Colpo d'ariete nell'impianto di approvvigionamento idrico e riscaldamento: cause + misure preventive

Uno dei problemi principali durante il funzionamento di impianti autonomi di riscaldamento e fornitura d'acqua è la variazione di pressione. Il colpo d'ariete nell'impianto di acqua e riscaldamento idronico, causato da questo brusco cambiamento, può provocare danni gravi. È necessario prevenirlo, d'accordo?

Vi spiegheremo come prevenire il fenomeno e neutralizzarne le conseguenze negative, garantendo la continuità di funzionamento dei circuiti. Qui scoprirete quali metodi vengono utilizzati per evitare il colpo d'ariete nei sistemi che trasportano acqua ai rubinetti e agli apparecchi di riscaldamento.

Nell'articolo presentato viene analizzata in dettaglio la natura del colpo d'ariete. Sono elencate le misure preventive che escludono l'insorgere della situazione pericolosa. Per una chiara comprensione dell'argomento, sono allegati schemi, fotografie e video.

Che cos'è il colpo d'ariete?

Il colpo d'ariete consiste in un aumento di pressione breve ma significativo in un sistema pieno di liquido. Questo fenomeno si verifica quando il flusso del liquido incontra un ostacolo sul suo percorso. Esempi tipici di tali ostacoli includono la chiusura rapida di una valvola di intercettazione, l'arresto improvviso della pompa, una bolla d'aria, ecc.

Incontrando un ostacolo, il flusso d'acqua continua per inerzia alla stessa velocità di prima. I primi strati a contatto con l'ostacolo si comprimono alla stessa velocità a causa dell'arrivo degli strati successivi.

A causa del continuo afflusso di nuovi strati, la pressione aumenta rapidamente e il liquido “cerca” un modo per rilasciare parte della sua energia per scaricarla.

Una situazione analoga si verifica quasi sempre in caso di interruzione del flusso con una valvola a sfera o una saracinesca. A prima vista, il fenomeno può sembrare innocuo. Ecco perché molti proprietari non gli prestano particolare attenzione.

Ma in realtà, quando si individuano i presupposti per un difetto imminente di tubi e raccordi, è opportuno eliminarlo il più rapidamente possibile. Infatti, a causa del colpo d'ariete nell'impianto di riscaldamento compaiono spaccature e crepe, oltre a danni alle apparecchiature.

A questo grave problema possono precedere scrocchi e colpi, oltre a rumori estranei nei tubi di alimentazione dell'acqua, accompagnati da un caratteristico «ringhio».

Lo scrocchio si verifica principalmente nei punti in cui tubi di dimensioni maggiori sono collegati a tubi di sezione minore. L'acqua che scorre lungo le pareti interne incontra un ostacolo, anche se incompleto, ma pur sempre un ostacolo.

Il verificarsi regolare del colpo d'ariete influisce negativamente sul funzionamento dell'impianto, riducendo notevolmente la sua vita utile.

In caso di situazioni di emergenza a causa dell'effetto del colpo d'ariete possono subire danni:

• apparecchiature (viene compromessa la tenuta delle tubazioni e gli apparecchi di riscaldamento si danneggiano);
• beni (l'acqua fuoriuscita dalla rete danneggiata allagherà l'abitazione e danneggerà i mobili);
• familiari (se il guasto avviene nell'impianto di riscaldamento, c'è il rischio di riportare gravi ustioni termiche).

Secondo i dati statistici, la «maggior parte» degli incidenti alle tubazioni, circa il 60%, si verifica a causa del colpo d'ariete. Più spesso le conseguenze negative di tale effetto si possono osservare su tubi usurati e corrosi.

Le conseguenze dei regolari colpi d'ariete idrodinamici possono essere imprevedibili, e la più comune tra queste è la rottura.

La maggior parte dei problemi li causa alle tubature estese, ad esempio nella realizzazione di un «riscaldamento a pavimento», nei cui circuiti circola un fluido riscaldato a una determinata temperatura.

Il grado di danno dipende in gran parte dal punto in cui si verifica l'ostruzione: se all'inizio di una lunga tubazione, l'entità dell'aumento di pressione sarà modesta, mentre se alla fine sarà significativamente maggiore.

