ACQUEDOTTI – LA REGOLAZIONE DELL’IMMISSIONE DIRETTA IN RETE CON POMPE VARIABILI -LA DISCUSSIONE CONTINUA

Non ho fatto tempo a completare l’articoloacquedotti – il progresso nella regolazione dell’immissione diretta nella rete di distribuzione tramite pompe a velocità variabile che mi sono apparsi necessari alcuni approfondimenti

Esempio di rete alimentata a pressione variabile

L’ articolo, nella sostanza, concerne una piccola estensione della nota modalità di regolazione delle reti di cui al titolo e che si basa sulla pressione che si vuole ottenere in rete e precisamente in corrispondenza del punto di consegna dell’acqua all’utenza. La nuova modalità vi aggiungeva la possibilità di lasciare libera la pompa, per brevi e successivi intervalli di tempo in cui essa gira a velocità fissa, di aggiornarsi in portata e pressione di mandata facendo scorrere il punto di funzionamento lungo la curva caratteristica. Questa disposizione consiste semplicemente nell’evitare una continua variazione della velocità della pompa imponendo invece di restare per un intervallo di tempo prefissato (ad esempio per 15 minuti), a velocità costante. Il funzionamento reale del sistema può essere controllato a posteriori esaminando la registrazione di tutti i dati. In conclusione il metodo si basa principalmente sulla imposizione della pressione precedentemente prefissata tramite un diagramma giornaliero caratterizzato da pressioni che, dalle esperienze acquisite, devono essere molto basse alla notte quando i consumi sono minimi per aumentare nelle ore diurne in proporzione ai consumi previsti ora per ora. In definitiva l’efficacia del lavoro dipende totalmente dalla formulazione di tali valori giornalieri essendo logico che una loro errata compilazione fa scorrere per grandi valori il punto di funzionamento lungo la curva caratteristica portando la pompa a lavorare fuori rendimento. Nell’articolo citato si spiegava che, allo scopo di evitare errori grossolani del tipo di quello cui si è fatto cenno, è necessario verificare frequentemente le condizioni effettive di funzionamento della rete e delle pompe in modo di apportare al grafico di preimpostazione quelle correzioni che si dimostrino atte a correggere le anomalie di funzionamento man mano che esse vengono alla luce. Quello descritto in definitiva è un metodo pratico di aggiornamento di uno degli elementi fondamentali di esercizio.

Esempio di grafico giornaliero delle pressioni di rete da preimpostare

Risultando chiaramente che la bontà dei risultati di esercizio della rete è funzione del grafico di predisposizione delle pressioni, è proprio sulla qualità del grafico medesimo che occorre prestare la massima attenzione ed in particolare studiarne le nuove modalità di concezione e redazione.

La moderna tecnica, abbandonato ilo metodo pratico, non può che basarsi sull’uso del modello matematico della rete con il quale si possono eseguire moltissime verifiche della rete partendo da serie di dati differenziati ed approfittando quindi dei numerosi risultati per scegliere la soluzione migliore cioè quella che con minori spese di sollevamento, minore impiego di acqua captata, fornisce la migliore alimentazione della rete.

La procedura da seguire è abbastanza complessa ma molto interessante.

rete-venezia

Esempio di calcolo della rete di Venezia eseguito negli Anni 70 con i primi computer allora disponibili

Le verifiche vanno fatte utilizzando uno dei molti programmi tra i quali primeggia Epanet che consente di effettuare calcoli delle reti acquedottistiche complete di tutti gli annessi e connessi di tutti i tipi dalle valvole, ai serbatoi alle pompe a velocità variabile ecc.

La procedura da seguire nel caso specifico, comprende le operazioni di rito come la memorizzazione dello schema idraulico scheletrizzato e cioè depurato delle condotte secondarie e di tutte quelle che influiscono poco nel funzionamento principale della rete, la definizione delle portate prelevate dall’utenza e distinte nodo per nodo, dei coefficienti di scabrezza delle tubazioni, la determinazione delle perdite occulte e dei criteri per suddividerle tra tutti i nodi, la esecuzione della calibrazione cioè dell’operazione mediante la quale si effettua, sempre con l’ausilio di avanzati programmi di calcolo al modello matematico, l’ adeguamento di tutti i dati ad una situazione nota di funzionamento. In altri termini la prima operazione complessa consiste nel costruire un modello matematico che sia in grado di determinare teoricamente i dati di funzionamento una rete esistente e, partendo dal confronto con quelli noti, di correggerne gli elementi fino a rendere il modello stesso congruo con la rete effettiva.

Completata la descritta prima parte cominciano le elaborazioni di un gran numero di soluzioni diversificate ed atte a definire quella migliore.

Poiché il primo elemento da definire è il grafico giornaliero delle pressioni in rete nel punto di consegna dell’acqua all’utenza, oppure, nel caso di reti complesse dei valori medi del territorio, questa determinazione, come già detto, ha un’importanza capitale che consente di adottare, non un grafico giornaliero derivato da elementi approssimati o da esperienze di esercizio effettivo, bensì frutto di una serie di calcoli molto attendibili e che determinano l’applicazione reale del grafico stesso.

Le elaborazioni preliminari non si possono considerare concluse in questo modo poiché con il modello matematico della rete si può anche verificare tutto ciò che provocherà in rete l’adozione dei dati calcolati con il modello stesso. In pratica si potranno prevedere anche i rimanenti elementi ottimali di funzionamento delle pompe e soprattutto determinare la durata degli intervalli durante i quali le pompe funzioneranno a giri fissi. Come già spiegato nel precedente articolo è sicuramente opportuno che le pompe rimangano a portata costante per periodi il più lunghi possibile ma agendo in maniera casuale ne potrebbe derivare un dispendioso funzionamento delle macchine che lavorano fuori rendimento.

