LA REGOLAZIONE DEI SERBATOI GIORNALIERI – LA RISOLUZIONE DELLE ANOMALIE RICORRENTI

1) PREMESSA

I serbatoi di compensazione giornaliera hanno lo scopo di accumulare la notte l’acqua eccedente il consumo per renderla disponibile il giorno seguente allo scopo di fronteggiare le punte di consumo. Nella stragrande maggioranza degli acquedotti italiani, sia di piccole dimensioni  che grandi, questa funzione, in maniera del tutto erronea, è limitata ai giorni di massimo consumo mentre in tutti gli altri giorni , essendo la portata d’acqua prodotta superiore al fabbisogno, i serbatoi rimangono pieni o quasi pieni per tutte le 24 ore della giornata. Occorre rilevare come la letteratura tecnica anche moderna specifica che il dimensionamento degli acquedotti, e quindi anche quello  dei serbatoi in oggetto, deve essere condotto in funzione delle richieste massime ignorando totalmente quello che succede negli altri casi. In pratica questo fenomeno negativo è causato dal fatto che i serbatoi in argomento sono regolati sic et sempliciter “al massimo livello” e non in relazione diretta  dei consumi. Il loro funzionamento, corretto nel giorno di massimo consumo, è rappresentato nel seguente grafico.

 

altratecnica (1119)

 

Nel caso della figura le tre pompe da 300 l/sec di portata cadauna funzionano per tutte le 24 ore e non si fermano mai , fatta eccezione per un breve intervalli delle ore 7, non considerato nel grafico perché ininfluente, e pertanto, grazie al volume idrico accumulato dalle ore 22 fino alle 7 e dalle ore 23 fino alle 24 , sono in grado di fronteggiare i consumi dalle ore 7 fino alle 22 secondo la rappresentazione della figura. Nel grafico viene definito l’andamento ideale dei livelli del serbatoio ( curva in colore rosso ) atti a garantire, nel giorno di massimo consumo , la compensazione ideale dei consumi durante le 24 ore della giornata. Come si vedrà nel seguito, sarà questa la curva  fondamentale da utilizzare per il nuovo tipo di regolazione che viene proposta in questo sito in quanto essa rappresenta il modo migliore di utilizzazione del volume di invaso proprio nella giornata più critica.

E’ da precisare che i giorni di massimo consumo di cui si tratta, durante una intera annata, sono in numero molto ridotto nel mentre ricorrono per circa il 90% delle giornate i consumi medi e minimi come risulta dal seguente grafico statistico.

 

 

GRAFICO ANNUO 4

 

In pratica si può affermare che nel 90% del tempo i serbatoi non funzionano affatto perché rimangono pieni o quasi pieni. La conseguenza diretta porta a considerare come la produzione di acqua, essendo il serbatoio praticamente inutilizzato, deve seguire tutte le variazioni di consumo e quindi produrre meno acqua la notte e maggiorarla invece di giorno.

Nella seguente figura, relativa al funzionamento di una giornata di bassa richiesta dell’utenza e cioè con un consumo pari alla media annua, è illustrato il funzionamento di un serbatoio regolato al massimo livello come si usa fare generalmente, il che comporta che, non appena il serbatoio si abbassa di livello di pochi decine di centimetri, i galleggianti fanno partire in sequenza le tre pompe per riportare quanto prima possibile il serbatoio al suo massimo riempimento.  Si noterà immediatamente  come il serbatoio  rimanga per l’intera giornata in stato di pieno o quasi pieno. In particolare si hanno di notte dalle ore 0 alle 7 a una produzione media di 442 l/sec e di giorno di 720 con punte di 900 l/sec dovuta al funzionamento contemporaneo delle tre pompe. Tale risultato in primo luogo costituisce una anomalia di funzionamnto dell’acquedotto che contraddice le indicazione dell’acquedottistica classica in base alle quali le fonti dovrebbero produrre  in ogni giornata la media giornliera , nel caso specifico pari a ari a 630 l/sec. essendo il serbatoio  deputato ad effettuare la compensazione delle portate. Sorgono pure problemi di altro ordine. Ad esempio, nel caso di fonti costituite da pozzi artesiani, si verifica che tutti gli acquedotti prelevano dalle falde delle notevoli portate durante le ore diurne da cui deriva una depressione di falda molto accentuata  ed estesa a grandi territori da cui possono prodursi deficienze di disponibilità idrica e costi maggiorati  dell’acqua. La produzione ideale di un acquedotto dovrebbe invece essere pari ad una portata continua di valore corrispondente alla media giornaliera. Si deve però rilevare l’impossibilità di prevedere fin dalla mezzanotte, quale sarà la portata che sarà consumata dall’utenza il giorno seguente onde poter iniziare fin dale ore zero ad immettere in rete la citata portata media.

