Calcolo idraulico del gasdotto: metodi e modalità di calcolo + esempio di calcolo

Per un funzionamento sicuro e affidabile della fornitura di gas, è necessario progettarla e calcolarla. È importante selezionare perfettamente i tubi per le condotte di tutti i tipi di pressione, che garantiscano una fornitura stabile di gas agli apparecchi.

Affinché la selezione dei tubi, delle valvole e delle apparecchiature sia il più precisa possibile, si esegue il calcolo idraulico della tubazione. Come si fa? Lo ammetta, non è molto esperto in questo argomento, cerchiamo di capire insieme.

Proponiamo di prendere visione delle informazioni accuratamente selezionate e approfonditamente elaborate sulle modalità di esecuzione del calcolo idraulico per i sistemi di gasdotti. L'utilizzo dei dati da noi presentati garantirà l'erogazione agli apparecchi di gas naturale con i parametri di pressione richiesti. I dati accuratamente verificati si basano sulle prescrizioni della documentazione normativa.

Nell'articolo viene spiegato in modo estremamente dettagliato i principi e gli schemi per eseguire i calcoli. Viene fornito un esempio di esecuzione dei calcoli. Come utile integrazione informativa sono state utilizzate applicazioni grafiche e video-istruzioni.

Specificità del calcolo idraulico

Qualsiasi calcolo idraulico eseguito rappresenta la determinazione dei parametri del futuro gasdotto. Questa procedura è obbligatoria e costituisce una delle fasi più importanti della preparazione alla costruzione. Dalla correttezza del calcolo dipende se il gasdotto funzionerà in condizioni ottimali.

Nell'esecuzione di ogni calcolo idraulico vengono determinati:

• del necessario diametro dei tubi, che garantiranno un trasporto efficiente e stabile della quantità di gas necessaria;
• se le perdite di pressione saranno accettabili durante il trasporto del volume richiesto di gas naturale in tubi del diametro specificato.

Le perdite di pressione si verificano perché in qualsiasi gasdotto esiste una resistenza idraulica. Se il calcolo è errato, può portare a una carenza di gas per gli utenti per il normale funzionamento in tutte le condizioni o nei momenti di massimo consumo.

Questa tabella è il risultato del calcolo idraulico, effettuato tenendo conto dei valori specificati. Per eseguire i calcoli sarà necessario inserire valori specifici nelle colonne.

Questa operazione rappresenta una procedura standardizzata dallo Stato, eseguita secondo le formule e i requisiti indicati in SP 42-101–2003.

I calcoli devono essere eseguiti dal costruttore. Come base vengono presi i dati delle specifiche tecniche della tubatura, che possono essere ottenuti presso il proprio ente del gas locale.

Gasdotti che richiedono l'esecuzione di calcoli

Lo Stato richiede che i calcoli idraulici siano eseguiti per tutti i tipi di tubature appartenenti al sistema di fornitura del gas. Poiché i processi che avvengono durante il movimento del gas sono sempre gli stessi.

Ai suddetti gasdotti appartengono i seguenti tipi:

• di bassa pressione;
• di media e alta pressione.

I primi sono destinati al trasporto del combustibile verso edifici residenziali, vari edifici pubblici e imprese domestiche. Inoltre, nelle case private, nei condomini e nei villini, la pressione del gas non deve superare 3 kPa, mentre nelle imprese domestiche (non produttive) questo valore è più alto e raggiunge 5 kPa.

Il secondo tipo di tubature è destinato ad alimentare reti di ogni tipo, di bassa e media pressione, attraverso punti di regolazione del gas, e anche a fornire gas a singoli consumatori.

Possono essere imprese industriali, agricole, varie aziende comunali e persino edifici isolati o annessi a quelli industriali. Ma negli ultimi due casi ci saranno limitazioni sostanziali sulla pressione.