Alla fine della trattazione fatta l’insieme di regole proposte in questo e in altri articoli rende l’immagine di una rete acquedottistica di tipo particolarissimo e che prescinde totalmente dalla realtà tanto da apparire del tutto fantasiosa ed inattuabile.

Esempio di rete classica alimentata da vasche di carico

Questa conclusione appare ancora più scottante se si aggiunge un altro fattore realistico: tutte le elaborazioni fatte da chi scrive negli articoli citati si riferiscono, per semplicità, ad acquedotti che alimentano territori pianeggianti mentre nella realtà ciò si verifica molto di rado e sono molto più frequenti servizi idropotabili relativi a terreni caratterizzati da dislivelli altimetrici che fanno crescere a dismisura le difficoltà di calcolo e di determinazione degli elementi essenziali di cui si tratta. Alla fin fine l’autore potrebbe anche convenire con tali giudizi negativi riguardo alle tesi da esso medesimo portate avanti ma sussiste un elemento incontrovertibile che giustifica la ricerca di nuove soluzioni anche avveniristiche ma che possono sempre offrire degli spunti utili. Tale elemento è costituto dalla arretratezza bissale che caratterizza la gran parte degli acquedotti effettivamente esistenti. Basterà elencare tutte le reti che funzionano a pressione iniziale fissa dovuta alla presenza infausta delle vasche di carico le quali sono ancora oggi definite l’elemento essenziale che deve essere presente in tutti gli acquedotti, basterà pensare alla distrettualizzazione adottata negli acquedotti più importanti essendo ritenuta l’optimum mentre non è altro che la dimostrazione di incapacità di verificare il funzionamento del loro acquedotto e di utilizzare elementi validi tra i quali appunto la immissione in rete a pressione variabile, basterà pensare agli sprechi del 50% di acqua delle perdite occulte cui si conta di rimediare, non già rivoluzionando gli acquedotti, ma semplicemente sostituendo le condotte ammalorate con nuove tubazioni del tutto simili aggiungendo, tutto al più la distrettualizzazione che ne perpetua gli errori, Sono queste le motivazioni che mi spingono a continuare nella mia azione di divulgazione di metodi diversi da quelli che regnano indisturbati nei piu’ diffusi testi di letteratura tecnica acquedottistica.

ACQUEDOTTI – IL PROGRESSO NELLA REGOLAZIONE DELL’IMMISSIONE DIRETTA NELLA RETE DI DISTRIBUZIONE TRAMITE POMPE A VELOCITA’ VARIABILE

Negli articoli di questo sito ho propugnato caldamente l’alimentazione in diretta ed a pressione variabile delle reti di distribuzione degli acquedotti con  pompe a velocità variabile.

Pompe a velocità variabile del Consorzio Acquedotto Basso Tagliamento regolate con la predisposizione delle velocità di rotazione da mantenere durante la giornata

Nello svolgimento di un tema così scottante ho proposto due modalità di regolazione la prima, più tecnica, è basata sul rilievo e trasmissione in automatico ed in tempo reale delle pressioni di rete tramite strumentazioni ubicate nei punti caratteristici del territorio servito mentre l’impianto di telecontrollo e telecomando, grazie a programmi accuratamente compilati da esperti sia in informatica e sia in acquedottistica, provvedono in tempo reale a regolare la velocità delle pompe in modo che nel punto di arrivo dell’acqua all’utenza si riscontri una pressione sempre coincidente con quella preimpostata per le 24 ore della giornata in corso. ( vedi “la rete di distribuzione” ) e/ ) I programmi sono dotati anche di tutti gli accorgimenti necessari per dare sicurezza ed elasticità di funzionamento, come ad esempio l’esecuzione graduale delle manovre, la verifica che non vengano comunque superati dei valori estremi sia in eccesso che in difetto, la corrispondenza degli effetti di ogni comando con la realtà rilevata in rete, l’accettazione di una data tolleranza tra dati teorici e dati reali ecc, ma alla fin fine si tratta sempre di portare a coincidere la pressione di rete con quella predisposta zona per zona del territorio utilizzando una procedura automatica ma rigida in quanto parte dal presupposto che la pressione preimpostata sia sempre atta ad una alimentazione ottimale dell’utenza. Si deve infatti rilevare come la strategia di esercizio di una rete sia quella di fornire l’acqua con pressione esuberante nei periodi di forte consumo ed in questo caso non si dovrebbero correre rischi di nessun genere. Il pericolo è insito nella pressione preimpostata per la notte in quanto viene ricercato il valore pressorio il più basso possibile allo scopo di diminuire le perdite occulte ed i guasti in condotta che, come ben noto, hanno luogo soprattutto nei periodi notturni a causa dell’alta pressione di esercizio che di solito li contraddistinguono. Tale ricerca può portare a diminuire eccessivamente la pressione all’utenza creando inevitabili disservizi. Il rimedio correntemente messo in atto, con risultati buoni, consiste in una attenta sorveglianza del funzionamento reale della rete ed un continuo aggiornamento del diagramma delle pressioni preimpostate i quali man mano che vengono scoperti, eliminino tutte le pericolosità.

In questo articolo si ricorre ad un terzo metodo che utilizza ambedue le strategie basandosi allo stesso tempo sulla predisposizione delle pressioni di arrivo presso l’utenza ed anche su una predisposizione particolare del numero di giri delle pompe ad intervalli di durata regolabile come sarà indicato. Lo scopo ricercato è migliorare ulteriormente la regolazione di cui al primo tipo descritto offrendo alla rete un modo per autoregolare pressione e portata adeguandole alle richieste reali dell’utenza.

