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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Grafico giornaliero delle pressioni da preimpostare e confronto con le pressioni usuali degli acquedotti di tipo classico

In pratica si tratta di dismettere o come minimo di considerare come opzione secondaria di riserva, il sistema che io stesso ho più volte descritto qualificandolo come il migliore e che consiste nel far svolgere all’impianto di telecontrollo la funzione di modificare “ sic e sempliciter “ ed in tempo reale la velocità della pompa in funzione del diagramma giornaliero delle pressioni di rete misurate nei punti caratteristici del territorio in modo da garantire la perfetta coincidenza fra dati impostati e dati reali di pressione nei punti stessi. Ciò significa ad esempio garantire che durante la notte fonda la pressione presso l’utenza sia approssivativamente pari a soli 20 m sul suolo ritenuti sufficienti per il trasporto a domicilio delle scarse portate allora consumate nel mentre alle ore 9 del mattino, considerata l’ora di punta del consumo, la pressione deve essere circa di  50 m. sul suolo. Come più volte da mè sostenuto,  il metodo deve considerarsi ottimo ed automatico anche perché sistematocamente dotato di programmi atti a garantire la necessaria gradualità temporale  delle variazione onde non creare pendolarismi dannosi. Si tratta di metodologie verificate in molti settori di impiego soprattutto nel campo industriale dove i compiti da svolgere hanno caratteristiche analoghe a quelli acquedottistici.: in poche parole stiamo parlando di un settore collaudatissimo ed affidabile grazie anche ad algoritmi sofisticati che sottopongono ogni manovra a test di congruità prima di dare la conferma e quindi il via alla manovra-

Ciononostante siamo sempre in presenza di un sistema automatico su cui non si deve fare eccessivo affidamento ma invece affiancarvi metodi alternativi o di riserva, da considerarsi umanizzati in quanto impongono la presenza del personale ritenuta comunque essenziale onde evitare che la consuetudine prodotta dai sistemi automatici di cui si è appena detto portino piano piano all’abbandono dei controlli manuali da parte del personale di servizio alle centrali, abbandono che troppo spesso è causa di disservizi anche gravi.

La proposta che viene qui avanzata si basa sul declassamento della regolazione automatica descritta che viene sostituirla da quella semi manuale che ha come fondamento la curva caratteristica della pompa o dell’insieme di un gruppo di pompe comunque funzionanti sia in parallelo sia in serie. In altri termini la regolazione dovrebbe basarsi principalmente sulla funzione che lega tra di loro due fattori determinanti come sono la portata e la pressione di alimentazione in diretta della rete.

Da ribadire in primo luogo che si vuole evitare ogni metodo basato su valori  di partenza o più genericamente basato sulle quantità definite ma invece nel fissare soltanto la funzione tra due valori la quale regola soltanto il mutuo rapporto che esiste tra di loro lasciando l’impianto libero di scegliersi da solo la soluzione migliore.

Un esempio chiarirà le differenze salienti tra i due metodi

Nel caso, ad esempio, i valori ideali di immissione in rete all’ora x fossero una portata di 100 l/sec ad una pressione di 50 m il primo metodo comporterebbe l’uso di un dispositivo elettronico il quale, ricevuti in continuazione i dati di pressione e di portata reale , opera una continua modifica di velocità della pompa in funzione dei due numeri 100 per la portata e 50 per la pressione con una ricerca iterativa del computer di comando, in modo da riuscire ad avere risultati di esercizio esattamente corrispondenti ai dati. Nel presente lavoro si afferma che la modalità del genere non viene considerata ottimale per varie motivazioni non ultima la constatazione che alla fine della regolazione avrebbe sicuramente luogo la modificazione dei dati imposti, essendo l’esercizio dell’acquedotto variabile da un minuto all’altro e pertanto, non appena risolto un problema, bisognerebbe ricorrere alla risoluzione di quello intervenuto nel frattempo.

