UNIVERSIT DELLA CALABRIA

Dipartimento di Ingegneria CivileCorso di Laurea Magistrale in Ingegneria Civile

A.A. 2013/2014

Corso diImpianti Speciali Idraulici

Esercitazioni

Docente:Prof. Ing. Marco Carbone Studente: Belmonte Gaspare F.matr: 160027

SommarioEsercitazione n1-Dimensionamento di una vasca di sedimentazione.4Sedimentazione5Calcoli e risultati9Esercitazione n2 - Costruzione del modello idraulico di una rete di drenaggio su piattaforma SWMM15SWMM16blocchi di SWMM16Parametri.18Parametri e risultati24Parametri dei sottobacini25Parametri nodi e scarichi26Parametri condotte27Dati di pioggia27Opzioni di analisi29Risposta dei sottobacini29Risposta delle condotte29Esercitazione n3 - Verifica di un impianto di scarico32Dimensionamento rete di scarico interna33Dimensionamento colonna di scarico35Dimensionamento dei collettori36Dimensionamento cornicioni di gronda e pluviali36Dimensionamento pluviali40Risultati41Rete di scarico interna41Dimensionamento colonna di scarico43Dimensionamento rete di allontanamento delle acque piovane44Dimensionamento del pluviale48Esercitazione n4 - Verifica di un impianto di carico, con base a maglie chiuse e impianto autoclave in testa.50Schema geometrico edificio e impianto50Definizione portata da erogare al singolo appartamento52Scelta dei diametri52Calcolo delle perdite di carico53Dimensionamento rete di base53Dimensionamento dellimpianto autoclave55RISULATI E CALCOLI57Dimensionamento della colonna montante57Calcolo delle perdite di carico58Calcolo della prevalenza58Soluzione del metodo di Hardy-Cross59Verifica della rete in condizioni di guasto di un tratto62Dimensionamento autoclave67

Esercitazione n1-Dimensionamento di una vasca di sedimentazione.

Calcolare lefficienza di rimozione del materiale particolato di una vasca di sedimentazione con area superficiale pari a 2.66 m2. La portata di progetto pari a 18L/s. Il materiale particolato ha densit pari a 2.36 g/cm3. (Densit e viscosit cinematica dellacqua pari a 1 g/cm3 e 1.02*10-3 Kg/(m*s)).La curva granulometrica del materiale particolato in entrata alla vasca di sedimentazione la seguente:

Nota: Per calcolare lefficienza della vasca di sedimentazione, bisogna calcolare la velocit di sedimentazione delle particelle in cui la curva granulometrica stata suddivisa.

SedimentazioneLa sedimentazione quelloperazione che permette la rimozione, dallacqua, di particelle sospese (generalmente particelle solide) di densit superiore a quella dellacqua sfruttandone il principio di precipitazione per gravit.La sedimentazione una sedimentazione del tipo I detta sedimentazione discreta caratterizzata da basse concentrazioni di solidi e totale assenza di interazione tra le particelle.Le ipotesi semplificative alla base della soluzione del problema sono: Particelle perfettamente sferiche; Interazione tra le particelle nulla; Stazionariet delle portate ( Filetti fluidi allinterno della vasca rettilinei e paralleli; Distribuzione uniforme delle particelle nella matrice liquida; Incapacit di sospensione delle particelle depositate sul fondo.Ogni particella solida si trova sospesa in acqua ed ha in generale due componenti di velocit: Una componente verticale della velocit, corrispondente alla velocit di sedimentazione in acqua ferma ; Una componente orizzontale di velocit corrispondente alla velocit della corrente.

