REALIZZAZIONE DELL' IMPIANTO INTERCOMUNALE DEI REFLUI DOMESTICI PROVENIENTI DALL' IMPIANTO FOGNARIO DI
CASALINCONTRADA C.DA SCROCCHETTI E DALL' IMPIANTO FOGNARIO DI ROCCAMONTEPIANO C.DA REGINALDO DA UBICARSI IN LOCALITA'
REGINALDO DI ROCCAMONTEPIANO
SCALA:
RELAZIONE. : PROGETTO N. :
VERIF.
REDAT. CONTR. APPROV.
MODIFICHE DATA
REV.
PARTE D'OPERA:
PROGETTISTA: COMMITTENTE:
PROGETTO :
PROGETTO ESECUTIVO
P.I.: 08251881002 via Marconi,3 - Cisterna di Latina tel/fax 06/96881434 email: saluber04@libero.it
Ing. Maurizio Iannella
c.f.: NNLMRZ 65D29 B354Y via Don Morosini,9 - Latina tel/fax 0773474869 email maurizio.iannella@libero.it
APPALTATORE:
03
RELAZIONE IDRAULICA
RELAZIONE IDRAULICA
1. PREMESSA
La presente relazione tecnica viene redatta ai sensi del D.PR. 207/2010 ed è relativa alla progettazione idraulici per la realizzazione di un impianto per la depurazione delle acque reflue urbane, posto a servizio del sistema fognario delle località Scrocchetti del comune di Casalincontrada e del comune di Roccamontepiano contrada Reginaldo per la gara indetta da ACA S.p.a. CIG 6345271844.
Il nuovo impianto di depurazione sarà ubicato nella loc. Reginaldo nel comune di Roccamontepiano.
L’impianto è stato dimensionato per una potenzialità pari a 2.100 abitanti equivalenti.
La presente relazione ha lo scopo di:
fornire i criteri generali di cui si è tenuto conto per il dimensionamento e la verifica idraulica dei canali a pelo libero e delle condotte in pressione;
illustrare i risultati relativi al calcolo delle perdite di carico nelle tubazioni di collegamento delle unità operative della Linea Acque, ottenute come somma delle perdite concentrate e distribuite;
fornire i criteri generali di cui si è tenuto conto per il dimensionamento degli stramazzi e dei ripartitori di portata;
illustrare i risultati relativi al calcolo per il dimensionamento della rete di distribuzione dell'aria al processo di ossidazione e stabilizzazione aerobica;
2. DATI DI PROGETTO
Vengono assunti i dati a base progetto indicati nella relazione tecnica di processo e riproposti nella tabella seguente1:
2.1 PARAMETRIDIPROGETTO
Condizione attuale Previsioni future
A b i t a n t i e q u i v a le n t i 1.400 Ab.Eq. 2.100 Ab.Eq.
Do t a z i o n e i d ri c a 250 l / A b .E q xd
Co e f f i c i en t e d i a ff l u ss o i n f o g n at u ra 0,8
Co e f f i c i en t e d i p un t a n e ra 2
Co e f f i c i en t e d i p un t a ( p i o g gi a ) 4
2.2 CARATTERISTICHECOMPLESSIVEDELLOSCARICO
Previsioni future
A b i t a n t i e q u i v a le n t i 2.100 Ab.Eq.
P o rt a t a me d i a g i o rn a l i e ra : QM= 0,8x 2100 x 250= 42 0 m3/ d
P o rt a t a me d i a o ra ri a : QM= 0,8 x 2100 x 250/ 24= 17, 5 m3/ h
P o rt a t a d i p u n t a o ra ri a ( P re t ra t t a me nt i ) = P o rt a t a d i p u n t a
o ra ri a i n t e mp o d i pi o g g i a QP= 4 x 17,5 = 70 m3/ h
P o rt a t a me d i a o ra ri a p e r l in e a b i ol o g i c o : QM L= 17,5/ 2= 8, 8 m3/ h P o rt a t a me d i a n e ra d i t e mp o a s c i u t to = P o rt a di QM N A= 25 m3/ h P o rt a t a a ri a p e r l i n e a b i o l o gi c o (f l u ss o a c o nd . st a n da rd ) : QA= 200 m3/ h P o rt a t a a ri a st a b i l i z z a z i on e a e ro b i c a (f l u s s o a c o n d .
