Calcoli Idraulici: Tutorial e Applicazioni

Questo articolo esplora diversi aspetti dei calcoli idraulici, focalizzandosi su esempi pratici e discussioni relative all'utilizzo di software per il dimensionamento di condotte e ugelli. Verranno presi in esame vari scenari, dai calcoli di base per la portata e la potenza dell'acqua in un tubo, fino a problematiche più complesse come la presenza di aria nelle condotte e l'ottimizzazione di turbine idrauliche.

Calcolo della Portata, Velocità e Potenza dell'Acqua

Un utente ha testato un software per il calcolo idraulico, riscontrando risultati in linea con la resa del proprio sistema. Inserendo parametri come la lunghezza del tubo e la pressione (dislivello), ha ottenuto una stima della portata simile a quella misurata all'uscita di un ugello da 3 mm, pari a 0,33 l/s con una pressione di 12 atm. I watt risultanti dal calcolo (120) corrispondono alla realtà.

Un altro utente ha segnalato un problema con il software: mettendo una lunghezza del tubo di 15 m, un altezza di 9,25 m, una portata di 0,28 l/s, cliccando sulla casella per usare il metodo qqcreafis e poi sul pulsante per calcolare il miglior ugello, si verifica un errore. Invece, facendo click su calcola senza il metodo qqcreafis è tutto ok! In altre condizioni, andando per esempio a cambiare il diametro del tubo, succede che il rendimento supera il 100%.

Problemi di Aria nelle Condotte

Un problema comune è la formazione di aria all'interno delle condotte, che può causare spruzzi all'uscita e modificare il getto. Per risolvere questo problema, è stato chiesto se l'attacco del tubo di uscita, invece che in superficie del bidone, sul fondo migliori la situazione. La risposta è che l'altezza che conta è quella dal pelo libero allo scarico. Si consiglia di mettere l'attacco del tubo a metà per via di eventuali depositi.

Se si aspira aria dal tubo, l'ugello potrebbe essere stato calcolato per far uscire una portata d'acqua superiore a quella che il pozzo può fornire. Se la portata del pozzo è 1 l/s con un salto di 3 m, si dovrebbe mettere un ugello da 1,29 cm per avere a disposizione 29,4 Watt teorici di potenza disponibile.

Forza di Coriolis e Vortici nell'Acqua

Un argomento interessante emerso è la direzione di rotazione dell'acqua negli scarichi. Si è notato che nell'emisfero boreale l'acqua tende a girare in senso orario, mentre nell'emisfero australe in senso antiorario. Questo fenomeno è legato alla forza di Coriolis, anche se altri fattori come la geometria del lavandino e le condizioni iniziali dell'acqua possono influenzare la direzione del vortice.

È un'idea diffusa che l'effetto Coriolis determini il senso di rotazione dei vortici che si creano quando si stappa lo scarico di un lavandino: nell'Emisfero boreale la rotazione sarebbe in un senso (antiorario), mentre sarebbe opposta nell'Emisfero australe (orario). In alcuni Paesi a cavallo dell'Equatore viene a volte presentato ai turisti un esperimento che dimostrerebbe come spostandosi di pochi metri a nord o a sud della linea equatoriale cambierebbe il senso di rotazione di un vortice in una vaschetta.

Si tratta in realtà di una leggenda metropolitana: l'effetto che si ottiene calcolando l'azione della forza di Coriolis in un sistema ideale è infatti diversi ordini di grandezza inferiore rispetto a molti altri contributi, come la geometria della vasca e dello scarico, l'inclinazione del piano e soprattutto il movimento che aveva inizialmente l'acqua (è facile trarre in inganno i turisti di cui sopra imponendo un leggero movimento rotatorio nel senso desiderato muovendo opportunamente ed impercettibilmente la vaschetta). Ripetere più volte l'esperimento su un singolo lavandino può trarre in inganno, in quanto esiste un errore sistematico dovuto alla geometria specifica della vasca.

Se si prende una vasca piatta e circolare, con uno scarico piccolo e liscio, avendo cura di attendere che l'acqua sia perfettamente ferma e stappando con cura, è possibile comunque osservare l'influenza della forza di Coriolis. bisogna tenerne conto quando si spara un proiettile di mortaio azz..

Calcoli di Potenza e Turbine Idrauliche

Un utente ha chiesto informazioni sulla potenza ricavabile da un serbatoio d'acqua a 113 metri di altezza, utilizzando una turbina e un generatore. Con un serbatoio da 10500 litri e un tubo da 5 cm di diametro lungo 113 metri, il foglio di calcolo indica 2783 watt teorici. Considerando un rendimento dell'80% sia per la turbina che per il generatore, si otterrebbero circa 1,5 kW. Quindi 10.500 lt di acqua a 113mt di altezza mi possono dare 1,5kw per un ora ??

Per calcolare la potenza, si può utilizzare la seguente formula: 10500 l/h sono 2,9167 l/s che per 113 m fanno circa 3230 W. Per applicare una turbina, la dovresti mettere in fondo al pozzo per riavere i 113m di salto!!

Ottimizzazione delle Condotte

Avere meno lunghezza di tubo con lo stesso salto comporta solamente che puoi utilizzare un tubo più piccolo, tutto qui, ma la portata resta la stessa e anche i watt. Per questo ti dicevo che se invece prendi tutta quell'acqua persa nel fosso allora le cose migliorerebbero.

Esempio di Problema di Dimensionamento

Un esempio di problema di dimensionamento di una condotta forzata è il seguente: progettare il diametro della condotta forzata che collega i punti M e V essendo noti: Qm= 540 m, Qv= 474 m, Q= 3 l/s, L= 6 Km.

Tabella Riassuntiva dei Parametri e Risultati

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