LA REGOLAZIONE DEGLI IMPIANTI DI SOLLEVAMENTO DEGLI ACQUEDOTTI

 1. PREMESSA

Impianto di sollevamento acquedotti

Gli impianti di sollevamento degli acquedotti di tipo tradizionale sono costituiti da una serie di pompe che innalzano l’acqua dal serbatoio annesso agli impianti di produzione a quello superiore di solito previsto in testa alla rete, con asservimento ai livelli di invaso.
Impianti acquedottistici così concepiti hanno svolto per decenni il loro compito in maniera semplice ed affidabile.
Le grandi possibilità offerte dalla moderna tecnica acquedottistica hanno però in questi ultimi tempi promosso una profonda trasformazione del settore con miglioramento del servizio offerto all’utenza ed una notevole economia nelle risorse disponibili e particolarmente nei consumi energetici e nei volumi d’acqua potabile.
I vantaggi ottenibili sono notevoli ma richiedono una attenta risoluzione di numerosi problemi legati alla concezione degli impianti e alle diverse modalità della loro gestione.

2. POMPAGGIO CON ASPIRAZIONE DA SERBATOIO E MANDATA IN SERBATOIO

 

Regolazione a massimo livello del serbatoio di arrivo – P = pompa

I serbatoi posti all’aspirazione e alla mandata delle pompe, anche se sempre più spesso sostituiti da altri dispositivi idraulici, svolgono un ruolo molto importante in quanto, attuando la separazione idraulica delle pompe dalla condotta di alimentazione della rete , eliminano ogni trasmissione di colpi d’ariete in essa. Esplicano inoltre, soprattutto se il volume di invaso è cospicuo, una utilissima funzione di compensazione di eventuali sbalzi della portata sempre possibili per i motivi più disparati.
Considerato che il dislivello topografico da vincere con il pompaggio è fisso, questi impianti sono costituiti esclusivamente da pompe a velocità di rotazione costante funzionanti in parallelo e ad intermittenza. Le possibilità di regolazione sono le seguenti.

2.1 Asservimento al livello massimo di invaso del serbatoio di arrivo.

Si tratta del tipo di installazione che si incontra più frequentemente e che forma l’oggetto della trattazione specifica visibile nell’articolo “La regolazione dei serbatoi di compenso degli acquedotti”
In questa sede ci
si limita a ribadire che la soluzione in argomento, produce l’effetto di avere il serbatoio di arrivo sempre al massimo livello il che, se da un lato presenta un notevole vantaggio, dall’altro gli impedisce di svolgere la compensazione delle portate, compensazione che viene in gran parte effettuata direttamente dalla produzione. Altro lato positivo del sistema è dato dalla semplicità ed affidabilità di funzionamento.

2.2 Asservimento ad un grafico giornaliero di riempimento/svuotamento del serbatoio di arrivo.

 

Regolazione a livelli imposti del serbatoio di arrivo .- P= pompa – L=misuratore livello – In rosso il collegamento elettrico-elettronico o via radio.- E’ schematizzato io grafico dei livelli imposti

 

Esempio di diagramma dei livelli dgiornalieri  da imporre al serbatoio

 

L’asservimento delle pompe ad un prefissato diagramma giornaliero di riempimento/svuotamento del serbatoio di arrivo, detto anche regolazione a livelli imposti del serbatoio, offre il vantaggio di utilizzarne tutto il volume utile in tutte le giornate dell’anno e quindi di ottenere una buona compensazione delle portate durante le giornate di consumo elevato e, più in generale, una diminuzione della produzione diurna a favore di quella notturna in tutte le giornate in cui i consumi sono bassi o medio bassi, giornate che, come ben noto, sono statisticamente in numero preponderante. Ciò torna particolarmente utile negli acquedotti più complessi ed in caso di acquedotti alimentati da fonti diversificate.
Gli aspetti costruttivi e di esercizio di
un sistema come quello in argomento sono molteplici e sono trattati a parte nell’articolo citato al punto precedente. 

