Antisfilamento tubi PVC-A per reti idriche: colpo d’ariete e compatibilità nei raccordi

Test antisfilamento tubi PVC-A effettuato nell’autunno 2016 a Limena mediante una installazione sperimentale e presentato in occasione di un workshop durante la Fiera H2O di Bologna 2016

Scopo del test la verifica dell’efficienza della tubazione FITT Bluforce Crack Resistant in PVC-A, assemblata con vari e diversi sistemi in ghisa sferoidale, i più utilizzati nel mercato,  sia antisfilamento che non.

Focus del test la sottoposizione del sistema a sollecitazioni statiche e dinamiche particolarmente gravose per l’esercizio di una condotta:

  • pressione statica particolarmente elevata
  • sollecitazione dinamica a moto permanente
  • colpo d’ariete

per verificare l’affidabilità delle tubature in PVC-A utilizzate con

  • assenza di perdite
  • assenza di sfilamento assiale

pur in condizione di semplice appoggio delle tubazioni, non contrastate dalla presenza di elementi di contenimento quali rinterri e blocchi di ancoraggio, neppure nelle sezioni di sollecitazione maggiore quali le curve a 90°.

I test antisfilamento nelle reti idrauliche in pressione: il tema della compatibilità dei raccordi con pezzi speciali

Nelle reti idrauliche in pressione, ed in particolare in quelle per acquedotto ed irrigazione, risulta di fondamentale importanza ai fini della sicurezza del trasporto d’acqua e dell’economia di costruzione e gestione una adeguata soluzione della interconnessione fra singole tubazione e fra tubazioni e pezzi speciali, talora realizzati con materiale diverso da quello che costituisce le tubazioni stesse.

Il comportamento di una condotta per adduzione di fluidi è condizionato in maniera determinante dalle due principali componenti che ne formano la struttura:

  • le singole tubazioni
  • i pezzi speciali, quali curve, derivazioni, sfiati, scarichi e valvole che consentono di seguire l’andamento planimetrico della condotta con le relative esigenze funzionali.

L’importanza di tale aspetto risulta accentuato per le reti destinate all’alimentazioni umana o zootecnica, per le quali si devono considerare oltre agli aspetti di perdite idriche anche quelli derivanti dalla possibile intrusione di inquinanti dall’esterno a seguito di mancata tenuta delle condotte.

Il problema della giunzione delle singole tubazioni e di tubazioni e pezzi speciali risulta quindi complesso.

Per la sua soluzione sono stati proposti vari accorgimenti costruttivi, con esito talora felice e talora condizionato da particolari condizioni di esercizio e quindi non sempre affidabile.

Si deve ricordare infatti la possibile presenza in fase di gestione di tre situazioni tipiche di esercizio, costituite rispettivamente da:

  1. pressione statica
  2. sollecitazione dinamica a moto permanente
  3. sovrappressioni conseguenti a colpo d’ariete

Situazioni per le quali la rete idraulica deve essere conforme alle disposizioni di collaudo.

Antisfilamento e nuovi materiali per le reti idriche

Nella proposizione di nuovi materiali costitutivi delle condotte risulta pertanto di fondamentale importanza il ricorso ad installazioni sperimentali che consentano di valutare l’affidabilità delle interconnessioni fra condotte e pezzi speciali, nonché ulteriori peculiarità di funzionamento, quali ad esempio il coefficiente di scabrezza e aspetti qualitativi derivanti da possibile rilascio di elementi di parete.

A tale scopo la Ditta FITT di Sandrigo (VI) ha ritenuto opportuno procedere ad una verifica sperimentale del comportamento di condotte realizzate con il tubo FITT Bluforce di propria produzione per il trasporto di fluidi in pressione. Le esperienze eseguite hanno riguardato in particolare la verifica dell’efficienza tra i vari sistemi antisfilamento presenti sul mercato per il tubo FITT Bluforce e della compatibilità fra tubo stesso e raccordi in ghisa sferoidale.

Descrizione dell’installazione sperimentale

L’installazione sperimentale è stata realizzata allo scopo di effettuare il test antisfilamento tubi PVC-A in una condotta costituita da tubazioni FITT Bluforce e da pezzi speciali di varie funzioni in ghisa. Il dispositivo sperimentale è costituito da un insieme di pezzi speciali collegati fra loro per mezzo della nuova tubazione FITT Bluforce, posta in opera su selle di dimensioni ridotte costituite da staffe semicircolari metalliche collegate al pavimento con un perno di supporto.

Il circuito è alimentato da una pompa centrifuga ad asse orizzontale della portata massima di 58 mc/h collegata ad un serbatoio in vetroresina del volume di circa 7 mc. In quest’ultimo vengono reimmesse le acque alla fine del circuito in modo tale da realizzare un sistema continuo al fine di poter condurre prove di carattere dinamico e di colpo d’ariete protratte nel tempo.