I tipi di gasdotti elencati sopra vengono convenzionalmente suddivisi dagli specialisti in queste categorie:

• interni agli edifici, interni ai reparti, cioè che trasportano il gas all'interno di un edificio e lo consegnano a singoli apparecchi e dispositivi;
• derivazioni di utenza, utilizzate per fornire gas da una rete di distribuzione a tutti i consumatori esistenti;
• reti di distribuzione, utilizzate per rifornire di gas determinate aree, ad esempio città, loro singoli quartieri, impianti industriali. La loro configurazione varia e dipende dalle caratteristiche urbanistiche. La pressione all'interno della rete può essere qualsiasi prevista: bassa, media, alta.

Inoltre, il calcolo idraulico viene eseguito per reti di gas con diverso numero di stadi di pressione, di cui esistono molte varietà.

Così, per soddisfare le esigenze, possono essere utilizzate reti a due stadi, che funzionano con gas trasportato a bassa e alta pressione o a bassa e media pressione. Inoltre, hanno trovato impiego reti a tre stadi e varie reti multistadio. Cioè, tutto dipende solo dalla presenza di consumatori.

La resistenza idraulica è la ragione principale per cui è necessario eseguire questo tipo di calcolo. Inoltre, dipende anche dal materiale del tubo.

Nonostante la grande varietà di opzioni di gasdotti, il calcolo idraulico è in ogni caso simile, poiché per la realizzazione vengono utilizzati elementi costruttivi di materiali simili e all'interno dei tubi si verificano gli stessi processi.

Resistenza idraulica e suo ruolo

Come indicato in precedenza, il fondamento per eseguire il calcolo è la presenza di resistenza idraulica in ogni gasdotto.

Essa agisce sull'intera struttura della tubazione, nonché sulle sue singole parti e componenti: raccordi a T, punti di riduzione significativa del diametro dei tubi, valvole di intercettazione, vari tipi di valvole. Ciò comporta una perdita di pressione del gas trasportato.

La resistenza idraulica è sempre costituita dalla somma di:

• resistenza lineare, cioè quella che agisce lungo l'intera lunghezza della struttura;
• resistenze locali, che agiscono su ogni singola parte della struttura dove si verifica una variazione della velocità di trasporto del gas.

I parametri elencati influenzano costantemente e in modo significativo le prestazioni operative di ciascun gasdotto. Pertanto, un calcolo errato comporterà ulteriori e ingenti perdite finanziarie, poiché il progetto dovrà essere rifatto.

Regole per l'esecuzione del calcolo

In precedenza è stato indicato che la procedura di qualsiasi calcolo idraulico è regolata dal relativo Codice di norme n. 42-101–2003.

Il documento attesta che il metodo principale per effettuare il calcolo è l'utilizzo di un computer con programmi speciali che consentono di calcolare la perdita di pressione prevista tra i tratti del futuro gasdotto o il diametro necessario dei tubi.

Qualsiasi calcolo idraulico viene eseguito dopo la creazione di uno schema di calcolo che includa i parametri principali. Inoltre, l'utente inserisce i dati noti nelle apposite caselle.

Se tali programmi non sono disponibili o si ritiene che il loro utilizzo non sia opportuno, è possibile applicare altri metodi consentiti dal Codice di norme.

Tra queste:

• calcolo mediante le formule riportate nel Codice di norme – è il metodo più complesso;
• calcolo mediante i cosiddetti nomogrammi – è una variante più semplice rispetto all'uso delle formule, poiché non è necessario eseguire alcun calcolo, perché i dati necessari sono indicati in apposite tabelle e riportati nel Codice di norme, e basta semplicemente selezionarli.

Ciascuno dei metodi di calcolo porta agli stessi risultati. Pertanto, il gasdotto di nuova costruzione sarà in grado di garantire una fornitura tempestiva e ininterrotta della quantità prevista di combustibile anche nelle ore di massimo utilizzo.

Metodo di calcolo tramite PC

L'esecuzione del calcolo tramite computer è la meno dispendiosa in termini di lavoro: tutto ciò che è richiesto all'utente è inserire i dati necessari nelle apposite caselle.

Pertanto, il calcolo idraulico viene eseguito in pochi minuti, e per questa operazione non è necessaria una grande quantità di conoscenze, come invece richiesto dall'uso delle formule.

