Laboratorio Prove Idrauliche: Cosa Fanno e Perché Sono Importanti

I laboratori di prove idrauliche svolgono un ruolo cruciale in diversi settori, garantendo la sicurezza e l'efficienza di componenti e sistemi che utilizzano fluidi. Questi laboratori si occupano di testare la resistenza e la tenuta di vari oggetti sottoposti a condizioni operative estreme, come variazioni di temperatura, sollecitazioni meccaniche e di pressione.

Ambiti di applicazione

Le prove idrauliche trovano applicazione in una vasta gamma di settori, tra cui:

Impianti industriali
Settore automobilistico
Settore aeronautico
Settore navale

Gli oggetti tipicamente sottoposti a prova includono tubazioni, raccordi, filtri, radiatori e pompe.

Fluidi utilizzati

I fluidi utilizzati per le prove possono variare a seconda dell'applicazione e includono:

Aria
Azoto
Acqua
Liquido di raffreddamento
Olio
Skydrol

Tipi di prove idrauliche

La prova principale consiste nel generare una serie di impulsi idraulici, con diversi profili: trapezoidale, sinusoidale, triangolare o secondo profilo definito dal cliente.

Le prove di pulsazione sono spesso combinate con sollecitazioni meccaniche/vibrazionali e termiche (fluido e ambiente di prova).

Di seguito sono elencate alcune delle prove disponibili:

Pressione ciclica in temperatura
Impulso in temperatura
Circolazione di fluido in temperatura
Prova di tenuta in pressione (proof test)
Prova di scoppio (burst test fino a 2.000 bar)
Misura delle perdite di carico
Flexure test (con misura delle sollecitazioni)
Test combinati temperatura, vibrazione e pressione ciclica o impulse

Caratterizzazione delle Turbomacchine Idrauliche

Un'importante area di attività dei laboratori di prove idrauliche è la caratterizzazione delle turbomacchine idrauliche, sia operatrici (pompe) che motrici (turbine idrauliche e/o PAT - Pumps As Turbines). L’impianto ha come obiettivo la caratterizzazione delle turbomacchine idrauliche operatrici (pompe) e motrici (turbine idrauliche e/o PAT - Pumps As Turbines).

Il circuito idraulico è predisposto in maniera tale da eseguire le prove in Assetto Test Turbine oppure in Assetto Test Pompe semplicemente agendo su apposite valvole di intercettazione.

Le turbomacchine da caratterizzare sono collegate ad un motore elettrico in corrente continua alimentato da un convertitore bidirezionale con funzionamento sui 4 quadranti.

Durante i test su macchine operatrici, la macchina elettrica fungerà da motore mentre, durante i test su macchine motrici, fungerà da generatore.

La potenza idraulica è ricavabile mediante la misura della coppia all’albero con un torsiometro di precisione e la misura di velocità angolare.

Per quanto concerne la caratterizzazione delle turbomacchine motrici, le portate potranno variare tra 0 e 350 m3/h e la caduta disponibile massima è pari a 270 mH20.

Le pompe centrifughe che potranno essere caratterizzate hanno una portata variabile tra 0 e 650 m3/h con una prevalenza massima di 280 mH20.

Per generare il carico disponibile si utilizza una pompa booster comandata da un secondo motore elettrico a corrente continua.

L’impianto è dotato di un serbatoio di pressurizzazione che consente di modificare la pressione di riferimento del sistema. L’intero circuito chiuso può quindi essere pressurizzato (pressione max nel serbatoio pari a 10 bar).

Per facilitare il raggiungimento delle condizioni di cavitazione, per i test di NPSH delle pompe, il serbatoio può essere depressurizzato fino ad una pressione assoluta di 0,2 bar(a).

Dovendo caratterizzare delle turbomacchine, è necessario che la temperatura dell’acqua rimanga costante (25 ± 0,1 °C) pertanto è previsto un sistema di regolazione della temperatura a circuito chiuso.

L’impianto è dotato di sistemi di acquisizione dati e di un sistema di supervisione e controllo delle prove sia in locale che in remoto. Quest’ultimo è installato all’intero di una cabina di comando, sita in prossimità del banco prova.