In dettaglio la nuova procedura si compone dei seguenti punti :

  1. Definire e memorizzare nel sistema di comando e controllo il diagramma delle pressioni che si desidera ottenere in prima fase nella rete e che, ad esempio può essere quello della figura n.1 nel quale si prevede una bassa pressione nelle ore di minor consumo cioè dalla mezzanotte alle ore 4 del mattino. La pressione poi aumenta ed ammonta a circa 48 m alle ore di massimo consumo cioè alle 9 per calare poi in funzione delle previsione di consumo

  2. L’impianto di telecontrollo e telecomando esegue di seguito le seguenti azioni:

– effettua la regolazione primaria portando la pompa a alla velocità atta ad ottenere in rete la pressione riportata nel grafico di preimpostazione di cui al punto 1)

– una volta raggiunto lo scopo, esegue la regolazione secondaria fissando la velocità appena definita per un determinato e prefissato intervallo di tempo ( ad esempio per 15 minuti )

– durante l’intervallo di tempo di cui sopra la pompa funziona a giri costanti e regola la portata e la pressione di pompaggio facendo scorrere il punto di funzionamento lungo la curva caratteristica onde soddisfare in toto la richiesta.

  1. Passato l’intervallo di autoregolazione il ciclo riparte con le azioni di regolazione primaria e secondaria già spiegate

  2. Un aspetto importante riguarda la registrazione dei principali dati di funzionamento della rete regolata col nuovo sistema soprattutto perchè permetterà, come riportato più avanti, di capire il funzionamento effettivo ed in conseguenza promuovere continui aggiornamento dei grafico di preimpostazione delle pressioni giornaliere

Si capisce come non sia un elemento rigidamente fisso come la pressione di rete a determinare il funzionamento definitivo della rete ma come nello stesso tempo sia concessa una certa libertà d’azione e che è rappresentata dalla curva caratteristica della pompa per tutto il tempo durante il quale essa gira a velocità fissa.

Il concetto sarà, chiarito con un esempio numerico. Immaginiamo che all’istante x l’impianto di telecontrollo abbia completato la regolazione primaria e regolato la velocità della pompa in modo da avere in rete la pressione, prefissata nell’esempio pari a 32 m. Supponiamo anche che la pompa stessa all’istante x + 2 minuti solllevi 15 l/sec con una prevalenza di 32 m ma che la rete richieda in quel momento solo 10 l/sec di portata. Avrà immediatamente luogo la modifica del punto di funzionamento che, come accade sempre nelle pompe a giri fissi, si sposterà lungo la curva caratteristica e dai precedenti 15 l/sec passerà a 12 l/sec ma si verificherà anche un aumento di pressione che dai 32 m si porterà verso i 34 m. Questo aumento di pressione a sua volta provocherà una crescita dei consumi i quali dai precedenti 10 l/sec arriveranno a 11 l/sec. Il funzionamento definitivo dell’impianto avverrà allora con una portata di 11 l/sec ad una prevalenza di 33 m. In definitiva l’esempio dimostra l’adattabilità del sistema alle condizioni reali della rete con differenziazioni finali del tutto trascurabili rispetto alla perfezione di esercizio teorica.

Come citato al precedente punto 3 il ciclo di regolazione riprenderà allo scadere di x + 15 minuti quando il telecontrollo opererà il nuovo aggiornamento della velocità della pompa adeguandola esattamente alla pressione prefissata per tale istante e fissando in modo costante la nuova velocità per i successivi 15 minuti durante i quali la pompa resterà di nuovo libera di far scorrere il punto di funzionamento secondo le modalità spiegate.

In pratica la serie di valori di preimpostazione della pressione di rete costituisce una base determinante dell’esercizio reale pur avendo concesso al sistema la possibilità di distanziarsene in funzione delle richieste effettive dell’utenza. Per capire in toto la auto regolazione indicata bisogna tener presente che la portata di un acquedotto richiesta dall’utenza non dipende soltanto dal suo reale fabbisogno ma è influenzata anche dalla variazione di pressione di esercizio della rete essendo dimostrato che in una qualsiasi situazione l’aumento o la diminuzione della pressione di funzionamento gioca un ruolo determinante sulle perdite che variano in funzione della radice quadrata del cambiamento di pressione ma anche nel consumo vero e proprio di ogni singolo utente il quale è costituito a sua volta da apparecchiature diversificate come ad esempio i rubinetti aperti, il prelievo di apparecchiature a bocca fissa, l’apertura di idranti ecc. ecc, i quali nella loro totalità seguono le leggi idrauliche della foronomia e cioè dipendono in maniera diretta anch’essi dalla pressione ( vedi articolo portata e pressione

Si può affermare che, mentre col primo dei tre metodi spiegati si imponeva alla rete di funzionare esattamente alle pressioni fissate ora per ora , con il secondo ci si basava soltanto sul numero di giri delle rompe infine con il terzo che viene qui proposto si continua ad imporre la pressione a determinati intervalli di tempo ma con una certa elasticità che tiene conto dei fabbisogni reali: Il tutto porta ad una procedura di nuovo tipo e che, ad avviso di chi scrive, costituisce un nuovo importante passo avanti nella regolazione degli acquedotti. La sua parte più interessante riguarda la conoscenza del suo esercizio effettivo quale si potrà ricavare, in fase di esercizio effettivo, dalle registrazioni di cui al precedente punto 4 al cui riguardo si può fin da ora intavolare una discussione.

Si è già spiegato che la preimpostazione delle pressioni auspicate in rete fissa le linee principali del funzionamento mentre l’autoregolazione effettuata dalle pompe quando girano a pressione fissa deve costituire solo una messa a punto di modesta variazione. Ad esempio potrebbe servire a colmare un momentaneo e notevole aumento di un utente specifico e, una vota cessato l’anomalo aumento di richiesta, il sistema dovrebbe rientrare nel precedente regime di funzionamento. Qualora le cose non fossero in questi termini ma indicassero una costante variazione resa evidente dalle registrazioni che preannunciano anomalia di esercizio, si potrebbero verificare le seguenti due condizioni: un errore nella predisposizione effettiva delle pressioni auspicate oppure il verificarsi di una grave disfunzione di rete come ad esempio il formarsi di una nuova perdita. Nel primo caso potrebbe risultare necessario modificare le pressioni di preimpostazione in modo da far rientrare l’autoregolazione entro i limiti modesti che la devono caratterizzare. Nel secondo caso sarebbe da programmare una ricerca specifica con riparazione delle perdita.

