Come la distanza della tubazione influisce sulla produzione di una draga aspirante a getto per sabbia

In genere, aumentando la distanza della condotta di scarico diminuisce la quantità di sabbia trasportata da una draga aspirante a getto, a meno che il sistema di pompaggio non disponga di prevalenza sufficiente per superare la resistenza aggiuntiva. L’effetto non corrisponde a una semplice perdita percentuale per metro: la portata dipende dalla curva di funzionamento della pompa, dal diametro della tubazione, dal dislivello, dalla concentrazione di sabbia e dalle condizioni della condotta.

Un percorso più lungo può inoltre portare la pompa a funzionare a una portata alla quale la sabbia non viene più trasportata in modo affidabile. Il rischio che ne deriva non si limita a una riduzione della produzione. La sedimentazione, le ostruzioni e i ripetuti lavaggi della condotta possono fare la differenza tra una capacità di progetto accettabile e un obiettivo di produzione giornaliera irrealizzabile.

Perché una condotta più lunga modifica il punto di funzionamento

La pompa della draga deve fornire energia sufficiente per sollevare la miscela, ove necessario, e superare le resistenze dell’intero sistema di scarico. Queste comprendono l’attrito nei tratti rettilinei della tubazione, le perdite nelle curve e nei raccordi e gli effetti aggiuntivi dovuti al trasporto dei solidi. A parità di tubazione, miscela e portata, l’aumento della lunghezza accresce la componente di attrito della prevalenza richiesta.

La portata effettiva è determinata dal punto di intersezione tra la curva della pompa e la curva di prevalenza dell’impianto. All’aumentare della lunghezza della tubazione, la curva dell’impianto si innalza. Se la velocità della pompa e il resto del sistema rimangono invariati, il punto di intersezione si sposta generalmente verso una portata inferiore. La draga può continuare a pompare, ma in ogni unità di tempo raggiunge il punto di scarico una quantità minore di miscela.

La produzione di sabbia non coincide con la portata della miscela. Una relazione utile è:

Produzione di sabbia secca (t/h) = portata della miscela (m³/h) × frazione volumetrica dei solidi × densità delle particelle secche (t/m³).

Ad esempio, una portata della miscela di 400 m³/h con una frazione volumetrica dei solidi del 15% e una densità delle particelle di sabbia di 2,65 t/m³ corrisponde a circa 159 t/h di solidi secchi. Si tratta di un calcolo esemplificativo, non della capacità nominale di una draga. Se la portata scende a 300 m³/h e la concentrazione resta invariata, la produzione calcolata scende a circa 119 t/h. In pratica può cambiare anche la concentrazione; pertanto, le sole misurazioni della portata non consentono di determinare il tonnellaggio di sabbia effettivamente trasportato.

La distanza è solo uno degli elementi del percorso

Due condotte della stessa lunghezza possono richiedere prestazioni di pompaggio molto diverse. Prima di confrontare un percorso proposto con la distanza di scarico dichiarata per una draga, occorre verificare le condizioni a cui si riferisce tale distanza: diametro e materiale della tubazione, dislivello, concentrazione della miscela e velocità della pompa sono tutti fattori importanti. Una distanza indicata per l’acqua o per una miscela diluita non può essere considerata automaticamente il limite per sabbia grossolana alla concentrazione di produzione.

Dislivello: La differenza verticale netta tra la sorgente e il livello dell’acqua o l’uscita di scarico contribuisce alla prevalenza statica. Un percorso più lungo con un dislivello ridotto può quindi essere meno impegnativo di una condotta più corta che scarica molto più in alto. È inoltre necessario prestare attenzione ai punti più alti del tracciato, poiché l’accumulo d’aria e le condizioni locali di pressione possono compromettere il funzionamento.

Diametro: A parità di portata, una tubazione di diametro maggiore riduce la velocità media e può diminuire le perdite per attrito. Tuttavia, la velocità deve rimanere abbastanza elevata da trasportare i solidi specifici pompati. Aumentare il diametro senza verificare la velocità di trasporto può trasformare un problema di attrito in un problema di sedimentazione. Il diametro va selezionato considerando l’intervallo delle portate previste, non soltanto la capacità massima della pompa nelle condizioni migliori.

Raccordi e condizioni della tubazione: Curve, valvole, riduzioni e tratti flessibili aggiungono perdite che non risultano dalla misurazione della distanza in linea retta su una planimetria del sito. Depositi, danni o rugosità interna possono aumentare la resistenza nel tempo. Nei calcoli del tracciato vanno considerati la lunghezza effettiva installata e la disposizione dei raccordi, inclusi i tratti galleggianti e quelli a terra.

Materiale: La distribuzione granulometrica, la concentrazione e il comportamento di sedimentazione delle particelle influenzano sia la resistenza sia la velocità minima di trasporto. Sabbia grossolana o ghiaia possono richiedere un controllo della velocità più accurato rispetto a una miscela diluita di sabbia fine. In alcune condizioni, l’aggiunta di acqua può favorire il trasporto, ma riduce anche la quantità di sabbia per metro cubo di miscela e aumenta il volume d’acqua da gestire allo scarico.

