Subcapitolul 2 - 3.2. Hidroforul de protecţie - Normativ din 2012 privind calculul loviturii de berbec la conductele pentru transportul apei - Indicativ NP 128:2011
M.Of. 129 bis
În vigoare Versiune de la: 23 Martie 2012
SUBCAPITOLUL 2:3.2. Hidroforul de protecţie
(1)Hidroforul de protecţie suplineşte (elimină) principalul dezavantaj pe care îl prezintă castelul de echilibru (înălţimea mare), fiind un obiect compact şi mult mai avantajos din punct de vedere constructiv (figura 3.2). Este dispozitivul preferat la protecţia conductelor de refulare ale staţiilor de pompare, unde castelul de echilibru ar avea o înălţime prea mare pentru a putea fi o soluţie economică.
(2)Ca şi castelul de echilibru, hidroforul acţionează ca un "rezervor tampon" care suplineşte "deficitul" de apă din conducta protejată atunci când presiunea scade şi preia "surplusul" de apă din conducta protejată atunci când presiunea creşte. Rolul de "motor" şi respectiv de "acumulator" pentru schimbul de apă dintre hidrofor şi conductă este jucat, în acest caz, din punct de vedere energetic, de către perna de aer sub presiune a acestuia.
Figura 3.2 - Hidroforul de protecţie
- a - Hidrofor orizontal (subteran); b - Hidrofor vertical (suprateran);
(3)Mai precis, atunci când presiunea din conducta protejată scade, apa curge din hidrofor în conductă, fiind împinsă de către presiunea aerului care scade odată cu coborârea nivelului apei din hidrofor; atunci când presiunea din conducta protejată creşte, apa curge din conductă în hidrofor, nivelul apei în hidrofor creşte şi, de asemenea, presiunea din perna de aer. Această curgere, dinspre şi înspre hidrofor, începe imediat ce la hidrofor ajunge prima variaţie de presiune (oricât de mică) şi asta explică faptul că efectul protector al hidroforului se extinde pe o foarte mare parte din lungimea aducţiunii aflată în "spatele" acestuia (în sensul de propagare al perturbaţiilor primare).
(4)Ca urmare, înălţimea hidroforului, dată de diferenţa dintre nivelul maxim şi cel minim, este, în acest caz, foarte mică iar realizarea sa practică este mult mai convenabilă din punct de vedere tehnic şi economic.
(5)Atunci când volumul hidroforului este relativ mic, el poate fi realizat sub forma unui recipient (cazan) vertical, aşezat suprateran pe o fundaţie corespunzătoare (figura 3.2.b). Această dispoziţie are avantajul că dă posibilitatea unei supravegheri şi inspecţii permanente şi complete dar şi mai multe dezavantaje, între care:
a)necesitatea de a corespunde tuturor normelor de securitate pentru recipienţii sub presiune;
b)necesitatea de a fi izolat din punct de vedere termic pentru a preveni îngheţul; dacă funcţionarea instalaţiei este sezoniera (în afara perioadelor reci), această condiţie nu există.
(6)Atunci când volumul hidroforului este mare, hidroforul vertical devine ne-economic şi se recomandă hidroforul orizontal (figura 3.2.a). Acesta poate avea volume oricât de mari fără a deveni o construcţie înaltă şi poate fi îngropat ceea ce îi conferă mai multe avantaje, astfel:
a)nu ocupă teren construibil;
b)nu necesită măsuri pentru a preveni îngheţul;
c)nu se supune reglementărilor pentru recipienţii sub presiune;
(7)Dispoziţia orizontală, îngropată, a hidroforului are însă toate dezavantajele unei lucrări ascunse: nu poate fi supravegheată, nici inspectată (decât parţial) iar în cazul unor defecţiuni/avarii/lucrări de întreţinere, acestea sunt dificil de remediat/realizat.
Figura 3.3 - Dotări speciale pentru hidroforul de protecţie
- a - Hidrofor orizontal (subteran); b - Hidrofor vertical (suprateran);
(8)Rezistenţa hidraulică a branşamentului, dată în principal de diametrul conductei de legătură are, la hidrofoare, un rol covârşitor pentru comportarea acestora ca mijloace de protecţie împotriva loviturii de berbec.
(9)O rezistenţă mare de branşament lasă să "treacă" variaţiile de presiune primare, produse în staţia de pompare. De aceea, pentru prevenirea vacuumului şi cavitaţiei, în prima fază, a scăderii presiunilor, este necesar ca hidroforul să aibă o rezistenţă mică de branşament. Rezistenţa mică de branşament conduce la debite mari care intră din hidrofor în conductă şi, în consecinţă, la volume mari ale recipientului.