Grazie al banco prova, potranno essere condotte attività di ricerca su tematiche legate alle turbomacchine idrauliche. Inoltre è possibile allestire una sezione di test per la caratterizzazione delle valvole.

Ricerca e Sperimentazione

I laboratori di prove idrauliche non si limitano alle attività di testing standard, ma spesso operano anche come strutture di ricerca e sperimentazione. Presso il laboratorio inoltre, si svolgono ricerche e indagini sperimentali commissionate da enti pubblici e sviluppate nell'ambito dei progetti di ricerca nazionali ed internazionali.

Alcune aree di ricerca includono:

Indagini sperimentali sulle dinamiche di forme di fondo in alvei naturali sabbiosi, in particolare considerando la scabrezza che il letto mobile offre al flusso e il comportamento delle forme di fondo durante una variazione dell'offerta del sedimento.
Rischio idraulico dovuto a collassi arginali, con particolare riferimento allo studio dei meccanismi idrodinamici che si instaurano nel corso d’acqua quando si verifica una rottura arginale.
Rischio idraulico dovuto all’accumulo di detriti arborei alle pile dei ponti, la cui attività sperimentale, condotta sulla stessa canaletta degli esperimenti precedenti, è finalizzata ad indagare gli effetti della forma della pila di un ponte sull’accumulo di detriti arborei.
Morfodinamica lagunare, con particolare riferimento alla modellazione dell’evoluzione morfodinamica delle barene lagunari.
Biofluidodinamica, con particolare riferimento al basso apparato urinario, è stato progettato e realizzato un modello fisico per studiarne le principali relazioni tra le variabili idrodinamiche.

Modellistica Idraulica

Il Laboratorio di Costruzioni Idrauliche e Marittime si occupa della modellazione fisica di fenomeni idraulici relativi ad opere di Costruzioni Idrauliche e Marittime. Dal 2020 le attività del Laboratorio sono state incentrate sulla costruzione del modello fisico della diga del Liscione, ubicata nel comune di Guardialfiera in Molise.

Il primo laboratorio di modellistica idraulica, attivo dal 2005, è stato realizzato con la collaborazione e consulenza scientifica dell'Università degli Studi di Parma - Dipartimento di Ingegneria Civile, dell'Ambiente, del Territorio e Architettura (DICATeA). Ha una superficie di 530 m2 circa, in aggiunta a una zona uffici realizzata nella struttura soppalcata.

Il secondo laboratorio, realizzato con la collaborazione e consulenza scientifica dell'Università degli Studi di Genova - Dipartimento di Ingegneria delle Costruzioni, dell'Ambiente e del Territorio (DICAT), è stato attrezzato all'interno di un fabbricato di nuova edificazione. L'edificio prefabbricato ha una superficie di 2.050 m2 (di cui 1.320 m2 utile per la realizzazione di modelli fisici in scala), in aggiunta ad una palazzina a due piani ad uso uffici, aule didattiche e riunioni, officina, deposito e sala controllo.

Determinazione della Conducibilità Idraulica (K)

La conducibilità idraulica, indicata anche con il termine di permeabilità, può variare da 1 mm/anno a più di 100 m/anno e può essere molto superiore a quella ricavata con una prova di laboratorio. Esistono numerosi metodi per determinare la K di un terreno saturo, ognuno con i suoi vantaggi e svantaggi e basato su ipotesi esemplificative.

Le prove K, più significative delle prove di laboratorio, interessano piccole porzioni di acquifero, rispetto alle prove di portata, ma hanno il vantaggio di minori costi esecutivi e maggiore facilità di esecuzione.

In linea generale il metodo consiste nel provocare artificialmente un aumento od una rapida diminuzione del livello d'acqua in un pozzetto esplorativo e nel misurare il graduale ritorno al livello statico iniziale. Le misure si possono fare con un freatimetro o con un sensore automatico.

Lo slug test è utilizzato per calcolare velocemente (10-20 min) il parametro conducibilità idraulica, sia in acquiferi freatici che artesiani.

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