Si sottolinea che  il tipo di regolazione di cui si tratta  rappresenta l’optimum in molti tipi di acquedotto e quindi deve essere tenuto in debita considerazione pet gli ottimi risultati

3 POMPAGGIO CON ASPIRAZIONE DA SERBATOIO ED IMMISSIONE DIRETTA IN RETE.

L’eliminazione di uno o di più serbatoio previsti nello schema classico sopra descritto, se da un lato costringe a rinunciare ad alcuni dei benefici che, come detto in precedenza, tali strutture presentano, dall’altro consente di ottenere consistenti vantaggi nel mentre è possibile ovviare alle lamentate deficienze adottando particolari accorgimenti tecnici. Gli impianti possono essere costituiti sia da più pompe di tipo diversificato a seconda delle portate e delle prevalenze da vincere sia da pompe singole a velocità variabile aventi portate e prevalenze anch’esse adeguate al fabbisogno. Sono possibili le seguenti varianti.

3.1 Asservimento alla portata in uscita
Regolazione a portata imposta in uscita dalla centrale.- P=pompa .- Q=misuratore di portata

 

In questi impianti viene installato, nella condotta di uscita e subito a valle delle pompe, un misuratore di portata con trasmissione in tempo reale dei dati al sistema di controllo che provvede automaticamente a variare la portata sollevata in funzione delle richieste della rete. In altri termini quando la portata tende a salire viene messa in moto una pompa più potente o, quando sono presenti pompe munite di inverter o di altro dispositivo di regolazione dei giri, aumentata la velocità di rotazione di quella già in servizio, fino a raggiungere la stabilità della portata in uscita. Al diminuire della richiesta ha luogo il procedimento contrario e cioè la diminuzione della portata sollevata. Impianti di questo tipo non solo consentono di immettere in rete volumi d’acqua sempre adeguati alle richieste dell’utenza ma, soprattutto, consentono di variare, assieme alla portata, anche la pressione di pompaggio. In dettaglio sia con il funzionamento di pompe a giri fissi funzionanti in parallelo sia mediante pompe a giri variabili, è possibile assegnare una maggiore pressione di mandata quando la portata è elevata e quindi vincere le perdite di carico della rete particolarmente elevate in tali frangenti, sia di diminuire la pressione in testa alla rete durante i periodi di bassi consumi soprattutto notturni con il duplice vantaggio di un minore consumo di energia elettrica e di minori perdite occulte di rete. Sono evidenti i vantaggi rispetto agli impianti di sollevamento tradizionali descritti sopra. Tra gli inconvenienti che il sistema presenta è da rilevare innanzitutto la mancanza di stacco idraulico tra mandata delle pompe e condotte che provoca la trasmissione in rete di pericolosi colpi d’ariete cui bisogna far fronte garantendo la gradualità di tutte le manovre delle apparecchiature idrauliche, pompe e saracinesche di chiusura comprese, e mediante installazione di adeguate casse d’aria. Un altro problema è quello inerente la possibilità che la regolazione delle pompe sia influenzata da fattori esterni alla richiesta dell’utenza come può essere la modifica indotta nella portata dai cambiamenti di assetto delle pompe stesse, da cui può derivare un funzionamento del tutto anomalo del sistema. E’ infatti noto come la portata assorbita dalla rete possa essere pesantemente influenzata anche da variazioni della pressione di testa. In particolare quando il dispositivo automatico effettua un aumento o diminuzione nei volumi d’acqua immessi in rete a seguito della corrispondente richiesta di rete, la registrazione del cambiamento di portata effettuata dalla apparecchiatura di controllo provoca una nuova variazione nell’assetto delle pompe dando inizio ad un ciclo ripetitivo che può avere effetti imprevedibili. Il problema va risolto dal computer di comando e controllo il cui programma deve definire le tendenze di consumo consolidate sulla base di una attenta interpretazione dei dati di arrivo e predisporre opportunamente l’intervento delle pompe. Si tratta di procedure ben note e comunemente adottate nei programmi relativi alle automazioni di impianti anche diversi da quelli acquedottistici nei quali è accertata la necessità di effettuare tutte le regolazioni in modo graduale e tenendo conto delle risposte che il sistema riceve a seguito degli ordini impartiti.

