Pressure Forces

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Tutte le condutture sotto pressione sono soggette a forze longitudinali, che tendono a separare le parti che le compongono.

Forze di pressione longitudinali che agiscono su un'estremità cieca:

Si consideri il caso della pressione che agisce su un'estremità cieca a valle di un giunto flessibile. La forza (F) necessaria per impedire la separazione delle tubazioni è data da: –

F = \frac{p\,\pi\,d^{2}}{4}

Dove d = diametro esterno del tubo
p = pressione interna.

Esempio:

d = 508 mm (diametro esterno).
p = 16 bar = 1,6^N/mm²

Quindi F =

F = \frac{1.6 \times \pi \times 508^{2}}{4} = 324293\ \text{N} = 324.3\ \text{kN} = 33.07\ \text{tonnes}

È importante comprendere l’entità delle forze di spinta terminali che possono derivare dalla pressione interna in una conduttura. Queste forze longitudinali sono particolarmente rilevanti nelle condutture con giunti flessibili, come quelle realizzate con i prodotti flessibili Viking Johnson (ad esempio Dedicated, QuickFit, MaxiFit e MegaFit). Il progettista della conduttura deve valutare attentamente non solo l’entità di queste forze, ma anche i mezzi per contrastarle al fine di prevenire il cedimento della conduttura.

Le forze di spinta si generano in corrispondenza di tutti i cambi di direzione, ad esempio curve, raccordi a T, ecc., nonché in corrispondenza di estremità cieche, valvole e riduttori. Se tali forze non vengono contenute localmente nel punto in cui si generano, i componenti delle tubazioni potrebbero spostarsi sotto il carico, causando guasti.

Forze di pressione longitudinali che agiscono su una curva:

In corrispondenza di una curva, agisce una forza (R) che tende a spingere la curva verso l’esterno; è quindi necessario un ancoraggio sufficiente a resistere alla forza risultante (R).

R = \frac{p\,\pi\,d^{2}}{2}\sin\frac{\text{ø}}{2}

dove d = diametro esterno del tubo
p = pressione interna

e ø = angolo della curva

NOTA: È possibile utilizzare qualsiasi sistema di unità di misura coerente.

In un sistema interrato è possibile utilizzare un blocco di spinta per contrastare la forza (R).

Blocco di spinta in calcestruzzo per resistere alle forze in corrispondenza di una curva e impedire lo sfilamento delle tubazioni nei giunti flessibili A:

Utilizzo di giunti vincolati B in corrispondenza di una curva per trasferire la forza F nel tratto rettilineo del tubo, eliminando la necessità di un blocco di spinta:

In alternativa all’uso di un blocco di spinta, i giunti flessibili “A” possono essere sostituiti con raccordi vincolati “B” che trasferiranno la forza “F” dalla curva alla sezione diritta del tubo. A condizione che i tratti rettilinei delle tubazioni, o i raccordi ecc. presenti in queste sezioni, siano in grado di assorbire la forza “F”, è possibile omettere il blocco di spinta.

Anche le tubazioni di piccolo diametro possono staccarsi dai raccordi a pressioni moderate, a meno che non venga previsto un adeguato sistema di fissaggio esterno, specialmente se l'impianto è soggetto a variazioni di temperatura o di pressione, vibrazioni o carichi esterni.

Nel caso di condotte in superficie o fuori terra, è generalmente necessario tenere pienamente conto delle forze di spinta generate dalle pressioni interne e contrastarle mediante blocchi di spinta, ancoraggi o tiranti.

NOTA: I giunti flessibili e i giunti riduttori/a gradini Viking Johnson non resistono ai carichi di spinta longitudinali; si verificherà lo sradicamento delle tubazioni a meno che i carichi non vengano contenuti con altri mezzi

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