#28 - La sintesi finale

 

I boccagli e gli stramazzi sono degli strumenti di misura dell'idraulica, una scienza nata nel 1628, formati da diversi componenti i quali nell'insieme misurano la portata d'acqua con due metodi diversi. Entrambi si basano sull'importante equazione di Bernoulli, ovvero considerando la perdita d'acqua o della pressione si ricava la portata. 

Pur essendo strumenti di misura molto moderni vi si trovano allegorie soprattutto per quanto riguarda il contenimento dei corsi d'acqua quindi dove è essenziale conoscerne la portata. Infatti, una cittadina dell'Olanda di nome Haarlem ha fondato la sua storia su un mito che vede la loro diga come protagonista. Inoltre, sono presenti anche nel mondo televisivo per esempio nella mini serie italiana "Il mulino del Po" ed è una tematica attuale anche per quanto riguarda l'impatto ambientale in quanto, con l'aumento della frequenza degli alluvioni, il controllo dei corsi d'acqua è sempre più difficile come l'ha denunciato con un fumetto molto efficace uno studente dell'università della Louisiana.

Rimarcando il fatto che siano degli strumenti di misura "giovani", come lo si può vedere dalla affluenza di questi termini nei libri soprattutto dal XX secolo e dal francobollo dedicato, i materiali di cui sono realizzati non hanno subito una grande evoluzione. Infatti, il materiale più scelto rimane l'acciaio inox. 

L'invenzione dello stramazzo è affidato al francese Bazin che scrisse un'opera dove analizzò i flussi d'acqua. Invece, per quanto riguarda il boccaglio essendo solo un' applicazione di un sistema già utilizzato per altri fini, non risulta che ci sia un vero e proprio inventore. Infatti, i boccagli vi si trovano in un sistema più complesso in molti brevetti anche non riguardanti l'idraulica. 

Al giorno d'oggi questi strumenti sono costruiti in serie in diverse industrie e sono tutti standardizzati da una normativa ISO. Normative che si ritrovano nel manuale d'uso fornito dalla ditta insieme alle istruzioni di installazione e alle caratteristiche dettagliate. 

#27 - La mappa concettuale

 

    Boccagli e stramazzi

#26 - La chimica e gli strumenti scientifici

 

L'acciaio inossidabile.

L'invenzione dell'acciaio inossidabile è il materia più utilizzato per la produzione dei boccagli e stramazzi. Venne inventato dagli inglesi Woods e Clark quando nel 1872 brevettarono una lega di ferro contenente il 35% in peso di cromo e resistente agli acidi. L'avvio della sua produzione di massa dovette aspettare qualche anno, quando nel 1913 Harry Brearley di Sheffield, sperimentando acciai per canne di armi da fuoco, scoprì che un suo provino di acciaio con il 13-14% di cromo e con un tenore di carbonio relativamente alto (0,25%) non si arrugginiva quando era esposto all'atmosfera. La prima menzione di questo progresso tecnologico risale al 1915 e si trova in un articolo del New York Times riguardo l'uso per posateria di questa classe di acciai, elogiandone la resistenza alla corrosione perfino a contatto con gli acidi organici contenuti nei cibi. Successivamente questa proprietà venne spiegata con la passivazione del cromo. Tuttora vengono perfezionati e adattati alle richieste dei vari settori industriali.

#25 - Cose personali

 

Passato: Trofeo scuola calcio.

Presente: Cellulare.

Futuro: Biglietto aereo Milano Malpensa --> Vienna 25/01/2021.

#24 - Le parole nella storia

 

Idraulica:

Portata:

Efflusso:

Analizzando i grafici si può dire che i picchi maggiori si sono verificati a cavallo col '900 e nella prima metà del XX secolo. Questo perchè l'inizio del secolo scorso ha portato grandi innovazioni dal punto di vista idraulico con la scoperta di nuovi strumenti, maggiormente automatizzati, e l'impiego di nuovi materiali tra i quali l'acciaio inox scoperto per caso nel 1912. Quindi si può dire che c'è stata una sorta di "ammodernamento" degli strumenti impiegati in questa branca della scienza.

