LA DISTRETTUALIZZAZIONE DEGLI ACQUEDOTTI COME DIMOSTRAZIONE DI UN FALLIMENTO

Cisterna Livorno
Acquedotti storici
La grande cisterna di Livorno

Appaiono sempre più frequentemente degli articoli di giornale e di riviste tecniche, dei filmati e altri mezzi di comunicazione che annunciano con enfasi la realizzazione di importanti modifiche nell’assetto dell’acquedotto cittadino attuati mediante la sua “distrettualizzazione”, procedura che sarà più avanti spiegata in dettaglio. Personalmente ritengo che ottenere risultati eclatanti usando un mezzo del genere significhi prima di tutto fornire la prova lampante che gli acquedotti di cui si parla si trovano in uno stato così comatoso che anche l’adozione di una tecnica deleteria produce comunque positivi effetti.

Quello che spaventa è il prezzo che occorre sostenere in termini di consistenza dell’acquedotto e di prospettive future per l’intera attività acquedottistica ( clicca qui per avere dettagli).

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L’ESERCIZIO DELLA RETE DI DISTRIBUZIONE DEGLI ACQUEDOTTI CONDOTTO IN BASE ALLA RAPPRESENTAZIONE GRAFICA DELLA PRESSIONE

Planimetria rete acquedotto di Venezia con curve di ugual pressione dell'ora di punta
Planimetria rete acquedotto di Venezia con curve di ugual pressione dell’ora di punta

Nelle due figure allegate sono riportate le curve di ugual pressione della rete magliata dell’acquedotto di Venezia relative ad una giornata degli anni passati e ricavate con modello matematico. Non si tratta di una situazione effettivamente rilevata però abbastanza corrispondente al vero in quanto fa parte di un lavoro di verifica teorica del funzionamento di quell’acquedotto successivamente riscontrata verosimile.

Viene qui riportata perché dà modo di percepire quale grande aiuto nell’esercizio di un acquedotto si può avere da una modalità di lavoro del genere.

Sono descritte due situazioni contrapposte e cioè l’ora di massimo consumo e quella minima notturna. Dall’esame dei grafici appare chiaramente che la planimetria a curve di ugual pressione permette di intuire con immediatezza quali sono le condizioni di funzionamento della rete, nel caso specifico la differenza tra giorno e notte.

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UNA METODOLOGIA PRATICA DI CONTROLLO IN TEMPO REALE DEL FUNZIONAMENTO DELLE RETI ACQUEDOTTISTICHE

Rete in normale esercizio
Fig.. 1 = Rete in normale esercizio

Sussiste in tutti gli acquedotti moderni un elemento che da solo è in grado di definire, con rapidità ed in continuo, il funzionamento effettivo del servizio in tutte le sue componenti: LA PRESSIONE DELL’ACQUA IN RETE. E’ ben noto come un fuori servizio di una parte qualsiasi dell’acquedotto si traduca immediatamente in una anomalia di pressione che possiede , come vedremo, alcune interessanti proprietà. Gli esempi sono molteplici. Se una fonte viene chiusa per un qualunque motivo, se una pompa va fuori servizio, se una condotta accusa una perdita improvvisa, se un utente effettua un prelievo eccezionalmente elevato, in tutti questi ed anche in molti altri casi è la pressione di rete a risentirne tramite un abbassamento del proprio valore pressorio e cioè della superficie piezometrica. E’ quindi chiaro che, per avere sotto controllo l’acquedotto in tutte le sue parti, è sufficiente l’esame dettagliato della pressione di consegna dell’acqua all’utenza.

Fig.. 2 = Rete in servizio notturno
Fig.. 2 = Rete in servizio notturno

Per raggiungere tale risultato è necessario installare in rete un grande numero di manometri atti a rilevare e trasmettere al centro di controllo in automatico ed in tempo reale la pressione effettiva sul suolo di più punti caratteristici della rete.
Una volta in possesso dei dati di pressione che definiscono la superficie piezometrica relativamente al terreno della rete minuto per minuto, sarebbe possibile effettuare, grazie alla moderna tecnica di telecontrollo, delle sofisticate elaborazioni come la compilazione in automatico di profili della linea piezometrica e del terreno secondo varie direzioni, effettuare complesse statistiche e controlli dei dati con emissione, sempre in automatico, di allarmi tutte le volte che vengono superati certi limiti ecc, ecc. Senza voler sminuire l’importanza di detti accorgimenti, nella presente nota si vuole proporre una tecnica completamente diversa che impone al personale di seguire personalmente l’evolversi della situazione del servizio idrico ma con una metodologia basata sul raffronto mnemonico e continuativo della superficie piezometrica allo scopo rappresentata graficamente con una simbologia semplificata atta ad essere facilmente memorizzata e seguita mentalmente di ora in ora e di giorno in giorno.