BLHVsVf

La traiettoria della particella sar data dal rapporto delle due:

Si definisca il tempo di detenzione idrica pari al rapporto tra il volume della vasca e la portata in ingresso:

Indicando il volume come rapporto delle tre dimensioni della vasca, otteniamo:

Sia la velocit critica di sedimentazione, cio la velocit minima che deve avere una particella per sedimentare nella vasca, pari al rapporto tra laltezza della vasca ed il tempo di detenzione:

Se si confrontano la velocit di sedimentazione propria della particella con la velocit critica di sedimentazione possibile ricadere in due casi:a) [e quindi ] le particelle sedimentano completamente;b) [e quindi ] le particelle sono rimosse solo parzialmente.Nel secondo caso utile calcolare il rapporto di rimozione definito come:

La velocit de sedimentazione, tra laltro, funzione del diametro delle particelle, quindi possiamo facilmente risalire alla distribuzione della velocit di sedimentazione e ricavare il valore della percentuale di passante corrispondente alla velocit critica di sedimentazione .Si calcola allora lefficienza di rimozione come:

Rimane a questo punto da definire come calcolare il valore della velocit di sedimentazione della particella, a tal proposito si utilizzano le diverse formule in base al regime di moto:

Formula di Stokes, valida nel caso di moto laminare: Re < 1.

Formula di Newton, valida nel caso di moto di transizione: 1 < Re < 2000

Formula valida nel caso di moto turbolento: Re > 2000

Il coefficiente , detto coefficiente di trascinamento ( la d sta per Drag) funzione del numero di Reynolds:

Che pu essere tranquillamente approssimato nel caso di moto puramente turbolento al valore di 0.34, visti i valori elevati del numero di Reynolds.

Calcoli e risultatiVista la difficolt nello stabilire il regime di moto, e quindi scegliere la formula da utilizzare, si deve per forza di cose attuare un procedimento iterativo per ogni diametro considerato.Non si conosce la PSD (particle size distribution) ma una tabella discreta con diametri e percentuali di passante. Il procedimento di calcolo pu essere schematizzato nei seguenti passi:1) Si calcola la velocit di sedimentazione nellipotesi di moto laminare;2) Si calcola il valore del numero di Reynolds delle particelle per quel valore di velocit:

3) Se il valore inferiore a 1 allora la velocit di sedimentazione quella di Stokes; altrimenti si passa al passo 4)4) Si calcola il valore di con il valore del numero di Reynolds ottenuto alliterazione precedente;5) Si calcola il valore della velocit con la formula di Newton;6) Si calcola nuovamente il numero di Reynolds con il nuovo valore della velocit;7) Si ricalcola il valore di e si ricava un valore di velocit corretto.Il metodo si ripete fino a quando la velocit in due iterazioni successive coincide.Stabiliti i valori di velocit di sedimentazione si confrontano queste ultime con il valore della velocit critica:a) [e quindi ] le particelle sedimentano completamente b) [e quindi ] si calcola il valore del rapporto di rimozione:

Si calcola la percentuale di rimosso moltiplicando la percentuale di passante relativa la diametro per il valore di .

Si calcola quindi per differenza la percentuale in uscita:

Si calcola infine lefficienza come:

Si riporta di seguito un grafico riassuntivo dei valori delle velocit de sedimentazione riscontrate.

67

D (m)D(m)Ppass (%)% ingressoVstokes (m/s)V' (m/s)ReCDVs (m/s)Errore

5.765.76E-0611%11%2.91E-052.91E-051.62E-042.91E-050.00%

18.001.80E-0522%11%2.84E-042.84E-044.96E-032.84E-040.00%

36.373.64E-0535%13%1.16E-031.16E-034.09E-021.16E-030.00%

62.346.23E-0544%10%3.40E-033.40E-032.06E-013.40E-030.00%

99.429.94E-0555%10%8.66E-038.66E-038.36E-018.66E-030.00%

156.061.56E-0467%12%2.13E-021.02E-021.54E+001.83E+011.02E-020.00%

259.922.60E-0479%12%5.92E-022.39E-026.03E+005.54E+002.39E-020.00%

3500.903.50E-03100%21%1.07E+013.06E-011.04E+034.56E-013.06E-010.00%

A partire da questi valori sono stati calcolati i valori del materiale trattenuto e di quello lasciato fuori uscire, che fornisce le seguenti curve granulometriche:

Questi valori risultano dai calcoli illustrati nel paragrafo precedente, si riporta una tabella riassuntiva dei risultati.