Per la sua corretta esecuzione è necessario prendere dai capitolati tecnici i seguenti dati:

• densità del gas;
• coefficiente di viscosità cinetica;
• temperatura del gas nella propria regione.

Le necessarie condizioni tecniche si ottengono presso l'ufficio gas del comune in cui verrà costruito il gasdotto. In effetti, la progettazione di qualsiasi tubazione inizia con l'ottenimento di questo documento, poiché contiene tutti i requisiti fondamentali per la sua costruzione.

L'uso di programmi specializzati è il metodo più semplice per il calcolo idraulico, evitando la ricerca e lo studio di formule per eseguire i calcoli

In seguito, il costruttore deve conoscere il consumo di gas per ogni apparecchio che si prevede di collegare al gasdotto. Ad esempio, se il carburante verrà trasportato in una casa privata, lì vengono spesso utilizzati fornelli per cucinare, vari tipi di caldaie per riscaldamento, e nei loro manuali sono sempre indicati i dati necessari.

Inoltre, sarà necessario conoscere il numero di fuochi di ogni fornello che verrà collegato al tubo.

Nella fase successiva della raccolta dei dati necessari, si selezionano le informazioni sulla caduta di pressione nei punti di installazione di qualsiasi apparecchiatura – può essere un contatore, una valvola di intercettazione, una valvola termostatica di arresto, un filtro, altri elementi.

In questo caso, è facile trovare i dati necessari – sono contenuti in una tabella speciale allegata al manuale di ogni prodotto. Il progettista deve prestare attenzione al fatto che deve essere indicata la caduta di pressione al massimo consumo di gas.

Dalla tabella speciale allegata al manuale dei prodotti, si possono ottenere informazioni sulla perdita di pressione quando gli apparecchi vengono collegati alla rete

Nella fase successiva, si consiglia di conoscere quale sarà la pressione del gas naturale nel punto di allaccio. Tali informazioni possono essere contenute nei capitolati tecnici del proprio ufficio gas, oppure nel precedente schema del futuro gasdotto.

Se la rete sarà composta da più tratti, è necessario numerarli e indicare la lunghezza effettiva. Inoltre, per ciascuno si devono specificare tutti i parametri variabili separatamente – il consumo totale di ogni apparecchio che verrà utilizzato, la caduta di pressione, altri valori.

Sarà obbligatoriamente necessario il coefficiente di contemporaneità. Esso tiene conto della possibilità di funzionamento simultaneo di tutti i consumatori di gas collegati alla rete. Ad esempio, di tutte le apparecchiature di riscaldamento situate in un condominio o in una casa privata.

Tali dati vengono utilizzati dal programma che esegue il calcolo idraulico per determinare il carico massimo su un determinato tratto o sull'intero gasdotto.

Per ogni singolo appartamento o casa, non è necessario calcolare tale coefficiente, poiché i suoi valori sono noti e indicati nella tabella seguente:

Tabella dei coefficienti di contemporaneità, i cui dati vengono utilizzati in qualsiasi tipo di calcolo. È sufficiente selezionare la colonna corrispondente a uno specifico apparecchio domestico e prendere il numero necessario.

Se in un impianto si prevede di utilizzare più di due caldaie di riscaldamento, stufe, scaldabagni a capacità, allora il coefficiente di contemporaneità sarà sempre pari a 0,85. Questo andrà indicato nella corrispondente colonna utilizzata per il calcolo del programma.

Successivamente, è necessario indicare il diametro dei tubi, e serviranno anche i coefficienti di rugosità, che verranno utilizzati durante la costruzione del gasdotto. Questi valori sono standard e si possono facilmente trovare nel Codice di norme.

Influenza del materiale dei tubi sul calcolo

Per la costruzione di gasdotti è possibile utilizzare tubi realizzati solo con determinati materiali: acciaio, polietilene. In alcuni casi si utilizzano prodotti in rame. Presto verranno utilizzati in modo massiccio le costruzioni in metallo-plastica.

Ogni tubo ha una rugosità, che porta a una resistenza lineare, la quale influenza il processo di movimento del gas. Inoltre, questo valore è significativamente più alto nei prodotti in acciaio rispetto a quelli in plastica.

