Tra gli elementi che le ditte costruttrici dei rubinetti miscelatori monocomando sbandierano ai quattro venti per promuoverne ai clienti la utilizzazione figura la loro grande diffusione. Risulterebbero attualmente installati e funzionanti in Italia ben 2.500.000 miscelatori monocomando, in tutta Europa oltre 8.000.000 e nel mondo più di 25.000.000. Una quantità enorme che dovrebbe costituire la migliore garanzia di qualità del prodotto. Con la presente nota si vuol invece dimostrare che si tratta di un apparecchio il cui unico pregio è la forma accattivante e piacevole cui si deve, in assoluto, la citata grande diffusione nel mentre la sua funzionalità, se esaminata in dettaglio, denuncia inconvenienti così gravi da portare alla conclusione che trattasi di un accessorio assolutamente da bandire. Bisogna innanzitutto precisare come il funzionamento di un qualunque organo mobile di chiusura di una tubazione in pressione presenta la caratteristica di essere operativo solo nella parte iniziale della sua corsa. Il grafico indicativo della portata erogata in funzione della luce libera che si viene ad avere durante l’apertura o la chiusura di un comune rubinetto a valvola riportato nella figura 1, mostra chiaramente come la sua funzione sia quasi totalmente contenuta nel solo 15% di apertura nel mentre il restante 85% svolge una azione del tutto trascurabile. Tutti avremo constatato come, nella apertura dei rubinetti tradizionali a vite, sia solo una parte del primo giro di manopola (nel caso citato solo ¼ di giro) a dare pressocchè tutta la portata d’acqua disponibile mentre i rimanenti giri (cioè un ulteriore giro e mezzo) non producono praticamente alcun effetto. Avremo anche notato come, per una regolazione precisa del flusso iniziale d’acqua fino a portarlo al quantitativo desiderato e soprattutto in quegli acquedotti che funzionano a pressione elevata, sia necessario un affinamento della manovra tramite una rotazione accurata della manopola stessa. Tradotto nel corrispondente movimento del disco interno del rubinetto munito di guarnizione di tenuta, tale grado di apertura diventa dell’ordine di pochi decimi di millimetro in ciò facilitato dallo spostamento micrometrico dovuto alla presenza della vite interna. Una altro elemento positivo dei rubinetti tradizionali è la reale impossibilità di effettuare la chiusura istantanea del flusso. E’ sempre la presenza della vite interna che, rendendo forzatamente molto lento e graduale il moto del tappo interno, preclude nella maniera più assoluta l’intercettazione istantanea dell’acqua e salvaguarda quindi tutta la rete interna di tubazioni dai possibili colpi d’ariete che ne potrebbero derivare. Infine da rilevare, in detti rubinetti tradizionali, la luce di passaggio dell’acqua che, compatibilmente con il diametro delle tubazioni su cui sono applicati, sono molto ampie e quindi in grado di consentire un agevole passaggio dell’acqua prelevata. (vedi fig. 2 )
Vediamo ora cosa succede nei miscelatori monocomando.
