Per evitare i danni che può provocare il colpo d’ariete, repentina variazione di pressione conseguente a variazioni nel flusso, si possono utilizzare diversi accorgimenti, primo fra tutto l’installazione e il corretto utilizzo di valvole contro il colpo d’ariete.
Come chiudere le valvole per evitare il colpo d’ariete
La funzione delle valvole è quella di regolare il flusso, ma è importante che siano impiegate correttamente per evitare che la pressione del fluido cambi troppo rapidamente.
Esiste una pratica comune di chiusura delle valvole, nota come “regola 80/20”: prevede di impiegare il 20% del tempo totale di chiusura della valvola per chiudere il primo 80% della valvola, per poi impiegare l’ultimo 80% del tempo per chiudere l’ultimo 20% della valvola. Chiudere la valvola più lentamente verso la fine attenua il picco perché questo è solitamente il momento di maggiore variazione di velocità.
Tuttavia, anche questa regola pratica ha i suoi limiti. Se il diametro della valvola è inferiore a quello del tubo, anche le più piccole modifiche nella posizione della valvola provocano variazioni significative nel flusso. In questo caso la valvola va chiusa molto lentamente durante tutta la chiusura, perché ogni variazione di posizione è significativa.
Come mitigare gli effetti dei colpi d’ariete imprevisti
Naturalmente, si può rallentare la chiusure delle valvole per mitigare i colpi d’ariete soltanto quando la chiusura è pianificata, ma può accadere che non lo sia. Una valvola può essere chiusa per una necessità improvvisa, e questo causa una variazione di flusso imprevista. Ad esempio, un’interruzione di corrente può causare uno scatto della pompa, che quindi provoca un blocco della valvola di ritegno (chiusura rapida). In casi come questi, sono necessari dispositivi in linea per mitigare il colpo d’ariete.
Valvole di sfioro e dischi di rottura
Le valvole di sfioro o i dischi di rottura sono componenti comuni in linea, poiché rappresentano una soluzione logica alle situazioni di alta pressione. Questi dispositivi prendono su di sé il carico e si aprono quando la pressione diventa troppo alta, attenuando gli effetti su altre parti del processo. Sfortunatamente, neppure i dischi di rottura e le valvole di sfioro risolvono sempre il problema, perché sono dimensionati per determinati scenari di pressione che non sono sempre facilmente prevedibili.
Le valvole rompivuoto sono un’altra strategia per mitigare i colpi d’ariete, e si basano su un principio inverso rispetto a quello delle valvole di sfioro. Le valvole rompivuoto servono nelle situazioni di bassa pressione, quando la pressione della tubazione è inferiore alla pressione ambientale; consentono infatti all’aria di entrare nel sistema per “interrompere” il vuoto che può accompagnare una condizione di bassa pressione.
Serbatoi di compensazione o vasi di espansione
Oltre alle valvole progettate per alleviare le pressioni alte o basse, ci sono serbatoi di compensazione che mitigano entrambi gli estremi. Si tratta in sostanza di recipienti in linea che forniscono sia un rifugio che un rifornimento per il fluido di processo durante un evento di colpo d’ariete transitorio. Due stili standard sono vasi aperti e chiusi. I serbatoi aperti sono utili quando la contaminazione è poco preoccupante e la pressione non è elevata; i vasi chiusi vengono caricati con un gas inerte per controllare la compressione e l’espansione e funzionano sia per l’alta, sia per la bassa pressione.
Quando si verificano picchi di pressione, i serbatoi di compensazione assorbono l’energia dal picco di pressione, agendo come dissipatori di energia. Quando passa la parte a bassa pressione del ciclo dell’onda, i serbatoi di compensazione diventano una fonte di energia, fornendo il fluido e la pressione necessari. In questo modo agiscono sia come valvole di sfioro, sia come rompivuoto.
Come progettare un impianto a prova di colpi d’ariete
Progettare un impianto a prova di colpi d’ariete non è facile: è complesso scegliere i componenti di mitigazione e anche definirne il posizionamento, perché una collocazione errata può peggiorare la situazione in caso di problemi. La maggior parte degli ingegneri, peraltro, lavora in impianti già esistenti ed eredita il sistema ideato dai progettisti originali.
Per gli impianti progettati decenni fa, senza l’ausilio di software, l’introduzione di valvole di sfogo e recipienti di compensazione era una pratica comune per la protezione da sovratensioni imprevedibili.
Oggi spesso gli impianti vengono progettati con l’aiuto di software che permettono di prevedere meglio i possibili colpi d’ariete e l’efficacia degli sforzi di mitigazione, ma prevedere ogni possibilità richiederebbe comunque tempo e risorse. Dopotutto, il sistema è probabilmente progettato per condizioni di stato stazionario, e ancora oggi, l’analisi del colpo d’ariete non fa sempre parte del processo di progettazione standard.
È importante scegliere con cura i componenti da aggiungere all’impianto per prevenire i danni da colpo d’ariete: la qualità delle valvole può fare la differenza.
