Il colpo d’ariete è una vera e propria onda d'urto causata dal repentino arresto del fluido che nel tempo danneggia tubature ed elementi dell’impianto idraulico.
Un suono sordo, come quello che produce un martello quando vibra un colpo. Capita non di rado in un impianto idraulico di avvertire questo tipo di rumore e ogni professionista sa bene quanto sia importante non sottovalutarlo. Il colpo d’ariete è un fenomeno che molto semplicemente si può riassumere in un picco di pressione causato dalla rapida variazione di velocità del flusso nella tubazione. Piccoli colpi d’ariete possono essere normali, ma è comunque fondamentale cercare di contenerli il più possibile, con opportuni accorgimenti in fase impiantistica, per evitare danni al sistema.Le conseguenze del colpo d’ariete, infatti, sono molteplici e possono riguardare danni alle condotte, ai serbatoi di espansione, ai raccordi di giuntura e alle apparecchiature installate nell’impianto.
È abbastanza semplice sperimentare un esempio di colpo d’ariete. Pensiamo al tipico tonfo seguito da vibrazione del tubo quando si chiude una valvola a sfera con istantaneo movimento della leva di manovra, come avviene nei gruppi di miscelazione. Sebbene non si abbia nella maggior parte dei casi immediata rottura dei componenti, la ciclicità della sollecitazione porta comunque all'accumularsi di un danno che può sfociare in un improvviso cedimento.
Cosa si intende per colpo d’ariete?
Cerchiamo ora di vedere più nel dettaglio in cosa consiste questo fenomeno. Il colpo d'ariete è un’onda di sovrappressione che si verifica ad esempio quando si arresta velocemente un’elettropompa o quando si chiude repentinamente una valvola idraulica. La velocità della manovra induce una perturbazione nella pressione del liquido che si propaga nella condotta a partire dal dispositivo di arresto e risale verso monte, si riflette contro altri dispositivi e contro le curve del circuito per poi smorzarsi progressivamente nel ritorno verso valle.
La velocità con cui l’onda si propaga a ritroso lungo la condotta è prossima a quella del suono nei liquidi (circa 300 m/s): va comunque considerato che l'entità del fenomeno dipende da diversi fattori. Sicuramente dalla velocità di chiusura degli apparecchi, ma anche dalla velocità e dalla viscosità del fluido, dalla forma, dalle dimensioni e dai materiali delle condotte.
Se le tubazioni sono sottodimensionate, ovvero se presentano un diametro più piccolo rispetto a quello della pompa, la velocità del fluido diminuisce ma la pressione è più elevata. La forza della pressione, inoltre, è maggiore in corrispondenza delle curve, cioè nei raccordi a gomito dell’impianto, spesso presenti nei circuiti dalla planimetria ridotta come sono quelli domestici.
Come prevenire il colpo d’ariete?
- installare un regolatore per ridurre la pressione all’interno del circuito
- installare delle valvole di non ritorno
- installare dei serbatoi anti colpo d’ariete.
Dispositivi come i pressostati o pressoflussostati, assicurando il funzionamento del circuito entro parametri specificati, svolgono una funzione di sicurezza in quanto aiutano a prevenire i picchi di sovraccarico del sistema.
Un’altra soluzione è rappresentata dalle valvole di non ritorno, da installare lungo le tubature.
Le valvole di non ritorno, in particolare, servono a impedire che le onde di sovrappressione raggiungano le elettropompe e per questo vengono installate subito a valle, una per ogni pompa.
Le valvole vengono installate solitamente in aggiunta a specifici serbatoi di espansione anti colpo d’ariete.
Questi dispositivi sono anche definiti polmoni anti colpo d’ariete, proprio per il meccanismo di funzionamento. Si tratta di contenitori rigidi cilindrici costituiti da due camere, una riempita con il fluido del circuito, e l’altra contenente aria in pressione. Le due camere sono separate da una membrana elastica. Poiché l’aria è comprimibile, essa agisce da ammortizzatore dei picchi di sovrappressione compensando i cambiamenti e proteggendo l’impianto dalle conseguenze dello shock idraulico.
Dentro la storia…
Perché utilizziamo l’espressione colpo d’ariete per definire questo fenomeno idraulico? L’ariete era un’antica macchina da guerra costituita nella sua forma più semplice da una lunga e robusta trave di legno, con una testa in ferro di ariete fissata all'estremità. Pare che siano stati i Cartaginesi ad utilizzarla per primi. Essa serviva per sfondare porte e mura delle città con una successione di forti colpi, come quelli che si avvertono nelle tubature quando il flusso del fluido subisce un cambio repentino.
