Αρχική » Περιεχόμενα » Τεχνική Ενημέρωση » Υδραυλικό πλήγμα: Ο αδυσώπητος εχθρός των δικτύων ύδρευσης

Υδραυλικό πλήγμα: Ο αδυσώπητος εχθρός των δικτύων ύδρευσης

yp 1.jpg

Οι βλαπτικές συνέπειες στα δίκτυα ύδρευσης και πώς αντιμετωπίζονται

Γράφει ο Αλέξανδρος Μαχαίρας, μηχανολόγος μηχανικός ΕΜΠ


Οι Θερμομικτικές βάνες προσφέρουν εργονομία και πρακτικότητα στον τελικό καταναλωτή στην χρήση των υδραυλικών υποδοχέων (νιπτήρες, μπανιέρες, νεροχύτες κτλ.), κυρίως στη ρύθμιση της θερμοκρασίας του νερού χρήσης. Πολλά όμως δίκτυα ύδρευσης με θερμομικτικές βάνες στην τελική κατανάλωση, παρουσιάζουν προβλήματα στην στεγανότητα των σωληνώσεων και διαροές ύστερα από κάποια περίοδο λειτουργίας τους, με αποτέλεσμα να φουσκώνουν οι τοίχοι μέσα από τους οποίους περνάνε οι σωληνώσεις και από τις διαροές να έχουμε άσκοπη κατανάλωση και διάβρωση των δομικών στοιχείων της κτιριακής εγκατάστασης.
 Έτσι πολλές φορές χρειάζεται επισκευή του υδραυλικού δικτύου και επέμβαση στα δομικά στοιχεία του κτιρίου για να γίνει αυτό, με αποτέλεσμα μεγάλο κόστος και φασαρία.
Το μυστικό για αυτά τα προβλήματα, δεν είναι ορατό, αλλά μπορούμε να το ακούσουμε κατά το κλείσιμο της βρύσης. Κλείνοντας απότομα την βρύση, συνήθως ακούμε έναν μεταλλικό θόρυβο σαν στιγμιαία έκρηξη  μέσα από τις σωληνώσεις του δικτύου ύδρευσης της κατοικίας μας. Αυτός ο θόρυβος αντιπροσωπεύει το φαινόμενο του υδραυλικού πλήγματος, του αδυσώπητου εχθρού των δικτύων ύδρευσης. Το υδραυλικό πλήγμα διημιουργείται όταν διακόπτουμε απότομα την ροή του νερού μέσα σε έναν αγωγό (π.χ. με μία σφαιρική βάνα). Επειδή το νερό είναι ασυμπίεστο ρευστό, η ενέργεια ροής που κατείχε κατά την διάρκεια της ομαλής λειτουργίας του δικτύου ύδρευσης (πριν από την απότομη διακοπή της παροχής), μετατρέπεται σε μια διαταραχή εναλλαγής της στατικής πίεσης στα εσωτερικά τοιχώματα της σωλήνωσης κατά το ανάντι της αρχικής ροής, η οποία παλινδρομεί μέχρι να μετατραπεί σε θερμότητα. Αυτό γίνεται πολύ γρήγορα, συνήθως εντός μερικών δευτερολέπτων, αλλά οι στατικές πιέσεις που αναπτύσσονται ανά πάσα στιγμή σε οποιαδήποτε θέση του αγωγού είναι πολύ μεγάλες (και αντιστρόφως ανάλογες με τον χρόνο που απαιτείται για το κλείσιμο της βαλβίδας) και μπορούν να φτάσουν έως και 8 φορές (800%) την τιμή της πίεσης λειτουργίας του δικτύου. Επειδή οι σωληνώσεις (κυρίως χαλκοσωλήνες) των δικτύων ύδρευσης δεν έχουν ελαστικά τοιχώματα για να διασταλούν κατάλληλα και να απορροφήσουν το πλήγμα, η στατική πίεση αυτή που αναπτύσσεται στα εσωτερικά τοιχώματα των σωληνώσεων του δικτύου, είναι ικανή να προκαλέσει ζημιά σε οποιοδήποτε σημείο των σωληνώσεων του δικτύου και συνήθως προσβάλλει τις συνδέσεις των σωληνώσεων που είναι και τα πιο τρωτά σημεία και εκεί εμφανίζονται οι περισσότερες διαρροές. Μεγάλη υδραυλική καταπόνηση, δέχονται και οι συσκευές που είναι συνδεδεμένες με το δίκτυο (Θερμοσίφωνες, λέβητες, βρύσες κτλ.)