s t a n d a rd ) : QA S= 20 m3/ h
So l l e v a me n t o l in e a ri c i rc o l o f a n g hi : QR F= 35 m3/ h
So l l e v a me n t o l i ne a i n v i o f a n g h i di s u p e ro a d i g e s t o re
a e ro b i c o : QR F= 7,8 m3/ d = 0,40 m3/ h
Fa n g o i n u s c it a d el l ’i s p e s s it o re : QF U= 1,0 m3/ h
Ch i a ri f i c a t o in u s c it a d el l ’i s p e s si t o re : QF U= 35 m3/ d = 1, 5 m3 -/h
So l l e v a me n t o l in e a a c q u e d i p ri ma p i o g gi a : 80 l / h
So l l e v a me n t o l in e a ra c c o l t a d re n i : 3,0 m3/ h
1I parametri sono stati ricavati sulla base dei dati tecnici forniti dal committente e delle caratteristiche quali-quantitative delle acque reflue urbane in
ingresso fissate dal Piano di Tutela delle Acque.
3. CRITERI DI DIMENSIONAMENTO E VERIFICA IDRAULICA
3.1 DIMENSIONAMENTOEVERIFICAIDRAULICADEICANALIAPELOLIBERO
Il calcolo di dimensionamento dei canali a pelo libero presuppone una preliminare definizione della forma e della pendenza del tuboda assegnare alla canalizzazione, nonché la scelta dei materiali con i quali la canalizzazione verrà realizzata.
Il problema di verifica di un canale consiste nel determinare i tiranti idrici h e le velocità V che si instaurano, per effetto delle portate di progetto media e di punta Q, nei canali dei quali sono noti: forma, materiali, dimensioni e pendenze.
In seguito a tali scelte fatte, sono state costruite le scale di deflusso per il moto uniforme e per lo stato critico ed infine per le portate di progetto è stato verificato che venissero soddisfatte le seguenti condizioni:
• velocità V compresa tra 0,5 m/s ≤ V ≤ 5 m/s;
• un grado di riempimento h/Di≤ 0,5 per sezioni circolari;
• franco di sicurezza di almeno 30 cm per sezioni scatolari.
3.2 CANALIAFORMACIRCOLARE
Nei casi di canalizzazioni a sezione circolare per verificare tali condizioni idrauliche (riempimento h/D, velocità), sono state utilizzate le seguenti relazioni geometriche in cui α è espresso in radianti:
In condizioni di moto uniforme, nota pendenza media del tratto di alveo considerato i [tan(°)], è stata utilizzata la formula di Chézy, con il coefficiente di perdita calcolato secondo Bazin introducendo un γ
coefficiente di scabrezza in m1/2:
= × = × √ ×
Dove:
Qu: portata in moto uniforme secondo la formula di Chézy;
A: sezione liquida;
vu: velocità in condizioni di moto uniforme;
R: raggio idraulico;
i: pendenza media del tratto di alveo considerato come [tan(°)];
X: coefficiente di perdita secondo Bazin; calcolato secondo la formula:
= 87
1 +√
Dove:
γ: coeff. di scabrezza [m1/2];
R: raggio idraulico;
Per le condizioni in moto critico invece la portata e la velocità dipendono esclusivamente dalla geometria della sezione, infatti si fa riferimento alla seguente formula:
= × = ×
Dove:
Qk: portata in moto critico;
A: sezione liquida;
vk: velocità in condizioni di moto critico;
g: accelerazione della gravità;
Per tracciare le relative scale di deflusso verrà fatto variare in maniera sistematica il valore di α per i quali sono stati calcolati vari parametri geometrici ed idraulici tra i quali la velocità e le relative portate in condizioni di moto uniforme e di stato critico.