Il più delle volte l'effetto si manifesta quando nella posa dell'impianto di riscaldamento sono state utilizzate tubazioni di diametri diversi. Se i tubi di «calibro diverso» non vengono portati a un «denominatore» comune tramite raccordi, l'aumento di pressione nell'impianto di riscaldamento è inevitabile. In questa situazione, per proteggere l'impianto, il circuito viene dotato di una valvola speciale: il termostato.

Cause del colpo d'ariete

La natura fisica di questo fenomeno risiede nella perdita totale o nella riduzione significativa della capacità di portata delle tubature, a causa della quale aumenta la pressione del liquido nell'impianto.

Nelle case in cui le reti di ingegneria sono state progettate e realizzate in modo errato, è spesso possibile sentire nelle tubature colpi e scatti caratteristici.

Essi sono la manifestazione esterna del colpo d'ariete e si verificano quando in un sistema chiuso la circolazione del liquido si interrompe improvvisamente e poi altrettanto improvvisamente riprende.

Come ostacoli naturali della tubazione agiscono spesso sacche d'aria, raccordi di diametro maggiore a minore, o valvole di intercettazione installate.

Se sul percorso di un flusso d'acqua in movimento a una certa velocità si presenta un ostacolo, la sua velocità di spostamento rallenta, mentre il volume continua ad aumentare. Senza trovare una via d'uscita, forma un'onda di ritorno che, scontrandosi con la massa d'acqua principale, aumenta la pressione nell'impianto. Talvolta può raggiungere la soglia di 20 atm.

A causa della tenuta della tubazione, il volume accumulato non ha dove andare, ma l'energia potente cerca comunque di trovare una via d'uscita nell'ambiente esterno. La forza d'urto che si genera da questo scontro crea il pericolo di rottura del tubo, che non possiede un sufficiente margine di resistenza.

Per questo motivo, per la realizzazione dell'impianto è necessario utilizzare tubi senza saldatura per acqua e gas, adattati alle reti idriche, conformi al GOST 3262-75, o analoghi in metallo-plastica per pressione, prodotti secondo il GOST 18599.

A causa dell'azione permanente dell'energia idrica, sia la tubazione stessa che gli elementi rigidi dell'impianto inizieranno a degradarsi gradualmente o rapidamente.

I principali fattori che provocano il colpo d'ariete nei tubi sono:

• interruzioni del funzionamento o guasto della pompa di circolazione;
• presenza d'aria nel circuito chiuso dell'impianto;
• interruzioni nell'alimentazione elettrica;
• in caso di chiusura improvvisa della valvola di intercettazione.

Un aumento temporaneo della pressione nel circuito chiuso a causa dell'immissione di liquido oltre la norma può verificarsi se, all'accensione della pompa, la girante inizia il suo movimento ad alto numero di giri.

Negli ultimi tempi, nella realizzazione di un sistema di riscaldamento autonomo, al posto delle vecchie valvole e saracinesche si utilizzano sempre più spesso valvole a sfera, il cui funzionamento non prevede una corsa graduale.

La loro capacità di avere un effetto rapido ha un rovescio della medaglia, essendo una delle cause più comuni del colpo d'ariete.

Se all'avvio dell'impianto l'aria non è stata sfiatata, al momento dell'apertura del rubinetto a sfera si verifica una collisione tra l'aria e il liquido praticamente incomprimibile.

Dal punto di vista della sicurezza, i rubinetti a vite sono preferibili, poiché grazie allo svitamento graduale del premistoppa garantiscono un'apertura/chiusura graduale della valvola di intercettazione.

Una situazione analoga si verifica anche quando, prima dell'avvio dell'impianto, l'aria non è stata rimossa dal circuito. Al momento dell'apertura del rubinetto, l'acqua si scontra con una bolla d'aria che, in un circuito chiuso, funge da una sorta di ammortizzatore pneumatico.

Come evitare il problema?

Una corretta protezione delle tubazioni dell'impianto idrico aiuterà a ridurre l'intensità e a neutralizzare l'effetto della pressione eccessiva.

I meccanismi di protezione per gli impianti autonomi contro il colpo d'ariete sono nella maggior parte dei casi mirati ad attenuare la forza del flusso d'acqua.

Per prevenire la creazione di pressione eccessiva, sia di carattere occasionale che permanente, sia in una singola sezione del circuito che nell'intero impianto, vengono adottate una serie di misure fondamentali.

