Funzione della valvola di ritegno in uscita dalla pompa

Il colpo d'ariete è un fenomeno di shock fluidodinamico altamente distruttivo nei sistemi di tubazioni. Nei casi lievi, causa vibrazioni e aumento della rumorosità delle tubazioni; nei casi più gravi, può provocare la rottura delle tubazioni e danni alle pompe. La mancata installazione di una valvola di ritegno all'uscita della pompa è una delle cause più comuni del colpo d'ariete. In molte condizioni operative, gli operatori tendono a sottovalutare la funzione delle valvole di ritegno, credendo che impediscano solo il riflusso del fluido. Pochi si rendono conto che una delle loro funzioni critiche è proprio quella di sopprimere il colpo d'ariete. Questo articolo illustra il meccanismo di formazione del colpo d'ariete, basandosi sul principio di formazione e sui potenziali rischi derivanti dall'assenza di valvole di ritegno, tenendo conto anche delle condizioni operative pratiche, al fine di fornire indicazioni per la gestione sicura dei sistemi di tubazioni.

Per comprendere questo problema, chiariamo innanzitutto il principio di base della formazione del colpo d'ariete: il fluido all'interno delle tubazioni possiede inerzia e comprimibilità. Sebbene un liquido abbia una bassa comprimibilità, questa proprietà non può essere ignorata durante i processi transitori. Quando lo stato del flusso del fluido cambia bruscamente (ad esempio, arresto improvviso della pompa o chiusura rapida di una valvola), l'energia cinetica del fluido si converte istantaneamente in energia di pressione, generando onde di pressione transitorie. La propagazione e la riflessione di queste onde di pressione all'interno della tubazione costituiscono il colpo d'ariete. In sostanza, la valvola di ritegno installata allo scarico della pompa è una valvola automatica per impedire il riflusso del fluido. La sua funzione principale è quella di interrompere rapidamente il passaggio del riflusso in condizioni quali l'arresto della pompa, bloccando l'anello chiave della formazione del colpo d'ariete: la brusca variazione del flusso indotta dal riflusso del fluido.

Durante il normale funzionamento della pompa, il fluido scorre in modo costante a valle attraverso la tubazione, azionato dalla pompa stessa, mantenendo un relativo equilibrio tra pressione e velocità di flusso del sistema. Quando la pompa si arresta improvvisamente (a causa di un'interruzione di corrente, un malfunzionamento o un arresto di routine), la forza motrice scompare immediatamente. Tuttavia, il fluido a valle continua a muoversi in avanti per inerzia, causando un brusco calo di pressione in prossimità dell'uscita della pompa e la formazione di una zona di bassa pressione (fino al distacco della colonna di liquido). Spinto dalla differenza di pressione, il fluido a valle rifluisce quindi verso l'uscita della pompa, creando un riflusso.

Il fluido di riflusso impatta sulla girante della pompa e sul fluido residuo che scorre in avanti nella tubazione. Nel frattempo, l'energia cinetica del riflusso si trasforma rapidamente in energia di pressione, formando onde d'urto istantanee ad alta pressione. In assenza di una valvola di ritegno che ne impedisca l'ingresso, queste onde d'urto si propagano rapidamente lungo la tubazione, riflettendosi e sovrapponendosi ripetutamente nei punti deboli con discontinuità strutturali come curve, raccordi a T, valvole e carter della pompa, intensificando l'effetto colpo d'ariete. In particolare nelle condotte a lunga distanza, nei sistemi di pompaggio ad alta prevalenza o a grande portata, il riflusso si verifica a velocità e volume maggiori, producendo picchi di pressione del colpo d'ariete più elevati e danni più devastanti.

Inoltre, in assenza di una valvola di ritegno, il riflusso costringerà la girante della pompa a ruotare in senso inverso. Ciò non solo accelera l'usura anomala delle tenute meccaniche e dei cuscinetti, ma può anche provocare una violenta collisione o addirittura la rottura tra la girante e il corpo pompa, aggravando ulteriormente i danni causati dal colpo d'ariete. Dopo aver installato una valvola di ritegno opportunamente selezionata, quando la pompa si arresta e la portata scende al valore di chiusura preimpostato, la valvola si chiude rapidamente per effetto del proprio peso, della forza della molla o della spinta del riflusso. Blocca il percorso di riflusso e impedisce brusche variazioni dell'energia cinetica del flusso, in modo da limitare l'insorgenza e l'intensificazione del colpo d'ariete alla fonte.

È fondamentale sottolineare che la scelta della valvola di ritegno deve essere adeguata ai parametri operativi del sistema di pompaggio (ad esempio, portata, prevalenza, proprietà del fluido, classe di pressione). Le sue caratteristiche di chiusura (chiusura rapida, chiusura a due stadi, ecc.) devono essere selezionate in modo appropriato per adattare la velocità di chiusura della valvola alla velocità di sviluppo del riflusso, al fine di ottenere un'efficace protezione contro il colpo d'ariete. Una selezione o un'installazione errata delle valvole di ritegno può invece provocare un colpo d'ariete in fase di chiusura della valvola ancora più violento. Pertanto, l'installazione di una valvola di ritegno all'uscita della pompa non è superflua, ma rappresenta una misura essenziale nella progettazione del sistema per mitigare il colpo d'ariete e proteggere tubazioni e pompe. Trascurare questo componente può facilmente causare incidenti e ingenti perdite economiche.