Grazie alla funzione Ricerca Obiettivo di Excel sono stati trovati i valori di α tali da uguagliare le portate in moto uniforme e in condizioni in stato critico con le portate precedentemente calcolate.
Definito il valore di α per il moto uniforme e per le condizioni in stato critico, è stato possibile calcolare i parametri idraulici (velocità, grado di riempimento, condizioni idrauliche) ad esse associate.
Dal confronto fra le altezze si determina il tipo di alveo:
− hk > hu alveo a forte pendenza (FP);
− hu > hk alveo a debole pendenza (DP).
3.3 DIMENSIONAMENTOEVERIFICAIDRAULICADELLECONDOTTEINPRESSIONE
Per il dimensionamento delle condotte in pressione e per il calcolo delle relative predite di carico è stato utilizzato il programma di calcolo ABSEL ver.16 – Sulzer, utilizzando il modello di Colebrook.
Si è tenuto conto che il diametro della tubazione in pressioni deve essere tale da determinare una velocità del flusso non inferiore a 0,5 m/s (per evitare depositi) e non superiore a 1,5 m/s.
Conoscendo dunque le portate ed avendo preso a riferimento una velocità di vr=1 m/s è stato possibile determinare il diametro di progetto della tubazione con la seguente formula:
e da tale risultato è stato poi individuato il diametro commerciale più vicino.
In seguito è stato verificato che sia soddisfatta la legge del moto per condotte in pressione, assicurando che la piezometrica non tagli la condotta.
3.3.1 CALCOLO DELLE PERDITE DI CARICO DISTRIBUITE E CONCENTRATE IN CONDOTTE IN PRESSIONE L’equazione del movimento permanente dei fluidi reali nel caso specifico può essere rappresentata dalla formula generale utilizzata per la stima delle perdite di carico in tubazione data dalla somma delle perdite distribuite e delle perdite localizzate
Le perdite di carico distribuite che si determineranno nelle condotte in pressione sono state stimate utilizzando la formula di resistenza di Darcy‐Weisbach:
dove
J: è la perdita di carico espressa in metri di colonna di acqua per metro di condotta;
v: è la velocità del fluido [m/s];
Di: è il diametro interno della tubazione [m];
g: è l’accelerazione di gravità uguale a 9,81 m/s2 , e
λ: è il coefficiente di perdita il cui valore dipende dalle condizioni di moto del fluido e dalle sue proprietà fisiche (densità e viscosità).
Per flussi di acqua in regime di transizione turbolenta o in moto puramente turbolento l’espressione di λ che meglio rispecchia i dati sperimentali è quella di Colebrook e White:
Dove
ε: è la scabrezza assoluta della superficie del tubo [m], e Re: è il numero adimensionale di Reynolds:
ρ: è la densità dell’acqua reflua [1300 kg/m3], e
μ: è la viscosità dinamica dell’acqua [1,3*10‐3 kg/(m/s)].
Per i tubi in polietilene PE 100 è possibile utilizzare la formula di Colebrook‐White con scabrezza ε = 0,02 mm.
Complessivamente il valore delle perdite di carico distribuite in condotta sarà direttamente proporzionale alla lunghezza della tubazione L e pari a:
Per quanto riguarda le perdite di carico concentrate è noto in letteratura che queste si manifestano come dissipazioni di energia dovute ad un fenomeno particolarmente intenso che comporta, in genere, il distacco della vena liquida dalla parete, accompagnato dalla formazione di zone dove ha luogo una intensa agitazione delle masse fluide. Tali dissipazioni sono espresse con formule proporzionali al quadrato della velocità in gioco e con coefficienti k diversi in funzione del caso esaminato.