 

altratecnica (1120)

 

2) LA SOLUZIONE PROPOSTA

Considerato che il cattivo esercizio degli impianti esaminato al capitolo precedente è dovuto al mancato funzionamento del serbatoio che rimane pieno per tutte le 24 ore della giornata, la soluzione appare ovvia e consiste nel far in modo che il serbatoio debba immettere in rete nelle ore diurne di qualsivoglia giornata tutto il volume che ha precedentemente accumulato durante la notte.

Tale risultato è raggiungibile in maniera molto semplice. Basterà togliere d’opera i galleggianti o i corrispondenti dispositivi detti di regolazione al massimo livello e che comandano l’arresto ed il riavvio delle pompe oppure l’apertura delle valvole di immissione dell’acqua in serbatoio e sostituire tali apparecchiature con un dispositivo composto da due soli elementi come segue

– una apparecchiatura automatica di misura e trasmissione in tempo reale dei livelli in serbatoio

– una apparecchiatura con tastiera e scheda elettronica atta ad effettuare  la memorizzazione del grafico dei livelli che si vuole impostare tramite la tastiera stessa e la regolazione  automatica ed in tempo reale e continuativo del funzionamento del serbatoio portando a coincidere il livello effettivo con quello preimpostato. Tale operazione può aver luogo mediante l’avvio e l’arresto delle pompe oppure l’apertura e la chiusura delle valvole di immissione dell’acqua nel serbatoio o, infine, nella regolazione della velocità di regolazione delle pompe a giri variabili quando fanno parte della adduzione.

Nel seguente grafico si illustra il funzionamento effettuato con la  regolazione appena descritta nel giorno di consumo pari alla media annua.

altratecnica (1121)

Sono rappresentati:

  • con colore magenta l’andamento durante le 24 ore dei livelli imposti,  livelli che corrispondono esattamente a quelli disegnati in colore rosso nella prima figura in quanto atti alla compensazione ottimale del giorno di eccezionale consumo ma che in sede di esercizio possono essere modificati in funzione dei risultati via via conseguiti
  • con colore nero l’andamento reale dei livelli, molto simile a quello imposto .

Si potrà notare come durante le ore diurne la produzione, indicata nel grafico  in colore verde, sia inferiore alla media giornaliera mentre durante la notte, quando sussistono tutte le condizioni più favorevoli, ha luogo il riempimento del serbatoio con una produzione media dalle ore 0 alla 7 pari a 881 l/sec contro i 630 di media giornaliera. Durante le ore diurne,che si considerano dalle 7 alle24, la portata prodotta è pari soltanto a 539 l/sec. Il paragone con il serbatoio regolato a livello massimo è eclatante ed è dovuto alla condizione posta di sfruttare tutta la capacità del serbatoio di compensazione, qualunque siano i consumi dell’utenza.

La differenziazione di funzionamento diventa più eclatante quando i consumi scendono al di sotto di quelli medi esaminati nel diagramma confermando sempre un maggior prelievo notturno rispetto a quello giornaliero. Al contrario avvicinandosi al funzionamento del giorno di punta i due prelievi notturno e diurno tendono sempre più ad equipararsi per diventare coincidenti nel giorno di massimo consumo assumendo un valore corrispondente alla media di giorno stesso. Si ricorderà infatti come la curva dei livelli del serbatoio preimpostata in tutte le verifiche fatte  è sempre quella tracciata in colore rosso nella prima figura nella quale tale curva garantiva un funzionamento ottimale proprio nel giorno di consumo massimo  con la totale compensazione tra la portata prodotta  e quella consumata.

In conclusione la regolazione a livelli imposti qui proposta presenta il vantaggio di modulare  sempre la produzione con una portata giornaliera che ha la caratteristica di un valore molto prossimo alla media  ma con una differenza tra giorno e notte che presenta notevoli benefici come lo sfruttamento della maggiore disponibilità notturna delle fonti ed un più basso costo di esercizio. Tutto ciò è esattamente il contrario di quello che accade nella realtà degli acquedotti esistenti i quali devono forzatamente avere consumi simili alla richiesta dell’utenza e quindi molto elevati durante le ore diurne.