L’organo di regolazione è in quel caso composto da due dischi in ceramica che scorrono uno sull’altro mossi, senza interposizione di organi di regolazione accurata della corsa, direttamente dalla manopola di comando. Il flusso dell’acqua è regolato dalla sovrapposizione di due fori di cui il disco inferiore è dotato, sul terzo foro presente in quello superiore, il tutto come rappresentato nelle figure 3 e 4 e 5 . La prima cosa da notare è la dimensione molto contenuta dei fori: nei rubinetti più diffusi e cioè di piccolo diametro, quelli del disco inferiore hanno una forma ovoidale della larghezza di soli tre millimetri ed una lunghezza di circa cinque. Anche la fessura di collegamento tra i fori di entrata e quello di uscita presenta una sezione molto ridotta essendo costituita da una svasatura a gradini del disco superiore della profondità totale di soli 2 mm. E’ facile capire come da tali accentuate strozzature derivino delle perdite di carico elevatissime cui corrisponde, quando la pressione di alimentazione dell’acquedotto è modesta, una notevole diminuzione nella portata d’acqua disponibile per l’utente che può rappresentare un notevole inconveniente ad esempio nelle docce che, come ben noto, richiedono un flusso d’acqua sostenuto. Ma non è questo l’inconveniente maggiore che consiste invece nella difficoltà di regolazione della portata data dall’impossibilità di eseguire movimenti graduali nello scorrimento dei dischi non essendo interposto, come nei rubinetti tradizionali di cui si è detto, alcun organo tra manopola di comando e disco di chiusura. La manovra diretta compiuta al momento della apertura dell’acqua, soprattutto quando la pressione in rete è elevata, crea una notevole difficoltà di regolazione che si traduce, in pratica, in un notevole spreco di acqua in quanto, a causa della citata difficoltà, devono essere effettuate numerose regolazioni per finire, inoltre, con prelievi di portate istantanee eccessive o comunque non corrispondenti a quelle desiderate. Ciò si traduce, soprattutto nel caso dell’acqua calda, in sperperi di denaro. Ma l’inconveniente forse ancora maggiore è quello della chiusura istantanea che, inavvertitamente, ciascun utilizzatore compie al momento della cessazione di prelevo. Si tratta di arresto rapidissimo del flusso che provoca un colpo d’ariete, spesso avvertibile anche in appartamenti contigui a quello dell’utilizzatore con notevole disturbo per la quiete domestica, ma che sempre sono causa di danni, anche se venuti alla luce a distanza di anni, nella rete di tubazioni domestiche.
Fog. n. 3 = cartuccia
Fig. 4 – I dischi
Un ulteriore difetto del rubinetto in parola è quello della difficoltà di regolazione nella miscelazione tra acqua calda e fredda necessario per portare la temperatura al valore richiesto. Tale difficoltà è insita non solo, come già detto, nella mancata presenza di organi interni di riduzione del moto dei dischi e nella ridotta sezione dei fori di passaggio dell’acqua ma anche in un difetto costruttivo dei dischi stessi. E’ noto come per modificare la temperatura dell’acqua sia necessario far ruotare verso destra o verso sinistra la manopola di regolazione. Al riguardo si sarebbe portati a ritenere che tale movimento provocasse esclusivamente una modificazione nella temperatura dell’acqua senza cambiamento nella portata prelevata. Ma non è così: la rotazione del disco superiore che viene ad aversi nel caso che qui si esamina, provoca, oltre che una differente miscelazione tra i due tipi di acqua calda e fredda, anche una modifica nella sezione libera totale dei fori dei dischi dovuta alla particolare forma dei fori stessi per cui, quando si vuol modificare la temperatura dell’acqua, non si può evitare che, al tempo stesso, venga causato un cambiamento anche nel quantitativo d’acqua prelevato. Soprattutto nel caso della doccia, tale fenomeno si traduce in nuove complicate manovre di regolazione volte a trovare un compromesso tra portata prelevata e sua temperatura, che non sempre conducono a risultati soddisfacenti.
Non si può anche evitare di rilevare come la presenza di una manopola di regolazione così sensibile come quella in argomento sia un impedimento quando, posta all’interno del box doccia essa viene inavvertitamente urtata dal dorso dell’utente con conseguente e indesiderata chiusura del flusso cui deve far seguito una nuova e difficile regolazione di portata e temperatura.
Infine è da segnalare come la presenza di unico comando provochi spesso, soprattutto nelle persone distratte e nei bambini e ragazzi e quando la leva di comando a riposo si trova girata verso sinistra, prelievo di acqua dal circuito idrico della calda anche se si ha bisogno e si ritenga di aprire l’acqua fredda. Anche questa anomalia è fonte di dissipazione di acqua calda e quindi di uno sperpero di denaro.
In conclusione si vuole qui affermare come, fatta eccezione per quelli muniti di servocomando elettrico od elettronico la cui funzionalità non viene qui messa in discussione, il rubinetto miscelatore ideale per una normale abitazione non sia assolutamente quello monocomando oggi così diffuso, ma sia invece un rubinetto, se si vuole anche monoforo, ma che sia in ogni caso caratterizzato dalla grande apertura di passaggio dell’acqua e da una regolazione separata dell’acqua calda e fredda il che, alla fine costituisce la sola possibilità per ottenerne una regolazione ottimale. Le sue manopole di comando, oltre che essere in numero di due per i motivi anzidetti, devono essere munite inderogabilmente di dispositivo a vite o di qualche altro corrispondente organo meccanico che consenta una regolazione micrometrica accurata della luce libera di passaggio dell’acqua e quindi del flusso. Tale rubinetto non deve inoltre consentire, nella maniera più assoluta, la chiusura istantanea del flusso, necessaria per evitare i dannosi colpi d’ariete; esso, infine, una volta regolata la portata e la temperatura dell’acqua prelevata, deve garantire la salvaguardia da ogni possibile ed inavvertita manomissione.