Colgo ora l’occasione per porre in risalto il vero baratro che esiste tra la regolazione in oggetto ed il funzionamento ancora in uso in moltissimi acquedotti e che si basa molto semplicisticamente sulla alimentazione a pressione di partenza fissa giorno e notte, sia in occasione di alti che di bassi consumi senza preoccuparsi minimamente di quello che accade in rete ma che viene documentato dallo sconsiderato ammontare delle perdite occulte d’acqua che accusano gli acquedotti italiani.

Si conclude la nota ribadendo l’importanza che riveste una buona regolazione del funzionamento degli acquedotti cui contribuisce in maniera determinante il rispetto dei principi già elencati non senza ammettere che molta strada è ancora da compiere in questo settore in quanto dei veri prodigi sono da attendersi  dall’uso sempre più avanzato dell’informatica.

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UN SOLO SERBATOIO DI GRANDI DIMENSIONI PUÒ RIMEDIARE ALLA MANCATA COMPENSAZIONE GIORNALIERA DI TUTTA UNA SERIE DI PICCOLI SERBATOI DELLA STESSA RETE ACQUEDOTTISTICA

La funzione che le teorie acquedottistiche classiche assegnano al serbatoio giornaliero degli acquedotti è quella di effettuare la compensazione delle portate durante il ciclo di 24 ore della giornata.

Figura n. 1 .= Grafico delle portate e delle altezze e dei volumi di invaso nel giorno di massimo consumo secondo le teorie classiche

Un esempio chiarificatore può essere quello della figura n. 1. Si suppone una produzione fissa di 100 l/sec rappresentata dalla retta orizzontale color magenta e  che, proprio per la sua costanza di produzione nel tempo, rappresenta la soluzione ideale. , L’andamento giornaliero dei consumi è raffigurato dalla spezzata azzurra e quindi con soli 40 l/sec alla notte, dalle ore 1 alle 5 e di 150 l/sec dalle 8 alle 9. Nelle ore pomeridiane si stabilizza n un consumo di circa 120 l/sec che dura fino alle 20 per poi calare velocemente. Il volume del serbatoio necessario per la compensazione delle portate risulta pari a mc 1240 che si suppongono attuati da un serbatoio alto 5 m e con una superficie di 310 mq. La parte inferiore del serbatoio per un’altezza di un metro si suppone inutilizzata a fini compensativi per costituire invece una riserva di emergenza atta a coprire eventuali necessità idriche eccezionali ed imprevedibili

Dalle regole classiche risulterebbe che una rete di distribuzione munita di un serbatoio del genere sarebbe in grado di immagazzinare durante la notte il citato volume di 1240 mc atto a fronteggiare esattamente le punte di consumo del giorno successivo e quindi garantire il mantenimento di una produzione costante per tutto l’arco della giornata come già indicato. Nella pratica di esercizio ed anche nelle simulazioni effettuate al modello matematico si constatata invece che una sequenza del genere è praticamente impossibile da realizzarsi a causa dei molti fenomeni che caratterizzano il funzionamento idraulico effettivo delle reti ed anche a seguito della composizione dei consumi che nella realtà sono molto variabili nel tempo e nelle svariate aree alimentate dalla rete. A tutto ciò deve aggiungersi che una progettazione delle opere di compensazione come quella in uso che si basa soltanto sulla verifica del giorno di massimo consumo è da considerarsi errata dovendo invece esaminare approfonditamente anche le modificazioni idrauliche che intervengono negli altri giorni di minore richiesta idrica. Nel seguito si cercherà di approfondire le questioni con successive elaborazioni dell’esempio citato.

Nel giorno di massimo consumo di cui alla figura n.1, essendo note sia la portata prodotta durante la giornata e pari a 100 l/sec costanti e sia il consumo variabile di minuto in minuto dell’utenza, si è potuto determinare, con semplici elaborazioni del grafico, la curva dei livelli che deve assumere l’acqua in serbatoio e che è rappresentata dalla spezzata in colore rosso . Ovviamente il serbatoio si vuota durante il periodo diurno, approssimativamente dalle ore 6.30 alle 21, durante il quale la portata prodotta di 100 l/sec non sarebbe in grado di fronteggiare da sola i consumi nel mentre il riempimento del serbatoio medesimo avverrà nelle rimanenti ore della giornata e cioè dalle 21 alle 6.30 del giorno dopo.

Figura n. 2 = Grafico del funzionamento assurdo del giorno di basso consumo e con produzione costante

Esaminiamo ora una giornata di consumi più bassi di quelli descritti e raffigurata nella figura n. 2. Se anche in questo caso la produzione si mantenesse sui 100 l/sec l’intervento del serbatoio si ridurrebbe ad un volume irrisorio di soli 195 mc mentre i grandi quantitativi dell’acqua prodotta durante la notte ed evidenziati nella figura n. 2 con tratteggio,dovrebbero essere sfiorati e quindi persi. Se ne conclude che la produzione, per rimanere costante per tutta la giornata, dovrebbe essere congruamente ridotta fin dalle prime ore del mattino durante le quali si dovrebbe di già impostarla sul valore di quella che sarà la portata media della giornata ancora da venire. Si capisce bene che quella appena descritta è un’ipotesi assolutamente irrealizzabile non esistendo la possibilità di leggere il futuro : si tratta evidentemente di una mera fantasia citata solo per assurdo.

Dalle esperienze dirette di esercizio di serbatoi reali si è però riusciti a determinare una buona modalità di regolazione basata fin dal primo mattino sulla impostazione non già della esatta portata media del giorno in corso, bensì di una portata che non solo vi si avvicina notevolmente ma che presenta anche un ulteriore vantaggio nelle modalità di produzione dell’acqua come verrà spiegato nel seguito.