Πώς αντιμετωπίζεται το υδραυλικό πλήγμα;
Το υδραυλικό πλήγμα απασχολεί ήδη τους μηχανικούς μελετητές υδραυλικών εγκαταστάσεων παγκοσμίως και έχουν ήδη γίνει κάποιες κινήσεις για την καθιέρωση αντιπληγματικών εξαρτημάτων στις μελέτες ύδρευσης δικτύων και σε οικιακές εφαρμογές. Ο κανονισμός PDI 201 του Ινστιτούτου Υδραυλικών και Αποχέυτευσης Αμερικής ο οποίος είναι αποδεκτός από την Διεθνή Ένωση Μηχανικών, καθορίζει ότι σε δίκτυα ύδρευσης στα οποία η πληγματική  πίεση ξεπερνά τα 10bar πρέπει να αντιμετωπίζεται με τα απαραίτητα αντιπληγματικά εξαρτήματα.
H SIOUX CHIEF INC. Αμερικής, με μεγάλη τεχνογνωσία και ειδίκευση στην καταπολέμηση του υδραυλικού πλήγματος κατασκευάζει και διαθέτει στην παγκόσμια αγορά μια πλήρη σειρά αξιόπιστων αντιπληγματικών εξαρτημάτων γνωστά ως  RESTER.  Με την εγκατάσταση ενός κατάλληλου μεγέθους αντιπληγματικού εξαρτήματος RESTER στην κατάλληλη θέση της υδραυλικής εγκατάστασης, το δίκτυο προστατεύεται ισοβίως απο το υδραυλικό πλήγμα.
yp 1.jpgΤο RESTER, είναι ένας ειδικά σχεδιασμένος χάλκινος σωληνοθάλαμος ο οποίος περιέχει ένα στρώμα αέρα και ένα απόλυτα στεγανό διπλό έμβολο που διαχωρίζει πλήρως το στρώμα αυτό από το νερό (Εικόνα 1). Το RESTER εκμεταλεύεται πλήρως το γεγονός ότι ο αέρας είναι συμπιεστό ρευστό και απορροφά την ενέργεια του υδραυλικού πλήγματος, καθώς το έμβολο υποχωρεί προς την κορυφή του αεριοθάλαμου, συμπιέζοντας τον αέρα και δεν επιτρέπει να αναπτυχθούν μεγάλες στατικές πιέσεις στα τοιχώματα των σωληνώσεων.
Η ενέργεια του υδραυλικού πλήγματος που απορροφήθηκε από την κίνηση του εμβόλου και τη συμπίεση προκάλεσε την συμπίεση του αέρα του αεριοθαλάμου είναι αυτή που επαναφέρει το έμβολο στην αρχική του θέση και ο αεριοθάλαμος αποσυμπιέζεται.
Έτσι, με την  απορρόφηση του υδραυλικού πλήγματος  προστατεύονται οι σωληνώσεις του δικτύου και οι συσκευές που είναι συνδεδεμένες σε αυτό.
Τη δράση του RESTER, μπορούμε να παρακολουθήσουμε στα παρακάτω σχήματα: (Εικόνες, 2,3,4,5).