Oggi le informazioni necessarie possono essere ottenute solo per tubi in acciaio e polietilene. Di conseguenza, la progettazione e il calcolo idraulico possono essere eseguiti solo tenendo conto delle loro caratteristiche, come richiede il Codice di norme di settore. Inoltre, nel documento sono indicati i dati necessari per il calcolo.

Il coefficiente di rugosità è sempre equiparato ai seguenti valori:

• per tutti i tubi in polietilene, indipendentemente dal fatto che siano nuovi o usati, — 0,007 cm;
• per i prodotti in acciaio già utilizzati — 0,1 cm;
• per le nuove costruzioni in acciaio — 0,01 cm.

Per qualsiasi altro tipo di tubo questo valore non è indicato nel Codice di norme. Pertanto, non vale la pena utilizzarli per la costruzione di un nuovo gasdotto, poiché gli specialisti del servizio gas cittadino potrebbero richiedere correzioni. E questo comporta ulteriori spese.

Calcolo della portata su un tratto limitato

Se il gasdotto è composto da tratti separati, il calcolo del consumo totale su ciascuno di essi dovrà essere effettuato separatamente. Ma non è difficile, poiché per i calcoli saranno necessari dati già noti.

Determinazione dei dati tramite programma

Conoscendo i parametri iniziali, avendo accesso alla tabella di contemporaneità e alle schede tecniche dei fornelli e delle caldaie, si può procedere al calcolo.

Per fare ciò, vengono eseguiti i seguenti passaggi (l'esempio è fornito per il gasdotto interno a bassa pressione):

1. Il numero di caldaie viene moltiplicato per la capacità di ciascuna di esse.
2. Il valore ottenuto viene moltiplicato per il coefficiente di contemporaneità, determinato tramite un'apposita tabella, per questo tipo di consumatori.
3. Il numero di piastre destinati alla preparazione dei cibi viene moltiplicato per la produttività di ciascuna di esse.
4. Il valore ottenuto dopo l'operazione precedente viene moltiplicato per il coefficiente di contemporaneità, preso da una tabella speciale.
5. Le somme ottenute per caldaie e piastre vengono sommate.

Manipolazioni simili vengono eseguite per tutte le sezioni del gasdotto. I dati ottenuti vengono inseriti nelle apposite colonne del programma con cui vengono effettuati i calcoli. Tutto il resto lo fa l'elettronica da sola.

Calcolo utilizzando formule

Questo tipo di calcolo idraulico è simile a quello descritto sopra, cioè richiederà gli stessi dati, ma la procedura sarà lunga. Poiché tutto dovrà essere eseguito manualmente, inoltre il progettista dovrà effettuare una serie di operazioni intermedie per utilizzare i valori ottenuti per il calcolo finale.

E inoltre bisognerà dedicare molto tempo per comprendere molti concetti e questioni che una persona non incontra quando utilizza un programma speciale. Ci si può convincere della correttezza di quanto sopra esaminando le formule che si dovranno utilizzare.

Il calcolo con le formule è complesso, quindi non è accessibile a tutti. Nell'immagine sono mostrate le formule per calcolare la caduta di pressione nelle reti di alta, media e bassa pressione e il coefficiente di attrito idraulico.

Nell'applicazione delle formule, come nel caso del calcolo idraulico con l'uso di un programma speciale, ci sono peculiarità per gasdotti a bassa, media e, naturalmente, alta pressione. E di ciò bisogna tenere conto, poiché un errore comporta sempre notevoli costi finanziari.

Calcoli tramite nomogrammi

Un qualsiasi nomogramma speciale è una tabella in cui sono indicati una serie di valori, studiando i quali si possono ottenere gli indicatori necessari senza eseguire calcoli. Nel caso del calcolo idraulico: il diametro del tubo e lo spessore delle sue pareti.

