La rapida chiusura/apertura di una valvola o di una pompa volumetrica e condotte verticali possono creare pericolosi picchi di pressione che portano al danneggiamento di guarnizioni, membrane a soffietto, valvole, manometri, ecc..
I liquidi utilizzati sono generalmente incomprimibili e quindi ogni energia che viene applicata loro è immediatamente trasmessa. Questa energia diventa di natura dinamica quando si applica al fluido una forza come la rapida chiusura di una valvola o una pompa.
Colpo d’ariete
L’aumento di pressione, meglio conosciuto come Colpo d’Ariete, è il risultato di una improvvisa variazione della velocità del fluido.
Il Colpo d’Ariete si verifica quando un flusso di liquido in movimento viene bruscamente fermato (o avviato) o quando è forzato ad un rapido cambio di direzione. Ognuno di questi eventi può portare alla rottura catastrofica di vari componenti del sistema oleodinamico.
Senza dubbio, la causa primaria del Colpo d’Ariete in un circuito idraulico, è la rapida chiusura di una valvola, sia manuale che automatica. Una valvola che si chiude in 1.5 secondi o meno, a seconda della sua dimensione e della tipologia dell’impianto, provoca una brusca interruzione del flusso.
A causa dell’inerzia della colonna di fluido in movimento che impatta contro la parete della valvola chiusa, si origina un’onda acustica di pressione che può far aumentare la pressione fino a 5 volte quella normale d’esercizio.
Liberata, questa onda di pressione accelera rapidamente fino alla velocità del suono in un liquido, che può superare i 1.200 m/s. E’ possibile stimare l’aumento di pressione con la seguente formula:
P = (0.052 × V × L) / t + P1
dove
P = aumento di pressione
P1 = pressione iniziale
V = velocità del flusso in ‘m/sec’
t = tempo in ‘sec’ (chiusura della valvola)
L = lunghezza del tubo a monte in ‘mt’
Ecco un esempio di aumento di pressione da Colpo d’Ariete quando viene chiusa una elettrovalvola con un tubo di collegamento lungo 15 metri a monte:
L = 20 m
V = 1.5 m/sec
t = 0.03 s (il tempo di chiusura di una valvola a solenoide è circa 30-40 ms)
P1 = 100 bar
quindi, P = (0.052 x 1.5 x 20) / 0.03 + 100
Totale pressione = 52 + 100 = 152 bar
Pulsazione
Il fenomeno di pulsazione in genere si verifica quando la forza motrice di un liquido è generata da pompe volumetriche alternative. È comunemente causato dall’accelerazione e decelerazione del fluido pompato. Questa energia incontrollata genera picchi di pressione (le vibrazioni sono l’esempio più visibile) che sono spesso causa di guasti di vari componenti.
A differenza delle pompe centrifughe (che producono normalmente pulsazioni ad alte frequenze ma di bassa entità), quelle volumetriche generano pulsazioni ampie che possono generare questi picchi di pressione.
Il picco di pressione istantanea necessario per accelerare il liquido nel tubo di linea può essere superiore a dieci (10) volte a quello generato da una pompa centrifuga a parità di condizioni. Questi picchi di pressione, generati da un flusso pulsante, sono spesso causa di danneggiamenti a guarnizioni, manometri, membrane, valvole e raccordi, ecc…
Rimedio
Il primo suggerimento è quello di installare un ammortizzatore di pulsazioni. Questi ammortizzatori prevengono con efficacia gli effetti dannosi delle pulsazioni.
Al pari degli ammortizzatori, anche le corrette scelte in fase di progettazione dell’impianto sono di fondamentale importanza. Il dimensionamento e la pressurizzazione fanno la differenza.
L’ammortizzatore di pulsazioni più attuale è quello idro-pneumatico, costituito da un recipiente a pressione contenente un gas compresso, generalmente aria o azoto, separato dal liquido da una membrana o diaframma. Questo ammortizzatore, caricato all’85% di liquido in pressione, deve essere installato il più vicino possibile alla pompa o alla valvola di chiusura rapida. Affinché sia efficace, l’ammortizzatore deve essere specificatamente progettato per il particolare tipo d’impianto. Per una corretta scelta è bene affidarsi direttamente al produttore.
Conclusione
Conoscere come evitare o ridurre situazioni che causano fenomeni come colpi d’ariete o pulsazioni
permette di eliminare molti problemi all’origine (danneggiamenti di guarnizioni, valvole, attrezzature, …) e di ridurre notevolmente i costi.