La formula è del tipo:
Di seguito si riportano le tabelle riassuntive dei calcoli, relativi alle perdite di carico, condotti sulle prementi:
3.3.1.1 LINEA MANDATA SINGOLA POMPA SOLLEVAMENTO (PUNTO 2) e COLLETTORE MANDATA SOLLEVAMENTO (PUNTO 3):
3.3.1.2 TUBAZIONE MANDATA POMPA RECIRCOLO FANGHI (PUNTO 8):
3.3.1.3 TUBAZIONE INVIO FANGHI DI SUPERO A STABILIZZAZIONE (PUNTO 9/10):
3.3.1.4 TUBAZIONE SOLLEVAMENTO A IMPIANTO U.V. (PUNTO 15/16):
3.3.1.5 TUBAZIONE MANDATA ACQUE DI PRIMA PIOGGIA (PUNTO 19):
3.3.1.6 TUBAZIONE MANDATA POMPE RILANCIO DRENI (PUNTO 21):
4. DIMENSIONAMENTO DEGLI STRAMAZZI
Nell’impianto sono presenti i seguenti stramazzi e ripartitori:
- Nella vasca di sollevamento di testa è presente uno stramazzo rettangolare che permette di scolmare le portate > 4 Qm.
- Alla uscita del dissabbiatore è presente un ripartitore di portate che permette di scolmare le portate
> 2 Qm (stramazzo rettangolare) e di ripartire in parti uguali la portata alle due linee di trattamento biologico poste in parallelo (stramazzo triangolare).
4.1 STRAMAZZORETTANGOLARE
I stramazzi rettangolari presente nell’impianto sono del tipo rettangolare a sbocco libero. La portata uscente dallo stramazzo rettangolare a sbocco libero è stata calcolata come segue; a seconda del tipo di parete.
4.1.1 STRAMAZZO RETTANGOLARE A PARETE SOTTILE
= μ ∗ ∗ ℎ ∗ 2 ∗ dove:
Q= portata (m3/s)
μ = coefficiente di efflusso
H= altezza totale del fluido a monte della soglia h= altezza del fluido sopra la soglia (m)
g= accelerazione di gravità = 9,81 m/s2
Il coefficiente di efflusso viene calcolato con la formula:
μ = 0,405 +0,003
ℎ ∗ 1 + 0,55ℎ
La verifica della equazione viene dada da:
se B è la larghezza a monte della soglia si deve avere H * B > 7 * h * b
0,1 m < h < 0,6 m
0,2 m < p < 2 m
4.1.2 STRAMAZZO RETTANGOLARE A PARETE GROSSA
= 1,705 × × dove:
Q= portata (m3/s)
b= larghezza della soglia (m)
h= 2 · H/3: altezza della vena fluida sopra la soglia (m)
L = lunghezza della soglia (m)
H = altezza del fluido indisturbato a monte della soglia (carico) (m)
La verifica della equazione viene dada da:
2 · H ≤ L ≤ 12 · H : (oltre il limite inferiore lo stramazzo si avvicina a quello a soglia stretta con una efflusso maggiore, oltre il limite inferiore fenomeni di attrito sulla superficie della soglia diminuiscono l’efflusso).