I nomogrammi per il calcolo sono un modo semplice per ottenere le informazioni necessarie. È sufficiente fare riferimento alle righe corrispondenti alle caratteristiche specificate della rete

Esistono nomogrammi separati per prodotti in polietilene e in acciaio. Nel loro calcolo sono stati utilizzati dati standard, ad esempio la rugosità delle pareti interne. Pertanto, non è necessario preoccuparsi della correttezza delle informazioni.

Esempio di esecuzione del calcolo

Viene fornito un esempio di esecuzione del calcolo idraulico tramite programma per gasdotti a bassa pressione. Nella tabella proposta, in giallo sono evidenziati tutti i dati che il progettista deve inserire autonomamente.

Essi sono elencati nel paragrafo sul calcolo idraulico computerizzato riportato sopra. Questi sono: temperatura del gas, coefficiente di viscosità cinetica, densità.

In questo caso, il calcolo viene effettuato per caldaie e piani cottura; pertanto, è necessario specificare il numero esatto di fornelli, che possono essere 2 o 4. La precisione è importante, poiché il programma selezionerà automaticamente il coefficiente di contemporaneità.

Nell'immagine, le colonne in cui il progettista deve inserire i dati sono evidenziate in giallo. In basso è riportata la formula per calcolare la portata nel tratto.

È importante prestare attenzione alla numerazione dei tratti: non viene inventata autonomamente, ma viene presa dallo schema precedentemente redatto, dove sono indicati i numeri corrispondenti.

Successivamente, vengono indicate la lunghezza effettiva del gasdotto e la cosiddetta lunghezza di calcolo, che è maggiore. Ciò accade perché in tutti i tratti dove sono presenti resistenze locali, è necessario aumentare la lunghezza del 5-10%. Questo viene fatto per evitare una pressione insufficiente del gas presso gli utenti. Il programma esegue il calcolo autonomamente.

La portata totale in metri cubi, per la quale è prevista una colonna separata, viene calcolata in anticipo per ogni tratto. Se l'edificio è condominiale, è necessario indicare il numero di unità abitative, iniziando dal valore massimo, come si vede nella colonna corrispondente.

Nella tabella vengono obbligatoriamente inseriti tutti gli elementi del gasdotto in cui si verifica una perdita di pressione. Nell'esempio sono indicati la valvola termostatica di intercettazione, la valvola di intercettazione e il contatore. Il valore della perdita in ogni caso è stato preso dal libretto del prodotto.

Con un unico programma è possibile effettuare calcoli per tutti i tipi di gasdotti. Nell'immagine sono mostrati i calcoli per una rete a media pressione.

Il diametro interno del tubo viene indicato secondo il capitolato tecnico, se l'ente del gas locale ha requisiti particolari, oppure dallo schema precedentemente redatto. In questo caso, nella maggior parte dei tratti è indicato con un diametro di 5 cm, poiché gran parte del gasdotto corre lungo la facciata e l'ente del gas locale richiede che il diametro non sia inferiore.

Anche solo esaminando superficialmente l'esempio fornito di esecuzione del calcolo idraulico, è facile notare che, oltre ai valori inseriti dall'operatore, ne sono presenti molti altri. Questo è tutto il risultato del lavoro del programma, poiché dopo aver inserito i numeri nelle colonne specifiche, evidenziate in giallo, il lavoro di calcolo per l'operatore è terminato.

Cioè, il calcolo stesso avviene in modo abbastanza rapido, dopodiché con i dati ottenuti si può recarsi dall'ente del gas della propria città per l'approvazione.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Questo video permette di capire da dove inizia il calcolo idraulico e da dove i progettisti ottengono i dati necessari:

Nel video seguente viene mostrato un esempio di uno dei tipi di calcolo computerizzato:

Successivamente è possibile consultare un esempio di calcolo utilizzando un programma computerizzato:

Per eseguire un calcolo idraulico tramite computer, come consentito dal pertinente Codice di regole, è sufficiente dedicare un po' di tempo a familiarizzare con il programma e a raccogliere i dati necessari.

Ma tutto ciò non ha alcuna rilevanza pratica, poiché la redazione del progetto è una procedura molto più ampia e comprende molte altre questioni. Per questo motivo, la maggior parte dei cittadini dovrà rivolgersi a specialisti.

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