#23 - La normativa

 

Normativa boccagli ISO 5167-3:2020

La prima normativa ISO pubblica fu nel 2003 mentre quest'ultima del 2020 fu pubblicata in sostituzione di quella del 2019. La normativa ISO è una normativa di carattere internazionale. 

Queste normative sono applicabili ai boccagli in cui il flusso rimane subsonico per tutta la sezione di misura e dove il fluido può essere considerato monofase. Inoltre, ciascuno dei dispositivi può essere utilizzato solo entro i limiti specificati di dimensione del tubo e numero di Reynolds. Non è applicabile alla misurazione del flusso pulsante. Non copre l'uso di boccagli in tubi di dimensioni inferiori a 50 mm o superiori a 630 mm o dove i numeri di Reynolds dei tubi sono inferiori a 10.000. 

Le dimensioni standard del boccaglio possono variare a seconda del modello, per esempio nel modello FLC-FN-PIP sono le seguenti:

• Diametro nominale 50 ... 630 mm

• Coefficiente beta 0,2 ... 0,8 

• Numero di Reynolds 104 ... 107

• Unità di misura utilizzate: Sistema internazionale e la portata misurata in m^3/s

Normativa stramazzi ISO 1438: 2017

La prima normativa fu redatta nel 1975 mentre quest'ultima del 2017 venne pubblicata in sostituzione alla normativa ISO del 2008.

Questa normativa definisce i requisiti per l'uso di sbarramenti a piastra sottile rettangolari e triangolari (intaglio a V) per la misurazione del flusso di acqua limpida in canali aperti in condizioni di flusso libero. Comprende i requisiti per l'uso di sbarramenti rettangolari a piastra sottile a tutta larghezza in condizioni di flusso sommerso (annegato).

Unità di misura utilizzate: Sistema internazionale e la portata misurata in m^3/s

#22 - Un manuale d'uso

Stramazzo

Lo stramazzo serve per calcolare la portata d'acqua attraverso una variazione di carico del fluido con l'utilizzo di un sensore analogico che determinare la quantità del flusso. Questo processo avviene con un sistema di vasche. L'installazione è la seguente:

• Montare la vasca più in piano possibile (evitando dislivelli).

• Fissare la vasca in modo che non si sposti facilmente. 

• L’acqua dovrà entrare nella vasca nella zona di sedimentazione, in modo che la griglia intercetti l’eventuale trasporto solido. 

Boccaglio

Il boccaglio deve essere installato facendo attenzione alla direzione del flusso. Il componente boccaglio ha il diametro d'entrata maggiore rispetto al diametro di gola. Questa differenza di sezione permette di calcolare la portata dato che una variazione di sezione porta ad una variazione della velocità e della pressione del fluido.

Per evitare perdita di carico è importante il centraggio delle guarnizioni. L'installazione di un misuratore di portata a boccaglio è più semplice essendo in per sè un restringimento divergente del tubo. A seconda del fluido da misurare, il barilotto di condensa e le valvole manifold saranno disposte in geometrie differenti. Questi ultimi due dispositivi sono dispositivi di protezione mentre il barilotto di condensa serve principalmente a misurare la pressione del fluido.

#21 - Nei fumetti

 

Anthony Fleming, vignetta di denuncia verso lo stato della Louisiana, 1 Ottobre 2019, Louisiana.

Questo studente della Tulane University in Louisiana disegnò questo fumetto in allegato ad una lettera accusando lo stato di non occuparsi abbastanza del problema del riscaldamento globale. In questo fumetto si può notare anche il mal contenimento dei corsi d'acqua da parte di uno stramazzo (spillway) causato dall'ingrossamento dei corsi d'acqua dovuto alle alluvioni sempre più presenti a causa del global warming.

