Gli impianti e i sistemi costituiti da condotte convoglianti fluidi in pressione sono ubiqui nelle opere civili (p.es., impianti idroelettrici e reti di distribuzioni idriche) e nei sistemi industriali (impianti antincendio, reattori chimici e impianti termotecnici). Tali sistemi sono soggetti a frequenti “manovre” atte a modificare e regolare le portate circolanti nelle tubazioni e/o le pressioni in determinati nodi. Queste manovre sono eseguite attraverso la modifica dell’apertura di valvole, o l’accensione o spegnimento di pompe. Dal punto di vista idraulico, ogni qualvolta si opera una manovra nell’impianto, si ha l’insorgenza di fenomeni di moto vario, ovvero di un transitorio in cui il sistema si adatta alle nuove condizioni di apertura delle valvole e di funzionamento delle pompe. Una caratteristica fondamentale dei fenomeni di moto vario è l’insorgenza di onde di pressione. Tali onde possono provocare fortissime oscillazioni di pressione (positive e negative) anche di decine di bar e tali da causare rotture e esplosioni che possono mettere a rischio l’integrità fisica dell’impianto e la sicurezza di operatori e utenti. Inoltre, la velocità di trasmissione delle onde nelle condotte, seppure elevata, è finita, e ciò introduce ritardi tra l’esecuzione di una manovra e il manifestarsi dei suoi effetti. Lo studio del moto vario è quindi estremamente importante, in ambito professionale e applicativo, per il corretto dimensionamento strutturale degli impianti, per la valutazione della loro sicurezza e per la progettazione dei sistemi di regolazione a retroazione di portate e pressione. In quest’ottica, l’obiettivo del corso è triplice. In primo luogo, si intende fornire ai partecipanti gli strumenti concettuali, modellistici e numerici per trattare, in modo quantitativo, il problema del moto vario nelle condotte in pressione. In secondo luogo, si mostreranno alcuni casi studio e applicazioni reali rilevanti nel campo dell’Ingegneria Civile, Ambientale e Meccanica. Infine, si fornirà ai partecipanti un codice numerico, realizzato in Matlab, per la simulazione dei fenomeni di moto vario nelle più comuni e diffuse applicazioni civili e industriali.

Nessuno

Programma (lezioni di 2h) Lezione 1 – Spiegazione concettuale e fisica dei fenomeni di moto vario: esempi della chiusura di una turbina in un impianto idroelettrico e spegnimento di una pompa in una stazione di sollevamento. Derivazione delle equazioni differenziali alle derivate parziali (PDE) governanti i fenomeni di moto vario nelle condotte in pressione. Lezione 2 - Applicazione del metodo delle caratteristiche per la trasformazione delle PDE in equazioni alle derivate ordinarie (ODE). Schema numerico per la soluzione delle ODE. Derivazione dello schema numerico da utilizzare per implementare le condizioni al contorno descriventi una valvola posta a fine condotta e di un serbatoio posto a inizio condotta. Lezione 3– Illustrazione e utilizzo di un programma Matlab per la simulazione del moto vario in una condotta limitata a monte da un serbatoio e a valle da una valvola. Studio numerico delle sovrappressioni derivanti dalla chiusura della valvola e delle oscillazioni di pressione e portata nella condotta. Lezione 4 – Modelli matematici per la descrizione di condizioni al contorno utili nel campo dell’ingegneria civile e impiantistica: pompe, diramazioni, cambi di diametro, macchine idrauliche. Derivazione dello schema numerico da utilizzare per implementare tali condizioni al contorno. Lezione 5 – Aggiornamento e modifica del programma Matlab presentato nella lezione 2 per la simulazione del moto vario in semplici circuiti industriali e civili. Lezione 6 – Alcuni casi reali notevoli: instabilità del sistema di retroazione in impianti in pressione, studio delle onde di pressione causate dal moto vario al fine dell’individuazione e localizzazione di fughe in adduttrici acquedottistiche, rottura di una valvola in un sistema antincendio in fase di collaudo, cavitazione in condotte in pressione a seguito di fenomeni di moto vario.

In presenza

Presentazione report scritto

P.D.2-2 - Maggio