Opzione #1. Chiusura graduale dell'impianto

Questo è uno dei requisiti fondamentali per l'avvio e l'arresto dei sistemi di tubazioni, chiaramente indicato nei documenti normativi.

Il fatto è che l'energia del colpo d'ariete, a causa dell'elasticità delle pareti del tubo, non agisce con tutta la sua forza in una sola volta. Grazie alla compensazione delle deformazioni elastiche, viene suddivisa in più intervalli temporali.

Pertanto, a parità di forza totale d'urto, la potenza dell'impatto in un determinato momento sarà notevolmente ridotta. Con un'accensione graduale è possibile prolungare nel tempo il processo di aumento della pressione, riducendo al minimo i danni significativi all'impianto.

Nella scelta delle valvole d'intercettazione, è opportuno dare la preferenza a prodotti che hanno un intervallo di chiusura dell'acqua relativamente ampio.

I rubinetti, la cui struttura prevede un ampio intervallo fino al momento della chiusura dell'acqua, vengono installati già in fase di montaggio dell'impianto.

Opzione #2. Utilizzo di dispositivi automatici

L'automazione deve essere impostata per una correzione graduale della pressione statica nel sistema. Per ottenere l'effetto desiderato aiuta l'installazione di pompe con variazione automatica del numero di giri o di gruppi con comando elettronico, dotati di convertitori di frequenza integrati.

L'impiego di sistemi automatici consentirà di controllare il flusso del fluido e di leggere i valori della sua pressione nella tubazione.

Le pompe dotate di regolazione automatica del numero di giri del motore elettrico sono in grado di aumentare/diminuire gradualmente la pressione nel sistema. Il software svolge contemporaneamente due compiti: monitora la variazione di pressione nell'acquedotto e regola automaticamente la portata.

Metodi di ammodernamento completo dell'impianto

L'ammodernamento complessivo del sistema prevede l'installazione di apparecchiature volte a neutralizzare l'effetto della pressione eccessiva.

Metodo #1. Utilizzo di compensatori e ammortizzatori

Gli smorzatori e gli accumulatori idraulici svolgono contemporaneamente tre funzioni: raccolgono il fluido, eliminando così il suo volume in eccesso dall'impianto, e contribuiscono inoltre a prevenire il fenomeno indesiderato.

Il dispositivo di compensazione, il cui ruolo è svolto dall'accumulatore idraulico, viene installato nella direzione del flusso d'acqua nei tratti del circuito di riscaldamento dove è alta la probabilità di fluttuazioni della pressione nel sistema.

L'accumulatore idraulico o smorzatore è costituito da un recipiente in acciaio con capacità fino a 30 litri, comprendente due sezioni separate da una membrana in gomma o in caucciù.

Quando nel sistema si verifica una pressione eccessiva, la colonna d'acqua della prima sezione inizia a premere sulla membrana di separazione, facendola flettere verso la camera d'aria.

All'aumentare della pressione, i colpi d'ariete vengono scaricati nel serbatoio. Grazie alla flessione della membrana in gomma verso la camera d'aria nel momento in cui la colonna d'acqua si solleva, si ottiene l'effetto di un aumento artificiale del volume del circuito.

Come dispositivi ammortizzanti vengono utilizzati tubi realizzati in caucciù armato termoresistente o plastica elastica.

Il materiale elastico dei dispositivi ammortizzanti assorbe spontaneamente l'energia del colpo d'ariete nel punto in cui la pressione ha raggiunto il valore critico.

Per ottenere l'effetto desiderato è sufficiente utilizzare un prodotto di lunghezza 20-30 cm. Se invece la tubatura ha una lunghezza maggiore, il tratto dell'ammortizzatore viene aumentato di altri 10 cm.

Metodo #2. Installazione di una valvola di protezione a membrana

La valvola di sicurezza a membrana viene posizionata sul ramo della tubatura vicino alla pompa, in modo da rilasciare una determinata quantità d'acqua in caso di eccesso di pressione.

La valvola di sicurezza, dotata di una tenuta rigida che svolge la funzione di scarico rapido della pressione, è un affidabile dispositivo di protezione del sistema autonomo.

A seconda del produttore e del tipo di modello, la valvola di sicurezza viene azionata tramite un comando elettrico del controllore, oppure tramite un dispositivo pilota a rapido intervento.