#20 - Il marchio

 

Sim Strument S.n.c

Importante ditta italiana centrata sulla produzione di strumenti scientifici per il monitoraggio ambientale, quindi in particolare anche di misuratori di portata a stramazzo.

WIKA Italia Srl & C. S.a.s.

Azienda italiana incentrata nella produzione di strumenti di misura a livello globale, grande produttore di boccagli per la misurazione di portata.

#19 - L'abbecedario

A come acqua

B come bocca

C come condotto

D come diametro

E come efflusso

F come fluido

G come grandezza

H come Henry Émile Bazin

I come idraulica

L come larghezza

M come metri cubici

N come numero

O come orifizio

P come portata

Q come qanat

R come restringimento

S come sezione

T come trasduttore

U come unità di misura

V come velocità

Z come Zhang Heng

#18 - Il francobollo

 

Stato: Pakistan.

Data d'emissione: 23 novembre 1967.

Rappresenta l'opera di controllo dell'acqua del progetto del Bacino dell'Indo. Basato sul "Trattato sulle acque dell'Indo". Si può vedere il sistema di stramazzi con l'acqua che sgorga dalle paratoie.

#17 - I brevetti

 

Brevetti di stramazzi

1) STICKNEY GEORGE (US); 20/03/1911. Primo stramazzo effettivo che ricevette il primo brevetto.

2) DAVIS WILLIAM RUSSELL, STICKNEY GEORGE (US); 03/02/1913. Evoluzione del primo stramazzo brevettato infatti, è realizzato dallo stesso creatore in aiuto di un secondo collaboratore. Dai disegni si nota la differenza dell'apertura iniziale attraverso la quale l'acqua inizia ad accumularsi. 

 

3) SCHALLES CHARLES (US); 15/10/1913. Lo stramazzo attraverso funi diventa automatico.

 

4) Team cinese d 37 persone tra cui HAN XIAOWEI, HU JINCHUN, LIU YUN (China); 29/'07/2019. Lo stramazzo viene implementato per utilizzare un dispositivo di aerazione autoregolante del flusso d'acqua ad alta velocità. Lo stramazzo cambia assetto, variando il suo angolo a seconda della portata rilevata.

Brevetti di boccagli

1) CHARLES GERENCIER (US); 16/07/1910. Boccaglio utilizzato come parte di tubo attraverso il quale il fluido può defluire nel contenitore. L'obiettivo era di creare una bacinella sanitaria facilmente pulibile e duratura.

2) BENJAMIN STEDMAN, PRASHANT KAKADE, DARRELL WOEHLER, JOHN LEONARD; 23/12/2009. Boccaglio utilizzato in un inalatore, usato per dosare la quantità di farmaco rilasciato.

#16 - Anatomie

 

Stramazzi anatomia

Link immagini

Boccagli anatomia

Non ha molti componenti, è formato da un semplice restringimento di sezione. L'unico componente è un sensore di pressione grazie al quale studiandone la variazione riesce a misurare la portata.

Link immagine

#15 - I numeri

 

Numeri sui boccagli e stramazzi.

1) Dimensione standard stramazzi: 400x300 mm.

2) Angolo stramazzi: 30° o 90°. 

3) Dimensione standard boccagli: 50-650 mm di diametro nominale. 

4) Errore sulla dimensioni: meno dell'1%. 

5) Massima capacità degli stramazzi: oltre a 5000 cm^3/s, valore che varia in funzione delle dimensioni.

6) Inizio smercio e produzione: Dal XX secolo.

