💧 Idraulica
Colpo d'Ariete: Formula, Cause e Protezioni
In altezza piezometrica:
Δh = c × Δv / gSovrappressione in metri
Celerità dell'onda
La celerità c dipende dalle proprietà del fluido e della tubazione:
c = √(K/ρ) / √(1 + K×D / E×s)K=modulo elasticità fluido, E=modulo tubo, s=spessore
| Materiale tubo | c tipica (m/s) |
|---|---|
| Acciaio | 1000 - 1200 |
| Ghisa | 900 - 1100 |
| Cemento | 900 - 1000 |
| PVC | 300 - 500 |
| PE (polietilene) | 200 - 400 |
💡 Tubi plastici
I tubi in plastica, essendo più elastici, hanno celerità minori e quindi generano sovrappressioni inferiori a parità di Δv.
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Tempo critico di chiusura
Il colpo d'ariete è "completo" se la chiusura avviene in un tempo Tc minore del tempo di andata e ritorno dell'onda:
Tc = 2L / cTempo critico (L = lunghezza condotta)
Se il tempo di chiusura è maggiore di Tc, la sovrappressione si riduce proporzionalmente.
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Sistemi di protezione
| Dispositivo | Funzione |
|---|---|
| Vaso di espansione | Assorbe le variazioni di volume |
| Valvola di sfioro | Scarica la sovrappressione |
| Cassa d'aria | Ammortizza le onde di pressione |
| Volano sulla pompa | Rallenta l'arresto |
| Bypass con valvola | Dissipa l'energia |
| Chiusura lenta | Tchiusura > Tc |
Esempio pratico
📝 Chiusura valvola
Condotta in acciaio L=500m, v=2 m/s, c=1000 m/s. Chiusura istantanea.
Tc = 2×500/1000 = 1 s
ΔP = 1000 × 1000 × 2 = 2.000.000 Pa
Δh = 1000 × 2 / 9,81 = 204 m
Sovrappressione: 20 bar (204 m)!
⚠️ Pericolo rottura
Una sovrappressione di 20 bar può far esplodere tubazioni dimensionate per 10 bar. È essenziale prevedere protezioni adeguate.
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Domande frequenti
Il colpo d'ariete è un fenomeno transitorio che si verifica quando il flusso in una condotta viene bruscamente interrotto, causando un'onda di pressione che può danneggiare tubazioni e componenti.
Si usa la formula di Joukowsky: ΔP = ρ × c × Δv, dove ρ è la densità, c la celerità dell'onda e Δv la variazione di velocità.
Con chiusura lenta delle valvole (T > Tc), vasi di espansione, valvole di sfioro, casse d'aria, o volani sulle pompe.
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