Scelta del materiale

Nella scelta del materiale da impiegare in questa applicazione si è cercato di avere una visione di insieme che tenesse contemporaneamente in considerazione i seguenti aspetti: resistenza meccanica alle pressioni di esercizio, durata dell’opera nel tempo, efficienza idraulica, facilità di posa in opera, risparmio economico, sostenibilità ambientale del processo produttivo dei tubi.

A seguito di accurate analisi è stata fatta una scelta innovativa per quel che riguarda il campo delle condotte forzate, si è scelto infatti di impiegare il PVC Bi-orientato.

Tale materiale che solo di recente è comparso nel nostro Paese, ha la stessa composizione del PVC classico, cioè anch’esso un materiale costituito da catene polimeriche di vinilcloruro, che però subisce un processo di orientazione molecolare successivamente alla estrusione. Si riporta un’immagine che illustra tale processo:

Figura 7.2: Processo di orientazione molecolare

La tecnica della bi-orientazione molecolare si basa sullo stiramento delle catene molecolari del polimero secondo due direzioni, assiale e circonferenziale. Questo dà luogo a una tessitura delle catene molecolari che crea una struttura lamellare a strati concentrici, capace quindi di lavorare in maniera ottimale se sollecitata in senso radiale.

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Dalle figure che seguono si possono notare le differenze nell’orientazione delle catene tra il PVC classico, in cui esse sono disposte in modo casuale, e il PVC dopo il processo di orientazione:

Figura 7.3: Orientamento molecolare del PVC.

Nella seguente immagine si vede invece la differenza di struttura, amorfa prima del processo (colore verde), e di tipo lamellare dopo il processo :

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Figura 7.4: Struttura lamellare del PVC bi-orientato e amorfa del PCV

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Si riporta di seguito un andamento qualitativo delle curve di carico-deformazione del PVC-bo confrontato con il PVC classico u-PVC, con il polietilene PE100 e con i metalli, fornito dalla casa produttrice SGDS:

Figura 7.6: Andamento qualitativo del diagramma sforzi deformazioni dei materiali delle tubazioni

Si riporta inoltre la scheda tecnica con le caratteristiche del materiale fornita anch’essa dall’azienda SGDS:

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Figura 7.7: caratteristiche tecniche della tubazione adottata

Allo scopo di poter eseguire un confronto tecnico si riportano di seguito anche le principali caratteristiche tecniche del PVC classico.

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Tabella 7.1: Caratteristiche tecniche del PVC

Come si può notare dai dati riportati nelle tabelle, le caratteristiche meccaniche del PVC-bo sono sensibilmente maggiori, infatti il modulo di elasticità lineare assume valori superiori ai 4000 MPa, per il PVC-bo nel PVC è limitato al valore di 2940MPa.

Anche il carico unitario di snervamento risulta nettamente superiore, essendo > 75 N/mm2 nel PVC-BO a differenza del PVC, > 47 N/mm2.

Molto interessante anche il dato relativo alla MRS, Minimum Required Strenght, cioè la resistenza minima richiesta che dà la misura della pressione che un materiale può sopportare nel lungo periodo (50 anni), che per il PVC-BO è pari a 45 MPa. Se ne deduce che le caratteristiche meccaniche di tale materiale si mantengono nel tempo.

Alla luce di tali considerazioni appare chiaro che il PVC-biorientato sembra essere quello che meglio riesce a rispondere ai requisiti di progettazione preposti, elencati all’inizio del paragrafo.

Infatti, come visto a caratteri generali nelle righe precedenti e come si vedrà nei capitoli successivi relativi ai dimensionamenti, le caratteristiche meccaniche offerte da tale materiale sono sufficienti a sopportare le sollecitazioni dovute alle azioni presenti.

Dal punto di vista idraulico, come visto nel paragrafo §6.2.2.2 e al quale si rimanda per un maggiore approfondimento, i tubi in PVC presentano una superficie interna

carico unitario di servamento a trazione σs >47 N/mm^2

alungamento a snervamento 10%

modulo di elasticità normale E = 2940 N/mm^2

resistenza elettrica superficiale > 1012 Ω

coeff. di dilatazione termica lineare 60 – 80 * 10-6 / °C

conduttività termica 0,3 Kcal/(m h °C)

temperatura di rammollimento > 80 °C

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caratterizzata da scabrezza ridotta che consente di ridurre al massimo le perdite di carico. Esse si mantengono inoltre circa costanti nel tempo.

Sotto l’aspetto della durabilità le prestazioni del PVC-BO risultano buone, soprattutto perché questo materiale, a differenza delle tubazioni metalliche, non è soggetto a fenomeni di corrosione chimica che risulta invece un fattore limitante della vita utile delle tubazioni in acciaio e in ghisa.

Per quanto riguarda la facilità e rapidità di posa in opera, lo spessore ridotto dei tubi in PVC-BO, dovuto alla grande resistenza acquisita nel processo di produzione, unita al peso specifico ridotto di tale materiale, mediamente pari a 1400 Kg/m3, fanno sì che i tubi in questione siano i più leggeri tra tutte le soluzioni prese in considerazione (acciaio, ghisa, cls, pead) con il conseguente vantaggio esposto nel paragrafo §6.2.2.2.

A ridurre i tempi e i costi di realizzazione concorre anche la scelta del tipo di giunto a bicchiere con guarnizione elastomerica.

Anche sotto l’aspetto della sostenibilità ambientale che riguarda l’intero ciclo del tubo, tale soluzione risulta compatibile con gli obiettivi della presente progettazione. Infatti il minor spessore delle tubazioni si traduce in un risparmio di materie prime e di energia impiegata nel ciclo produttivo e nel trasporto. Da sottolineare inoltre che il PVC se non esposto all’irradiazione solare non dà luogo al rilascio di sostanze chimiche durante la fase di esercizio. Sempre in una logica di sostenibilità anche la durabilità dei tubi in PVC gioca un ruolo favorevole, evitando la sostituzione dei tubi prima che l’impianto sia giunto al termine della propria vita utile. Infine per quanto riguarda l’ultima fase del ciclo di vita, cioè lo smaltimento, si fa presente che il PVC è un materiale 100% riciclabile, anche se con le attuali tecnologie risulta ancora problematico lo smaltimento degli additivi presenti nel materiale, utilizzati durante la produzione.

Per tutte le ragioni esposte si ritiene ottimale, in controtendenza rispetto alla pratica consolidata dell’impiego di materiali metallici, la scelta di utilizzare il PVC bi- orientato per la realizzazione della condotta forzata.

Si riportano di seguito le principali caratteristiche dei tubi scelti, prodotto dalla società SGDS, denominati SUPERTUBO-S-BIORIENTATO, tubi con giunto a bicchiere e

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guarnizione Block, rispondenti alla norme ISO 16422 2006 e alle prescrizioni igienico- sanitarie del D.L 174 del 6 Aprile 2004 (acqua destinata al consumo umano).