Introduzione

Una condotta idrica mineraria può funzionare a una pressione perfettamente stabile per gran parte della giornata.

Quindi una pompa si ferma.

Una valvola si chiude.

L'alimentazione è interrotta.

La pressione all'interno della tubazione cambia improvvisamente.

La pressione mostrata durante il normale funzionamento potrebbe essere rientrata ampiamente nell'intervallo nominale del tubo, ma durante tale evento la tubazione può subire una pressione temporanea molto più elevata.

Questo fenomeno è noto comecolpo d'arieteo aumento di pressione.

È uno dei problemi della pipeline più facili da trascurare perché può verificarsi solo per pochi secondi. Per una lunga condotta idrica mineraria, tuttavia, un breve aumento di pressione può comunque avere importanza.

Comprendere il colpo d'ariete aiuta gli acquirenti a evitare un altro errore comune: selezionare un tubo in HDPE solo in base alla normale pressione di esercizio.

La pressione normale e la pressione di picco non sono la stessa cosa

Supponiamo che una conduttura dell'acqua in miniera funzioni normalmente a 1,6 MPa.

Se la pompa funziona regolarmente, la pressione potrebbe rimanere vicina a quel valore.

Ma l’acqua ha massa e quantità di moto.

Quando il flusso cambia improvvisamente, l'acqua in movimento non si ferma immediatamente. Il cambiamento crea un'onda di pressione che viaggia attraverso la pipeline.

La pressione risultante può temporaneamente superare la normale pressione di esercizio.

Questa è l'idea alla base del colpo d'ariete.

L'esatto aumento di pressione dipende da fattori quali la velocità del flusso, la lunghezza della tubazione, le proprietà del fluido, le caratteristiche del tubo e la rapidità con cui cambia il flusso.

Per l’acquirente, il punto importante è semplicemente questo:

La pressione normale sul manometro non è necessariamente la pressione massima a cui sarà sottoposto il tubo.

Perché le condotte minerarie possono essere sensibili ai picchi di pressione?

I sistemi idrici minerari presentano spesso diverse condizioni che rendono rilevanti i transitori di pressione.

Sono comuni condutture lunghe.

Le stazioni di pompaggio possono essere separate dal punto di utilizzo dell'acqua-da grandi distanze.

I cambiamenti di altitudine possono essere significativi, soprattutto nelle miniere sotterranee.

Le valvole possono essere azionate durante i cambi di produzione.

Le interruzioni di corrente possono arrestare inaspettatamente le pompe.

Le valvole di ritegno possono anche chiudersi rapidamente in determinate condizioni.

Ognuno di questi eventi può produrre un transitorio di pressione.

Più la tubazione è lunga e complessa, più diventa importante capire come il sistema risponde ai cambiamenti improvvisi del flusso.

L'HDPE resiste al colpo d'ariete meglio del tubo rigido?

L'HDPE ha una caratteristica utile qui: flessibilità.

Quando la pressione aumenta all'interno di un tubo in HDPE, la parete del tubo può espandersi leggermente. Tale flessibilità può ridurre la gravità di alcuni transitori di pressione rispetto a un tubo altamente rigido.

Questo è uno dei motivi per cui il polietilene è ampiamente utilizzato nei sistemi idrici a pressione.

Ma sarebbe un errore interpretarlo come "l'HDPE non presenta problemi di colpi d'ariete".

Può ancora verificarsi picchi di pressione.

Se la pressione transitoria è sufficientemente elevata, può superare le condizioni operative previste del tubo o sottoporre a carichi eccessivi raccordi e connessioni.

La flessibilità dell'HDPE riduce alcuni rischi. Non elimina la necessità di progettare il sistema.

L'arresto della pompa è un fattore scatenante comune

Consideriamo una lunga conduttura dell'acqua in miniera alimentata da una pompa.

In condizioni normali, l'acqua scorre continuamente.

Ora immagina un'interruzione di corrente inaspettata.

La pompa si ferma rapidamente.

La colonna d'acqua continua a muoversi per un breve periodo, creando una condizione transitoria.

La risposta alla pressione può viaggiare attraverso la tubazione e interagire con valvole, curve, cambiamenti di quota e altri componenti.

Se il sistema fosse stato progettato solo in funzione della pressione-stazionaria, questo evento potrebbe essere stato trascurato.

Questo è il motivo per cui il funzionamento della pompa dovrebbe far parte della discussione sulla selezione-della tubazione.

La chiusura della valvola può creare un altro problema

Non è necessario che una valvola sia completamente chiusa per influenzare la pressione della tubazione.

Quanto più velocemente viene modificato il flusso, tanto maggiore è il rischio di un aumento di pressione.

Una valvola ad azionamento rapido può quindi creare un transitorio più intenso rispetto ad una valvola che si chiude gradualmente.

Ciò è particolarmente rilevante nei sistemi in cui gli operatori controllano manualmente il flusso dell'acqua o dove le valvole automatiche rispondono rapidamente ai cambiamenti nel processo.

La soluzione non è necessariamente specificare un tubo con pressione-molto più elevata.

Controllare la velocità del cambiamento di pressione può essere molto più efficace.

Perché anche i raccordi sono importanti

Il colpo d'ariete non agisce solo su tubi diritti.