Appare ovvio che il serbatoio di compenso non debba essere attivo soltanto nelle rare giornate di alti consumi ma che si debba invece sfruttare il suo invaso in tutte le 365 giornate dell’anno tipo obbligandolo ad immettere in rete durante le ore diurne tutto il volume di 1240 mc immagazzinato alla notte , ovviamente ad eccezione di quello di riserva che deve rimanere a disposizione degli eventi eccezionali. La regola da adottare per ottenere questo risultato è molto semplice e consiste nel modificare radicalmente le attuali modalità di regolazione del serbatoio sostituendo quella normalmente in uso e definita “al massimo livello” con quella “a livelli imposti nelle 24 ore”. In pratica si tratta di sostituire ai galleggianti di cui sono dotati la gran parte dei serbatoi allo scopo di chiudere l’immissione a serbatoio pieno, un dispositivo automatico che rilevi in tempo reale il livello dell’acqua in serbatoio e provveda a modificare in tempo reale la portata immessa in modo di far coincidere in continuità l’altezza dell’acqua effettiva con quella preimpostata tramite il grafico giornaliero che, nel caso dell’esempio in corso è sempre quello rappresentato dalla spezzata di colore rosso rimasta invariata nei grafici allegati.

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L’UTILIZZAZIONE DEI CARICHI IDRAULICI RESIDUI NELL’ALIMENTAZIONE DI UNA RETE ACQUEDOTTISTICA TRAMITE ADDUTTRICE PRIMARIA

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Esempio di centrale di risollevamento affiancata da serbatoio di accumulo. Sono visibili a sinistra le quattro pompe a velocità variabile con inverter ed a destra la condotta di immissione in serbatoio regolata da valvola servocomandata

Una situazione che si verifica sovente è la presenza di condotte destinate ad alimentare un vasto territorio cosparso di centri abitati posti a notevole distanza uno dall’altro ed anche dalla centrale di immissione in condotta. Il profilo idraulico della linea piezometrica è caratterizzato da una elevata pressione di pompaggio iniziale necessaria per dare all’insieme un carico idraulico sufficiente al rifornimento dei serbatoi seminterrati dei centri più lontani ove la piezometrica si riduce a zero dovendo con il minimo dispendio energetico adempiere in toto ai compiti che le sono propri. La stessa piezometrica risulta invece atta ad alimentare in diretta e con un pressione esuberante i centri abitati posti in prossimità della centrale ma che man mano che ci si allontana si abbassa sempre di più rendendo necessario il deposito dell’acqua in serbatoi e successivo risollevamento per l’alimentazione delle rete di distribuzione. Sussistono anche delle combinazioni intermedie di centri abitati che risulterebbero correttamente alimentatili in diretta solo saltuariamente e cioè in periodi più o meno lunghi nei quali l’adduzione conserva comunque una pressione abbastanza elevata. E’ da rilevare l’aleatorietà di un rifornimento di questo tipo  ed al tempo stesso l’opportunità di usufruire con continuità di tutta la pressione di fornitura onde limitare al massimo il dispendio energetico che si verifica tutte le volte che deve entrare in servizio il risollevamento per ripristinare la corretta consegnava dell’acqua all’utenza..

Sono poi da rilevare due aspetti del problema. Da un lato la consegna diretta in rete dell’acqua da parte della sola adduttrice esterna sarebbe caratterizzata dalle sue rilevanti perdite di carico che possono provocare delle crisi improvvise della rete di distribuzione senza dubbio di poca durata complessiva ma che comunque presentano un disservizio grave. Dall’altro lato una alimentazione come questa è soggetta a forti escursioni di portata istantanea con probabili disservizi. Una delle modalità per rimediare all’inconveniente si baserebbe sulla disconnessione totale tra rete di distribuzione locale e rete generale di adduzione attuata mediante l’inserimento di un serbatoio di compensazione giornaliera con annesso impianto di sollevamento che apporterebbe all’Ente fornitore il vantaggio di un prelievo con portata corrispondente al consumo medio giornaliera evitando quello di punta. Una soluzione del genere contrasta nettamente con quanto sostenuto nelle righe precedenti in quanto comporterebbe una forte dissipazione energetica in corrispondenza del serbatoio il quale, funzionando a pelo libero, comporta la perdita di tutto il carico idraulico residuo. Si tratta quindi di una soluzione da scartare prioritariamente. Quella diametralmente opposta a consiste nell’inserire nella condotta di derivazione dall’adduttrice principale un sistema di risollevamento che aspirando direttamente dalla adduttrice stessa garantirebbe verso la rete di distribuzione locale la necessaria maggiore pressione di esercizio. Ad avviso di chi scrive, anche questa soluzione, pur essendo vantaggiosa per le sue limitate spese di costruzione, è anch’essa da scartare per preferire l’inserimento di un serbatoio di accumulo a terra atto a dare al servizio la dovuta sicurezza e che, come già detto, consente di prelevare dall’adduttrice principale una portata che si avvicina a quella media giornaliera.  Risulta anche possibile evitare la disconnessione idraulica totale tra rete di distribuzione e condotte di adduzione onde poter continuare a usufruire di tutta la pressione presente nel punto di consegna.

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Schema idraulico delle opere di integrazione

La soluzione che viene quì proposta, è sinteticamente rappresentata dallo schema allegato. Occorre precisare come nella stragrande maggioranza degli acquedotti sia invalsa l’abitudine di adottare una cura particolare nella regolazione della pressione di esercizio della rete di distribuzione, essendo ufficialmente dimostrato essere questa la regola essenziale per diminuire le perdite occulte di rete che rappresentano un altro grande male degli acquedotti. L’indicazione delle pressioni da mantenere nelle 24 ore della giornata tipo nei punti di consegna dell’acqua all’utenza è tracciata nel grafico giornaliero della figura allegata dal quale risulta una pressione più elevata nelle ore nelle quali statisticamente si verificano le maggiori richieste mentre in quelle di consumo minimo ed in particolare notturne, la pressione ha una valore molto basso ma sufficiente per vincere le minori perdite di carico e soddisfare, con una modesta spesa di sollevamento, le poche utenze che prelevano di notte.