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Esempio di grafico delle curve caratteristiche di una pompa in funzione delle velocità di rotazione ( LOWARA POMPE )

La soluzione che viene qui proposta consiste invece nell’imporre per ogni intervallo di tempo scelto ( per esempio ogni quarto d’ora) una curva caratteristica del pompaggio con cui si dà modo di far scorrere il il punto reale di funzionamento dell’insieme lungo la curva stessa immettendo in rete la portata che essa richiede anche se, entro determinati limiti, è diversa da quella presunta dal gestore. Nel caso in esame che si riferisce specificamente alle pompe a velocità variabile, l’impostazione di una determinata curva caratteristica ha luogo ,molto semplicemente fissando la relativa velocità di rotazione e quindi la frequenza della corrente elettrica di alimentazione del motore. Una volta imposta una determinata curva caratteristica. il sistema deve mantenerla fissa per l’intervallo di tempo prefissato ( ad esempio per un quarto d’ora ) al fine di evitare una continua variazione sia delle macchine e sia del flusso idrico.

L’aspetto più interessante del tipo di regolazione così indicato consiste nella libertà che viene lasciata al sistema di auto regolarsi in funzione del fabbisogno reale. Il concetto sarà, anche in questo caso, chiarito con un esempio numerico. Immaginiamo che all’istante x la portata reale effettivamente richiesta dall’utenza sia pari a 10 l/sec ad una pressione di 30 m ma che sia stata erroneamente impostata una velocità di rotazione e quindi una curva errata per eccesso. La pompa allora tenderebbe a sollevare ad esempio 15 l/sec con una prevalenza di 32 m ma siccome la rete richiede solo 10 l/sec di portata il punto di funzionamento si sposterà lungo la curva caratteristica e dai precedenti 15 l/sec passerà ad esempio 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 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.

Si deve rimarcare che la richiesta complessiva della rete in un determinato istante non dipende soltanto da quanto necessita di fatto agli utenti ma è anche funzione della pressione di consegna dell’acqua nell’istante medesimo, poiché una sua variazione in aumento o in diminuzione provoca delle variazioni marcate sia nel consumo vero e proprio dell’utente che di per sé tè molto sensibile alla pressione e sia nei confronti di quella parte importante della portata che è formata dalle perdite occulte le quali variano proprio in funzione della pressione di esercizio. Al riguardo si è addirittura accertato che ci sono delle perdite le quali, inesistenti in regime di bassa pressione, vengono alla luce solo al superamento di determinate pressioni amplificando la dipendenza diretta dell’acqua prelevata dalla rete con la pressione di esercizio della rete medesima.

Un esame sommario delle citazioni appena fatte porterebbe a concludere che una pompa che girasse in continuazione ad un determinato regime fisso potrebbe, grazie alla sua curva caratteristica, soddisfare tutte le richieste di rete alla sola condizione che la sua potenza fosse atta a coprire il fabbisogno massimo con una pressione adeguata nel mentre tutte le richieste minori potrebbero essere soddisfatte semplicemente dalla circostanza naturale in base alla quale al diminuire della portata richiesta il punto di funzionamento scorrendo lungo la curva caratteristica sarebbe atto ad immettere in rete qualsivoglia portata di valore inferiore a quello massimo citato. Ovviamente si tratta di una conclusione errata per molteplici motivi il primo dei quali consiste nel fatto che al diminuire della portata sollevata la pompa a velocità costante ne aumenta la pressione portandola fuori del valore adeguato all’esercizio. Ma c’è un secondo fattore della massima importanza ed è il rendimento della macchina che, se usato in questi termini, assumerebbe valori pessimi dimostrando in tal modo che la pompa è usata al di fuori delle sue caratteristiche costruttive. Il rimedio a questo stato di cose è dato dalla possibilità di variare la velocità della pompa il che significa, come già spiegato, imporre diversificate curve caratteristiche che siano in grado di rifornire ottimamente la rete con rendimento di valore normale.

La conclusione è chiara: le modalità correnti di regolazione di una pompa d’acquedotto è lasciarla lavorare senza imposizione di alcun genere essendo sufficiente l’adozione di quella curva caratteristica che si dimostri adatta al fabbisogno del momento con un’operazione resa estremamente facile dalla possibilità di variare opportunamente la velocità di rotazione .