4.2 STRAMAZZOTRIANGOLARE
Il ripartitore di portata presente nell’impianto, che permette dividere in parti uguali la portata alle due linee di trattamento biologico poste in parallelo e del tipo triangolare Thompson. Il massimo livello idrico utilizzato, per il dimensionamento degli stramazzi triangolari tipo Thompson con angolo al vertice di 90°, è stata calcolato applicando la formula:
ℎ = 1,44 dove:
h= altezza d’acqua sulla soglia dello stramazzo (m) Q= portata transitante (m3/s)
Descrizione µ Portata Q
m3/s
b m
h m
H (p+h)
B m
7*h*b
Stramazzo rettangolare per portate > 2 Qm 0,124 2 Qm 0,0049 0,080 0,100 0,26 0,60 0,056
Stramazzo triangolare (90°) ripartitore di portate < 2 Qm
- < 1 Qm <
0,0049
- 0,103 - - -
5. DIMENSIONAMENTO DELLE TUBAZIONI DI TRASPORTO DELL’ARIA
La rete di distribuzione dell'aria viene dimensionata calcolando le perdite di carico globali ottenute come somma delle perdite concentrate e distribuite. Il contributo delle perdite localizzate deriva dal battente idraulico, dalle perdite dei diffusori e dall'utilizzo di raccordi lungo la tubazione quali curve, innesti a T, imbocchi e sbocchi. Le perdite distribuite vengono calcolate assumendo, come dati a base progetto, la portata transitata nel tubo, la lunghezza della tubazione ed ipotizzando di mantenere una velocità costante di 10-12 m/sec.
Ciascuna tubazione aria disporrà di uno stacco; per ogni calata viene calcolato il fabbisogno d'aria da garantire al settore di vasca biologica (prodotto fra il numero di diffusori istallati per la portata erogata dal singolo diffusore).
I diametri calcolati per i singoli tratti di tubazione vengono verificati valutando il contributo minimo di portata da garantire al processo biologico.
Nella seguente tabella vengono elencati i risultati del dimensionamento per tutte le linee aria dove, per ciascun tratto di tubazione, viene indicata la portata d'aria transitata, la lunghezza del tratto di tubo, la velocità e le perdite di carico distribuite in mmH2O.
(i dati sono relativi a ogni singola linea biologica e al digestore aerobico).
5.1 VASCHEDIOSSIDAZIONE
Linea #
Tubazione
Temp. Aria Lungh. Eq.
Tubazione
Lungh.
nominale
DN Perdite di carico
°C Nm3/h m m mm mbar
Mandata soffiante
Per Linea 1 90 200 17,7 20,7 100 1
Calate Per Linea 1 90 100 21,2 25,4 80 1
Rete distribuzione
Per Linea 6 90 16,7 24,0 31,5 50 1
Diffusori Per Linea # diff. = 47 90 4,3 - - - 20
5.2 DIGESTOREAEROBICO
Temp. Aria Lungh. Eq.
Tubazione
Lungh.
nominale DN Perdite di
carico
°C Nm3/h m m mm mbar
Mandata soffiante 90 20 31,6 44,2 50 1
Diffusori
# diff. = 8/500 mm 90 5 - - 50 37
S
OMMARIO1. PREMESSA ... 0
2. DATI DI PROGETTO ... 1
2.1 PARAMETRI DI PROGETTO ... 1
2.2 CARATTERISTICHE COMPLESSIVE DELLO SCARICO ... 1
3. CRITERI DI DIMENSIONAMENTO E VERIFICA IDRAULICA ... 2
3.1 DIMENSIONAMENTO E VERIFICA IDRAULICA DEI CANALI A PELO LIBERO ... 2
3.2 CANALI A FORMA CIRCOLARE ... 2
3.3 DIMENSIONAMENTO E VERIFICA IDRAULICA DELLE CONDOTTE IN PRESSIONE ... 4
3.3.1 CALCOLO DELLE PERDITE DI CARICO DISTRIBUITE E CONCENTRATE IN CONDOTTE IN PRESSIONE ... 5
4. DIMENSIONAMENTO DEGLI STRAMAZZI ... 10
4.1 STRAMAZZO RETTANGOLARE ... 10
4.1.1 STRAMAZZO RETTANGOLARE A PARETE SOTTILE ... 10
4.1.2 STRAMAZZO RETTANGOLARE A PARETE GROSSA ... 11
4.2 STRAMAZZO TRIANGOLARE ... 12
5. DIMENSIONAMENTO DELLE TUBAZIONI DI TRASPORTO DELL’ARIA ... 13
5.1 VASCHE DI OSSIDAZIONE ... 13
5.2 DIGESTORE AEROBICO... 14
