Introduzione
La pressione all'interno di una tubazione di drenaggio di una miniera raramente è semplice come un numero fisso.
Un tubo minerario in HDPE può funzionare a una pressione relativamente stabile per diverse ore e quindi subire un rapido cambiamento quando una pompa si avvia, una pompa si ferma, una valvola cambia posizione o cambia il livello dell'acqua nel sistema.
Il drenaggio profondo della miniera aggiunge un altro fattore.
La differenza di elevazione tra i punti di pompaggio sotterranei e la superficie crea una pressione statica dell'acqua. Il pompaggio aggiunge quindi pressione oltre a quella condizione idraulica.
Di conseguenza, sezioni diverse dello stesso tubo minerario in HDPE possono sperimentare condizioni di pressione diverse.
Un tubo vicino al fondo di una sezione verticale profonda può essere soggetto a una pressione statica molto più elevata rispetto a un tubo vicino al punto di scarico.
Per gli acquirenti minerari, questo è il motivo per cui il requisito di pressione di un tubo minerario in HDPE non può essere determinato semplicemente osservando la targhetta della pompa.
È necessario comprendere la pressione effettiva lungo la tubazione.
La pressione dell'acqua cambia con l'elevazione
La pressione dell'acqua aumenta con la profondità a causa del peso dell'acqua sopra di essa.
Per una colonna d'acqua verticale, la relazione idrostatica può essere espressa come:
P=ρghP=\\rho gh
dove PP è la pressione idrostatica, ρ\\rho è la densità dell'acqua, gg è l'accelerazione gravitazionale e hh è il carico dell'acqua.
La formula è semplice.
La parte importante per un tubo minerario in HDPE è ciò che accade quando la differenza di elevazione diventa grande.
Un sistema di drenaggio minerario può spostare l'acqua da un livello sotterraneo profondo verso la superficie.
La sezione inferiore della tubazione può quindi subire un carico statico notevole.
La pressione della pompa e la prevalenza statica vengono quindi combinate nel sistema operativo vero e proprio.
Questo è il motivo per cui una specifica della tubazione basata solo sulla pressione di scarico della pompa può essere fuorviante se non viene considerato il profilo altimetrico.
La pressione non è la stessa ovunque
Un lungo tubo minerario in HDPE non subisce una pressione uniforme.
Variazioni di pressione lungo la tubazione.
La pressione nella stazione di pompaggio dipende dalla pompa e dalle condizioni locali.
Quando l'acqua si muove verso l'alto, l'elevazione consuma la prevalenza idraulica.
La pressione disponibile più avanti lungo la tubazione cambia quindi.
Se la tubazione si alza in modo significativo, le sezioni inferiori possono subire una pressione maggiore.
Questo è importante quando si seleziona la classe di pressione.
Un tubo adatto per una sezione potrebbe non essere necessariamente adatto per un'altra se le condizioni di pressione sono sostanzialmente diverse.
In molti sistemi di drenaggio minerario, tuttavia, l’utilizzo di più classi di pressione lungo un percorso potrebbe non essere pratico. Pertanto è necessario considerare il profilo di pressione completo prima di specificare il tubo minerario in HDPE.
La pressione interna modifica leggermente la forma del tubo
Quando la pressione dell'acqua aumenta all'interno del tubo minerario in HDPE, la parete del tubo viene spinta verso l'esterno.
Il diametro aumenta leggermente.
Il muro subisce anche deformazioni circonferenziali.
Quando la pressione diminuisce, il tubo ritorna alle dimensioni precedenti.
Per un tubo rigido, questa deformazione è relativamente piccola.
L'HDPE si comporta diversamente perché il polietilene è più flessibile.
I dati di riferimento PE100 forniscono un modulo a lungo-termine di circa 200 MPa e un rapporto di Poisson di circa 0,45.
Queste proprietà influenzano il modo in cui il tubo minerario in HDPE risponde ai cambiamenti della pressione interna.
Il tubo non rimane assolutamente fisso dimensionalmente al variare della pressione.
Risponde.
Questa risposta fa parte del normale comportamento dei tubi in HDPE.
Perché la normale pressione operativa non è sufficiente
Un sistema di drenaggio minerario può avere una pressione operativa normale, ad esempio, di diversi MPa.
Si tratta di informazioni utili, ma non rappresentano necessariamente la pressione massima sperimentata dal tubo minerario in HDPE.
Potrebbe avviarsi una pompa.
Una valvola potrebbe chiudersi.
Il flusso potrebbe cambiare.
La pressione può temporaneamente spostarsi al di sopra del valore operativo stabile.
Questo è lo stesso motivo per cui il colpo d'ariete deve essere considerato separatamente dalla pressione normale.
Le linee guida PE100+ identificano il funzionamento della pompa e il funzionamento della valvola come potenziali cause di picchi di pressione e consigliano l'analisi dei picchi laddove le condizioni transitorie sono significative.