D (m)D(m)Ppass% ingressoVs (m/s)SedimentazioneVs/Vc% rimosso%uscitaPpass,uscita

5.7595.76E-0611%11%2.91E-05no0.0042930.0004570.1060430.1060428

18.0001.80E-0522%11%2.84E-04no0.0419420.0047980.1096020.2156446

36.3703.64E-0535%13%1.16E-03no0.1712330.0218310.1056590.3213041

62.3406.23E-0544%10%3.40E-03no0.5030770.0484970.0479030.3692075

99.4209.94E-0555%10%8.66E-03si10.101600.3692075

156.0601.56E-0467%12%1.02E-02si10.122500.3692075

259.9202.60E-0479%12%2.39E-02si10.117300.3692075

3500.9003.50E-03100%21%3.06E-01si10.2138100.3692075

Il valore dellefficienza lo si ottiene sommando i valori della percentuale di materiale rimosso:

Esercitazione n2 - Costruzione del modello idraulico di una rete di drenaggio su piattaforma SWMMCon riferimento allimmagine jpg allegata, si proceda alla costruzione del modelloidraulico della rete di drenaggio della lottizzazione in oggetto.Per il dimensionamento dei collettori si faccia riferimento a condotte circolari in PVCcon diametro minimo pari a 200 mm. Per la lunghezza delle condotte e la quota delfondo si faccia riferimento alla seguente tabella:

Per la stima dellinfiltrazione si faccia riferimento al metodo del Curve Number,considerando un suolo di tipo C e condizioni di umidit del terreno medie.Definito il modello idraulico si proceda al dimensionamento per verifica delle condotte,utilizzando il pluviogramma Chicago allegato.Si produca, infine, un dettagliato report su:- capacit di riempimento,- velocit,- portatecircolanti in ogni condotta.

SWMMSWMM (Storm Water Management Model) un software complesso in grado di simulare il movimento della precipitazione meteorica e degli inquinanti da essa trasportati dalla superficie del bacino alla rete dei canali e condotte che costituiscono il sistema di drenaggio urbano. Tale programma stato concepito per modellare in termini qualitativi e quantitativi tutti i processi che si innescano nel ciclo idrologico. Il suo utilizzo molto flessibile e di fatto tale programma, bench sia nato prevalentemente come software di modellazione per reti di fognature urbane, pu essere tranquillamente applicato anche nel caso di canali aperti con sezioni regolari oppure di forma varia.SWMM offre la possibilit di compiere calcoli e simulazioni di tipo idraulico (grazie alla risoluzione e integrazione numerica in forma completa delle equazioni di De Saint Venant) su una rete di canali o condotte, sollecitata da fenomeni meteorici o da ingressi di natura diversa

