LA COMPENSAZIONE PLURIGIORNALIERA OTTIMALE DELLE PORTATE DEGLI ACQUEDOTTI OTTENUTA TRAMITE UN RIVOLUZIONARIO METODO DI REGOLAZIONE DEI GRANDI BACINI DI ACCUMULO D’ACQUA POTABILE

Esempio di grande serbatoio per acquedotti
Esempio di grande serbatoio per acquedotti

La presenza di grandi serbatoi di accumulo d’acqua potabile svolge un compito primario nell’esercizio razionale del sistema idropotabile. Si deve però osservare come lo svolgimento reale dell’azione di compensazione svolta dai grandi invasi presenti difficoltà tanto notevoli da mancare molto spesso nel suo scopo precipuo che sarebbe quello di immagazzinare durante i periodi di alta disponibilità idrica volumi d’acqua atti a fronteggiare successive richieste di consumo più elevato della normale disponibilità . Le modalità puramente teoriche consistono nel mantenere per tutto il ciclo temporale di compensazione prefissato un valore di portata immessa in serbatoio che corrisponda ai consumi futuri e quindi accumulando tutti i volumi d’acqua che sono in eccesso rispetto alla media per poterli poi utilizzare per coprire le punte di consumo. Detta in questi termini la procedura appare assolutamente irrealizzabile non intravedendo alcuna possibilità di conoscere preventivamente il variare del fabbisogno futuro. In questa nota si tenta di risolvere il problema studiando una soluzione approssimativa e quindi che presenta il difetto di scostarsi dalla realtà, difetto cui però si conta di ovviare dotando i dispositivi di una elasticità di esercizio in grado di coprire le differenze che si riscontreranno inevitabilmente  tra previsione ed andamento effettivo.

Bisogna innanzitutto scindere il problema da risolvere in due parti.

GRAFICOGIORNALIERO
Grafico dei livelli da impostare nel serbatoio di compensazione giornaliera

La prima riguarda la sola compensazione giornaliera in base alla quale si deve accumulare di notte nel serbatoio a compensazione giornaliera per vincere le punte di consumo delle successive ore diurne. Anche in questo settore esistevano delle grosse difficoltà date dall’imprevedibilità dei consumi del giorno dopo cui si è posto rimedio con il metodo del livello preimpostato già spiegato nell’articolo “Acquedotti – La compensazione delle portate”, metodo collaudato con ottimi risultati da lunghi periodi di esercizio effettivo. In sintesi il metodo si basa sulla impostazione diretta, non già delle portate da immettere in serbatoio, bensì dei livelli da imporre al serbatoio di compensazione giornaliera stesso in modo da obbligarlo a svuotarsi di giorno con un ritmo prefissato ed al tempo stesso a vincolare i livelli notturni in modo da realizzare il ripristino dell’invaso. Si è visto che in questo modo la portata della produzione di fatto si avvicina ogni giorno al valore medio giornaliero con una piccola differenza a vantaggio della produzione notturna rispetto a quella diurna. Ad esempio impostando il grafico del primo diagramma qui riportato, che dovrebbe essere ricavato dai dati di funzionamento del giorno di massimo consumo, si impone al serbatoio di alimentare la rete svuotandosi in tutte le giornate, comprese quelle di bassi consumi, nel periodo diurno che và dalle ore 7 fino alle 24 adottando dei ritmi di escursione dei livelli studiati in relazione all’andamento reale dei consumi statistici e dovendo necessariamente riempirsi in tutte le giornate dell’anno dalle ore 1 alle 6  . Il compito viene risolto dall’automatismo dell’impianto che provvede alla misura dei livelli reali in serbatoio e soprattutto a regolare la portata immessa nello stesso serbatoio ( modificando il funzionamento delle pompe negli acquedotti a sollevamento meccanico e la valvola di ingresso in quelli a gravità ) in modo da riportare durante le 24 ore della giornata i livelli effettivi a coincidere con quelli prefissati .

Grafico dei livelli da imporre in un serbatoio di compensazione settimanale
Esempio preso in esame con periodo di compensazione settimanale

Passando all‘esame della seconda parte del problema, la quale riguarda la compensazione plurigiornaliera da effettuarsi con grandi serbatoi di accumulo, non si può continuare con la metodologia in uso che consiste, sic et sempliciter, nell’accumulare la maggior parte dell’acqua disponibile a seguito di condizioni favorevoli ma occorre invece definire la portata media di consumo del periodo  settimanale nel caso preso come esempio (o plurisettimanale in altri casi) onde impostare la produzione da immettere in serbatoio per tutti i sei giorni appunto una portata corrispondente a quella media di consumo di previsione. Dovrà essere il serbatoio che provvede ad accumulare nei giorni di richiesta inferiore a detta media per poi far fronte ai maggiori consumi delle giornate di punta tramite utilizzazione dell’invaso.