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Grafico del pompaggio da un serbatoio ad un altro di quota maggore

Del resto ciò succede in varie situazioni. Ad esempio nel pompaggio con pompa a giri fissi da un serbatoio ad un altro entrambi caratterizzati da livelli variabili dell’acqua contenuta nei due serbatoi si constata come la pompa faccia scorrere il punto di funzionamento ( P )  lungo la sua curva caratteristica fino a operare con la prevalenza esatta del momento variando di conseguenza la portata sollevata. Nel caso di pompaggio in diretta in rete la stessa pompa lasciata libera di operare andrà a funzionare con la esatta prevalenza definita dal punto di incontro tra la curva caratteristica del pompaggio e quella del funzionamento idraulico del sistema.

Curve caratteristiche della pompa centrifuga e del circuito idraulico
Curve caratteristiche della pompa grafico del pompaggio diretto in rete

E’ da precisare che nell’esercizio degli acquedotti sussiste una discreta tolleranza nella pressione di funzionamento potendo sostenere che una differenza di 5 m tra pressione auspicabile e pressione effettiva provoca delle modifiche di esercizio che rientrano ampiamente nelle tolleranze ammissibili.

Il residuo problema da risolvere riguarda le modalità da seguire nell’imporre al sistema ed a intervalli prefissati ( per esempio ogni quarto d’ora) la curva caratteristica che, come precisato, possa soddisfare razionalmente le richieste di rete.

Queste le regole pratiche da seguire.

Lo scopo da raggiungere è la compilazione di una tabella o di un grafico giornaliero che fissi durante le 24 ore della giornata tipo  le velocità definite sperimentalmente e caratterizzate da maggiori valori nei periodi di maggior consumi per ridursi man mano durante la giornata.

La risoluzione del problema sarebbe facilitata dalla presenza del modello matematico della rete che consentirebbe di definire teoricamente le varie curve da impostare e da aggiornare successivamente in base ai risultati di esercizio.

Supponiamo invece che il modello non esista.

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grafico delle ni da preimpostare ora per ora

All’Inizio si può partire da un grafico delle pressioni ideali sul suolo da raggiungere nei punti caratteristici della rete e sperimentare per diverse velocità della pompa il modo da avvicinarsi alle pressioni finali del grafico. La strumentazione necessaria allo scopo è la presenza di manometri di rete ubicati nei punti caratteristici del territorio in modo da fornire in tempo reale una buona rappresentazione della superficie piezometrica di tutta la rete. Trova qui conferma l’opportunità di munire la rete dei manometri di rete a trasmissione automatica nel mentre, quando sarà effettivamente portata a termine l’auspicata eliminazione degli obsoleti contatori di misura dei consumi individuali per sostituirli con apparecchi di misura multifunzione con rilievo e trasmissione automatica dei dati, tali operazioni assumeranno una grande facilitazione e precisione di risultato. Nel corso dell’esercizio si porrà tutta l’attenzione possibile per giudicare la bontà del servizio provvedendo via via a migliorarlo, sulla base anche dei giudizi dell’utenza , fino a compilare nella fase finale di esso, una serie di tabelle giornaliere delle velocità da preimpostate ora per ora essendo suddivise per i vari periodi stagionali con particolare riguardo per quelli nei quali statisticamente si riscontrano le maggiori differenze in più o in meno nelle richieste dell’utenza.

In conclusione nella presente nota si è cercato di proporre una regolazione delle pompe a velocità variabile di tipo semi automatico basata sulla preimpostazione temporale delle velocità di rotazione delle pompe che presenta numerosi vantaggi di semplicità, sicurezza ed elasticità di funzionamento, rendendo necessario un basilare controllo effettivo dell’esercizio da parte del personale, cosa sempre consigliabile anche quando il sistema è totalmente automaticizzato.

I lettori che che sono particolarmente interessati possono documentarsi nell’articolo LA PRATICA E LA TEORIA NEGLI ACQUEDOTTI” dove è descritta con particolare dettaglio, una importante applicazione del metodo proposto che è in esercizio da decenni.

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