#14 - La tassonomia

 

Tassonomia

I boccagli e gli stramazzi fanno parte della grande famiglia degli strumenti di misura scientifici. Famiglia che esiste da migliaia di anni, fin dagli antichi romani che utilizzavano degli strumenti di misura per di più come riferimento e non per misurare grandezze fisiche. In particolare i boccagli e stramazzi fanno parte del gruppo degli strumenti scientifici idraulici. Tra tutti gli strumenti scientifici idraulici appartengono nello specifico agli strumenti di misura idraulici della portata nei quali rientrano i boccagli e gli stramazzi.

#13 - La pubblicità

 

Pubblicità

La pubblicità di boccagli e gli stramazzi può essere incentrata sulla capacità di controllare i flussi d'acqua in maniera automatica e il fatto che il loro utilizzo può variare dall'ambito industriale all'ambito casalingo per correnti d'acqua nei propri terreni privati. Inoltre, gli stramazzi sono molto scenici per creare piccole cascate artificiali.

#12 - Nel cinema

Il mulino del Po (Rai - 1963)

Serie tv degli anni '60 nella quale vi si trova l'importanza della misurazione della portata. Infatti, in una puntata della prima stagione si può vedere come i protagonisti si allarmano per cercare una soluzione visto che il Po' stava per straripare e distruggere gli argini rischiando che il mulino cada a picco.

Puntata dello piena del Po': clicca qui.

#11 - I costruttori

 

A livello storico boccagli e stramazzi hanno una vita breve difatti la loro nascita va di pari passo con l'evoluzione delle industrie e delle fabbriche. Per la produzione di boccagli si ha la ABB, che è una multinazionale svizzero-svedese, la Schneider Electric che è un gruppo francese che lavora a livello internazionale, mentre come azienda italiana vi è l'Euromisure Sas che si occupa di elementi idraulici che regolano il flusso dell'acqua.

Invece, per quanto riguarda gli stramazzi ci sono diverse aziende italiane che si occupano della loro produzione tra cui la Sereco, azienda piemontese con sede a Leinì, in provincia di Torino, e la Sisgeo che è leader mondiale nella produzione di strumentazione di monitoraggio geotecnico e strutturale. Invece, come azienda straniera spicca la Eijkelkamp, compagnia olandese che ha più di 100 anni di storia alle sue spalle.

Essendo strumenti di misura relativamente "recenti" non esistono costruttori che spiccano per la loro produzione in quanto sono tutti standardizzati e prodotti in serie alla stessa maniera.

#10 - I libri

Bibliografia

Il primo libro nel quale vennero studiati i canali d'acqua a sbarramento che portarono alla progettazione dello stramazzo di Bazin:

- Henry BAZIN, Recherches hydrauliques entreprises par M. Henry Darcy continuées par M. Henri Bazin. Première partie. Recherches expérimentales sur l'écoulement de l'eau dans les canaux découverts, Paris: Imprimerie impériale, 1865.

- Henry BAZIN , Expériences nouvelles sur l’écoulement en déversoir, Paris: Imprimerie impériale, 1898. 

#09 - Gli inventori

Henri Émile Bazin.

Bazin fu un ingegnere idraulico francese (Nancy 1829-Chênove 1917) che fu fondamentale nel liberare i fondali durante la costruzione del canale di Suez nel 1867. Ebbe molto successo per la creazione dell'omonimo stramazzo di Bazin (o a parete sottile). Questa creazione fu dovuta in seguito allo studio della portata. Infatti, Bazin potè esprimere con grande precisione il legame tra il livello dell’acqua, nella zona sopraelevata, e la portata transitante. Inoltre, Bazin determinò l’andamento del profilo con tale precisione che i suoi dati sono ancor oggi utilizzati così come lui stesso li determinò.

I boccagli, invece, non vengono attribuiti ad un vero e proprio inventore in quanto sono stati creati a pari passo con l'evoluzione dello studio della misurazione della portata.

