Verifica transitori

In InfoWorks WS Pro è disponibile un'opzione di simulazione che consente la produzione di risultati aggiuntivi, che possono essere utilizzati come indicatore di potenziali aree problematiche dovute a pressioni transitorie.

Per abilitarla, attivare l'opzione Consigli sui transitori idraulici nella finestra di dialogo Opzioni simulazione.

In questo argomento vengono discussi i meccanismi di propagazione delle onde di pressione e i calcoli effettuati da InfoWorks WS Pro.

Nota:

L'analisi dei transitori è un argomento molto complesso che richiede conoscenze specialistiche e software.

Nota:

I risultati di Verifica transitori prodotti da InfoWorks WS Pro forniscono una stima qualitativa delle potenziali aree problematiche dovute a pressioni transitorie che potrebbe essere necessario esaminare in modo più approfondito. Per eseguire un'analisi dettagliata dei transitori, è necessario eseguire una simulazione del sistema transitorio.

Transitori idraulici

I transitori idraulici, noti anche come colpo d'ariete o picco, sono fluttuazioni di pressione causate da una variazione della velocità del fluido.

Le cause dei transitori in una rete di approvvigionamento idrico includono:

Avviamento/arresto delle pompe
Apertura/chiusura delle valvole
Interruzione di pompe/condotte a causa di un'interruzione dell'alimentazione/scoppio

I transitori possono causare problemi nella rete idrica in diversi modi:

Rotture di condotte causate da pressioni indotte che superano il valore di pressione della condotta
Oscillazioni idrauliche con conseguente indebolimento della condotta
Potenziali problemi di qualità dell'acqua causati da basse pressioni che causano un vuoto temporaneo

Esempio

Si consideri la condotta a monte di una valvola che è stata chiusa istantaneamente:

Quando la valvola viene chiusa, l'acqua adiacente alla valvola viene arrestata con conseguente compressione dell'acqua a monte della valvola ed espansione della sezione trasversale della condotta a monte della valvola. L'aumento della pressione in corrispondenza della valvola provoca la generazione di un'onda di pressione con carico di sovrapressione positivo (ΔH) che si propaga a monte.
L'onda di pressione raggiunge il serbatoio.
L'acqua viene forzata all'indietro nel serbatoio. La velocità nella condotta si inverte e la pressione scende di nuovo allo stato statico (pressione del serbatoio). L'onda di pressione viene invertita e propagata verso la valvola chiusa.
Quando l'onda di pressione raggiunge la valvola chiusa, si forma una regione di bassa pressione in corrispondenza della valvola, distruggendo il flusso e generando un'onda di riduzione della pressione che si propaga verso il serbatoio.
L'onda di riduzione della pressione raggiunge il serbatoio. L'acqua fluisce dal serbatoio alla condotta, la velocità nella condotta viene invertita e un'onda che genera pressione viene propagata verso la valvola chiusa.

Il ciclo viene ripetuto con le oscillazioni di pressione smorzate in un breve periodo di tempo dall'attrito.

Consigli sui transitori in InfoWorks WS Pro

Durante l'esecuzione di una simulazione possono essere prodotti ulteriori risultati ampiezza della pressione transitoria e pressione transitoria massima che possono essere utilizzati come indicatore di potenziali aree problematiche dovute a pressioni transitorie.

Per attivare i suggerimenti sui transitori, impostare l'opzione Consigli sui transitori idraulici nella finestra di dialogo Opzioni simulazione.

Il risultato della pressione transitoria visualizza l'ampiezza dell'onda di pressione e viene calcolato utilizzando la legge di Joukowski:

Pressione transitoria ΔH alla chiusura istantanea della valvola in una condotta rigida:

(1)

dove:

g = accelerazione dovuta alla gravità

Δv = variazione della velocità del fluido

c = celerità onde

L'ampiezza della pressione transitoria viene calcolata per ogni timestep (t) in cui:

Variazione della velocità del fluido (ΔV) =
- velocità al timestep precedente: velocità al timestep corrente

Di conseguenza, la pressione transitoria al primo timestep di simulazione sarà zero.

Celerità onde (c) =
- Valore Celerità onde definito nella vista griglia Collegamenti
- Valore di default di 1.400 m/s se non viene specificato nella vista griglia

Impostazione della celerità delle onde

La celerità delle onde dipende dall'elasticità del fluido e della condotta stessa e dai vincoli esterni della condotta.

La celerità delle onde può essere impostata automaticamente in base ai materiali delle condotte dai valori di celerità delle onde impostati nella finestra di dialogo Materiali condotte (per ulteriori dettagli, vedere Impostazione della celerità delle onde). Tuttavia, questa funzionalità consente di impostare solo un valore di celerità onde per materiale condotta dalla finestra di dialogo Materiali condotta.

I valori di celerità delle onde possono anche essere immessi manualmente nella vista griglia dei collegamenti. I valori di celerità delle onde possono essere determinati dal grafico e dalla tabella seguenti (da Fluid Transients in Pipeline Systems, Thorley ARD, 1991), che contengono curve di celerità delle onde rispetto al rapporto diametro/spessore muro per diversi materiali per condotte.

Diagramma della celerità delle onde

Diametro/Spessore muro (D/e)	Acciaio	Ferro duttile	Ghisa	Calcestruzzo	Fibrocemento	uPVC
5	1400	1400	1360	1230	1200	550
10	1365	1355	1290	1100	1040	400
20	1310	1290	1190	930	860	290
30	1260	1230	1100	820	750	240
40	1210	1180	1040	740	680	200
50	1170	1130	980	680	620	180
60	1130	1090	930	630	580	168
70	1095	1055	890	591	540	157
80	1060	1020	848	560	510	145
90	1030	995	820	530	485	135
100	1005	965	790	510	465	125
110	985	940	765	490	440	118
120	965	920	745	475	421	110
130	940	895	720	455	405	105
140	920	880	700	440	395	103
150	900	860	680	425	385	100

Tabella delle curve di celerità delle onde (Thorley ARD 1991)

Analisi dei risultati

Nota:

I risultati di Verifica transitori prodotti da InfoWorks WS Pro possono essere utilizzati solo come stima qualitativa. I risultati possono essere analizzati per determinare i collegamenti potenzialmente a rischio a causa di grandi pressioni transitorie, che dovrebbero essere analizzati in modo più approfondito. L'analisi completa dei transitori può essere eseguita utilizzando una simulazione InfoWorks TS (sistema transitorio).

I risultati di Verifica transitori possono essere visualizzati come per altri risultati: in un report griglia o come grafico del risultato variabile nel tempo per un singolo oggetto di rete.

L'ampiezza della pressione transitoria verrà rappresentata graficamente come linee continue uniformi che uniscono i valori della pressione transitoria. Mostra immagine

In realtà, le variazioni di pressione transitorie si verificano in un periodo di tempo molto breve (secondi). Mostra immagine

Le tracce uniformi del grafico prodotte da InfoWorks WS Pro rappresentano un inviluppo di delimitazione approssimativo per i transitori reali con picchi.