Se si considera che statisticamente le ore di portata media e nìmedio bassa di un’intera annata sono in percentuale altissima rispetto a quelle di alta portata, ci si rende conto dell’utilità reale della regolazione a livelli imposti che forma l’oggetto della nota.

 

3) ACQUEDOTTI CON ALIMENTAZIONI DIVERSIFICATE

La regolazione a livelli imposti descritta nei capitoli precedenti diventa molto più interessante nel caso , assai frequente, di acquedotti che usufruiscono di una fonte di acqua a basso costo ma con una portata non sufficiente a coprire le punte di consumo alle quali è necessario far fronte con una fonte suppletiva avente un costo di esercizio  più elevato.

Per dare una dimostrazione facilmente comprensibile si esamina lo stesso acquedotto di cui agli schemi precedenti ma caratterizzato da un fonte in grado di immettere nel serbatoio una portata pari a 600 l/sec  di basso costo e costante nel tempo mentre nei giorni di maggior consumo è necessario integrare la produzione con l’acqua di un pozzo munito di pompa sommersa e quindi avente maggiori costi di esercizio. Nella figura seguente si considera il funzionamento in una giornata di consumo medio pari a 630 l/sec e quindi leggermente superiore alla portata del primo tipo di fonte. In questo frangente, essendo il serbatoio regolato al massimo livello con galleggianti, esso rimane sempre pieno mettendo in risalto una grave anomalia dovuta al fatto che nelle ore diurne la pompa supplettiva deve entrare molte volte in funzionamento mentre, nelle ore notturne, essendo il serbatoio mantenuto pieno dai galleggianti, la portata a gravità deve essere messa a scarico e quindi dispersa.

 

altratecnica (1122)

 

Nel seguente grafico viene rappresentato il funzionamento con la sola variante di una regolazione a livelli imposti.

altratecnica (1123)

 

Ed ecco i grandi vantaggi:

Di giorno lo svuotamento del serbatoio imposto dal sistema, fa fronte ampiamente al fabbisogno e ciò ha luogo addirittura senza svuotare completamente il serbatoio medesimo. Alla minima  differenza tra la portata consumata ( (630 l/sec) e quella prodotta a gravità (600 l/ec) si fa fronte con un piccolissimo intervento notturno della pompa verso le ore 1. I vantaggi ottenuti sono evidentissimi.

 

4) CONCLUSIONI

Si sono messi in evidenza i grandi vantaggi che si possono ottenere con la semplice sostituzione del sistema largamente diffuso e detto “regolazione al massimo livello” in base alla quale le pompe che provvedono al trasporto dell’acqua dalla fonte o dai pozzi fino al serbatoio di compensazione giornaliera sono comandate da galleggianti installati nel serbatoio e che provvedono all’arresto delle pompe a serbatoio pieno ed al riavvio della serie di pompe al verificarsi di prefissati livelli del serbatoio. I vantggi consistono nel prelievo dalle fonti di una portata sempre vicina a quella media giornaliera con leggero aumento di portata concentrato nelle ore notturne quando si presentano le condizioni più favorevoli di captazione dell’acqua e di consumo di energia elettrica a costo inferiore. Da tener presente i vantaggi della falda dovuti alla eliminazione dei prelievi di punta dovuti alla forzata utilizzazione del volume di invaso dei serbatoi di compensazione giornaliera ed al maggiorato prelievo notturno rispetto a quello diurno.

Particolarmente interessanti i vantaggi ottenibili in acquedotti con approvvigionamenti diversificati e caratterizzati da a diverso costo di produzione nei quali vengono evitati lo sfioro dei serbatoi e quindi la dispersione di volumi idrici ed inoltre  la utilizzazione ottimale del relativo volume invasato durante la notte.

Questa nota non può che terminare con una conclusione di grande interesse. Mentre gli acquedotti dovrebbero provvedere ai necessari miglioramenti nella costituzione e nella gestione degli impianti ma non possono farlo per i notevoli costi relativi a ricerche teoriche e pratiche e all’installazione di apparecchiature sicuramente valide ma di costo elevato, invece la proposta avanzata in questa nota darebbe un notevole contributo nel senso indicato, tramite installazione di una apparecchiatura cosi semplice e di modesto costo da apparire banale mentre nella realtà è atta a compiere una vera rivoluzione nella regolazione razionale ed efficace dei serbatoi di compenso con eclatanti risultati confermati  in gestioni effettive e prolungate per decenni.

 

 

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