yp 2-5.jpg

Τα RESTER μπορούν να λειτουργήσουν σε θερμοκρασίες έως και 121°C και είναι δοκιμασμένα σε πίεση αντοχής 207bar. Είναι ειδικά σχεδιασμένα για να αντιμετωπίζουν υδραυλικά πλήγματα άνω των 10 bar (ενεργοποιείται η λειτουργία τους  όταν παρουσιάζεται πληγματική πίεση  στο δίκτυο άνω των 10 bar) και είναι δοκιμασμένα για πίεση ασφαλούς λειτουργίας έως και 25bar.
Υπάρχουν τρεις κατηγορίες αντιπληγματικών εξαρτημάτων RESTER που κατασκευάζει η SIOUX CHIEF:
1. Το MINI RESTER το οποίο διαθέτει σπείρωμα ½’’ και έχει μικρό όγκο αεριοθαλάμου. Είναι σχεδιασμένο για να τοποθετείται ένα πριν από κάθε διακόπτη (γραμμής ζεστού και κρύου νερού).
2. Το HYDRA RESTER κατασκευάζεται σε 6 διαφορετικά τυποποιημένα μεγέθη αεριοθαλάμων και μπορεί να εξυπηρετήσει περισσότερους υδραυλικούς υποδοχείς σε μία γραμμή ζεστού ή κρύου νερού ανάλογα με τον όγκο αεριοθαλάμου του.
3. Το MEGA RESTER το οποίο απευθύνεται κυρίως σε εμπορικές και βιομηχανικές εφαρμογές δηλαδή σε  μεγάλα υδραυλικά συστήματα με όγκους αεριοθαλάμου που ξεκινάνε από 100 in³ έως και 400 in³ και σπειρώματα από 2’’ έως και 6’’.
Μοντέλα των τριών κατηγοριών φαίνονται στην  Εικόνα 6.

yp 6.jpg
Επιλογή του κατάλληλου μεγέθους και της κατάλληλης θέσεως τοποθετήσεως του RESTER
Τα αντιπληγματικά εξαρτήματα RESTER παράγονται σε 6 τυποποιημένα μεγέθη με όγκο αεριοθαλάμου από 6 έως 36 in³ (98,4 έως 708,6 cm³) και χαρακτηρίζονται με τα κωδικά γράματα A,B,C,D,E & F. Τα χαρακτηριστικά των εξαρτημάτων αυτών φαίνονται στον Πίνακα ΙΙ.
Για να επιλέξουμε το RESTER με τον κατάλληλο όγκο αεριοθαλάμου που θα μπορέσει να εξυπηρετήσει τους υδραυλικούς υποδοχείς ανάλογα με την περίπτωση, χρησιμοποιούμε την τυποποιημένη μέθοδο των Μονάδων Υδραυλικών Υποδοχέων (Μ.Υ.Υ.). Υπολογίζουμε τις ανάγκες μας σε Μ.Υ.Υ. με βάση τον Πίνακα Ι. Αφού υπολογίσουμε τις συνολικές Μ.Υ.Υ. επιλέγουμε το κατάλληλο αντιπληγματικό εξάρτημα RESTER με βάση τον Πίνακα 1 και την στήλη του που αναφέρεται στην ικανότητα εξυπηρέτησης Μ.Υ.Υ. Ποιά όμως είναι η κατάλληλη θέση τοποθετήσεως του αντιπληγματικού εξαρτήματος; Η σωστή, λύση είναι το RESTER να τοποθετείται στο πλησιέστερο σημείο όπου προκαλείται το πλήγμα. Το σημείο αυτό είναι πάντα λίγο πριν από την βαλβίδα διακόπτη της παροχής του νερού. Έτσι το πλήγμα αντιμετωπίζεται αποτελεσματικά χωρίς να μπορεί να προκαλέσει το γνωστό θόρυβο και να έχει τις γνωστές βλαπτικές συνέπειες στην εγκατάσταση. Μια καλή περίπτωση που προσφέρει την σωστή αυτή λύση είναι η τοποθέτηση δύο Mini Rester με σπείρωμα ½’’ σε κάθε υδραυλικό υποδοχέα (ένα στη γραμμή του ζεστού και ένα στη γραμμή του κρύου νερού).

yp 7.jpg

 yp 8.jpg

 