Poiché esistono in commercio numerosi rubinetti monoforo che possiedono le caratteristiche elencate ed inoltre hanno forme moderne funzionali e piacevoli non si può che consigliare caldamente che siano questi gli apparecchi di chiusura da adottare preferibilmente nelle nostre case in luogo dei diffusissimi miscelatori monocomando e tale abitudine resti valida fino alla diffusione di un diverso tipo di rubinetto mono comando.
Resta da segnalare un vantaggio reale del rubinetto monocomando che è dato dall’equalizzazione della ceramica nei pezzi principali la quale garantisce una lunga durata senza necessità di ricambi.
Il municipio di Portogruaro dove si è tenuta la conferenza alla presenza di autorità e pubblico
Il giorno 30 novembre 2008 nel Municipio di Portogruaro si è tenuta una conferenza per illustrare la storia dell’acquedotto cittadino in occasione del suo centenario dalla nascita.
Il manifestino che ha pubblicizzato la conferenza
La presentazione alle autorità ed al pubblico è proseguita con la narrazione delle interessanti vicissitudini del rifornimento idropotabile di Portogruaro durante il secolo trascorso dalle sue origini vivissitudini che vengono in parte omesse nella presente nota per passare alla parte conclusiva relativa al lavori di potenziamento aventi un indubbio interesse attuale.
Anno 1908 – inaugurazione dell’acquedotto di Portogruaro
La situazione precedente gli anni 1974-75 di realizzazione delle opere di sistemazione. presentava uno stato di grave precarietà in quanto l’alimentazione della città era pesantemente condizionata dal serbatoio pensile di Portovecchio che costituiva il punto di messa in carica della rete di distribuzione ad una quota altimetrica di soli m. 22 sul suolo ed assolutamente insufficienti per una normale alimentazione dell’utenza come risulta schematicamente dal seguente profilo piezometrico schematico.
La linea piezometrica schematica nella situazione antecedente la esecuzione delle opere di sistemazione (1974-75) A = ora di minimo consumo B = ora di consumo medio C = consumi di punta
portato la demolizione e ricostruzione del serbatoio pensile ad un’altezza adeguata alle caratteristiche di portata e di carico carico .
Schema della soluzione classica di sistemazione. A = ora di minimo consumo B = ora di consumo medio C = consumi di punta. trattasi di soluzione non realizzata
La soluzione effettivamente realizzata è consistita nella costruzione di un grande serbatoio di accumulo ubicato a terra ed in prossimità del serbatoio pensile di Portovecchio, nel mantenimento dell’esistente serbatoio pensile destinandolo elusivamente al funzionamento in presenza delle basse portate richieste dall’utenza e nell’adozione di pompaggio a pressione variabile e maggiorata in tempo reale in funzione dell’accresciuto fabbisogno. IL sistema è stato dotato di un capace serbatoio di accumulo e compensazione giornaliera delle portate con annessa nuova centrale di sollevamento automatica a pressione variabile di mandata in rete
Schema del funzionamento ad opere di sistemazione ultimate. La pressione di consegna all’utenza si mantiene costante sia di giorno che di notte essendo la pressione di partenza dalla centrale che varia in funzione del fabbisogno. L’esistente serbatoio pensile alimenta la rete solo nelle ore di basso consumo soprattutto notturne
Il nuovo serbatoio di accumulo e compensazione con adiacente centrale di sollevamento a pressione variabile delle portate realizzati in prossimità dell’esistente serbatoio pensile
L’esercizio del nuovo sistema acquedottistico ha confermato attraverso i decenni l’alta qualità del servizio idropotabile di Portogruaro con pressioni e portate di consegna sempre ottimali ed economia di esercizio.