 

3.2 Asservimento ad una prefissata pressione di uscita

 

Regolazione a pressione imposta all’uscita dalla centrale – P=pompa M= misuratore pressione

 

Si tratta di una regolazione simile a quella precedente ma basata non sul soddisfacimento delle portate richieste dall’utenza bensì sulla necessità di avere una pressione in testa alla rete prefissata ora per ora ed indipendentemente dalla portata stessa. La pressione sarà atta ad ottenere un valore elevato nelle ore di maggior consumo ed un valore minimo durante i bassi consumi e soprattutto la notte al fine di economizzare nell’energia elettrica ed anche nelle perdite occulte che, come ben noto, sono funzione della pressione medesima in condotta. I valori imposti corrisponderanno esattamente a quelli prefissati anche se le portate richieste dall’utenza saranno diversificate : il dispositivo automatico, rilevata la pressione di partenza, la confronta con quella data per l’istante in esame e ordina la variazione nel funzionamento delle pompe onde riportarla esattamente al valore prefissato. L’esperienza diretta effettuata con impiego di questo tipo di regolazione ha dato risultati ottimi  Da rilevare come il grafico di preimpostazione delle pressioni di immissioni in rete può essere modificato stagione per stagione basandosi sui risultati ottenutoi negli anni precedenti ed ottenere quindi il superamento di eventuali deficienze di pressione oppure l’aumento razionale nelle ore diurne nelle quali si verificano statisticamente consumi elevati.

 

 

3.3 Asservimento alla pressione di rete

Regolazione a pressione di rete imposta ora per ora. P=pompa M=misuratore pressione di rete. E’ schematizzato il grafico della pressione imposta in rete
Esempio di pressione dei punti caratterisstici della rete da imporre giornalmente

Una regolazione di questo tipo costituisce un notevole miglioramento di quella del punto precedente. La rete viene munita di apparecchiatura per il rilievo e la trasmissione in tempo reale della pressione delle condotte di rete nei punti caratteristici del territorio servito. I dati ricevuti dal calcolatore centrale vengono elaborati in modo da determinare i valori medi di pressione che, confrontati automaticamente con quelli prefissati determinano la variazione di assetto delle pompe. Questa regolazione è quella da preferire a tutte le altre in quanto assicura che i valori finali ai punti di consegna dell’acqua all’utenza siano corretti e garantisce quindi la massima economia di pompaggio. La curva delle pressioni da prefissare per tutti i nodi potrà prevedere ad esempio un carico di 35 m alle 9 del mattino quando si prevede un consumo di punta per calare a 30 m alle 12 e restare su tale valore fino alle 17. Alle ore 18 il valore può salire a 35 m per tornare a 25 m alle 20, 20 m alle 22, 18 m alle 24, 15 m dalle 1 alle 4. Dalle ore 5 ha luogo l’aumento della pressione che passa di ora in ora a 17 m alle 6, 20 alle 7, e quindi tornare a 35 alle 9

 