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IL FUNZIONAMENTO “CASUALE” DELLE RETI ACQUEDOTTISTICHE DOCUMENTATO DAL CALCOLO DINAMICO DI VERIFICA TRAMITE MODELLO MATEMATICO

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Profilo di rete ricavata da un testo di primaria importanza. Da notare come le scritte “A”,”B”,”C” che vi figurano rappresentano tutta la dimostrazione idraulica di funzionamento della rete e del serbatoio di estremità

Il calcolo di verifica del unzionamento delle reti acquedottistiche complesse che un tempo era molto difficoltoso perché doveva essere eseguito per iterazioni manuali (metodo di Cross) è oggi facilitato da fantastici programmi per PC che forniscono anche le istruzioni e l’elenco delle molteplici possibilità offerte.  Le ricerche effettuate in questi ultimi tempi ed inoltre quelle in continua evoluzione hanno portato a metodologie di calcolo molto avanzate e di cui chi scrive non è a conoscenza approfondita e pertanto non vi si addentra. Si limita invece a fornire alcune delucidazioni di base ritenute comunque molto utili per far capire alcune caratteristiche e per delineare una rappresentazione del funzionamento reale delle reti.
La verifica più semplice di una rete consiste nel riprodurre al computer il funzionamento istantaneo in una precisa situazione dell’insieme acquedottistico completo di tubazioni e delle apparecchiature annesse come pompe, valvole, serbatoi, surpressori, regolatori di pressione ecc.
Quello che desta maggior interesse è invece il calcolo dinamico cioè l’esecuzione di una serie di verifiche ognuna delle quali utilizza i risultati di quella precedente e, modificati i consumi in funzione del nuovo orario di esame, ricalcola la rete e le apparecchiature fornendo i risultati necessari per continuare più volte nel calcolo e dare quindi la completa evoluzione di esercizio di tutta la rete compresa l’escursione di livello dei serbatoi. Però, mentre per molti elementi si tratta semplicemente di ricalcolare ad ogni nuova verifica la rete introducendo le portate consumate dall’utenza nell’istante considerato e i dati di funzionamento delle pompe e dalle altre apparecchiature nell’istante medesimo, del tutto particolare è invece la situazione dei serbatoi inseriti in rete perché il loro livello, che cambia in continuazione, condiziona pesantemente l’intero comportamento della rete stessa. Ogni serbatoio in realtà rappresenta alternativamente un grossissimo utente che preleva dalla rete, oppure un impianto che invece fornisce alla rete notevoli portate, rappresenta ancora una base altimetrica che fissa la pressione di rete in maniera variabile e casuale ma talvolta limitata dalle quote di fondo e di massimo invaso ed infine potendo provocare l’innalzamento della piezometrica di rete fino ad avvicinarsi al livello idrostatico quando sussiste la valvola di afflusso a galleggiante che si chiude a serbatoio pieno , come indicato con colore rosso nella figura.

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DOVE SI DIMOSTRA CHE I SERBATOI DI COMPENSAZIONE TRADIZIONALI NON POSSONO AFFATTO FUNZIONARE

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Schema della rete di tipo tradizionale utilizzata per i calcoli dinamici di verifica.
Notare i tre serbatoi pensili di rete di cui si dimostra il cattivo funzionamento

Con questa nota si cerca di dimostrare come, nei tempi moderni che pongono a disposizione notevoli mezzi tecnici di svolgimento e di controllo di tutte le operazioni di esercizio di un acquedotto, sono due le azioni indispensabili: capire il funzionamento reale della rete di distribuzione e, una volta constatata la notevole distanza che intercorre tra i concetti teorici tradizionali e quelli reali finalmente messa in luce, adottare dei concetti nuovi nella costituzione e nell’esercizio delle reti in argomento.
Riguardo il primo punto si rileva come tramite calcolo di verifica del funzionamento delle reti anche complesse si riesca a capire non solo il funzionamento istantaneo delle reti ma, tramite verifiche dinamiche, si possa seguire passo passo il loro comportamento per lunghi periodi i durante i quali cambiano minuto per minuto le condizioni di funzionamento a seguito del variare di numerosi fattori come le richieste dell’utenza, la pressione imposta all’inizio rete, le perdite di carico delle tubazioni e quelle provocate da apparecchiature idrauliche che provocano continui cambiamenti al funzionamento dell’intero complesso di distribuzione dell’acqua. Da ribadire come anche la quota istante per istante dei livelli dei serbatoi pensili inseriti in rete modifichi il funzionamento della rete anche a parità di condizioni. Ad esempio se i livelli alle ore 24 sono diversi da quelli del giorno prima, pur restando esattamente le stesse tutte le altre condizioni ivi compresi i consumi istante per istante degli utenti, i risultati a fine giornata sono diversi proprio perché diversa è stata la quota di partenza della mezzanotte.