Negli anni 70 l’autore di queste note ha collaborato alla progettazione, costruzione ex novo e messa in servizio attivo dell’acquedotto della città di Pordenone appena diventata capoluogo di provincia e precedentemente alimentata d’acqua potabile casa per casa tramite pozzi artesiani privati. Pur trattandosi di un rifornimento idropotabile le cui caratteristiche contrastano con i concetti di base propugnati in questo lavoro, si ritiene ugualmente di descriverlo in quanto costituisce un valido esempio di acquedotto concepito in funzione del territorio da servire. Alla fine del capitolo si formulerà comunque una ipotesi di soluzione conforme ai nuovi principi constatandone, anche in questo caso, la validità.
Non sono in possesso di chi scrive documenti e dati ufficiali per cui la descrizione delle opere dovrà necessariamente far affidamento solo sulla memoria. Anche in questo come in altri casi, gli elementi che saranno indicati potranno differire o essere carenti rispetto alla realtà, saranno comunque sufficientemente rappresentati i concetti informatori degli impianti e si potrà quindi recepirne la validità tecnica.
Innanzitutto è da ricordare una delle regole che alla citata epoca di redazione del progetto era considerata essenziale nella costituzione degli acquedotti e cioè la presenza di una o più vasche di carico della rete di distribuzione. Nel corso dei vari capitoli di questo lavoro si è invece dimostrato come sia da privilegiare non già la pressione di partenza degli acquedotti che la vasca di carico impone bensì quella finale di arrivo dell’acqua al domicilio all’utente.
Ferma restando la regola citata, i problemi da risolvere al momento della di progettazione erano essenzialmente due.
In primo luogo occorreva garantire una piezometrica sempre parallela ad un suolo come quello del capoluogo di Pordenone caratterizzato da una notevole pendenza longitudinale della sua parte nord e da un’ampia area pianeggiante o con poca pendenza di quella posta a sud.
In secondo luogo era giocoforza razionalizzare la captazione e sollevamento dell’acqua avendo fissato, per motivi di sicurezza, la costruzione di due opere di presa e sollevamento differenziate ed ubicate rispettivamente in località Comina dove la falda, assai ricca, si trovava ad una profondità di circa 50 metri sotto il suolo con risalienza limitata ad una ventina di metri sotto il terreno ed in località Torre dove l’acqua della falda, anch’essa posta a 50 metri sotto il suolo, era artesiana ma con una risalienza naturale fin sopra il terreno.
La soluzione progettuale allora definita e poi realizzata è rappresentata schematicamente nell’allegato profilo della fig.1 e può essere così descritta.
L’opera di presa di Comina, posta a nord cioè nella parte superiore del territorio, comprende un pozzo a raggiera tipo Fehlmann con una canna verticale in cemento armato del diametro di tre metri, profonda 55 m. e con due raggiere orizzontali poste nella falda ghiaiosa a circa 50 m di profondità. Entro il pozzo sono installate le pompe di sollevamento ad asse verticale con motore elettrico posto in alto e linea d’asse lunga una trentina di metri che aziona il corpo pompa immerso in falda a quota 30 m sotto il suolo. Le pompe immettono direttamente l’acqua a 50 sopra il piano campagna nell’adiacente serbatoio pensile da 3000 mc da cui si diparte la rete di distribuzione. Questa soluzione, se da una parte avrebbe assicurato un buon rendimento elettromeccanico di pompaggio che risulta limitato ad una singola breve condotta di mandata, dall’altra faceva nascere il grosso problema della compensazione delle portate in quanto il locale serbatoio pensile, pur rappresentando nel suo genere un’opera eccezionalmente capiente, non avrebbe potuto che effettuare una modesta compensazione nel mentre la sua posizione sopraelevata si prestava bene a costituire una utilissima capacità di riserva a tutela dei disservizi dell’intero territorio pordenonese. La creazione a terra di un capace serbatoio di compensazione giornaliera delle portate è stata scartata a priori in quanto avrebbe comportato un doppio pompaggio con evidenti maggiori costi di costruzione e di esercizio.
D’altro canto non si poteva pensare che, non avendo a disposizione una sufficiente capacità di accumulo, si dovesse far lavorare il pozzo con portate continuamente variabili durante le 24 ore della giornata tipo, essendo invece consigliato un prelievo il più possibile costante e privo di picchi che rappresenta la condizione ideale di sfruttamento della falda artesiana e di sollevamento a mezzo pompe.