yp 9.jpg

Σε περίπτωση που θέλουμε να βάλουμε ένα αντιπληγματικό εξάρτημα το οποίο θα εξυπηρετεί όλη την γραμμή παροχής νερού στους υδραυλικούς υποδοχείς, υπάρχουν δύο περιπτώσεις:
• Σε γραμμή μήκους μέχρι 6 μέτρα η καλύτερη θέση τοποθέτησης του αντιπληγματικού εξαρτήματος είναι μεταξύ των δύο τελευταίων υδραυλικών υποδοχέων (όπως φαίνεται και στην Εικόνα 7).
• Σε γραμμή μήκους άνω των 6 μέτρων, συνήθως απαιτούνται δύο αντιπληγματικά εξαρτήματα με τοποθέτηση κατά τρόπο ώστε να ισοκατανέμουν τις εξυπηρετούμενες υδραυλικές συσκευές όπως φαίνεται και στην Εικόνα 8. Για μεγάλα μήκη σωληνώσεων, υπάρχει και ο τυποποιημένος Πίνακας ΙΙΙ ο οποίος υποδυκνύει τους απαιτούμενους τύπους RESTER σε συνάρτηση με το συνολικό μήκος της γραμμής και τη διάμετρο των σωληνώσεων. Εννοείται ότι σε σωληνώσεις μεγάλου μήκους, απαιτείται το αντιπληγματικό εξάρτημα να μπαίνει όσο πιο κοντά γίνεται στο διακόπτη της ροής δηλαδή στο τέλος της γραμμής.

yp 11.jpg
Τα  MEGA RESTER για βιομηχανικές εφαρμογές και μεγάλα υδραυλικά συστήματα
Τα αντιπληγματικά εξαρτήματα MEGA RESTER έχουν μεγάλο όγκο αεριοθαλάμου και εφαρμόζουν σε γραμμές μεγάλων διαμέτρων για την εξυπηρέτηση βιομηχανικών εφαρμογών και μεγάλων υδραυλικών συστημάτων. Τα χαρακτηριστικά τους φαίνονται στον Πίνακα  ΙV.

yp 10.jpg
 Η επιλογή του κατάλληλου όγκου αεριοθαλάμου που ενδείκνυται για να εξυπηρετήσει το υδραυλικό δίκτυο είναι συνάρτηση των στοιχείων αυτού και δίνεται από τον τύπο:
           1,5 · L · (GPM)²
C =  ————————–   όπου,
        D² · L · (Ρο+14,7) · Υ
• L = Ωφέλιμο μήκος σωλήνα σε ft (1m αντιστοιχεί σε 3,28ft).
• GPM = Παροχή νερού στην γραμμή σε gal/min σε κανονική πίεση λειτουργίας.
• D = Εσωτερική διάμετρος του σωλήνα σε in².
• Po = Πίεση λειτουργίας σε Psi όταν ο διακόπτης είναι ανοιχτός.
• Συντελεστής Y = Συντελεστής που βρίσκεται σε συνάρτηση με το λόγο Pm/Po (όπου Pm η μέγιστη επιτρεπόμενη πίεση λειτουργίας του δικτύου, συνήθως 10bar) και με τη χρήση του Γραφήμματος 1.
Οι παραπάνω προτυποποιημένες κατά τον διεθνώς αποδεκτό κανονισμό υδραυλικών εγκαταστάσεων PDI 201 μέθοδοι επιλογής του κατάλληλου μεγέθους ενός εξαρτήματος RESTER αποτελούν ένα χρήσιμο εργαλείο για τις μελέτες κτιριακών εγκαταστάσεων των μηχανικών και την παροχή προστασίας στις υδραυλικές τους εγκαταστάσεις.
Είναι απαραίτητα τελικά τα αντιπληγματικά εξαρτήματα στα δίκτυα παροχής νερού;
Εάν αναλογιστούμε το κόστος για να συμπεριλάβουμε αντιπληγματικά εξαρτήματα στις υδραυλικές εγκαταστάσεις ενός κτιρίου και το συγκρίνουμε με το κόστος επισκευών των υδραυλικών εγκαταστάσεων που προσβάλλονται από το υδραυλικό πλήγμα και κατ’ επέκταση των υπολοίπων δομικών στοιχείων που διαβρώνονται από τυχόν διαρροές από προσβεβλημένες από υδραυλικό πλήγμα σωληνώσεις, τότε θα διαπιστώσουμε ότι επιβάλλεται η χρήση αντιπληγματικών εξαρτημάτων RESTER σε κάθε υδραυλική εγκατάσταση, για ισόβια προστασία των υδραυλικών εγκαταστάσεων από τις ζημιογόνες συνέπειες που προκαλεί το υδραυλικό πλήγμα σε αυτές.