blocchi di SWMMIl programma suddiviso in due moduli: uno di Servizio ed un altro Computazionale. Nel primo modulo sono contenuti una serie di blocchi che consentono di elaborare i risultati ottenuti; infatti si possono compiere operazioni statistiche sui valori ottenuti dalle simulazioni (blocco Statistics), gestire i dati meteo-climatici da inserire nel programma o che vengono utilizzati nel corso di simulazioni di tipo continuo (blocchi Temperature e Rain), di gestire i risultati ottenuti per mezzo di grafici e stampe (blocco Graph), sistemare i valori di output al fine di aggregare i dati, utilizzabili cos dai blocchi in cascata (blocco Combine). Appartenente al modulo di servizio anche il blocco Executive, il quale manipola i file di interfaccia tra i vari blocchi e il blocco, o la sequenza di blocchi, da eseguire. Il modulo Computazionale contiene quattro blocchi con i relativi simulatori di processo idrologico ed idraulico: un blocco per la modellazione del deflusso superficiale (blocco Runoff), uno per il calcolo della propagazione in rete con la schematizzazione dellonda cinematica (Transport), il terzo un blocco di calcolo dinamico basato sulla risoluzione completa delle equazioni di De Saint Venant che governano il fenomeno idraulico di propagazione allinterno della rete (Extran), ed infine uno che descrive i processi allinterno di un impianto di trattamento reflui Storage/Treatment).Il blocco Runoff il primo passo di una simulazione in SWMM. Questo riceve come input gli eventuali dati metereologici registrati nei blocchi Rain e/o Temperature, oppure si possono introdurre degli ietogrammi (con intensit di pioggia /tempo o precipitazione totale in mm/tempo) definiti dallutente. Runoff analizza il processo afflussi-deflussi utilizzando un approccio basato sulla tecnica dei serbatoi non lineari con una opzione per il calcolo dellapporto idrico derivante dallo scioglimento della neve. Inoltre viene anche analizzato il processo di infiltrazione e di evaporazione, in modo da poter arrivare ad ottenere come risultato il tracciamento dellidrogramma in ogni ramo della rete studiata. Il blocco pu essere impostato per compiere simulazioni per periodi temporali che vanno dai minuti agli anni. Per di pi, Runoff offre anche la possibilit di simulare la qualit delle acque, in termini di analisi dei processi di spostamento dei contaminati dalle superfici scolanti alla rete di fognatura o di scolo. Come uscita di questo blocco si hanno degli idrogrammi che fungono da ingresso alla rete di drenaggio. Il blocco Transport, che pu seguire il lancio di Runoff, va a modellare il comportamento qualitativo e quantitativo del sistema, appoggiandosi il calcolo idraulico sulla schematizzazione dellonda cinematica. Lanalisi qualitativa basata su cinetiche del primo ordine, con criteri di Shield sullinizializzazione del moto. I risultati consistono in livelli, portate e concentrazioni delle sostanze contaminanti per ogni componente della rete, schematizzata in un sistema di rami e nodi. Il blocco Storage/Treatment sostanzialmente una specializzazione di Transport; infatti pu simulare fino a tre inquinanti in un serbatoio contenete fino a cinque unit o processi. Il blocco simula inoltre i processi di decadimento del primo ordine associati ad una miscelazione completa, funzioni di rimozione e di dinamica di sedimentazione. Inoltre possibile calcolare una previsione dei costi di avvio, di gestione e di manutenzione per ogni unit di trattamento. Il blocco Extran, Extended Transport, (Figura 2.4) in pratica il cuore idraulico di SWMM; consente infatti di modellare la propagazione dei deflussi allinterno della rete mediante la risoluzione completa delle equazioni di De Saint Venant. Extran risulta essere un modulo completo per la simulazione di reti ad albero o a maglia; vengono modellati, infatti, anche i fenomeni di rigurgito, le inversioni del flusso nei rami, i moti a pelo libero e in pressione.Extran utilizza una descrizione topologica della rete basata su una geometria rami nodi; i rami e i nodi hanno caratteristiche specifiche, opportunamente configurabili, che, combinate tra loro, permettono la descrizione idraulica dellintera rete di deflusso. Nella schematizzazione usata dal blocco, i rami sono sostanzialmente i condotti della rete fognaria (i canali nel caso di sezioni aperte) e consentono di propagare le portate da un nodo allaltro. I nodi rappresentano i pozzetti presenti nel sistema fognario (o i punti di intersezione dei rami, come nel caso dei canali); nei nodi vengono localizzate le portate in ingresso (provenienti dal Runoff ed espressi come idrogrammi di piena generati a partire dal modello afflussi-deflussi) e le portate uscenti dalla rete.

Parametri.Per modellare il funzionamento del bacino, lo si considera composto da una combinazione di sottobacini, nodi, condotte e scarichi. Per ognuno di questi elementi bisogna assegnare delle caratteristiche:

-Sottobacini (Subcatchement)

Name: il nome assegnato al sottobacino, non un parametro rilevante ai fini della simulazione; Rain gage: calibrazione dei dati di pioggia, nella simulazione stata creata una serie temporale (time series) delle altezze di pioggia, riferite ad un pluviogramma di tipo Chicago con passo temporale di un minuto e della durata di mezzora; Outlet: ipotizzato lo scarico diretto in fognatura bisogna indicare il nodo della rete nel quale scarica il sottobacino; Area: larea del sottobacino, se si utilizza il sistema internazionale va espressa in ettari [ha]; Width: la larghezza equivalente del bacino, in pratica si considera il sottobacino come un rettangolo di larghezza pari a W, va espressa in metri [m]; % Slope: la pendenza media del bacino va inserita in percentuale; % Imperv: la percentuale di area impermeabile; N-Impern: il coefficiente di Manning della superficie impermeabile; N-Perv: il coefficiente di Manning della superficie permeabile; Dstore-Imperv: le perdite di pioggia localizzare dovute ai piccoli invasi vengono considerate come un invaso uniforme sulla superficie dellarea impermeabile del sottobacino di altezza pari a Dstore-Imperv; Dstore-Perv: come sopra per larea permeabile; %Zero-Imperv: la percentuale di area impermeabile che non ha piccoli invasi; in pratica con questo parametro vengono individuati i tetti; Subarea Routing: modalit di scarico, si considera lo scarico nel nodo; Percent Routed: un parametro che indica la percentuale di area che scarica al nodo; Infiltration: il modello di perdite di pioggia considerato, nel caso specifico si considera il metodo dellSCS-CN (Soil Conservation Service- Curve Number).