Anche in questa occasione un attento esame della situazione locale ha messo in luce delle possibilità veramente interessanti. In dettaglio la risalienza della falda sud ( zona Torre ) che assicurava l’immissione naturale dell’acqua, cioè senza bisogno di pompe, in un grande serbatoio seminterrato, ha consigliato di concentrarvi il volume di compenso di tutta l’utenza e quindi anche quello dell’area nord ( Comina ) nel mentre una particolare costituzione della rete di distribuzione assicurava, come vedremo, per l’impianto di Comina una portata pressoché costante durante le 24 ore della giornata ovviando quindi alla nominata carenza di invaso. Rimaneva compito dell’altro impianto (Torre), immettere in rete, sfruttando in questo caso la notevole capacità del suo serbatoio, una portata variabilissima durante le 24 ore della giornata e quindi atta a coprire l’intera escursione della richiesta idrica di tutta l’utenza pordenonese.
Fig. n. 1 = Profilo schematico dell’acquedotto di Pordenone
Nella figura 1 allegata figurano schematicamente l’andamento del suolo, i due impianti di captazione e sollevamento ed infine la rete di distribuzione caratterizzata da un’area centrale indicata nel disegno come “area urbana ad alimentazione alterna” in quanto rifornita alternativamente dall’uno o dall’altro dei due impianti di produzione descritti. Infatti la rete, pur essendo di tipo unitario per tutta l’area urbana, risulta suddivisa in due parti differenziate per tipo di alimentazione e per dimensioni delle tubazioni stradali da una linea di confine che presenta la caratteristica di regredire verso monte e quindi ridurre notevolmente l’area servita da Comina man mano che aumenta la richiesta idrica e di contro crescere verso valle al verificarsi di basse portate. In pratica durante la giornata, quando sono richiesti grandi quantitativi idrici, la gran parte del capoluogo di Pordenone è alimentato dall’impianto inferiore di Torre nel mentre durante la notte è l’altro impianto ubicato a Comina a rifornire la quasi totalità dell’utenza. Allo scopo le condotte della rete bassa hanno diametri maggiorati ed esplicano quindi un’azione stabilizzatrice della linea piezometrica nel mentre quelle della zona nord alimentata da Comina sono di diametro relativamente piccolo e, a causa della notevole perdita di carico che ne deriva, non possono far fronte ai consumi più rilevanti che, come già detto, sono in gran parte soddisfatti da Torre. Si è potuti giungere a tale risultato progettuale per approssimazioni successive tramite una lunga serie di calcoli di verifica teorica che hanno portato anche all’altro interessante risultato di una buona equivalenza tra i volumi che giornalmente i due impianti producono e immettono in rete e dovuta al fatto che per Torre è determinante soprattutto la portata diurna mentre per Comina è il volume prodotto di notte a consentire detta equiparazione, fermo restando che eventuali discrepanze possono essere via via corrette modificando la regolazione delle valvole di cui si tratta nel seguente capoverso.
Ovviamente il tutto rappresentava soltanto la soluzione teorica del problema nel mentre ben diverse potevano essere le condizioni reali di esercizio e ben diversi i risultati della gestione effettiva degli impianti. Si è quindi deciso di dare all’acquedotto l’elasticità di funzionamento necessaria perché potesse adeguarsi ad ogni evenienza anche diversa da quelle ipotizzate, maggiorando alcune condotte della zona nord e munendole di valvole che consentano una regolazione fine della pressione.
