Capire come calcolare la pressione del carico idrostatico

La pressione del carico idrostatico in una posizione specifica è semplicemente determinato dall’altezza (o profondità) dell’acqua sopra quella posizione. Di seguito, esamineremo alcuni esempi.

Un serbatoio idrico con un diametro di 6 metri, è alto 30 metri e pieno. Quindi, il livello dell’acqua è di 30 metri sopra il terreno. La pressione del carico idrostatico sul terreno sarebbe di 30 metri. La pressione del carico idrostatico non è influenzata dal volume totale dell’acqua, ma solo dall’altezza. Nelle vicinanze ci sono due condotti che salgono per 30 metri: uno da 5 centimetri e uno da 10 centimetri. Entrambi i condotti sono riempiti d’acqua. Anche il carico idrostatico sul suolo per ciascuno di essi sarebbe di 30 metri. La quantità totale di acqua e il diametro del condotto non influiscono sul calcolo della pressione del carico idrostatico. Gli unici fattori che contano sono l’altezza e la profondità dei condotti.

Sistema di condotti diffuso

In uno stabilimento di produzione è presente una tenuta sul fondo di un complesso sistema di condotti. Il sistema si estende lateralmente per centinaia di metri a diverse altezze, con condotti di vari diametri. A un certo punto, questo sistema viene riempito d’acqua fino a 6 metri sopra la guarnizione. Il carico idrostatico sulla tenuta è di 6 metri. Le dimensioni dei condotti e la distanza laterale percorsa non hanno alcun effetto sulla pressione del carico idrostatico. Una seconda tenuta posta a 30 metri di distanza alla stessa identica profondità ha anch’essa un carico idrostatico di 6 metri. Conta solo l’altezza dell’acqua sopra la tenuta.

Se nello stesso impianto ci fosse una tenuta che collega due sezioni di condotto ed entrambe le sezioni del condotto contenessero acqua, la pressione dell’acqua sulla tenuta sarebbe la DIFFERENZA tra l’altezza/profondità dell’acqua su ciascun lato. 6 metri di acqua sul lato 1 rispetto a 4,5 metri di acqua sul lato 2 produrrebbero una pressione di carico idrostatico di 1,5 metri, spingendo dal lato 1 verso il lato 2. I 4,5 metri piedi di pressione sul lato 2 resistono efficacemente e compensano i 6 metri di pressione sul lato 1.

Confronto nei tombini

Due tombini con profondità identiche (diciamo 3,6 metri) sono posizionati a livello del suolo, ma a causa di un cambiamento di quota, il tombino 2, a un isolato di distanza, è a 1,5 metri più in alto del tombino 1. Se il livello della falda freatica è alla stessa profondità per entrambi i tombini, la pressione del carico idrostatico per una condotta sigillata sul fondo del tombino 2 è inferiore di 1,5 metri rispetto a quella del tombino 1. Questo perché misurando dal fondo dei tombini, l’acqua è più profonda di 1,5 metri per il tombino 2. Si noti che, in questo scenario, i condotti sono vuoti e la pressione dell’acqua è dovuta alla falda acquifera che spinge verso l’alto sulla tenuta.

Consideriamo però due tombini identici, entrambi profondi 3,6 metri. Il tombino 1 si trova a Denver a 1.615 metri sopra il livello del mare, mentre il tombino 2 si trova a Minneapolis a 253 metri sopra il livello del mare. Entrambi i tombini sono riempiti d’acqua fino all’orlo. Il carico idrostatico per un condotto sigillato sul fondo di ogni tombino è di 3,6 metri. In questo caso l’elevazione non ha alcun effetto. L’informazione importante è la profondità dell’acqua in ogni punto.

Fori direzionali

Jupiter Island, in Florida, è servita da energia elettrica fornita attraverso condotti scavati sotto la via d’acqua intercostiera. Jupiter Island si trova a 4,5 metri sopra il livello del mare, mentre la terraferma si trova a 7 metri. Indipendentemente dalla profondità o dalla forma del foro, o dalle attuali condizioni di marea, una tenuta su un’isola posta a 4,5 metri sopra il livello del mare non sarà sottoposta ad alcuna pressione idraulica perché non c’è acqua sopra di essa. Il carico idrostatico dipende sempre dalla profondità dell’acqua in quel punto specifico. Tuttavia, se c’è un condotto sigillato esposto all’oceano a una profondità di 3 metri con la bassa marea, il carico idrostatico in quel condotto è di 3 metri con la bassa marea. La pressione dell’acqua aumenterà con l’aumentare della profondità dell’acqua dovuta alla marea entrante.

Il carico idrostatico è dato dall’altezza dell’acqua

Il carico idrostatico si basa semplicemente sull’altezza dell’acqua nel sistema. Per tenere l’acqua fuori da un sistema o per mantenerla all’interno del sistema si può utilizzare una tenuta meccanica o in schiuma. In entrambi i casi, la pressione sulla tenuta dipende dall’altezza dell’acqua. Sebbene i sistemi varino nella loro complessità, il calcolo del carico idrostatico è un concetto semplice.

A prescindere dalle informazioni disponibili sulla pressione del carico idrostatico, esso NON è influenzato da quanto segue:

• La quantità totale di acqua,
• Il diametro del condotto o della tubazione,
• La lunghezza orizzontale del condotto o della tubazione, o
• L’altitudine geografica del sistema.

Gli esempi riportati in questo articolo dimostrano che, indipendentemente dalla complessità del sistema, la pressione del carico idrostatico dipende solo dall’altezza (o profondità) dell’acqua al di sopra di un punto specifico. Se non c’è acqua sopra la tenuta, non c’è pressione idraulica.

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