Diventa essenziale la previsione dei consumi giornalieri e lo si dovrà ricavare dalle esperienze di esercizio e dai dati di consumo statistici dei vari giorni della settimana  (o del periodo plurisettimanale o addirittura mensile o bimestrale ) i integrandoli con eventuali elementi anomali che prevedibilmente interessano i giorno della settimana o del periodo  da programmare come ad esempio un andamento siccitoso del tempo atmosferico che fa prevedere maggiori consumi per bagnare gli orti, il verificarsi di festeggiamenti o di manifestazioni che possono richiamare visitatori da fuori città, l’avvicinarsi della stagione che fa prevedere un aumento di turisti ecc. ecc.. Inoltre è da tener presente che nell’espletamento del compito sarà bene eccedere moderatamente nella definizione dei consumi di punta onde dare un margine di sicurezza a tutta l’operazione il chè si tradurrà in un maggiore svaso del serbatoio. Tale maggiorazione dovrà prendere spunto dai periodi di grande consumo già . coì come nella definizione del grafico di compensazione giornaliera ci si era regolati sulla base del giorno di massimo consumo

Essendo così definite sia la portata entrante in serbatoio sia quella uscente data dai consumi giornalieri di previsione per tutta la settimana o comunque per tutto il periodo scelto, sarà possibile disegnare il grafico settimanale o plurigiornaliero degli svasi e invasi necessari allo scopo e quindi quello dei livelli che deve assumere il serbatoio lungo il periodo di compensazione, livelli che, nell’esempio settimanale riportato nella seconda figura,. sono quelli rappresentati dalla linea nera grossa. Si noterà come nelle giornate di sabato e domenica dell’esempio, essendo i consumi inferiori alla portata media settimanale, si avrà un aumento dell’invaso cui di converso seguirà una diminuzione nei due seguenti giorni di lunedì e martedì caratterizzati da forti aumenti della richiesta. Alla fine della settimana il serbatoio si troverà esattamente alla stessa quota dell’inizio confermando che ha effettuato correttamente la compensazione delle portate della settimana.

Molto interessante esaminare le modalità qui studiate per la regolazione degli impianti in modo che abbiano da immettere in serbatoio la portata media di cui si è detto e che non consistono nel fissare l’immissione su detta portata costante per tutte le giornate bensì nell’imporre minuto per minuto che i livelli del serbatoio corrispondano esattamente a quelli rappresentati dalla curva nera il ché avrà luogo del tutto automaticamente tramite apparecchiatura che provvede alla lettura dei livelli reali di invaso, al paragone con i corrispondenti livelli teorici del grafico (linea nera) ed in tempo reale alla regolazione delle apparecchiature idrauliche di immissione in serbatoio fino ad attenere la coincidenza del livello reale con quello teorico. Tali modalità porteranno al risultato di immettere una portata che non corrisponde esattamente alla media prima calcolata ma che se ne avvicina molto con ulteriori benefici di cui si darà spiegazione più avanti.

Ovviamente la curva in nero citata sarebbe in grado di imporre una produzione atta a soddisfare, nella ipotesi considerata, soltanto i consumi medi giornalieri senza tener conto delle escursioni di portata che si hanno nelle 24 ore della giornata gtipo.

Bisogna però rilevare come, nella ipotesi , è presente un grande serbatoio a cui si può richiedere di ovviare obbligatoriamente anche a detta escursione oraria. Per farlo correttamente, in totale analogia con quanto prima indicato per i serbatoi di compensazione giornaliera, basterà cambiare la curva nera apportandole tutte le modifiche deducibili dal diagramma giornaliero per ottenere la curva tracciata in colore rosso con la quale si risolvono in contemporanea ambedue i problemi descritti. In altre parole si tratta di imporre al serbatoio settimanale di seguire non l’andamento generale della curva nera ma , in dettaglio, quella del tutto particolare tracciata in colore rosso con la quale si impone al serbatoio di svuotarsi nelle mattinate/pomeriggi per riempirsi di notte in maniera del tutto analoga a quanto prima indicato parlando di compensazione giornaliera ma rispettando contemporaneamente una evoluzione generale del livello che si mantiene congruente anche con la compensazione settimanale rappresentata dalla curva nera. Si noterà infatti che, pur essendo rappresentate in ordinata tutte le escursioni di livello di cui al precedente grafico giornaliero, esse sono riferite alla curva nera di compensazione settimanale.

