L'altezza piezometrica è definita come l'altezza della colonna verticale di liquido con peso volumico (peso per unità di volume) Pv che esercita sulla base di appoggio per effetto del proprio peso la pressione p; in formula h=p/Pv.
Poiché la pressione si misura in kg/m² e il peso volumico in kg/m³, l'altezza piezometrica ha le dimensioni di una lunghezza.
Nel caso di liquido in quiete (idrostatica), fornisce una misura della pressione in un punto del liquido stesso; nel caso di liquido in moto (idrodinamica) è sommata all'altezza cinetica e all'altezza geometrica per dare la linea dei carichi totali (vedi Bernoulli, teorema di-).
Essa rappresenta l'altezza alla quale salirebbe nel vuoto un grave se fosse lanciato verticalmente verso l'alto con velocità iniziale v; ha le dimensioni di una lunghezza.
Componenti del Carico Idraulico
Il carico idraulico è determinato dalla somma di due componenti principali:
- Altezza geometrica: La quota del punto P rispetto ad un piano orizzontale preso convenzionalmente a riferimento come quota zero. Anche se da un punto di vista teorico sarebbe possibile scegliere qualunque piano come quota zero, per praticità come riferimento viene usualmente scelta la base dell’acquifero.
- Altezza di pressione: La pressione dell’acqua nel punto P misurata in metri di colonna d’acqua. Facendo riferimento alla figura 3a, si può immaginare di realizzare un piezometro con tratto filtrante in corrispondenza del punto P. La pressione dell’acqua in P, espressa in metri di colonna d’acqua, equivale al dislivello fra la quota raggiunta dall’acqua all’interno del tubo piezometrico e la quota del punto P.
Dimensionalmente il carico idraulico è una lunghezza.
Carico Idraulico e Moto di Filtrazione
Se in un acquifero esistono punti a differente carico idraulico, si innesca un moto di filtrazione diretto dal punto a carico idraulico maggiore verso il punto a carico idraulico minore.
Immaginando di disporre di uno strumento analogo a quello riportato in figura 4, posizionando la bacinella di destra alla medesima quota dello sfioratore del tubo di sinistra si uguagliano i carichi idraulici sulle superfici A e B del cilindro di sabbia. Poichè nel sistema non esiste alcuna differenza di carico idraulico, non si innesca alcun moto di filtrazione e l’acqua nel cilindro di sabbia permane in stato di quiete.
Se si immagina di abbassare la bacinella B, si crea una differenza di carico idraulico alle estremità del cilindro. La differenza di carico idraulico innesca un moto di filtrazione, e di conseguenza una parte dell’acqua che si trova nel cilindro di sinistra transita attraverso il terreno e fuoriesce dalla bacinella di destra.
Se si arresta l’alimentazione, in seguito al moto di filtrazione il livello dell’acqua nel cilindro di sinistra inizia lentamente a diminuire e di conseguenza diminuisce il carico idraulico sulla superficie A del cilindro.
Nel momento in cui il livello nel cilindro scende fino alla quota del livello della bacinella di destra, si ripristina la condizione di uguaglianza dei carichi idraulici alle estremità del cilindro di sabbia.
Applicazione agli Acquiferi
Negli acquiferi le velocità di spostamento dell’acqua sono di norma estremamente basse. In considerazione delle ridotte velocità di filtrazione, il ragionamento sviluppato in precedenza per la condotta a sezione costante può essere applicato anche al caso degli acquiferi.
Analogamente al caso di figura 2b, in un acquifero in quiete il valore del carico idraulico è uguale in tutti i punti. Immaginando infatti di ripetere il ragionamento precedente per il punto A di fig.
Altezze Geodetiche nelle Macchine Idrauliche
Nelle macchine idrauliche, l'altezza geodetica di aspirazione è il dislivello fra l'asse della macchina e il pelo libero idraulicamente “a valle”, avente cioè il minor carico totale. Nelle pompe esso corrisponde al bacino di presa, nelle turbine a quello di scarico (per esse è più proprio il termine altezza di scarico).
L'altezza di aspirazione non può mai superare, teoricamente, l'altezza piezometrica corrispondente al vuoto che per l'acqua vale 10,33 m. In pratica essa dovrà essere molto minore (per l'acqua al massimo 6÷7 m), per poter assicurare il funzionamento delle pompe e impedire il fenomeno della cavitazione nelle turbine.
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