- Nodi (Junction)

Name: nome assegnato al nodo; Inflows: bisogna specificare se ci sono portate esterne che arrivano nel nodo; Treatment: bisogna specificare se nel nodo viene attuato un trattamento degli inquinanti; Invert El: la quota del nodo rispetto ad uno zero di riferimento; Max Depth: massima altezza invasata nel nodo; Initial Depth: tirante presente nel tombino al momento di inizio della simulazione; Surcharge Depth: tirante che genera sovraccarico; Pounded area: area destinata a raccogliere acqua in caso di allagamento.

- Scarico (Outfall)

Alcuni dati sono uguali a quelli dei nodi di tipo junction, i parametri propri degli scarichi sono: Tide gate: bisogna indicare se vi o meno una paratia; Type: il tipo di scarico, possono essere liberi, vincolati, normali, di piena, o gestiti da una serie temporale; Fixed stage: va indicato un particolare valore di tirante allo scarico nel caso di condizioni al contorno fissate.

- Condotte (conduit)

Name: nome del tratto; Inlet node e outlet node: sono rispettivamente i nodi di inizio e fine della condotta; Shape: viene indicata la forma della tubazione; Max Depth: la massima altezza disponibile, in pratica per una tubazione circolare il diametro; Length: lunghezza del tratto di tubazione; Roughness: scabrezza della tubazione; Inlet offset e outlet offset: indica il dislivello tra il fondo del pozzetto e il bordo inferiore della condotta sia per la parte iniziale che per quella finale; Initial flow: portata gi transitante al momento di inizio della simulazione.

Parametri e risultatiLo schema del bacino il seguente:

Parametri dei sottobaciniNome12456S1S2

Area (ha)0.03230.03420.02870.01980.02290.01650.0112

Width (m)13133216182618

% Slope124321.51

% Imperv2522304540100100

%ZeroImperv505050505000

N-imperv0.0140.0140.0140.0140.0140.0110.011

N-Perv0.150.150.150.150.150.150.15

InfiltrationCNCNCNCNCNCNCN

OutletN1N2N5N7N8N3N6

CN (Suolo C)80808286859898

I valori del Curve Number sono stati dedotti dalla seguente tabella:

Parametri nodi e scarichi

NomeN1N2N3N4N5N6N7N8N9

Invert El. (m)1.51.31.11.00.80.60.40.20.0

TipoJJJJJJJJO

Parametri condotte

Nome12345678

Length (m)136699122018

Inlet NodeN1N2N3N4N5N6N7N8

Outlet NodeN2N3N4N5N6N7N8N9

D (m)0.20.20.20.20.20.20.20.2

Roughness0.0110.0110.0110.0110.0110.0110.0110.011

Dati di pioggiaIl pluviogramma fornito il seguente:

t (h:m)h (mm)t (h:m)h (mm)

00.0135.5200.1698.6

00.0237.6600.1783.94

00.0340.1400.1873.82

00.0443.100.1966.34

00.0546.700.2060.54

00.0651.1800.2155.88

00.0756.9600.2252.04

00.0864.7600.2348.8

00.0976.0600.2446.04

00.1094.3400.2543.66

00.11130.8200.2641.56

00.12264.2600.2739.7

00.13342.5400.2838.04

00.14169.5800.2936.54

00.15122.2800.3035.2

Opzioni di analisiUnit di misura della portata:l/sModellazione: Afflusso/Deflusso:SI Scioglimento neve:NO Falde:NO Scorrimento superficiale:SI Allagamento consentino:NO Trattamento qualit:NOMetodo di infiltrazione:SCS-CNMetodo idraulico:Onda cinematica:

Risposta dei sottobacini

139.9420.5519.308.780.483

239.9420.9418.938.820.474

439.9416.5723.3512.670.585

539.9411.4728.4711.240.713

639.9413.1726.7611.390.670

S139.94039.9715.471.000

S239.94039.9710.431.000

Risposta delle condotteCome prima ipotesi di calcolo si ipotizzano i diametri delle condotte costanti e pari al diametro minimo 200 mm. La seguente tabella riassume i risultati ottenuti.