In dettaglio per il funzionamento della rete proposta, reso totalmente automatico da una comune scheda elettronica, può essere descritto brevemente come segue:

Oltre ai normali misuratori di portata (N. 1 e 9) un grande ruolo è svolto dal manometro n. 2 in quanto se la pressione è sufficiente per gli scopi indicati impone la chiusura delle valvole 3 e 8, l’esclusione del surpressore e quindi la rete è totalmente alimentata dalla pressione dell’adduzione-.

Si distinguono diverse fasi.

Fase notturna. La valvola n. 5 regola la pressione ora per ora un conformità con le indicazioni del grafico delle pressioni imposte mentre la valvola n. 3 si apre soltanto per il riempimento del serbatoio ma anche il grado di apertura è regolato in modo che la pressione di alimentazione della rete corrisponda, come detto , a quella del grafico. La portata prelevata sarà inoltre sottoposta alla condizione limite di non deprimere eccessivamente la pressione dell’adduttrice. Quando il serbatoio è pieno la valvola n, 3 si chiude ed serbatoio resta pieno in attesa di intervenire per coprire le punte di consumo.

Al mattino la valvola di regolazione n. 5 si apre sempre di più in modo da dare in rete portate sempre adeguate all’aumento della richiesta essendo regolata in funzione del grafico delle pressioni.

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ACQUEDOTTI – REGOLAZIONE INTELLIGENTE DELLE POMPE A VELOCITÀ’ VARIABILE

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Esempio di impianto di sollevamento ad immissione diretta in rete tramite quattro pompe a velocità variabile con inverter e casse d’aria per l’attenuazione dei colpi d’ariete

Un impiego importante delle pompe a velocità variabile negli acquedotti è senza dubbio il pompaggio diretto in rete a pressione regolata che può aver luogo mediante pompe a velocità variabile oppure con insieme di pompe variabili e di altre fisse da utilizzare per le portate minori. Quello che in questa sede non viene preso in esame è il sollevamento nella vasca di carico della rete.

Tutti i sistemi che si esaminano devono forzatamente dipendere, oltre che dalla portata da distribuire, in particolare dalla pressione con la quale la rete di distribuzione deve iniziare il suo lavoro. Senza entrare per il momento nel merito delle varie possibilità di definizione dell’ammontare effettivo di detta pressione di mandata delle pompe, si sottolineano i grandi vantaggi che si possono ottenere da una regolazione intelligente basata su alcuni concetti poco diffusi.

Il principio cui intendo riferirmi è l’opportunità di abbandonare la rigidità che deriva dai metodi considerati ottimali e che impongono la pressione oppure la portata da immettere istantaneamente in rete.

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LA SITUAZIONE TRAGICA DEGLI ACQUEDOTTI ITALIANI CONTRIBUISCE NON POCO A FARCI MULTARE SONORAMENTE DALLA Ue – ALLA FINE CHI PAGA SIAMO NOI

Serbatoio e logo

Serbatoio e logo

Riporto dal giornale Repubblica del 01 febbraio 2017

“Da Bruxelles infrazione da 60 milioni e multa da 350mila euro al giorno: i soldi potrebbero essere spalmati sulle tariffe per il servizo idrico a tutti i cittadini. In attivo una nuova procedura da parte della Ue

La vicenda si trascina da decenni. All’interno dei paesi dell’Eurozona, nella classifica per le infrastrutture dedicate al “ciclo idrico integrato” l’Italia non è messa bene. Come ha ricordato lo studio appena presentato da Utilitalia (l’associazione che raccoglie le aziende pubbliche locali), realizzato dalla Fondazione Utilitatis in collaborazione con la Cdp, nel nostro paese “gli acquedotti sono ‘vecchi’, tanto che il 60 per cento delle infrastrutture è stato realizzato oltre 30 anni fa (di cui il 70 per cento nei grandi centri urbani); il 25 per cento di queste supera i 50 anni (di cui il 40 per cento nei grandi centri urbani). 

C’è poi l’annosa questione delle perdite, le cosiddette “dispersioni” con numeri geograficamente differenziati: al Nord, in media, va sprecato il 26 per cento dell’acqua immessa nella rete, al Centro il 46 per cento e al Sud il 45 per cento.

Quello che fa impressione non è solo il fatto che gli utenti dell’acquedotto debbano sobbarcarsi un aumento delle tariffe dell’acqua allo scopo di pagare le multe delle quali non hanno alcuna colpa ma è la falsa opinione che dilaga nei riguardi del falso giudizio “gli acquedotti sono ‘vecchi”.

La vecchiaia del sistema idropotabile italiano non consiste affatto nel pessimo stato degli impianti tanto fatiscenti da essere chiamati “colabrobdo”. Invece i sistemi idropotabili italiani sono vecchi come concezione, come strategia generale di raccolta accumulo e distribuzione di acqua che viene ancora oggi attuata sulla base di quei principi sorpassatissimi che vengono insegnati alle università e che trionfano ancora quando si realizzano opere acquedottistiche : questo è il vero problema!

Basterà esaminare la tecnica della distrettualizzazione che trionfa al giorno d’oggi e che pontifica successi inesistenti quando, invece di porre rimedio ai disastri, li rendono longevi istituzionalizzando un deleterio stato di fatto.