Il dispositivo si attiva quando la pressione supera il livello di sicurezza, proteggendo la stazione di pompaggio in caso di arresto improvviso dell'apparecchiatura. Nel momento di un pericoloso picco di pressione, si apre completamente, mentre quando scende al livello normale, il regolatore si chiude lentamente.

Metodo #3. Dotazione della valvola termostatica con uno shunt

Lo shunt è un tubo stretto con un diametro interno di 0,2-0,4 mm, che viene installato nella direzione di circolazione del fluido termovettore. Il compito principale dell'elemento è quello di ridurre gradualmente la pressione in caso di sovraccarichi.

Il tubo stretto, il cui diametro di sezione non supera 0,2-0,4 mm, viene posizionato dal lato da cui il liquido entra nel termostato.

Il metodo di shuntaggio viene applicato nella realizzazione di sistemi autonomi, la cui tubazione è realizzata solo con tubi nuovi. Ciò è dovuto al fatto che la presenza di ruggine e sedimenti nei vecchi tubi può annullare l'efficacia dello shuntaggio. Per questo motivo, quando si utilizza uno shunt all'ingresso del circuito di riscaldamento, si consiglia di installare filtri per l'acqua efficaci.

Metodo #4. Utilizzo di un termostato con superprotezione

È una sorta di dispositivo di sicurezza che monitora la pressione nel sistema e non gli permette di funzionare dopo che il valore ha raggiunto una soglia critica. Il dispositivo è dotato di un meccanismo a molla, posizionato tra la testa termostatica e la valvola. Il meccanismo a molla scatta in caso di pressione eccessiva, impedendo alla valvola di chiudersi completamente.

Tali termostati vengono installati rigorosamente secondo la direzione indicata sul corpo.

Esecuzione dei lavori di manutenzione preventiva

Oltre al rigoroso rispetto delle norme di funzionamento delle tubazioni, la prevenzione tempestiva degli incidenti è favorita dall'esecuzione tempestiva di misure preventive. Infatti, tutti i processi nel sistema di approvvigionamento idrico o nel circuito di riscaldamento sono interconnessi. E il colpo d'ariete è solo la goccia distruttiva finale, in grado di portare a conseguenze negative sullo sfondo di uno stato tecnico insoddisfacente della rete idrica.

Le vibrazioni della tubazione e le variazioni di pressione contribuiscono alla formazione di microfessure nella struttura del metallo. I difetti che si formano nel tempo, al verificarsi di un colpo d'ariete, si manifestano immediatamente nelle aree di maggiore tensione interna: giunti meccanici, curve e saldature.

La prevenzione consiste nel bilanciamento del sistema di riscaldamento, che viene eseguito dopo il completamento dell'installazione o della riparazione dell'impianto di riscaldamento in una casa privata.

Il complesso principale di lavori eseguiti durante la prevenzione:

• verifica del funzionamento del gruppo di sicurezza: valvola di sicurezza, sfiatatoio e manometro;
• controllo periodico della pressione dietro la membrana del vaso di espansione e, in caso di risultati insoddisfacenti, la sua correzione;
• test del sistema per perdite e verifica del grado di usura dei tubi;
• monitoraggio della posizione delle valvole di intercettazione e regolazione per eventuali perdite;
• controllo regolare dello stato dei filtri, che trattengono calcare, sabbia e particelle di ruggine, e, se necessario, pulizia e lavaggio degli elementi;

La manutenzione preventiva volta a mantenere in buono stato l'impianto idraulico e il sistema di riscaldamento include semplici tipi di lavori. Ma non conviene ignorarli. Questo può infatti portare a notevoli spese di denaro e tempo per l'esecuzione di lavori di riparazione completi.

Le misure di protezione elencate sono più efficaci se applicate in modo combinato. Ma grazie a un approccio globale alla soluzione del problema, sarà possibile neutralizzare le conseguenze negative e prolungare così la durata del sistema.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Video #1. Colpo d'ariete, come avviene:

Video #2. Test di efficacia dell'applicazione dello smorzatore:

Il colpo d'ariete nell'impianto idrico è un fenomeno non raro, in grado di causare gravi danni. E il Suo compito è risolvere il problema il più rapidamente possibile. Infatti, se la situazione si ripete, gli elementi del sistema si guasteranno presto. E la riparazione sarà molto più costosa.

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