#08 - I materiali

 

Acciaio Inox

I boccagli e gli stramazzi principalmente sono fatti di acciaio inossidabile. L'acciaio inox venne inventato nel 1912 da Harry Brearley mentre stava cercando un nuovo materiale più resistente al calore per produrre armi di nuova generazioni. Scoprì che intaccando l'acciaio con il cromo, l’acciaio diventava molto più resistente. Una scoperta avvenuta per caso al di fuori dei suoi scopi. 

Per la sua resistenza, l'acciaio inossidabile, iniziò ad essere utilizzato anche per i boccagli e stramazzi i quali stando a contatto per un lungo periodo con l'acqua e con gli agenti atmosferici rischiano di rovinarsi più facilmente. 

#07 - Il mito

Il dito nella diga.

L'importanza essenziale dell'orifizio, come può essere il boccaglio che pur così semplice e piccolo può essere così importante nella suo umile funzione di misurare la portata, la si può comprendere con la storia di Hans Brinker.

Hans Brinker fu un bambino che nacque ad Haarlem, una cittadina sotto il livello del mare in Olanda sul Mare del Nord. Una diga fuori città è l'unica cosa che permette che Haarlem non venga allagata provocando grandi disagi, morte e distruzione. Un giorno decise di andare a fare una passeggiata con suo fratello alla diga e la costeggiarono per un lungo tratto fin quando il fratello si accorse che c'era un foro nella diga dove stava iniziando ad uscire l'acqua. Hans decise di tapparlo con l'indice mentre il fratello andava a chiedere soccorso in città. Hans resistette per una ore e ore finchè quasi esausto arrivarono alcuni abitanti con suo fratello corsi da lui per aiutarlo a riparare il foro. Da quel giorno Hans Brinker fu l'eroe di Haarlem e gli fu dedicata una statua. 

#06 - Il simbolo

Orifizio

Boccagli e stramazzi sono simbolo di comunicazione e di passaggio, come questa immagine simbolica che rappresenta la diramazione del flusso d'acqua in più canali.

Symbolum XC.Idea principis christiano-politici, centum symbolis expressa a Didaco Saavedra Faxardo ... - Bruxellae : excudebat Ioannes Mommartius, suis, et Francisci Vivieni sumptibus, 1649 (Bruxellae : typis Francisci Vivieni, typographi iurati, sub signo Boni Pastoris, 1649)

#05 - Il principio fisico

Equazione di Bernoulli

Il principio fisico che sta alla base della misurazione della portata è l'equazione di Bernoulli il quale dimostrò la costanza della seguente espressione lungo un condotto: 

pA+12dv2A+dgyA= pB+12dv2B+dgyB

Assumendo che il processo avvenga in un condotto a quota costante, il fattore dgy si annulla. Osservando questa equazione si nota che più il condotto diminuisce la sezione, più il fluido aumenta la sua velocità ma la sua pressione decresce. I boccagli (Fig. a) misurano la portata causando una differenza di pressione, trovando la differenza di pressione si riesce a ricavare la velocità (v) che moltiplicata per la sezione (A) ci dà la portata: Q= A*v. Il funzionamento è simile al tubo di Venturi con l'unica differenza che la perdita di carico che subisce questa applicazione non è trascurabile ma è notevole, infatti per questo motivo si tiene in considerazione il coefficiente di perdita concentrata β che viene posto a corredo dello strumento.

(Fig. a) Boccaglio.

Per quanto riguarda gli stramazzi (Fig. b), anch'essi utilizzano come principio l'equazione di Bernoulli i quali causano, a differenza dei boccagli, un dislivello lungo il condotto. Inoltre, alla formula della portata: Q= A*v, viene moltiplicata una costante che dipende dalla forma dello stramazzo che può essere, come visto precedentemente, a forma rettangolare, triangolare o trapezoidale.

(Fig. b) Stramazzo.

#04 - La scienza

Idraulica

Boccagli e stramazzi sono strumenti di misurazione che appartengono all' idraulica. L'idraulica (hydraulics) è la scienza che studia come utilizzare i liquidi, particolarmente l'acqua. La teoria su cui si basa è la meccanica dei fluidi. 