Se un acquedotto denuncia perdite del 50% della sua acqua non si pensa affatto che occorra rivedere le basi su cui si fonda ma invece vi si rimedia con la distrettualizzazione che consiste nel suddividere la rete in tante minuscole sottoretii . In altri termini, siccome non si conoscono né le buone regole di costituzione di un acquedotto e nè si è a conoscenza del suo funzionamento reale, allora lo si divide in tante piccole partii di ognuna delle quali, essendo alimentata da una sola condotta, si può finalmente conoscere portate e perdite reali. Fatto questo ci si accorgerà troppo tardi che nella pratica per una questione di mancata conoscenza, si è distrutto quello che rappresenta la migliore prerogativa di una rete e cioè la sua grande interconnessione e si provvede in tutta urgenza a reciderla sminuzzando la rete stessa..

Questo è solo uno dei molti aspetti della questione ma ve ne sono molti altri. Penso alla mancata percezione della necessità di cambiare i contatori di utenza sostituendoli con apparecchi multifunzione, penso alla costituzione, non di reti minuscole ottenute con il citato spezzettamento ma, al contrario, nel costituire grandi reti funzionanti a pressione regolata intelligentemente il che presuppone per prima cosa di eliminare le vasche di carico per sostituirle con la immissione diretta in rete a pressione variabile.

E’ inutile portare esempi : è la mentalità retrograda da vincere!!

Nel frattempo aspettiamo le nuove bollette dell’acqua maggiorate per pagare la consistente multa già comminata dalla Ue.

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LE DELUDENTI POSSIBILITÀ’ DI ACCUMULO DELL’ENERGIA ELETTRICA

Rileggendo l’articolo ” Accumulare energia elettrica, un problema di difficile soluzione” del 30.11.2014 rilevo dei validi  motivi per riportarlo all’attualità poiché vi intravedo una possibile  risoluzione di problemi che stanno diventando sempre più pressanti mentre risalta la tendenza negativa di uno scarso impegno dei tecnici specialisti e delle industrie del ramo per le ricerche innovative nello specifico settore.

Sembra impossibile che il grande progresso tecnologico che interessa tutti i campi dell’odierno vivere umano non riesca ad escogitare dispositivi di nuovo tipo che in poco volume e poco peso siano in grado di accumulare ingentissimi quantitativi di energia elettrica. La disponibilità di tali eccezionali strumenti apporterebbe una benefica e straordinaria rivoluzione in molti settori a partire dai mezzi di trasporto privati  che diventerebbero tutti ad alimentazione elettrica con i vantaggi che ne derivano, continuando con un rilevante incremento degli impianti solari di produzione di energia elettrica i quali, con le attuali modeste possibilità di accumulo. finiranno per mettere in luce la loro vera essenza che è quella di non risolvere nulla se non di approfittare delle sovvenzioni statali. Man mano che saranno prodotti i nuovi tipi di pannelli solari  verrà  a galla la necessità di smaltire quelli vecchi e quindi sarà vanificata la ammortizzazione delle spese private e pubbliche sostenute per la originaria installazione dei pannelli stessi . L’utilità dei nuovi accumulatori darebbe notevoli migliorie in molti settori con vantaggi notevoli sia campo economico che in quello ambientale.

Purtroppo l’uscita di questi rivoluzionari accumulatori non si profila incomprensibilmente in nessun orizzonte e quindi appare  necessario ricorrere ai ritrovati alternativi che, come ne caso in esame, devono sfruttare delle metodologie complesse e chiaramente di ripiego se confrontate con la soluzione vera prima enunciata.

In questa sede la mia proposta viene descritta molto sommariamente.

Schema di serbatoio idropneumatico. Cliccare per ingrandire

Schema installazione serbatoio idropneumatico.di tipo aereo

Il principio ispiratore è simile a quello degli impianti idroelettrici reversibili che si può affermare costituiscano l’unica possibilità, anche se poco razionale per le rilevanti perdite che accusa, di grande accumulo di energia elettrica oggi esistente essendo basata su due laghi posti a quote altimetriche differenziate e conseguente duplice azione di produrre energia elettrica sfruttando il salto utile ed in secondo luogo del procedimento opposto messo in atto in opportuni periodi per dar corso al risollevamento nel lago superiore della stessa acqua che prima aveva fatto girare le turbine, le quali, in questa fase e vista la loro caratteristica precipua di essere reversibili, sono usate come pompe .

Esempio di serbatoio idropneumatico orizzontale interrato costituito da una tubazione di grande diametro e lungjhezza. (cliccare p'er ingrandire)

Esempio di serbatoio idropneumatico orizzontale interrato costituito da una tubazione di grande diametro e lungjhezza.
(cliccare p’er ingrandire)

Senza entrare nei dettagli delle opere necessarie che si possono trovare nell’articolo “Il serbatoio idropneumatico”…. si tratta di realizzare un grande contenitore di acqua ed aria del tipo aereo di cui alla prima figura allegata oppure sotterraneo e  destinato a funzionare come serbatoio idropneumatico accumulandovi grandi quantità di acqua mantenuta in pressione da un cuscino superiore d’aria che consente di variare il volume invasato facendo variare la pressione da un minimo di 2 bar in corrispondenza di un livello dell’acqua basso per arrivare fino ad 8 – 10 bar a serbatoio pieno. L’accumulo ha luogo sfruttando i cascami di energia cioè tutta quella in eccesso rispetto al fabbisogno e che i pannelli solari producono quando il sole splende e  l’energia così derivata,  non essendo richiesta e quindi non sussistendo alcuna possibile accumulazione, andrebbe perduta. Una volta riempito d’acqua in pressione il serbatoio idropneumatico è possibile  effettuarne il recupero tramite  le pompe reversibili (PAT pump as turbine) che in tale fase si comportano come turbine.