Pertanto, un tubo minerario in HDPE deve essere valutato rispetto all'inviluppo di pressione piuttosto che a una lettura costante del manometro.
Il drenaggio profondo della miniera crea un diverso problema di pressione
Consideriamo una stazione di pompaggio sotterranea a notevole profondità.
La pipeline sale dal livello sotterraneo verso la superficie.
La pompa deve superare il dislivello.
La stessa colonna d'acqua crea pressione.
Ciò significa che la parte inferiore del sistema può essere esposta a una pressione interna significativa anche quando la portata non è estremamente elevata.
Questo è uno dei motivi per cui i sistemi di drenaggio delle miniere spesso richiedono tubi minerari in HDPE a pressione- anziché normali tubi di drenaggio a bassa-pressione.
Il tubo non viene selezionato solo per la quantità di acqua che trasporta.
Viene selezionato per la pressione creata spostando l'acqua attraverso la miniera.
La pressione del tubo e la capacità di flusso sono diverse
È facile non notare questa distinzione.
Un grande tubo minerario in HDPE può trasportare una portata elevata funzionando con una perdita di attrito relativamente bassa.
Un tubo più piccolo può richiedere una prevalenza idraulica maggiore per trasportare lo stesso flusso.
Ma nessuna delle due affermazioni ci dice se la parete del tubo può resistere alla pressione del sistema.
La capacità di flusso dipende fortemente dal diametro interno e dalla resistenza idraulica.
La capacità di pressione dipende dalla resistenza del materiale, dallo spessore della parete, dall'SDR, dalla temperatura e dalle condizioni di progettazione.
I due sono legati dalla geometria fisica del tubo, ma non sono la stessa proprietà.
Questo è il motivo per cui le specifiche di un tubo minerario richiedono sia un diametro che una classe di pressione.
La temperatura modifica la capacità di pressione
La temperatura non dovrebbe essere ignorata quando si parla della pressione dei tubi minerari in HDPE.
Le proprietà di riferimento del PE100 si basano generalmente su condizioni di test definite.
Con l'aumento della temperatura, il polietilene diventa meno rigido e le sue prestazioni di pressione ammissibili a lungo-termine possono diminuire.
Le linee guida PE100+ rilevano che potrebbe essere necessario un declassamento della pressione a temperature elevate a seconda dello standard applicabile.
Per il drenaggio delle miniere sotterranee, la temperatura dell'acqua può rimanere relativamente stabile.
Le condotte di superficie possono sperimentare un intervallo di temperature molto più ampio.
Un lungo tubo minerario in HDPE esposto alla luce solare diretta può raggiungere temperature significativamente diverse da quelle dell'acqua o del suolo circostante.
La specifica della pressione deve quindi corrispondere all'intervallo di temperatura operativa effettiva.
Cosa succede quando la pressione diminuisce improvvisamente?
La riduzione della pressione è un’altra condizione che merita attenzione.
Se una pompa si ferma o le condizioni del flusso cambiano rapidamente, la pressione interna può diminuire.
A seconda del sistema, in alcune sezioni la pressione può scendere al di sotto della pressione atmosferica.
Ora la direzione di caricamento cambia.
Invece di spingere l’acqua verso l’esterno contro la parete del tubo, la pressione esterna può diventare più importante.
Se l'acqua sotterranea circonda un tubo minerario interrato in HDPE mentre la pressione interna diminuisce in modo significativo, il tubo può sperimentare una condizione di pressione esterna.
Ciò collega la variazione di pressione con la resistenza all'instabilità.
Un tubo deve quindi sopravvivere sia ad un'elevata pressione interna che alla condizione opposta in cui il supporto interno è ridotto.
Parametri dei tubi per miniere in HDPE per la selezione della pressione
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Parametro |
Gamma/riferimento tipico |
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Diametro nominale |
DN50–DN1200 |
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Classe di pressione |
PN1.0–PN10 |
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Lunghezza standard |
9 m / 12 m |
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PE100 SIGNORA |
10 MPa |
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Resistenza alla trazione allo snervamento |
Circa. 23 MPa |
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Allungamento a rottura |
>600% |
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Modulo a lungo-termine |
Circa. 200 MPa |
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Rapporto di Poisson |
Circa. 0.45 |
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Coefficiente di dilatazione termica |
Circa. 1.3 × 10⁻⁴/grado |
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Coefficiente di Hazen-Williams |
Circa. 150–155 |
Queste sono le proprietà di riferimento PE100. La classe di pressione effettiva e la pressione operativa consentita di uno specifico tubo minerario in HDPE devono essere ricavate dalle specifiche di prodotto certificate e dallo standard di progettazione applicabile.
Classe di pressione e SDR
Per i tubi PE100, l'SDR è direttamente collegato allo spessore della parete rispetto al diametro esterno.
Un SDR inferiore significa un muro più spesso.
Un SDR più elevato significa una parete più sottile.