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UNA PICCOLA STORIA DEL MODELLO MATEMATICO DEGLI ACQUEDOTTI QUALE CHIARA DIMOSTRAZIONE DEL DISSERVIZIO GENERALIZZATO DEGLI ACQUEDOTTI ITALIANI

Fascicolo di millustrazione delle verifiche teoriche della rete dell'acquedotto di Venezia fatte nel 1963 con modello matematicomatematico
Fascicolo di illustrazione delle verifiche teoriche della rete dell’acquedotto di Venezia fatte nel 1963 con modello matematico

Era appena iniziato l’anno 1961 quando, a Venezia, divenni giovane dipendente di una primaria società acquedottistica francese e capii immediatamente il fascino che su di me esercitava l’acquedotto, allora da me stesso non meglio identificato.
Le gestioni degli acquedotti in concessione alla società e nelle quali collaboravo con incarico non secondario, avevano non solo uno scopo economico, elemento determinante di tutte le iniziative imprenditoriali, ma anche un intelligente utilizzo e valorizzazione del progresso tecnico in atto nel servizio idropotabile e soprattutto un costante impegno a contribuire a tale progresso.
Quando si venne a conoscenza che la direzione di Parigi aveva raggiunto straordinari risultati nei modelli matematici di verifica delle reti magliate di acquedotti anche complessi, modelli messi a punto grazie al loro calcolatore elettronico, macchina molto potente ma allora poco diffusa in Italia, approfittammo subito per avviare anche noi tali innovativa attività. Per farlo dovevamo inviare i dati direttamente a Parigi che ci restituiva in breve tempo la serie di risultati. Poi, qualche anno dopo, nacquero i PC personali ed avemmo da Parigi immediatamente il programma, chiamato Progres, col quale poter effettuare i calcoli costruendo i modelli matematici direttamente per nostro conto. Potrei elencare di seguito le esaltanti scoperte allora venute alla luce e che riguardavano non solo le reti gestite da noi ma anche quelle di clienti esterni che si affidavano alla nostra esperienza ma, per non rendere tedioso l’articolo, mi limiterò a quelle più eclatanti che io da allora e poi per decenni vado propugnando.

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IL CALCOLO DI VERIFICA DELLE RETI MAGLIATE

Ritengo opportuno trattare nuovamente questo tema e che è già presente alla pagina” Rete di distribuzione” con il sottotitolo “ Il calcolo idraulico reti acquedottistiche magliate”. Lo faccio nella speranza che da tempo immemore è presente in me che una rete acquedottistica possa essere tenuta sotto controllo dal sistema di telecontrollo il quale, eseguito a momento opportuno e del tutto automaticamente il calcolo teorico del funzionamento dell’intera rete nell’istante medesimo, paragoni i dati teorici con quelli reali rilevati in tempo reale e possa confermare la regolarità di funzionamento oppure far scattare un allarme in caso di anomalie. Sarebbe un metodo importante di verifica continuativa ed automatica del funzionamento degli acquedotti. Devo però ammettere che si tratta più che altro di un sogno ma anche che la discussione potrebbe contribuire alla sua futura concretizzazione. Ho già descritto nella pagina citata di questo sito che il calcolo del funzionamento reale di una rete sarebbe possibile se non incontrasse i seguenti ostacoli.

Esempio schematico rete di distribuzione con fasce di pressione nell'ora di massimo consumo
Esempio schematico rete di distribuzione con fasce di pressione nell’ora di massimo consumo
(cliccare per ingrandire)

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1) Necessità di scheletrizzare lo schema idraulico della rete da calcolare. Si tratta di semplificare la rete sostituendo alle condotte secondarie, che sono in grande numero e rappresentano un gravame insormontabile per il calcolatore, sostituendole con poche condotte singole di caratteristiche idrauliche equivalenti. Devo qui ripetere quanto sostenuto in precedenza e cioè che, se la procedura di semplificazione può essere accettata per calcoli approssimativi, non lo può assolutamente per quelli di cui si sta qui discutendo perché sicuramente la variazione delle condizioni di funzionamento provoca senz’altro risultati difformi da quelli veri e quindi inutilizzabili ai fini del controllo di esercizio. La soluzione del problema posto in questo paragrafo è una sola e consiste nella futura possibilità di utilizzazione di computer e di programmi così potenti da poter trattare reti molto complesse e cospicue in modo che lo schema di calcolo in esame sia esattamente quello reale e quindi comprendente tutte indistintamente le condotte esclusi soltanto gli allacciamenti di utenza.

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