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GLI INSEGNAMENTI CHE SI POSSONO TRARRE DALLE LETTURE DEGLI ARTICOLI DI QUESTO SITO

grafico di durata dei fenomeni naturali

grafico di durata dei fenomeni naturali. Nelle ascisse i tempi, nelle ordinate i valori

In un articolo del presente sito avevo commentato il grafico che ripeto qui a lato per sostenere che esso rappresenta bene la casistica molto frequente in natura ed in base alla quale i fenomeni di valore molto elevato sono sempre in numero estremamente esiguo mentre man mano che si scende con la qualità dei fenomeni medesimi la curva che li rappresenta si appiattisce per allungarsi moltissimo nei valori modesti. Come dire che le cose belle sono pochissime mentre quelle insignificanti sono molte.

La stessa regola resta valida per il grafico del numero di lettori che esaminano i miei articoli in cui appare a prima vista un andamento del tutto simile a quello della precedente figura. Ritengo però interessante verificare se in tutto questo esiste una motivazione e soprattutto se vi si possono ricavare utili indicazioni.

Come si può vedere dal grafico della fig. n. 2 che si riferisce agli articoli effettivamente aperti dai lettori nei tre anni di vita del presente sito, si nota subito che al primo posto e con un numero di letture veramente notevole, se paragonato a tutto il resto del grafico,. è occupato dall’articolo “ impianti di sollevamento ”. In questo primato io intravedo una ragione specifica in quanto, essendo ridotto quasi a zero il numero degli acquedotti che funzionano completamente a gravità, l’insieme di apparecchiature elettromeccaniche ed elettroniche che provvede a dare meccanicamente la necessaria pressione di funzionamento agli acquedotti, non solo riveste un ‘importanza capitale ma soprattutto eccelle nelle molte e variabilissime possibilità di realizzazione e di gestione degli impianti il che fa aumentare a dismisura l’interesse di coloro che si dedicano o che hanno passione e curiosità per gli acquedotti. Tanto per citare qualche titolo basterà nominare il sollevamento in serbatoio o a pressione variabile direttamente in rete, le pompe a velocità variabile, le pompe sommerse e quelle a girante immersa, l’automazione intelligente tramite impianto di telecomando, il funzionamento in parallelo o in serie delle pompe ecc. ecc. Tutto ciò ed il molto altro che occorrerebbe elencare, rendono alto il valore dell’argomento

 

grafico-visite-a-tutto-2016

Grafico del numero di letture degli articoli del sito tuttoacquedotti. Nelle ascisse i nomo degli articoli, nelle ordinate il numero di articoli

Un articolo che nella serie si trova abbastanza staccato dal precedente ma occupa una posizione di netto privilegio come deve considerarsi il secondo posto è quello denominato “il pericoloso colpo d’ariete trasmesso in rete dalle pompe . Mi riesce abbastanza difficile giudicare una presenza del genere. E’ ben vero che i colpi d’ariete che si verificano negli acquedotti rappresentano un grave rischio di rottura di condotte ed apparecchiature stradali o di centrale ma non mi sembra che questo rappresenti un fatto di eccezionale importanza anche perché sussistono i rimedi per attenuare gli effetti negativi descritti appunto nell’articolo in argomento. Ciononostante non è senz’altro il caso di mettere in secondo piano la intensa attenzione prestata dai miei lettori al citato colpo d’ariete in quanto ciò sta ad indicare che il problema esiste veramente.

L’argomento che nella statistica si trova in posizione ancora importante, come è senza dubbio la terza, è quello denominato “Rete di distribuzione”  cioè quell’insieme di opere che costituiscono la parte più cospicua ed importante di ogni acquedotto. Io mi auguro che la lettura di tale articolo abbia contribuito a diffondere nei molti interessati le soluzioni tradizionali e soprattutto quelle innovative che sono state propugnate comprovandone la buona riuscita anche con esempi di gestione reale oltre che con le verifiche teoriche fatto con modelli matematici.

Continuando nell’esame della serie di dati raggrupperei tutti tre assieme i seguenti argomenti, “introduzione al sito, “aria in condotta” e “serbatoi”, facendone rilevare l’importanza senza trovarvi nulla di speciale da aggiungere in questa sede nel mentre porrei un accento particolare sui seguenti due “Portate e perdite” , “pressione” in quanto l’averli compresi tra gli articoli importanti è un rassicurante indizio che molte persone ne hanno stimato la molta valenza. E’ un fatto consolante che da almeno una decina d’anni si sia finalmente capito l’importanza che assume la pressione di esercizio delle condotte dell’acqua potabile e quindi si siano compiuti fior di studi ed esperienze per determinare l’entità reale delle perdite occulte d’acqua e realizzare. metodologie serie per ridurne il valore. Tra di esse è essenziale la regolazione intelligente della pressione di esercizio di cui si è molto trattato nel sito.

Se si esamina il grafico della fig.2 balza agli occhi che a partire dall’ultimo elemento prima indicato e cioè “ pressione “ il grafico presenta un marcato punto di flesso, quasi una linea di demarcazione che separa gli argomenti importanti da tutti gli altri che numerosissimi finiscono a poco a poco per ridursi in numero bassissimo di letture.

La conclusione di questa nota fa apparire chiaramente quali sono gli argomenti di tecnica acquedottistica che sono più diffusi tra lettori di un sito che tratta esclusivamente di acquedotti e, poiché l’intero modo di vivere dell’era moderna comprendendovi qualsiasi attività commerciale, industriale, sanitaria., ambientale ecc. ecc. si usa basarla sui dati statistici rilevati tramite i test più disparati, ritengo che sia il caso di consolidare la conoscenza, attraverso i modi resi molto accessibili ai nostri giorni .

Gli argomenti che in sostanza emergono dalla presente e che vengono qui riassuntivamente elencati rallo scopo di sollecitarne una attenta considerazione sono i seguenti:

– gli impianti di sollevamento

– il colpo d’ariete

– la rete di distribuzione

– i serbatoi

– introduzione alla lettura del sito “tuttoacquedotti”

– aria in condotta

– serbatoi

– portate e perdite

– pressione

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