Fig. 2 = Serbatoio pensile di Comina altezza m.50, capacità utile mc 3000. La vasca superiore è dotata di vele radiali atte ad impedire oscillazioni della massa d’acqua in caso di terremoto
Il risultato finale è stato quello di una rete avente le seguenti caratteristiche generali. 1. Una doppia alimentazione che dia la massima sicurezza di esercizio e costituita da:
– Un impianto di produzione a nord (Comina) atto a produrre e sollevare una portata abbastanza costante nelle 24 ore della giornata tipo e per un volume giornaliero all’incirca corrispondente alla metà della richiesta totale giornaliera. Il serbatoio pensile da 3000 mc rimane a guardia dell’intero territorio posto ai suoi piedi costituendo una riserva pronta ad entrare in rete in caso di disservizi vari;
2.Un impianto di produzione a sud composto da pozzi a risalienza naturale che alimentano un serbatoio di compensazione di grande capacità atto ad immagazzinare di notte ed a restituire di giorno tutta l’acqua necessaria per coprire le punte di consumo di tutta la città, effettuando la compensazione giornaliera atta a garantire che da ambedue le fonti possa essere captata costantemente la sola portata media giornaliera. 3. Una rete di distribuzione con una piezometrica sempre parallela al suolo e con una pressione sul suolo corretta. 4. La possibilità di regolare l’intervento dei due impianti di produzione e sollevamento tramite manovra delle valvole.
Serbatoio pensile di Torre, altezza m. 40 , capacità utile mc 1000
Alla data attuale chi scrive queste note non è al corrente della situazione corrente dell’acquedotto di Pordenone essendo la descrizione su riportata relativa all’epoca della sua costruzione. Come tale essa rappresenta un valido esempio di progettazione e realizzazione di un complesso acquedottistico importante ed di cui si ritiene utile conservare la documentazione.
Sicuramente una progettazione moderna ne differirebbe notevolmente potendo, ad esempio, consistere nel mantenimento degli stessi concetti base delle opere descritte sopra fatta salva la eliminazione oppure una diversa utilizzazione dei pensili come ad esempio quella raccomandata in uno specifico articolo di questo sito, e l’adozione sistematica del pompaggio diretto in rete tramite pompe a velocità variabile asservite alla pressione di arrivo rilevata presso l’utenza e trasmessa in tempo reale secondo le indicazioni riportate nei vari capitoli di questo lavoro, il tutto integrato da alcune valvole di rete telecomandate ed atte ad una regolazione fine delle pressioni. Una soluzione del genere darebbe agli impianti una maggiore elasticità di funzionamento, una economia di pompaggio dato dalla minor prevalenza delle pompe, una pressione sul suolo regolata ora per ora in base ai consumi ed infine minori perdite occulte a seguito della diminuzione della pressione notturna attuabile in vaste zone confermando, anche in questo esempio, la validità delle soluzioni tecnico-economiche raccomandate in vari articoli di questo sito.
Le conseguenze derivate dalla realizzazione delle due gallerie autostradali nei confronti della falda acquifera
Le grandi frese oggi usate per lo scavo delle gallerie consentono di avanzare con le opere senza produrre danno all’ambiente
La struttura idrogeologica del Gran Sasso rappresenta la più importante fonte di alimentazione idropotabile dell’intero Abruzzo (le acque convogliate ed immesse nei due principali acquedotti delle Province di Teramo e L’Aquila sono destinate al fabbisogno idrico di circa 800 mila abitanti), è caratterizzata dalla presenza di varie successioni litostratigrafiche con brusche variazioni laterali e verticali di facies e di spessore che rendono la geologia della catena del Gran Sasso molto complessa ed è difficile prevedere con esattezza gli effetti idrogeologici di nuovi interventi.
La realizzazione delle gallerie autostradali ha incontrato nei lavori di scavo in sotterraneo enormi difficoltà a causa delle complesse condizioni idrogeologiche, in particolare per la presenza di notevoli carichi idrostatici (fino a 64 atmosfere) e di faglie marcate da spesse fasce di cataclasiti sotto forti pressioni idriche. Il rilevante drenaggio operato dagli scavi del traforo ha determinato, sulla verticale delle gallerie, un abbassamento di circa 600 metri della superficie piezometrica della falda di fondo (all’incirca da 1600 metri sulla superficie del livello del mare fino alla quota del piano autostradale).
Il progetto originario, redatto per la realizzazione delle gallerie autostradali e dei laboratori, non prevedeva la captazione delle acque sorgive per scopo idropotabile ma solo un loro rudimentale convogliamento.
Le acque drenate dagli scavi che hanno raggiunto inizialmente portate con punte massime di 750 litri al secondo sul versante aquilano e di 2150 litri al secondo sul versante teramano, si sono progressivamente ridotte fino ad una portata media di circa 1.5 metri cubi al secondo e sono state successivamente utilizzate per usi idropotabili sia dall’ASAR nel teramano (1000 litri al secondo) e dall’acquedotto La Ferriera nell’aquilano (480 litri al secondo).
