
L’autoclave ha la funzione di garantire l’alimentazione della rete nei
momenti di non funzionamento della pompa pilota. Lo svuotamento dell’acqua
contenuta dall’autoclave avviene a seguito dell’aumento di volume dell’aria al
diminuire della pressione. Il volume dell’autoclave è quindi funzione del periodo di
mancato funzionamento della pompa, corrispondente nella condizione peggiore
all’intervallo minimo fra un’accensione e la successiva, della portata media della
pompa pilota e della variazione di pressione ammissibile sull’impianto (assunta in
questo caso pari alla differenza fra la pressione di esercizio normale e
quest’ultima diminuita di 12,5 metri di colonna d’acqua).
Nella tabella allegata è riportata la formula empirica utilizzata per il calcolo
del volume dell’autoclave ed i risultati del calcolo.
Per l’impianto si adottano due autoclavi con volume complessivo di 10 mc
ciascuna.
Verifica di colpo d’ariete.
Calcoli di verifica speditivi hanno permesso di appurare che, grazie al fatto
che la rete è ramificata e magliata ed alla presenza dei rilevanti volumi delle
autoclavi che assolvono anche la funzione di casse d’aria, in caso di brusco
arresto dell’impianto causato da una caduta della rete ENEL, le sovrappressioni e
depressioni di colpo d’ariete si mantengono in un campo di accettabilità.
Calcolo blocchi di ancoraggio.
Si prevede la costruzione di massicci blocchi di ancoraggio in conglomerato
cementizio, completamente interrati in corrispondenza di ogni significativa
deviazione d’asse planimetrica od altimetrica. Tali blocchi sono stati dimensionati
tenendo come riferimento una pressione interna massima di 15 bar, pari ad 1,5
volte la pressione di esercizio più gravosa.
Per il dimensionamento dei blocchi di ancoraggio sono state utilizzate le seguenti
formule:
R ≤ U / 1.5 = (S p + G × ω ) / 1.5
Le spinte dovute alla pressione interna della condotta devono essere equilibrate
dalla spinta passiva del terreno e dall’attrito calcestruzzo – terreno alla base del
blocco.
In ogni vertice della linea d’asse della condotta si formano forze dirette lungo tale
linea che possono essere composte in una risultante R agente sempre lungo la
bisettrice dell’angolo al centro della curva (vedi fig. 1)
13
FIGURA 1
R = 2 Psen(α / 2)
P= p
π
DE 2
4
α = angolo di deviazione dei due tronchi rettilinei di tubazione contigui, equivalenti
all’angolo al centro della curva
P = spinta lungo l’asse del tubo
p = pressione di prova = 1,5 pressione di esercizio
DE = diametro effettivo della condotta
La spinta passiva Sp è quella che si determina lateralmente in uno scavo verticale quando
viene realizzato un manufatto che tende a comprimere la parete verticale dello scavo
stesso. La spinta passiva si dovrà intendere come azione di resistenza del terreno (vedi fig.
2).
Gω rappresenta la resistenza per attrito terreno – calcestruzzo alla base del blocco di
ancoraggio.
1
S p = γ ( H 2 − H 12 ) Lλ p + 2c( H − H 1 ) L λ p
2
ϕ
λ p = tg 2 (45 + )
ω = tgδ
δ = 0.9ϕ
G = V ×γ c
2
γ = peso specifico del terreno
γc = peso specifico del calcestruzzo
c = coesione del terreno
ϕ = angolo di attrito interno del terreno
δ = angolo di attrito calcestruzzo-suolo
ω = coefficiente di attrito calcestruzzo-suolo
λp = coefficiente di equilibrio limite superiore o di resistenza limite
L = larghezza superficie di appoggio
H = profondità rispetto al piano di campagna dell’estremità inferiore della superficie di
appoggio del blocco di ancoraggio
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H1 = profondità rispetto al piano di campagna dell’estremità superiore del blocco di
ancoraggio
G = peso proprio del blocco di ancoraggio
V = volume del blocco di ancoraggio
Nel caso in esame, viste le caratteristiche medie dei terreni interessati dalla posa delle
tubazioni, sono stati assunti i seguenti calori per ϕ e per c:
ϕ = 25°
c= 0.10 kg/cmq
FIGURA 2
Gω
15
5. Descrizione dei manufatti di linea.
Lungo la rete di distribuzione le condotte sono corredate da una serie di
manufatti di linea: sfiati, scarichi, intercettazioni, ed idranti per l’erogazione alle
utenze, di cui nel seguito si fornisce una sintetica descrizione.