L'idraulica ebbe una lunga evoluzione partita dal tardo Paleolitico e poi nel Neolitico, tra il 10000 ed il 3500 a. C., nel quale canali di drenaggio e di irrigazione furono l'evoluzione chiave che permise la sedentarizzazione dell'uomo passando per gli acquedotti dei greci e dei romani fino ad arrivare nel 1628

quando venne teorizzata e nacque come scienza con l'italiano Benedetti Castelli, aiutando la civiltà italiana del Rinascimento a diventare primato scientifico durante quest'anni.

#03 - Un glossario

 Boccagli:

- La costruzione del boccaglio si basa sull'equazione di Bernoulli e consiste in una sezione convergente (a) con profilo arrotondato ed una gola cilindrica (b). Grazie alla sua rigidezza, il boccaglio è dimensionalmente più stabile alle alte temperature e alle alte velocità di flusso rispetto ad un orifizio. Il funzionamento, visto da fuori, è identico a quello del tubo di Venturi; la differenza è che il tubo di Venturi introduce una perdita di carico trascurabile, mentre il boccaglio introduce una forte perdita di carico.

- (a) Sezione convergente: corto restringimento convergente posto all'interno del tubo che aumenta la velocità del flusso per l'equazione di Bernoulli.

- (b) Gola cilindrica: tubo di lunghezza variabile a forma cilindrica.

Stramazzi:

- Lo stramazzo è formato da una traversa normalmente in muratura sormontata da una lama metallica a spigolo vivo. La lama metallica può assumere diverse forme per esempio può essere triangolare, rettangolare o trapezoidale. Il più diffuso è lo stramazzo di Bazin (c). Inoltre, per una buona misurazione necessita di un sensore di livello ad immersione (d) e un'unità di acquisizione di dati (e).

- (c) Stramazzo di Bazin: Stramazzo più usato per la misura della portata a forma rettangolare.

- (d) Sensore di livello ad immersione: Un dispositivo elettronico che misura l'altezza dell'acqua all'interno di un serbatoio o altro recipiente.

- (e) Unità di acquisizione di dati: Dispositivo che legge il segnale elettrico e provvede alla sua registrazione.

#02 - L'immagine

Boccagli

In questa immagine si può vedere il boccaglio a livello schematico, per lo studio teorico del processo di misurazione della portata.

In questa seconda immagine è possibile vedere un boccaglio in sezione.

Stramazzi

(a)

(b)

(c)

In queste immagini si possono vedere gli stramazzi a parete sottile (a), a parete grossa (b) e una applicazione reale (c).

#01 - Il nome

Che cosa sono i boccagli e stramazzi?

I boccagli e stramazzi sono strumenti utilizzati per la misurazione della portata di un fluido. I boccagli sono concepiti come dei dispositivi a strozzamento per la misurazione della portata di un fluido in un condotto in pressione. Gli stramazzi, invece, sono il sormonto di ostacoli da parte di una corrente liquida la quale riesce a superarlo solo a pressione atmosferica.

Alcune traduzioni.

Inglese: Mouthpiece and spillways.

Francese: Embout buccal et déversoirs.

Tedesco: Düsen und überlauf.

Spagnolo: Inyectores y aliviaderos.

Cinese: "噴嘴" "溢洪道".

Russo: Mундштуки и водосбросы.

Etimologia e storia.

L'etimologia di boccaglio deriva dal termine "bocca" in quanto indica un'apertura simile ad una bocca attraverso la quale passa un fluido.

L'etimologia del termine stramazzo, invece, deriva da stramazzare ovvero far cadere improvvisamente qualcosa. Negli anni il termine è diventato più specifico per il campo ingegneristico il quale è definito come presa da cui si fa defluire l'acqua dei fiumi quando essi superano un livello prestabilito. Il termine risale dell'età moderna.