Con riferimento alle prove di carattere statico, sono state inserite nel sistema sperimentale due saracinesche a monte del serbatoio ed a valle della pompa di alimentazione, al fine di isolare il sistema per il raggiungimento di elevati valori di pressione, ed un collare di derivazione posto circa a metà dell’installazione al quale è stata collegata una pompa, utilizzata in sede di collaudo dei sistemi di condotte, capace di una pressione massima di circa 40 bar.

L’installazione sperimentale posta in opera presenta una lunghezza di circa 18 m per una larghezza complessiva di poco più di 5 m.

I tubi FITT Bluforce utilizzati per le prove sperimentali sono costituti da condotte del diametro di 110 mm PN 16 di nuova produzione commerciale.

Tali tubazioni trovano impiego sia in campo acquedottistico, essendo idonee al contatto con acqua potabile per uso umano secondo quanto prescritto dal DM 174/04, sia per la realizzazione di sistemi di irrigazione e di applicazioni in vari ambiti di trasporto di fluidi.

Per la regolazione delle portate alimentate dalla pompa si è proceduto a parzializzare la saracinesca posta a valle della pompa stessa; per le misure di portata era stato inserito nel circuito un misuratore di portata elettromagnetico

Per quanto riguarda la misurazione delle pressioni nel circuito di prova, è stato adottato un doppio sistema di registrazione costituito rispettivamente da un manometro ad ago e da un manometro registratore su supporto cartaceo.

Giunti e pezzi speciali utilizzati nel test

In particolare i pezzi speciali utilizzati per il test antisfilamento tubi PVC-A con le relative normative di riferimento, sono in dettaglio i seguenti:

  • Giunto in ghisa sferoidale, multimateriale con sistema antisfilamento DN 100 PN 16: disegnato e costruito secondo EN 14525
  • Adattatore flangia in ghisa sferoidale con sistema antisfilamento DN 100 PN 16 per tubazioni PE/PVC: corpo secondo EN 14525, flangia secondo EN 1092Prove dinamiche a moto permanente
  • Adattatori flangia in ghisa sferoidale con sistema antisfilamento DN 100 PN 16 per tubazioni PE/PVC: corpo secondo EN 12842, flangia secondo EN 1092
  • Adattatori flangia in ghisa sferoidale con sistema antisfilamento DN 100 PN 16 per tubazioni PE/PVC: corpo secondo NF EN 29220 – NF EN 545, flangia secondo NF EN 1092;
  • Saracinesche corpo piatto DN 100 PN 16: corpo e cappello secondo NF EN 1074-1 e 2, flangia secondo NF EN 1092, testate secondo NF EN 12266
  • Curve flangiate in ghisa sferoidale DN 100 PN 16 a 45° e 90°: corpo secondo NF EN 545, flange secondo NF EN 1092.
  • Curva a 90° in ghisa sferoidale DN 100 PN 16 a 2 bicchieri con imbocco per PVC: corpo secondo NF EN 545, guarnizione secondo NF EN 681-1;
  • Giunto antisfilamento esterno DN 100 PN 16 in ghisa sferoidale, test di tenuta secondo DVGW W 400 – 2
  • Collare di presa per tubazioni in PE/PVC: corpo secondo NF EN 1563, guarnizione secondo NF EN 681-1;
  • Valvola di derivazione in ottone: corpo secondo NF EN 1982, sfera secondo NF EN 1216
  • Valvola di derivazione a squadra in ghisa sferoidale: corpo secondo EN 1074-1 e 2, test a norma EN 12266
  • sfiato automatico a singola funzione in ghisa sferoidale DN 40/65 PN 16: corpo secondo NF EN 1074-4, flangia secondo NF EN 1092-2
  • Giunto antisfilamento a 2 bicchieri DN 100 PN 16 per tubazioni PE/PVC con guarnizione in gomma EPDM secondo NF EN 681-1 ed anello di tenuta in ottone.
  • Curve in ghisa sferoidale DN 100 PN 16 a 45°, 2 bicchieri con imbocco per tubazioni PE/PVC e guarnizione antisfilamento: corpo secondo NF EN 545 – NF EN 12842 – NF EN 805:2000

MISURE ESEGUITE E RISULTATI OTTENUTI

Il test antisfilamento tubi PVC-A è stato eseguito allo scopo di verificare la tenuta della tubazioni FITT Bluforce e dei pezzi speciali in ghisa presenti nel circuito con esse collegati in vari condizioni tipiche di esercizio, ma spinte fino a sollecitazioni assai gravose, in alcuni casi superiori a quelle che si verificano nelle reti acquedottistiche ed irrigue.

In particolare sono state eseguite prove statiche, ad acqua ferma all’interno del circuito e pressione spinta fino a valori assai elevati, superiori ai 22 bar, e prove dinamiche, con acque in movimento a prefissati valori di velocità a moto permanente ed a moto vario in presenza di colpo d’ariete.