(10)Rezistenţa mică de branşament este, însă, dezavantajoasă pentru faza a doua, de creştere a presiunilor, când curgerea se inversează şi când apa intră din conductă în hidrofor. În această fază, rezistenţa mică de branşament favorizează accelerarea curgerii în sens invers, având ca efect comprimarea puternică a pernei de aer din hidrofor şi creşterea, pe măsură, a presiunilor. Este posibil, în această situaţie, ca presiunile maxime care se produc în prezenţa hidroforului să le depăşească pe cele care se produc în absenţa acestuia ceea ce, evident, reprezintă un non-sens din punctul de vedere al protecţiei propriu-zise.
(11)Avem de a face, aparent, cu un paradox şi, în realitate, cu o incompatibilitate între valoarea optimă a rezistenţei de branşament pentru cele două faze ale loviturii de berbec.
(12)Pentru "soluţionarea" acestei incompatibilităţi, recomandarea are în vedere un cost minim al hidroforului, care corespunde rezistenţei maxime de branşament (când volumul hidroforului este minim). Mai precis, se aleg rezistenţa de branşament (mare) şi volumul de hidrofor (mic) care asigură protecţia la presiuni maxime. În aceste condiţii, hidroforul va asigura doar o protecţie parţială la sub-presiuni şi, pentru asigurarea totală a acestei protecţii, se folosesc suplimentar ventilele de aer plasate în număr şi poziţii determinate prin calcul.
(13)Există, desigur, şi soluţii mai sofisticate, cum ar fi branşamentele "asimetrice", cu rezistenţa hidraulică diferită în funcţie de sensul de curgere, dar acestea nu sunt fiabile şi trebuie aplicate cu multă precauţie şi cu condiţia luării unor măsuri suplimentare care să le asigure o funcţionare corectă.
(14)Faţă de castelul de echilibru, care nu necesită, practic, nici un fel de supraveghere, hidroforul are dezavantajul că impune o serie de exigenţe în exploatare şi, ca atare, trebuie să fie dotat cu o serie de instalaţii speciale (vezi figura 3.3).
(15)În primul rând, volumul pernei de aer (care se determină prin calcul, fiind coroborat cu volumul geometric şi cu rezistenţa hidraulică a branşamentului) trebuie să fie respectat cu stricteţe. De regulă, acest volum, destins la presiunea atmosferică, depăşeşte, uneori cu mult, volumul geometric al hidroforului şi ca urmare, la punerea în funcţiune el trebuie creat. De aici rezultă necesitatea ca hidroforul să fie prevăzut cu un ştuţ de racord la un compresor de aer şi, evident, ca acest compresor să existe şi să fie funcţional.
(16)Din diferite motive (prin dizolvare în apă în primul rând dar şi prin unele ne-etanşeităţi) este posibil ca, în timp, volumul pernei de aer să se micşoreze. De aici rezultă şi necesitatea ca hidroforul să fie prevăzut cu un sistem de control al nivelului apei prin care se verifică, de fapt, volumul pernei de aer. Compresorul de aer va fi folosit şi atunci când se constată scăderea volumului pernei de aer sub valoarea prescrisă.
(17)În sfârşit, ca măsură de siguranţă, se recomandă ca pe hidrofor să fie montat un ventil de aer care să introducă aer şi să prevină turtirea cazanului atunci când se produce vacuum. Întrucât, de regulă, ventilele de aer comercializate sunt de tipul "aerisire-dezaerisire", pentru a se preveni evacuarea aerului la faza de creştere a presiunilor precum şi în regim normal de funcţionare, se recomandă ca aceste ventile să fie montate pe conducte verticale care să coboare până la fundul hidroforului.
(18)Se reaminteşte că în cazul staţiilor de pompare, unde se aplică cu precădere soluţia de protecţie cu hidrofor, pătrunderea aerului în aducţiune nu prezintă un pericol. Aerul nu afectează cu nimic staţia de pompare. Dimpotrivă, accesul aerului în conductă, ca şi pătrunderea apei, poate fi benefică pentru protejarea acesteia la sub-presiuni, permiţând să se reducă volumul (şi costul) hidroforului.
(19)Atunci când hidroforul este îngropat, accesul liber la toate aceste instalaţii speciale va fi asigurat prin cămine de vizitare concepute astfel ca funcţionarea şi supravegherea lor să se facă în cele mai bune condiţii.
(20)Tot atunci când hidroforul este îngropat, forma conductei de branşament poate favoriza colmatarea cu material aluvionar deoarece în cea mai mare parte a timpului apa din branşament stagnează. Colmatarea branşamentului este periculoasă întrucât modifică rezistenţa hidraulică a acestuia. În consecinţă, instrucţiunile de exploatare trebuie să prevadă măsuri de inspecţie şi de remediere corespunzătoare.
(21)Stagnarea apei în hidrofor impune în plus, în cazul conductelor pentru apa potabilă, pentru păstrarea calităţii apei, golirea cel puţin săptămânal a recipienţilor iar instrucţiunile de exploatare vor reflecta în mod corespunzător această cerinţă.