Linea Bassa Pressione +

Adduzione Sala Macchine

Linee Alta Pressione

Linea Bassa Pressione

Linee Alta Pressione

BELVEDERE

COL RODELLA

P

M

M

M Sala macchine

Sala pompe

Linee adduzione

Linee innevamento

P

P

P

Studio del processo di produzione di neve artificia le:Parte I – Inquadramento fenomenologico

I. Soraperra, M. de Franceschi, D. Zardi, P. BaggioDip. Ingegneria Civile e Ambientale – Università degli Studi di Trento, Dino.Zardi@unitn.it

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI ROMA

“La Sapienza”

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI ROMA

“Roma Tre”

XXX°°°° CONVEGNO DI

IDRAULICA

E COSTRUZIONI IDRAULICHERoma, 10-15 Settembre2006

Motivazioni L’esempio di un comprensorio sciistico

Schema di un impianto di innevamento

Torri di raffreddamentoe sala macchine

Gli innevatori

Schema concettuale di funzionamento

Bibliografia

Negli ultimi decenni hanno trovato largo impiego in vari comprensori sciistici diversi dispositivi per la produzione di neve artificiale o “programmata”. Alla irregolarità delle precipitazioni nevose, infatti, si contrappone la necessità di disporre di una quantità di neve adeguata, sia per soddisfare una clientela sempre più esigente e numerosa, sia per sopperire la richiesta di impianti adeguati alla pratica di nuove discipline (come ad esempio il boarder cross). In questo contesto lo sviluppo dell’innevamento programmato mira a produrre neve con caratteristiche il più possibile vicine a quelle della neve naturale, ricorrendo però ad un utilizzo sempre più consistente di risorse idriche.

La produzione di neve è essenzialmente adduzione di acqua e aria compressa, ma avviene attraverso processi che richiedono particolare attenzione:

• adduzione: il corpo idrico da cui si preleva deve garantire non solo requisiti quantitativi di acqua, ma anche qualitativi, ossia un buon livello di purezza. Per una gestione ottimale converrebbe accumulare acqua in bacini artificiali o serbatoi in modo da poter disporre di una riserva per il periodo di massima produzione, evitando di prelevare eccessive quantità di acqua da falde o ruscelli;• raffreddamento dell’acqua: all’interno della sala pompe l’acqua passa attraverso le torri di raffreddamento che la portano ad una temperatura di circa 2 °C;• pompaggio dell’acqua in linea: l’acqua raffreddata viene pompata lungo la linea di innevamento adalta e bassa pressione;• compressione dell’aria: l’aria viene prelevata dall’esterno e compressa tramite grossi compressori collocati in una sala macchine, generalmente attigua alla sala pompe, oppure mediante compressori collocati sugli innevatori stessi;• raffreddamento dell’aria: l’aria compressa si surriscalda e dev’essere raffreddata grazie ad uno scambiatore di calore. La condensa che inevitabilmente si forma viene raccolta in un separatore;• immissione in linea: l’aria viene erogata con apposite tubazioni ai pozzetti che ospitano gli innevatori.

La goccia in uscita dall’ugello subisce, nel tragitto compreso tra il foro di uscita e il punto di impatto con la particella di ghiaccio proveniente dal nucleatore, un primo raffreddamento finalizzato a portarla in uno stato sottoraffreddato, condizione necessaria affinché al momento della collisione col nucleo solido si formi ghiaccio. Avvenuto l’impatto ha inizio la prima fase del congelamento della goccia proveniente dall’ugello. In questo stepla massa di ghiaccio che si forma è tale per cui la temperatura della goccia si riporta pressoché istantaneamente ad una temperatura di 0 °C, annullando così il sottoraffreddamento raggiunto durante il tempo di volo antecedente la collisione.Nella seconda fase la massa di ghiaccio aumenta formando una crosta sulla superficie della goccia, che si ispessisce verso l’interno. Durante il cambiamento di fase la temperatura della goccia, in fase semi-liquida, si mantiene costantemente a 0 °C, quindi calore latente di fusione rilasciato si disperde nell’ambiente per convezione e sublimazione.

Un esempio rappresentativo per comprendere la complessità del sistema e i consumi di risorsa idrica in gioco, è fornito dall’impianto di innevamento del comprensorio Belvedere-Col Rodella presso Canazei in Val di Fassa (Trento), gestito dalla SITC (Società Incremento Turistico Canazei), che dispone di 110 ha di piste di cui 97 serviti da innevamento. La produzione di neve è garantita da 312 cannoni ad alta pressione e 39 a bassa pressione. L’apporto di acqua ed aria per il loro funzionamento è affidato a varie sale pompe e sale macchine, che ospitano i vari componenti.

Sono formati da un corpo cilindrico di grandezza variabile (tipicamente di lunghezza 1 - 1.5 m) dotato di una ventola ad un’estremità e di organi di deflusso (ugelli e nucleatori) all’estremitàopposta, disposti internamente al cilindro o su corone esterne coassiali con il cilindro. Questo corpo serve principalmente come propulsore delle particelle di neve: è in grado di garantire, con traiettorie di circa 50 m, il tempo di volo necessario al completo congelamento e nel contempo contribuisce anche alla frammentazione ed espansione del getto. La lunghezza dell’asse della turbina deve essere tale da evitare un ritorno di gocce di acqua o particelle di ghiaccio nel corpo, ma deve anche avere, per ovvi problemi logistici, dimensioni contenute. Il motore della turbina determina un notevole consumo di potenza e molta attenzione va posta al calore prodotto: il riscaldamento dell’aria circostante potrebbe influire negativamente sulla qualità della neve.