I dati di progettazione di riferimento PE100+ forniscono valori tipici della pressione operativa massima in base a presupposti specificati, illustrando la relazione tra SDR e capacità di pressione.
Per un acquirente di sistemi di drenaggio minerario, questo è più utile che chiedere semplicemente un "tubo a parete spessa".
La classe di pressione dovrebbe essere chiaramente definita.
Se il sistema richiede PN10, la geometria del tubo deve corrispondere alla specifica PN10 applicabile.
Se il requisito di pressione è inferiore, un SDR diverso può fornire un diametro interno maggiore con lo stesso diametro esterno.
Ciò può migliorare la capacità idraulica.
Anche in questo caso, la pressione e il flusso sono collegati attraverso la geometria effettiva del tubo.
La stazione di pompaggio fa parte dell'ambiente in pressione del tubo
Un tubo da miniera in HDPE non dovrebbe essere valutato indipendentemente dalla stazione di pompaggio.
La pompa determina la modalità di generazione della pressione.
Le valvole determinano come può cambiare la pressione.
Il profilo altimetrico determina la quantità di carico statico esistente.
Il diametro della tubazione determina la quantità di perdite idrauliche che si verificano.
La parete del tubo determina il modo in cui il tubo contiene la pressione risultante.
Questi componenti formano un sistema.
Ciò è particolarmente importante in prossimità dello scarico della pompa.
La prima sezione del tubo minerario in HDPE può subire rapidi cambiamenti di pressione quando la pompa si avvia o si arresta.
Il tubo più a valle può sperimentare la stessa onda di pressione in un momento diverso e con una diversa condizione di pressione locale.
Ecco perché le lunghe condotte di drenaggio delle miniere devono essere considerate sistemi completi.
Quali informazioni dovrebbe fornire un acquirente?
Quando si richiede un tubo minerario in HDPE per il drenaggio delle miniere, diverse informazioni rendono la selezione molto più affidabile.
Il DN richiesto è necessario.
È necessaria la normale pressione di esercizio.
La pressione massima è ancora più importante.
La portata richiesta è necessaria per verificare la capacità idraulica.
La lunghezza della tubazione e il dislivello mostrano il carico idraulico coinvolto.
Le condizioni di avvio e arresto della pompa aiutano a identificare possibili pressioni transitorie.
Il metodo di installazione è importante perché un tubo interrato può essere sottoposto alla pressione del suolo esterno e della falda freatica.
Dovrebbe essere nota anche la temperatura di esercizio, soprattutto per le tubazioni con superficie esposta.
Questi dettagli consentono di abbinare il tubo alla miniera reale anziché selezionarlo da un numero di pressione.
Conclusione
La pressione all'interno di un tubo minerario in HDPE non è necessariamente costante.
Il drenaggio profondo della miniera può creare un carico statico sostanziale a causa dell'elevazione.
Le pompe aggiungono pressione operativa.
Gli arresti delle valvole e delle pompe possono creare pressioni transitorie.
La temperatura può modificare le prestazioni di pressione consentite del materiale PE.
Un'improvvisa riduzione della pressione può persino cambiare il problema dalla pressione interna alla pressione esterna.
Per i tubi minerari PE100, MRS, SDR, spessore delle pareti e temperatura di esercizio fanno tutti parte della progettazione della pressione.
Per questo motivo non è opportuno scegliere un tubo per drenaggio in miniera richiedendo solo la misura del DN o adattando la pressione normale della pompa.
Il tubo deve essere adattato all'intero ambiente a pressione.
Per un acquirente minerario, quindi, la specifica utile non è semplicemente:
"Tubo in HDPE per il drenaggio delle miniere."
È una pipa con un design definitoDN, classe di pressione, spessore della parete o SDR, requisiti di flusso e condizioni operative.
Una volta chiarite queste condizioni, il tubo minerario in HDPE può essere selezionato come una vera e propria tubazione in pressione piuttosto che semplicemente come un tubo in plastica con un diametro nominale.
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Fare un passo |
Processo |
Dettagli |
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1 |
Invia requisiti |
DN, pressione, fluido, temperatura di esercizio e applicazione |
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2 |
Conferma delle specifiche |
Tipo di tubo, qualità del materiale, pressione nominale, spessore della parete/SDR e connessione |
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3 |
Preventivo |
Prezzo, tempi di consegna, imballaggio e termini di spedizione |
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4 |
Ordine e produzione |
Contratto, pagamento e produzione |
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5 |
Ispezione e consegna |
Controllo qualità e spedizione |
Per tubi da miniera in HDPE, inviateci:
DN + PN/SDR + Mezzo + Temperatura di esercizio + Metodo di installazione + Lunghezza della tubazione + Quantità
Per le applicazioni di drenaggio e disidratazione delle miniere, fornire anche:
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Chimica dell'acqua / pH + Temperatura + Solidi sospesi
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