12008.651.180.180.29

220017.251.870.240.34

320032.411.70.650.59

420032.371.90.560.53

520044.642.040.770.66

620052.811.880.370.94

720041.91.480.571

820044.141.540.621

Con questa distribuzione dei diametri si hanno, nelle tre condotte terminali della rete, dei gradi di riempimento elevati (generalmente si assume come limite massimo ammissibile).A tale punto risulta necessario andare ad aumentare i diametri nei suddetti tratti di condotta. Portandoli a 300 mm si ottiene

12008.651.180.180.29

220017.251.870.240.34

320032.411.70.650.59

420032.371.90.560.53

520044.642.040.770.66

630054.561.940.370.42

730064.971.70.570.54

830075.071.810.620.57

Questa disposizione dei diametri rispetta pienamente i limiti del grado di riempimento, pertanto pu ritenersi ammissibile.

Si riporta infine lidrogramma in uscita:

Esercitazione n3 - Verifica di un impianto di scarico

Lo scopo del seguente elaborato quello di dimensionare un impianto di allontanamento delle acque reflue, sia nere che meteoriche, da un edificio adibito a civile abitazione.Ledificio si compone di 8 piani abitati, e la tipologia quella classica:

1) Bagno: Lavabo; Doccia; Bidet; WC con cassetta di capacit pari a 6 L

2) Cucina: Lavello ; Lavastoviglie;

3) Locale lavanderia Lavatrice da 12 kg Lavatoio a madia;

La tipologia di progettazione e quella del primo tipo con colonna di ventilazione primaria con lunghezza inferiore a 4 m.

Dimensionamento rete di scarico internaTutti gli apparecchi, per come e concepita la tipologia di edificio, scaricano sulla stessa colonna. Mediante una braga inclinata, viene fatta una diramazione dalla colonna centrale fino allinterno delledificio. A questa vengono allacciate quattro tratti fondamentali: Quello che serve il locale cucina; Quello che serve il locale lavanderia e i sanitari (escluso il WC e il bidet) Quello che serve il bidet Quello che serve il WC

Ciascuno di essi verr considerato separatamente.Tabella 1-Unita di scarico per singolo apparecchio

Ad ogni apparecchio associata una portata di scarico (tab. 1), facendone la somma bisogna andare a considerare la non contemporaneit di utilizzo mediante la formula:

Dove il termine k, coefficiente di contemporaneit, vale 0.5.Dimensionato tale valore, purch esso non superi il minimo normativo di 0.8 l/s, dalla tab. 2 riportata di seguito si estraggono i valori del diametro:Tabella 2- Diametro nominale in funzione delle portate di non contemporaneit

Secondo normativa il WC deve trovarsi immediatamente in prossimit della colonna di scarico, mentre gli altri apparecchi possono trovarsi anche a distanze maggiori.

Dimensionamento colonna di scaricoPer dimensionare la colonna di scarico bisogna considerare che le norme di buona progettazione e la normativa da dei vincoli sul suo dimensionamento, tra questi i pi importanti sono: diametro almeno pari al diametro associato al WC; dare il pi possibile continuit ai diametri; per evitare sovrappressioni di alcun genere inserire alla base della colonna al posto di ununica curva a 90 due curve successive a 45.Alla luce di questo, indicata con la portata scaricata da ogni appartamento, bisogna dimensionare il sistema con una portata pari a

Dove n il numero dei piani serviti.

Dimensionamento dei collettoriCon la stessa portata scaricata in colonna vanno dimensionati i collettori.