• A. H. Lefebvre, “Atomization and Sprays”, Hemisphere, New York, (1989).

• H. R. Pruppacher, J. D. Klett, “Microphysics of clouds and precipitation”, Dordrecht, Kluwer Academic, (1997).

• M. Borsatto, 2001, “Analisi delle caratteristiche di funzionamento di dispositivi per la produzione di neve artificiale”, Tesi di laurea, Facoltà di Ingegneria, Università degli studi di Trento.

• P. Baggio, M. Borsatto, M. de Franceschi, and D. Zardi: 2002, “Indagine teorica e sperimentale sul funzionamento di dispositivi per la produzione di neve artificiale”, Atti del XXVIII Congresso Nazionale di Idraulica e Csotruzioni Idrauliche, Potenza, Vol. III., pp. 435-442.

• P. V. Hobbs, “Ice Physics”, Clarendon, Oxford, (1974).

• A. Pasetto, S. Serafin, D. Zardi, “Un contributo alla gestione sostenibile delle risorse idriche dalla climatologia e dalla meteorologia: il progetto Intererg “FORALPS””, Atti del XXX° Convegno di Idraulica e Costruzioni Idrauliche, Roma 10-15 Settembre 2006.

• I. Soraperra, M. de Franceschi, D. Zardi, P. Baggio, “Studio del processo di produzione di neve artifciale: Parte II – Analisi teorica e sviluppo di un modello”, Atti del XXX°Convegno di Idraulica e Costruzioni Idrauliche, Roma 10-15 Settembre 2006.

Consumi di acqua per ettaro

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4-2

005C

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Bacino di raccolta acqua

Stazione di pompaggio

Tubature acqua Cavi elettrici

Compressori

Cannone a bassa pressione

Lance

Condotte aria

1 2 3Aria

Acqua

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Bassa Pressione Alta PressioneSono costituiti da un’asta di lunghezza variabile (tipicamente tra 3 e 10 m), sulla quale viene posta una testa cilindrica in cui si miscelano aria ed acqua. Le pressioni che si realizzano nella camera di miscelazione sono relativamente elevate e la miscela aria acqua, che viene espulsa da un ugello miscelatore, può raggiungere traiettorie di volo che variano dai 10 ai 40 m, in relazione alla lunghezza dell’asta. I vantaggi di questo tipo di innevatori sono la facilità d’uso e l’affidabilità, grazie soprattutto alla mancanza di componenti esterni all’asta (quali compressori, ventole, ecc.), che invece si trovano sui cannoni a bassa pressione. Per le caratteristiche di robustezza sono molto indicati per zone ventose e aree di scomodo accesso durante le ore notturne. Il principale svantaggio è legato soprattutto al consumo di energia elettrica per la produzione di aria compressa: infatti questi innevatori non sono dotati di compressore autonomo e necessitano di grossi compressori (di potenze dell’ordine di 200-400 kW) che forniscano aria ai vari pozzetti su cui sono collocati, tramite opportune tubazioni, poste parallelamente a quelle dell’acqua.

508032.2315677.8437570.0595339.1296119.1538264.3Totale [m3]

337710.0170050.0242083.0335420.0110416.5292840.9Alta Pressione [m3]

170322.2145627.819548.7259919.1185702.6245423.5Bassa Pressione [m3]

2004/’052003/’042002/’032001/’022000/’011999/’00

Volumi di acqua utilizzati nelle varie stagioni [m3] nel comprensorio sciistico Belvedere Col Rodella, divisi per alta e bassa pressione. La superficie totale innevata è di circa 97 ettari.

Consumi di acqua in Alto Adige

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^3]

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Su

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[ha]

Vol di acqua

Superficie innevata

All’interno delle sale macchine si trovano complessivamente cinque compressori con potenze variabili tra i 200 e 450 kW, che garantiscono una portata d’aria minima di 2000 Nm3 h-1. Le pompe principali utilizzate in questo comprensorio sono in tutto tredici, con potenze comprese tra i 110 e 250 kW e portate che vanno da un minimo di 25 l s-1 ad un massimo di 40 l s-1. Accanto a queste bisogna aggiungere altre sei piccole pompe (5.9-21 kW) che permettono di pompare acqua alle tredici torri di raffreddamento che gestiscono ciascuna 54 m3 h-1 di acqua. Naturalmente per far funzionare l’impianto è necessario portare l’acqua dai punti di presa (pozzi e vasche di raccolta) alla sala pompe, quindi, oltre a quelle già menzionate ci sono altre cinque pompe (11.8-25 kW) che permettono di riempire le vasche di rilancio per l’immissione in linea dell’acqua.

Tra i fattori importanti per la produzione di neve artificiale vi è la temperatura dell’acqua in ingresso agli innevatori, temperatura che nella prativa è compresa nel range 2-4 °C.

Questi valori vengono ottenuti mediante l’impiego di imponenti torri di raffreddamento che realizzano l’obiettivo desiderato nello stesso modo con cui si raffredda l’acqua dei circuiti di raffreddamento di un generico impianto industriale.L’acqua, spruzzata verso il basso, incontra una corrente di aria ascensionale, prodotta da apposite ventole, favorendo in questo modo il raffreddamento per scambio termico.

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Seconda fase: ventilazioneSeconda fase: ventilazione

MiscelazioneMiscelazione EspansioneEspansione

Prima fase: impattoPrima fase: impatto

T = 0 °C

ACQUA

ARIA

ACQUA

NUCLEATORE

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UGELLO

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