Il delicato equilibrio tra concentrazione e velocità

Alla testa aspirante, i getti d’acqua smuovono e miscelano la sabbia prima che entri nella pompa. Aumentare la concentrazione dei solidi può accrescere la produzione di materiale secco a parità di portata della miscela, ma solo finché la miscela resta trasportabile e la pompa è in grado di fornire la prevalenza necessaria. Con l’aumentare della distanza, cercare di mantenere la stessa concentrazione può aumentare la resistenza dell’impianto al punto da ridurre la velocità o favorire la deposizione.

Quando le particelle iniziano ad accumularsi sul fondo della tubazione, la sezione di passaggio effettiva può ridursi. La resistenza aumenta ulteriormente, la portata può diminuire ancora e la condotta può avvicinarsi all’ostruzione. È più importante operare con un margine adeguato rispetto alla soglia di deposizione pertinente che raggiungere la massima concentrazione durante una prova breve. Questa soglia non corrisponde a una velocità universale: dipende dalla tubazione, dalle caratteristiche delle particelle e dalle condizioni della miscela.

Anche il consumo d’acqua dei getti influisce sul quadro produttivo. A seconda della configurazione della draga, l’acqua fornita ai getti può incidere sulla potenza o sulla capacità di pompaggio disponibile. Un’elevata portata di scarico ottenuta principalmente diluendo la miscela non va confusa con un’elevata produzione di sabbia. Misurare insieme la portata e la concentrazione dei solidi, preferibilmente in un punto rappresentativo e in condizioni operative stabili.

Verificare il progetto di scarico su una distanza maggiore prima di iniziare i lavori

Una valutazione pratica inizia dalla curva della pompa alla velocità di esercizio prevista e da una curva dell’impianto calcolata per la miscela progettata. Occorre confrontarle sia per il tracciato iniziale sia per quello più lungo previsto durante il progetto. La valutazione deve considerare l’intero profilo altimetrico, i diametri delle tubazioni e i raccordi, nonché un intervallo realistico di concentrazioni di sabbia e dimensioni delle particelle.

Il punto di funzionamento risultante va sottoposto a due verifiche: deve fornire la portata richiesta di solidi secchi e la velocità corrispondente nella condotta deve essere sufficiente a garantire un trasporto affidabile. Vanno inoltre controllati la potenza della pompa, la pressione ammissibile e i limiti di funzionamento della pompa. Il solo punto di intersezione teorico non è sufficiente se il motore non può erogare la potenza necessaria o se una sezione della tubazione ha una pressione nominale inferiore a quella prevista.

Se il tracciato più lungo esce dall’intervallo operativo praticabile, le opzioni comprendono accorciare o modificare il percorso, cambiare il diametro della tubazione, regolare la miscela di esercizio oppure aggiungere una pompa booster. Ogni opzione modifica il sistema in modo diverso. Una pompa booster può ripristinare la prevalenza, ma la sua posizione, la pressione di aspirazione, i controlli e le pressioni nominali delle tubazioni devono essere progettati come un unico sistema. Aggiungere semplicemente potenza di pompaggio alla draga non garantisce condizioni di aspirazione adeguate né pressioni sicure lungo tutto il percorso.

Anche il metodo di scavo è rilevante per il piano di produzione complessivo. Per materiali con un’elevata percentuale di argilla o ghiaia, si può valutare lo scavo con benna invece dell’aspirazione tramite pompa nel punto di scavo; ad esempio, il Bucket Chain Diamond Dredger è indicato per materiali di questo tipo. Questa distinzione non elimina la necessità di valutare eventuali condotte separate per il trasporto della miscela a valle.

Usare le misurazioni in sito per proteggere gli obiettivi di produzione

Durante il funzionamento, registrare a intervalli regolari la portata di scarico, la concentrazione dei solidi, la velocità della pompa, la potenza e la pressione. Le letture della pressione in punti adeguati lungo la condotta possono aiutare a distinguere un aumento della resistenza della tubazione da una variazione delle condizioni di alimentazione o della pompa. Confrontare letture effettuate a portata e concentrazione simili: un aumento della pressione, da solo, non prova la presenza di un’ostruzione se anche le condizioni operative sono cambiate.

La pianificazione della produzione dovrebbe tenere conto delle estensioni della condotta, dei trasferimenti, dei lavaggi e delle interruzioni, anziché considerare un tasso teorico continuo come media giornaliera. Quando cambia la distanza di scarico, occorre rivalutare il punto di funzionamento previsto e verificarlo con misurazioni prima di confermare l’obiettivo iniziale. Il limite determinante è dato dalla combinazione tra portata di sabbia ottenibile, stabilità del trasporto e limiti di pressione e potenza delle apparecchiature, non dalla sola lunghezza della tubazione.