Le onde di pressione viaggiano attraverso l'intero sistema.

Gomiti, raccordi a T, riduttori, valvole, flange e altri raccordi sono esposti alla variazione di pressione.

Una tubazione può quindi avere una parete in grado di sopportare i transitori mentre una connessione scarsamente selezionata o scarsamente supportata diventa il punto vulnerabile.

Questo è il motivo per cui il tubo, i raccordi e il metodo di connessione dovrebbero essere trattati come un unico sistema.

Per un progetto minerario, specificare correttamente il tubo diritto è solo una parte del lavoro.

Perché le condotte lunghe meritano più attenzione

La lunghezza della tubazione influenza il comportamento delle onde di pressione.

Un tubo corto può rispondere in modo diverso da una lunga linea di trasferimento dell'acqua.

I sistemi idrici minerari possono estendersi su distanze considerevoli, in particolare quando l'acqua deve essere spostata dai lavori sotterranei alla superficie o tra aree remote di una miniera.

La combinazione di lunga distanza, elevata velocità del flusso e cambiamenti improvvisi della pompa o della valvola possono rendere i transitori di pressione più significativi.

Ciò non significa che ogni lunga tubazione in HDPE subirà gravi colpi d'ariete.

Ciò significa che la possibilità dovrebbe essere considerata prima che il sistema venga costruito.

Un punteggio PN più alto può risolvere il colpo d'ariete?

Non automaticamente.

Una classe di pressione più elevata fornisce una maggiore capacità di pressione, ma non elimina il picco di pressione stesso.

Se un sistema produce regolarmente un transitorio di grandi dimensioni, la semplice installazione di una tubazione con rating più elevato- potrebbe non essere la soluzione più efficiente.

A seconda del sistema, i picchi di pressione possono essere gestiti attraverso l'arresto controllato della pompa, l'azionamento graduale delle valvole, vasi di espansione, camere d'aria, valvole di ritegno adeguate o altre misure idrauliche.

La soluzione appropriata dipende dalla pipeline effettiva.

La pressione nominale del tubo deve comunque tenere conto delle condizioni di pressione previste, ma il sistema non deve fare affidamento solo sulla resistenza del tubo per assorbire ogni transitorio.

Colpo d'ariete e lunga-durata dei tubi

Un aumento di pressione non significa necessariamente un guasto immediato del tubo.

La preoccupazione diventa maggiore quando i transitori di pressione si verificano ripetutamente.

Cicli frequenti possono esporre il tubo e le sue connessioni a ripetuti cambiamenti di sollecitazione.

Nel corso di un lungo periodo di servizio, le ripetute fluttuazioni di pressione diventano parte della storia operativa della pipeline.

Per le condotte minerarie che dovrebbero funzionare ininterrottamente per anni, questo è un altro motivo per comprendere il profilo di pressione completo piuttosto che solo la pressione operativa media.

Parametri tipici dei tubi per miniere in HDPE

Questi sono gli intervalli tipici; le specifiche effettive del tubo devono essere confermate in base al prodotto selezionato e ai requisiti del progetto.

Domande frequenti

Cos'è il colpo d'ariete?

Il colpo d'ariete è un rapido cambiamento di pressione causato da un improvviso cambiamento nel flusso d'acqua, come l'arresto della pompa o la rapida chiusura della valvola.

Il colpo d'ariete può danneggiare il tubo in HDPE?

Un forte aumento di pressione può superare le normali condizioni operative e sottoporre a ulteriore stress il tubo, i raccordi e le connessioni. La flessibilità dell'HDPE può aiutare a ridurre alcuni effetti transitori, ma non elimina il rischio.

Il colpo d'ariete è importante nelle condutture idriche della miniera?

Ciò può verificarsi soprattutto in lunghe tubazioni pressurizzate con pompe, valvole e notevoli dislivelli.

PN1,6 MPa è sufficiente se la pressione normale è 1,6 MPa?

Non necessariamente. Il sistema dovrebbe anche considerare eventuali pressioni transitorie superiori al normale valore operativo.

È possibile ridurre il colpo d'ariete senza cambiare il tubo?

Spesso sì. Il controllo della pompa, il funzionamento graduale della valvola, le valvole di ritegno adeguate e le apparecchiature di controllo-del picco possono ridurre i transitori di pressione a seconda del sistema.

Conclusione

Una condotta mineraria non è soggetta solo alla pressione mostrata durante il normale funzionamento.

Le pompe si avviano e si fermano. Le valvole si aprono e si chiudono. Si verificano interruzioni di corrente. Cambiamenti di flusso.

Ogni evento può produrre un temporaneo aumento della pressione.

La flessibilità dell'HDPE gli conferisce un'utile resistenza ai transitori di pressione, ma gli acquirenti non dovrebbero dare per scontato che ciò renda irrilevante il colpo d'ariete.

L'approccio più sicuro consiste nel comprendere le condizioni operative complete prima di selezionare il tubo.

Per una conduttura mineraria pressurizzata, vale la pena porsi una domanda prima di effettuare l'ordine:

Qual è la pressione più alta che il sistema può effettivamente sperimentare quando qualcosa cambia improvvisamente?

Tale numero potrebbe essere molto diverso dalla normale pressione di esercizio.

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