Apparecchiature di sfiato: le apparecchiature di sfiato sono ubicate in
corrispondenza dei vertici altimetrici superiori della condotta e svolgono una
duplice funzione: consentono l’ingresso di aria in condotta in caso di svuotamento
della stessa per manutenzione mentre permettono lo spurgo dell’aria presente
nelle tubazioni sia nella fase di riempimento sia durante l’esercizio normale
consentendo l’evacuazione delle piccole sacche d’aria che si possono formare.
Gli sfiati saranno alloggiati all’interno di un piccolo pozzetto di cemento
armato illustrato nella tavola 5.07. Tale tavola riporta sia i pozzetti su tubazioni in
ghisa sia quelli su tubi in PVC. Per questi ultimi, per evitare di annegare la
tubazione in PVC nella parete del pozzetto di calcestruzzo con il rischio che
eventuali cedimenti differenziali ne possano causare la rottura (ed in conformità a
quanto previsto dalle raccomandazioni sull’installazione delle tubazioni in policloruro di vinile espresse dall’Istituto Italiano Plastici), tutti i pezzi all’interno del
pozzetto, compresi i due tronchetti di tubazione che consentono l’ingresso e
l’uscita dal pozzetto stesso, sono realizzati in ghisa.
Apparecchiature di scarico: le apparecchiature di scarico sono ubicate in
corrispondenza dei vertici altimetrici inferiori della condotta e consentono di
svuotare la tubazione in caso di manutenzione; essi permettono inoltre di
effettuare operazioni di lavaggio per eseguire ricambi dell’acqua presente in
condotta o per rimuovere sedimenti.
Gli scarichi saranno alloggiati all’interno di un piccolo pozzetto di cemento
armato illustrato nella tavola 5.08. Tale tavola illustra sia i pozzetti su tubazioni in
ghisa sia su quelle in PVC. Per queste ultime, sempre per evitare di annegare la
tubazione in PVC nella parete del pozzetto di calcestruzzo, tutti i pezzi all’interno
del pozzetto compresi i due tronchetti di tubazione che consentono l’ingresso e
l’uscita dal pozzetto stesso sono realizzati in ghisa
Manufatti di intercettazione: consentono di isolare tratti di rete per
effettuare operazioni di manutenzione o per esigenze gestionali. Sono realizzati
con l’interposizione sulla linea di una valvola a farfalla con giunto di smontaggio
alloggiata in un pozzetto in calcestruzzo con caratteristiche similari a quelle dei
pozzetti precedenti. I pozzetti di intercettazione sono realizzati in corrispondenza
dei punti di intersezione fra due diverse condotte per consentire di deviare il flusso
su una linea in caso di fuoriservizio della restante. I manufatti di intercettazione
previsti sono illustrati nelle tavole 5.04, 5.05, 5.06.
Idranti per l’erogazione alle utenze: gli idranti costituiscono il manufatto
finale per il collegamento della rete alle aziende agricole. L’idrante è costituito da
una serie di apparecchiature tutte con DN 80: una valvola di intercettazione in
grado di consentire in caso di necessità l’isolamento dell’utenza dal resto della
rete, uno stacco di piccolo diametro sul quale sono montati un piccolo sfiato per
spurgare l’aria eventualmente presente ed un rubinetto per permettere, una volta
chiusa la valvola di intercettazione, lo svuotamento della colonna dell’idrante
impedendo nel periodo invernale rotture a causa del gelo; di seguito è montato un
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monoblocco in ghisa sferoidale contenente apparecchiature idrauliche (la testa
d’idrante vera e propria che permette il collegamento ai normali impianti
d’irrigazione dell’utenza), gli organi di regolazione e misurazione (il misuratore
volumetrico per contabilizzare i volumi d’acqua prelevati dall’utenza e l’idrovalvola
accessoriata con pilota di sostegno di pressione a monte per impedire che un
eccessivo prelievo di portata dal singolo idrante possa deprimere la piezometrica
delle condotte a monte e, in caso di stacco del gruppo di pompaggio, per
consentire l’intercettazione automatica degli idranti evitando lo svuotamento della
rete) nonché l’impiantistica elettronica per l’automazione (processore alimentato
con batterie al litio); il tutto risulta racchiuso in apposito carter di protezione in
acciaio. Ogni idrante sarà accessoriato di chiave di avviamento e lettura; il
sistema irriguo sarà completato da un’unità di programmazione e software
operativo.
L’idrante per il collegamento alle utenze è illustrato nella tavola 5.11.
Nel caso in cui l’idrante sia ubicato in un punto terminale della rete dovrà
svolgere anche la funzione di sfiato o di scarico a seconda che il punto terminale
sia un punto alto o basso per la rete.
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