Il colpo d’ariete si verifica quando si ha una improvvisa variazione del flusso di fluido; questo può causare danni importanti all’impianto, ragion per cui è indispensabile capire come gestire gli eventuali imprevisti per scongiurare i rischi connessi alle variazioni di pressione.

Che cos’è il colpo d’ariete

Il colpo d’ariete è il fenomeno della propagazione delle onde di pressione dovuto a un cambiamento, solitamente improvviso, nel flusso del fluido.

Quando il flusso del liquido viene interrotto improvvisamente, l’energia cinetica in avanti viene convertita in energia potenziale, sotto forma di pressione. La propagazione delle onde di pressione può causare danni alle pompe, ai componenti dei tubi e al tubo stesso. per questo è necessario controllare questo aumento di pressione è indispensabile nei processi industriali.

Come evitare il colpo d’ariete

La prevenzione dei colpi d’ariete comincia in fase di progettazione, quando si analizzano e si prevedono le situazioni che possono portare a cambiamaenti del flusso e si verifica che le apparecchiature di mitigazione siano dimensionate correttamente, in base ai possibili scenari di variazione del flusso. Per maggior sicurezza, gli ingegneri ipotizzeranno lo scenario peggiore, che corrisponde alla situazione nella quale si verifica la chiusura immediata di una valvola, e inseriranno nell’impianto dei dispositivi di sicurezza come le valvole di sovrapressione.

Se indubbiamente l’innalzamento della pressione è il problema più temuto per le sollecitazioni alle quali sottopone i tubi, va considerato anche il suo abbassamento.
Si può creare una zona di bassa pressione quando una pompa si spegne e il fluido continua a spingersi in avanti oppure quando si verifica la chiusura improvvisa di una valvola; l’onda di alta pressione che ne deriva viaggia nel tubo fino a incontrare un punto di riflessione, torna poi indietro e si riflette di nuovo generando un’onda di bassa pressione. Questa è la seconda metà del “ciclo delle onde”.

Se l’onda di pressione negativa fa scendere la pressione di linea al di sotto della pressione di vapore del fluido, il fluido evaporerà parzialmente e si formerà una sacca di vapore, che può portare alla “separazione della colonna del liquido” quando è abbastanza grande da formare un confine tra il liquido a monte e il liquido a valle.

Le sacche di vapore all’interno di un tubo creano condizioni di vuoto in cui la pressione ambiente è molto più alta della pressione interna. Il problema è che i tubi possono sopportare peggio la situazione nella quale la pressione è più bassa all’interno del tubo che all’esterno rispetto alla situazione opposta: una pressione diminuita all’interno, infatti, può causare il collasso del tubo, danneggiandone le pareti.

Di sicuro, la sacca di vapore è destinata a collassare e questo provoca un’altra ondata di alta pressione. Queste pressioni possono essere anche maggiori dell’onda di pressione originale derivata dalla chiusura della valvola. La sacca di vapore collassa con tanta potenza che spesso esplode nei giunti dei tubi vicini.
Il concetto è molto simile alla cavitazione della pompa: il collasso delle piccole bolle di vapore avviene con una forza sufficiente a causare vaiolatura e danni alle giranti.

La stessa cosa accade con la separazione della colonna liquida, ma su scala più ampia.
Lo stress su un tubo e sui suoi componenti a causa delle condizioni di vuoto e del collasso del vapore potrebbe non essere la questione più critica. In molte situazioni, come il trattamento delle acque reflue o la lavorazione degli alimenti, la preoccupazione maggiore può venire dal processo stesso, dato che anche condizioni di vuoto non estreme possono attirare nei tubi dei contaminanti esterni.

Per evitare le conseguenze del colpo d’ariete si possono installare delle valvole di sfioro.

(fonte: Chemical Engineering)