In definitiva la proposta qui avanzata per la regolazione ottimale del serbatoio di compensazione settimanale consiste nel produrre giorno per giorno una portata entrante in serbatoio molto vicina a quella prefissata e costante per la settimana imponendo al grande serbatoio di effettuare i due tipi di compensazione rispettivamente settimanale e giornaliera. Tutto ciò si realizza tramite il sistema automatico che esegue in tempo reale i continuativi raffronti tra livelli prefissati ( curva in colore rosso) e livelli effettivi provvedendo a riportarli a coincidere tra di loro mediante la  manovra delle apparecchiature di regolazione  che effettuano la diminuzione o l’aumento della portata che viene di minuto in minuto immessa nel serbatoio stesso. Agendo in questo modo si è imposto al serbatoio di svuotarsi e di riempirsi in funzione dei dati statistici di cui si è detto ma sempre prelevando dalle fonti ed immettendo in serbatoio giorno per giorno  una portata molto vicina a quella media settimanale ed atta ad effettuare tutti due i tipi di compensazione di cui si è parlato.

Alla fine del ciclo settimanale si potrà constatare che il serbatoio si trova esattamente allo stesso livello di invaso che aveva all’inizio del ciclo stesso il ché significa che il serbatoio ha svolto correttamente la sua azione di compensazione settimanale contribuendo con la propria capacità di invaso ad accumulare la maggior portata disponibile nei primi due giorni per poi impegnarla a coprire gli aumentati fabbisogni. Durante i giorni in cui la portata in arrivo ( portata media settimanale) coincideva con la richiesta, il serbatoio è rimasto a livello costante effettuando soltanto la compensazione giornaliera riempendosi al mattino per fronteggiare nelle ore diurne le punte di consumi-

Ovviamente nella realtà i dati di partenza e cioè la portata immessa in serbatoio ed i consumi reali dell’utenza possono discostarsi da quelli teorici di previsione citati ma si constaterà che anche in tale ipotesi la rete sarà correttamente alimentata mentre sarà l’impianto di produzione a modificare lievemente la propria portata con un risvolto del tutto favorevole in quanto le piccole differenziazioni saranno più marcate nei periodi di bassi consumi dovuti al fatto che, come detto, nelle previsioni si sono leggermente maggiorati i consumi dei giorni di punta e quindi aumentato l’apporto dei serbatoi.

Da rilevare infine come il serbatoio conservi un volume di riserva (vedi tratteggio nella parte inferiore del grafico) al quale si può ricorrere in caso di bisogno.

L’esempio riportato era riferito ad un ciclo settimanale ma i concetti restano validi e rivestono una maggiore importanza ed utilità nel caso di serbatoi molto più grandi ad esempio quelli a compensazione quindicinale, mensile o bimestrale.

Questa nota concerne una proposta di regolazione della portata da immettere in serbatoio a portata costante per l’intero periodo di compensazione che equivarrebbe far adempiere al serbatoio la sua funzione precipua che è quella di accumulare durante l’eccesso della fonte per coprire poi le punte di consumo. Alla base del metodo figura la preimpostazione dei livelli che il serbatoio di compensazione plurigiornaliera o plurisettimanale deve rispettare  secondo grafici da determinarsi in un primo tempo  manualmente ma, dopo averne verificato la validità, anche automaticamente mediante apposito programma per elaboratore  e da aggiornare in funzione dei risultati di esercizio reale. Dopo un primo periodo di sperimentazione si dovrebbe essere in possesso di una serie di grafici che restano validi per le varie stagioni o per i periodi caratterizzati da eventi eccezionali e che pertanto semplificano le operazioni di adeguamento dell’esercizio alle necessità reali.

Si tratta di una proposta tutta da verificare e da mettere a punto ma che immagino rappresenti un buon inizio per la risoluzione di un problema importante come quello della regolazione dei grandi serbatoi di compensazione degli acquedotti al cui riguardo  preme far rilevare il concetto di base  che prevede di orientare tutta  la regolazione non sulle portate ma solo sul mantenimento automatico e pedissequo del livello del serbatoio a valori prefissati in un grafico obbiettivamente definito e man mano aggiornato in funzione dell’esercizio reale.

 

 

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