Dimensionamento cornicioni di gronda e pluvialiI pluviali inseriti sono di forma rettangolare. Per il calcolo della portata si utilizza la formula razionale:

Dove: I lintensit di pioggia, in mancanza di dati forniti la progettazione si esegue con un valore di pioggia di 3 mm al minuto, corrispondenti a . A larea della falda del tetto servita dal cornicione; C il coefficiente di scorrimento (per i tetti, che sono impermeabili pari a 1); CR un coefficiente di rischio definito in funzione del tipo di gronda e della destinazione duso della stessa, il suo valore lo si ricava dalla seguente tabella:

Tabella 3-Coefficienti di rischio.

La portata di progetto limite del cornicione di gronda data dalla formula:

dove la portata nominale e la si determina dalla formula:

La quantit funzione dellarea trasversale della gronda e vale:

I due coefficienti e si desumono dalle tabelle 3 e 4:

Tabella 4-Coefficiente Fd

Tabella 5-Coefficiente Fs

I parametri di ingesso nel grafico sono dedotti dal seguente schema:

Figura 1-Schema e grandezze geometriche della gronda.

Dimensionamento pluvialiIl dimensionamento del pluviale si fa con la stessa portata di progetto della gronda, ipotizzando un grado di riempimento pari a 0.33. Il valore del diametro nominale viene dedotto dalla seguente tabella:

Tabella 6-Diametro pluviali.

RisultatiRete di scarico internaPer il diametro delle condotte che si diramano dai singoli apparecchi si esegue il calcolo, ad esclusione del WC, per quello con portata maggiore (

La quale minore della portata minima, quindi per ogni apparecchio il tratto di collegamento sar di diametro:

Locale lavanderia:

La portata di progetto sar:

La quale minore della portata minima, quindi il tratto di collegamento sar di diametro:

Locale Cucina

La portata di progetto sar:

La quale minore della portata minima, quindi il tratto di collegamento sar di diametro:

Locale Bagno

La portata di progetto sar:

La quale minore della portata minima, quindi il tratto di collegamento sar di diametro:

Scarico WCIn questo caso si sceglie un diametro minimo di 90 mm

Dimensionamento colonna di scaricoLedificio si compone di 8 piani abitati, la portata scaricata nella colonna complessivamente sar:

Quella dellintero edificio sar:

La portata di progetto allora sar:

A questa portata, inserendo una braga ad angolo, corrisponde, secondo la tabella 7

Tabella 7-Dimensionamento colonna di scarico.

un diametro nominale di 90 mm, tuttavia i WC sono collegati secondo il sistema I, quindi bisogna imporre il diametro minimo .

Dimensionamento rete di allontanamento delle acque piovaneLa geometria della copertura e la seguente:

La falda ha unarea complessiva di .Lintensit di pioggia pari a .Applicando la formula razionale, scelto , si ottiene la seguente portata:

Scegliamo in prima approssimazione un canale di gronda trapezoidale con:

T (mm)150

S (mm)100

W (mm)150

A questo corrisponde unarea trasversale di .

Risultano essere Per determinare la portata limite applicando le formule viste in precedenza risultano:

In questo modo il canale risulta sottodimensionato, allora bisogna scegliere un area maggiore, si sceglie un canale di gronda di dimensioni:

T (mm)200

S (mm)150

W (mm)200

A questo corrisponde unarea trasversale di .

Risultano essere

Per determinare la portata limite applicando le formule viste in precedenza risultano:

In questo modo il canale di gronda risulta ben dimensionato.

Dimensionamento del pluvialeSi ipotizza un grado di riempimento pari a 0.33, entrando nella tabella 6, si ottiene:

si ottiene il valore da assegnare al pluviale pari a:

Esercitazione n4 - Verifica di un impianto di carico, con base a maglie chiuse e impianto autoclave in testa.

Il dimensionamento di una rete di distribuzione intera deve tenere conto di diversi fattori, della distribuzione geometrica degli spazi, dellapparecchio idraulicamente pi sfavorito, del carico idraulico sui rubinetti ai piani inferiori e delle velocit. Il range di velocit ammissibili va dai 0.5 m/s ai 2.5 m/s, il limite inferiore fissato per motivi igienici, il limite superiore per motivi prestazionali.Al fine di rendere il servizio costante anche nei periodi di punta si inserisce un impianto autoclave e per garantire il funzionamento anche in caso di guasto di una condotta si inserisce una condotta ausiliaria diagonale.