3.4 A orari prefissati.

Si tratta di prefissare, sulla base dei dati reali di funzionamento relativo a giornate similari, le velocità di rotazione  che le pompe devono assumere minuto per minuto nel corso dell’intera giornata e, con ciclo settimanale, giorno per giorno. Una regolazione di questo tipo sembrerebbe non essere atta, sia negli impianti con pompe a giri fissi e sia in quelli con pompe a giri variabili, ad garantire un buon sollevamento idrico. Esperienze dirette hanno invece dimostrato che tali modalità consentono di dare al pompaggio quelle caratteristiche che il gestore ritiene le migliori per fronteggiare i problemi che la rete e l’utenza presentano. Da rilevare che non si tratta di imporre portate o pressioni ma solo la velocità di rotazione minuto per minuto il che significa, per cuascuna preimpostazkione . di lasciare libertà di presskione e di portata della pompa in funzione della sua curva caratteristica e sulla base delle richieste effettive di rete.
Supponiamo ad esempio di esaminare una rete sottodimensionata che, pertanto, risulta gravemente deficitaria nella consegna dell’acqua all’utenza nelle ore di massimo consumo. Ebbene, essendo ben note le ore nelle quali si verificano i consumi di punta, sarà sufficiente prevedere in tali periodi, una forzatura del pompaggio da attuarsi, nel caso di pompe a giri variabili, fissando una elevata velocità di rotazione della pompa, e, negli altri casi, la messa in moto di una pompa avente maggior prevalenza e portata di quanto normalmente previsto. Tale stato di forzatura si prevederà esclusivamente nelle ore di punta, salvo poi tornare a un pompaggio del tutto normale nelle restanti ore e, naturalmente, rientrare entro valori assolutamente minimali per la notte.
Si deve aggiungere che una volta raggiunta la velocità di rotazione prefissata per un determinato orario oppure messa in moto una determinata pompa, il sistema esegue automaticamente la regolazione di dettaglio in funzione della portata richiesta dalla rete senza grandi variazioni nella pressione considerato che le curve caratteristiche portata/prevalenza di sollevamento sono, soprattutto nelle grosse macchine, poco inclinate. L’esame settimanale dei dati reali di funzionamento consentirà di verificare se i rendimenti siano sempre corretti provvedendo, in caso contrario, a modificare le prevalenze imposte a fine di rientrare entro i valori corretti.

 

4 POMPAGGIO CON ASPIRAZIONE DA RETE E MANDATA IN SERBATOIO

Gli impianti compresi in questa categoria sono molto simili, tipo per tipo, a quelli di cui al precedente art. 2 così come simili sono le modalità di regolazione. Pertanto, per le caratteristiche tecniche, si fa riferimento alle descrizioni contenute nell’art. 2 medesimo.
L’aspirazione delle pompe, che nel caso precedente poteva contare su un livello assolutamente stabile quale è quello di invaso, nel caso qui in esame è invece soggetta alle grandi variazioni di pressione che caratterizza la rete. Al vantaggio derivante dal recupero di tutta la pressione residua nelle condotte di aspirazione che consente notevoli economie energetiche date dalla minore prevalenza delle pompe, fa riscontro una grande variabilità nel dislivello da vincere con il sollevamento e quindi delle difficoltà obbiettive nella scelta delle pompe atte a effettuarlo con buoni rendimenti. Vi si può ovviare installando più pompe a velocità variabile funzionanti in parallelo la cui grande elasticità di funzionamento consente di adeguare con continuità il pompaggio, tramite le stesse regolazione prima descritte, alla portata e alla pressione richiesta istante per istante. Un accorgimento necessario è la presenza, all’aspirazione, di dispositivi come le casse d’aria, atte ad attenuare efficacemente, la trasmissione in condotta dei colpi d’ariete.

 

5 POMPAGGIO CON ASPIRAZIONE DA RETE ED IMMISSIONE DIRETTA IN RETE

Vale per questa categoria di impianti quanto detto al precedente art-. 3 con la sola differenza che occorre prevedere i dispositivi di attenuazione dei colpi d’ariete sia a monte che a valle delle pompe.

 

6 CONCLUSIONI

Le brevi indicazioni fornite sulla regolazione degli impianti di sollevamento possono solo dare un’idea delle molteplici possibilità che sussistono nel settore e soprattutto a spingere ogni utilizzazione a non accontentarsi delle soluzioni tradizionali molto diffuse ancora oggi e nelle quali tutti gli automatismi di comando delle pompe si riducono ad alcuni galleggianti installati nel serbatoio di arrivo dell’acqua. La ricerca di soluzioni tecniche adatte volta per volta alle condizioni reali della rete e dell’utenza, possono dare risultati importanti. Alcune di tali soluzioni sono descritte in dettaglio nei vari articoli di questo stesso sito.

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