Test antisfilamento tubi PVC-A, prove statiche a moto permanente

Il test antisfilamento tubi PVC-A è stato effettuato con prove statiche eseguite intercludendo le due saracinesche a monte ed a valle della pompa ed applicando una pressione via via crescente all’interno del circuito per mezzo di un’apposita pompa fino alla pressione di 22 bar. La pressione è stata rilevata per mezzo del manometro ad ago sia attraverso il manografo, il che ha consentito di visualizzarne l’andamento temporale.

Nel corso della prova è stata valutata attentamente l’eventuale presenza di fenomeni di perdita idrica in giunzioni e di spostamento assiale delle condotte a seguito di sfilamento. Entrambi i fenomeni sono risultati del tutto assenti, a testimonianza di una perfetta tenuta dei giunti pur in condizione di carico statico estremo.

Test antisfilamento tubi PVC-A, prove dinamiche a moto permanente

Il test antisfilamento tubi PVC-A è stato effettuato con prove dinamiche a moto permanete eseguite attivando la circolazione idrica a prefissati valori di pressione fino alla velocità massima consentita dalla pompa. In particolare è stata eseguita una prova strozzando la saracinesca a valle della pompa fino al ottenere una pressione di 3 bar in presenza di una velocità dell’acqua di 1.85 m/s.

Successivamente la saracinesca di regolazione è stata aperta del tutto portando il valore della velocità all’interno della condotta a 2.00 m/s. Tali situazioni davano luogo quindi ad una elevata sollecitazione idrodinamica, specie sulle curve a 90° dell’ordine dei 250 kg, in relazione alla spinta provocata da cambio di direzione del fluido. Nelle suddette condizioni non sono state rilevate perdite d’acqua o sfilamenti nelle condotte a testimonianza della perfetta tenuta dei giunti. Tale risultato, in particolare in corrispondenza delle curve poste in opera, risulta ancor più significativo, in quanto sono raggiunte elevate prestazioni in termini di tenuta e di assenza di sfilamento orizzontale senza la presenza di mezzi o di strutture di contrasto alla spinta, quali rinterri o blocchi di ancoraggio.

SIMULAZIONI DEL COLPO D’ARIETE

Le sollecitazioni di una condotta sotto l’effetto del colpo d’ariete sono, come è noto, tra le più gravose e devono essere attentamente valutate nello studio di affidabilità di una rete idrica. L’attivazione di tale fenomeno nella installazione sperimentale in esame è stata eseguita intercludendo la valvola a farfalla concentrica posta a valle rispetto alla pompa con varie velocità di movimentazione della leva di comando, a partire da velocità lente ridotte progressivamente fino a velocità istantanee.

Il fenomeno del colpo d’ariete si è manifestato con effetti visivi, costituiti da una vibrazione dei tronchi ad interasse maggiore rispetto alle sezioni di appoggio e da una breve oscillazione della condotta di disaerazione della installazione sperimentale verso la sommità del serbatoio di alimentazione del circuito. Tutti i fenomeni, descritti e puntualmente registrati per i valori di pressione raggiunti nel corso della manovra, non hanno prodotto alcun effetto negativo visibile per quanto attiene alle finalità della sperimentazione:

  • non si è osservata alcuna perdita d’acqua lungo la tubazione in corrispondenza dei giunti e dei pezzi speciali
  • non si è osservato il minimo sfilamento dei tronchi di tubazione anche nei punti critici, quali le sezioni di brusco cambio di direzione a 90° nella parte estrema della installazione sperimentale maggiormente sollecitate dalle spinte idrodinamiche

CONCLUSIONI

Il test antisfilamento tubi PVC-A effettuato presso l’installazione sperimentale realizzata a Limena (PD) allo scopo di verificare l’efficienza della tubazione FITT Bluforce Crack Resistant in PVC-A  ha quindi posto in evidenza l’assoluta affidabilità del sistema sotto l’azione di sollecitazioni statiche e dinamiche particolarmente gravose per l’esercizio di una condotta.

Le sollecitazioni prodotte, costituite da pressione statica particolarmente elevata, sollecitazione dinamica a moto permanente e colpo d’ariete, hanno posto in evidenza la perfetta compatibilità delle tubazioni FITT Bluforce Crack Resistant con gli svariati sistemi di giunzione, testimoniata dalla assoluta mancanza di perdite d’acqua anche in misura limitata, nonché l’assenza di azioni di sfilamento assiale, pur in condizione di semplice appoggio delle tubazioni non contrastate dalla presenza di elementi di contenimento quali rinterri e blocchi di ancoraggio anche nelle sezioni di sollecitazione maggiore quali le curve a 90°.

In base alle esperienze eseguite appare quindi che sotto un profilo tecnico le tubazioni in esame risultino particolarmente resistenti ed affidabili anche in applicazioni spinte a prestazioni più elevate rispetto a quelle comunemente raggiunte nei vari ambiti applicativi, i quali ad esempio le reti idriche per acquedotto ed irrigazione.


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