Schema geometrico edificio e impiantoLedificio si compone di due ali a forma di L, uno di 8 piani di cui quello terra commerciale e i restanti sette residenziali; laltro di 5 piani di cui il piano terra commerciale e gli altri 4 residenziali.

Figura 2-Schema geometrico edificioIl piano tipo composto da 4 appartamenti standard con doppi servizi e cucina. Ciascun appartamento servito da unapposita colonna montante dalla quale ad ogni piano si diramano dei tratti orizzontali per collegare gli appartamenti alla rete.Di seguito sono riportati lo schema di funzionamento dellimpianto e la pianta del piano tipo delledificio (figure 3 e 4).

Figura 3-Funzionamento reteFigura 4-Piano tipoGli apparecchi che gravano sullimpianto sono:

LocaleApparecchio

Bagno1Doccia

Vaso

Bidet

Lavabo

Lavatrice

Bagno2Vasca

Vaso

Bidet

Lavabo

CucinaLavello

Lavastoviglie

Definizione portata da erogare al singolo appartamentoPer determinare la portata da erogare al singolo appartamento si fa riferimento al metodo delle unit di carico, ad ogni apparecchio collegato alla rete si associa una unit di carico secondo la seguente tabella:Tabella 8-Unit di carico

Scelta dei diametriAssegnate le unit di carico si sommano ad ogni piano le unit di carico dei singoli appartamenti e mediante grafico o tabella si ricavano i valori delle portate di non contemporaneit.Per ogni tratto si conoscono le portate transitanti, imponendo quindi un valore compatibile di velocit si ricavano i diametri teorici, infine da catalogo si scelgono i diametro commerciali e si verificano le velocit.

Calcolo delle perdite di caricoPer il calcolo delle perdite di carico bisogna considerare sia le perdite di carico continue sulla rete sia quelle localizzate in prossimit di valvole, curve e diramazioni.Queste ultime vengono considerate come perdite continue assegnando ad ogni elemento che genera perdite localizzate una lunghezza equivalente.Per il calcolo della perdita di carico per unit di lunghezza si utilizza la formula di Hazen-Williams:

Con C coefficienti propri del tipo di materiale, per tubazioni in acciaio vale 120.La perdita totale sar data dal prodotto tra la lunghezza totale (somma della lunghezza reale pi quella equivalente) e della perdita per unit di lunghezza. Considerando che bisogna garantire una pressione di esercizio allapparecchio idraulicamente pi sfavorito, bisogna garantire alla base dellimpianto un carico pari a:

dove: il carico minimo di erogazione; laltezza delledificio; laltezza di aspirazione; la pressione minima di esercizio; sono le perdite di carico nellimpianto.

Dimensionamento rete di baseIl calcolo stato eseguito utilizzando il metodo di Hardy Cross, dopo aver assegnato le portate di primo tentativo circolanti nei nodi si applica lequazione di continuit ai nodi stessi. Fatto questo si valuta un coefficiente correttivo delle portate per ogni maglia ed apportando una correzione alle portate circolanti tramite iterazioni di tale processo si giunge alla convergenza della soluzione del problema.Ipotizzando moto uniforme e turbolento nelle tubazioni si considera la formula di Gauckler-Strickler:

dove

Partendo da questa, rielaborandola e isolando il si ottiene:

Con le resistenze del tratto pari a:

Per la conservazione dellenergia, la somma delle perdite di carico (comprensive di segno rispetto al sistema di riferimento adottato) in un circuito chiuso deve essere nulla.

Questa condizione esprimibile in funzione della portata inserendovi lespressione, in aggiunta si utilizzato un coefficiente e che tiene conto del verso di percorrenza delle portate (= 1 , -1) positivo in senso orario.

Dopo lassegnazione delle portate di primo tentativo non essendo soddisfatta la (3), vengono modificate le portate. La variazione da apportare si determina sviluppando in serie di Taylor e si ricava quindi:

Lo stesso ragionamento si applica alle portate corrette e si procede con le iterazioni fino a quando le variazioni di portate calcolate non risultano ininfluenti ai fini pratici o meglio per valori di H