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 frequentementee 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.
Esempio di pressione e portate nel punto di immissione n rete. Da qui in poi nessuno sa nulla dove e come và a finire quest’acqua
Un elemento che caratterizza fortemente gli acquedotti è la portata valutata nelle sue molteplici accezioni. Grave è la mancanza di dati di portata che si registrano in diversi settori del sistema idropotabile . Ad esempio non è nota con sufficiente precisione come si distribuisce realmente nelle condotte di rete la portata totale d’acqua immessa in rete, non si conoscono le perdite reali distinte condotta per condotta ed in maniera analoga non sono note le portate in uscita nodo per nodo ed in tempo reale che sono elementi indispensabili per la esecuzione. dei calcoli di verifica della rete. Il fenomeno viene illustrato nei seguenti sottocapitoli assieme alle soluzioni tecnico economiche da adotttare per una corretta alimentazione idropotabile dei cittadini.
La trattazione è suddivisa in più parti in base alla data di compilazione.
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La stampa tecnica specializzata ed anche quella di tipo divulgativo, si occupano spesso del problema delle perdite occulte degli acquedotti enfatizzando le disastrose conseguenze che derivano alla società intera dal notevole volume d’acqua che viene a mancare nei bilanci idrici degli acquedotti. Sono frequenti dichiarazioni di questo tipo: in Italia il 50% dell’acqua captata dalle fonti non arriva all’utente ma viene perduta.
Si vuole qui dimostrare come i dati diffusi dalla stampa e, ahimè anche quelli in possesso agli Enti gestori degli acquedotti, siano in gran parte affetti da errori così macroscopici da metterne in dubbio la validità. Si vuole altresì dimostrare come, in relazione all’argomento qui trattato, siano totalmente sconosciuti anche altri elementi di vitale importanza.
2) LA DETERMINAZIONE DEL VOLUME TOTALE D’ACQUA PRODOTTA
Quello in oggetto è Il secondo dato base da considerare nei calcoli. E’ nella sua determinazione che vengono commessi gli errori maggiori.
Il volume di cui si discute viene normalmente ricavato dalle registrazioni contabili redatte dall’Ente gestore per la riscossione delle bollette d’acqua e quindi per scopi e con modalità diverse da quelli qui trattati.
Non è da escludere il caso in cui venga messo in conto “sic et sempliciter” il volume totale d’acqua fatturato senza tener conto che esso comprende anche volumi non consumati ma che vengono addebitati all’utenza per consumi mensili inferiori al quantitativo minimo prefissato. Quando anche si sia tenuto conto dei minimi fissi grazie ad un sistema che conteggia anche i volumi d’acqua realmente consumati dall’utenza oppure mediante calcoli empirici più o meno esatti, permangono altri gravi errori dovuti alle caratteristiche meccaniche del contatore privato d’utenza. Da rilevare, innanzitutto, la sua inerzia di base che fà si che le piccole portate come sono lo stillicidio di un rubinetto o la sua apertura parziale, non vengano affatto misurate essendo inferiori al quantitativo minimo necessario per vincere l’attrito iniziale del contatore medesimo. Sembrerà un’inezia, ma la somma di tante piccole mancate registrazioni come quella indicata costituisce invece un sensibile errore nella stima totale dei consumi.
Un altro fattore da tener presente è l’invecchiamento dei contatori degli utenti. Non è raro constatare come molti di loro siano muniti dello stesso apparecchio da più decenni, il che significa misure assolutamente non veritiere. Un tempo si ovviava a questo inconveniente, provvedendo, su richiesta dell’utente o a intervalli regolari, alla verifica del contatore tramite l’apposito cassone di misura e alla sua regolazione con la vite di taratura di cui erano muniti i contatori stessi. Ai nostri giorni si preferisce sostituire frequentemente gli strumenti di misura ma, nella realtà, questa ottima pratica è spesso disattesa ed il parco contatori è sistematicamente troppo vecchio per fornire dati esatti.
Ulteriori difetti nella determinazione dei volumi realmente consumati nel periodo in esame sono dovuti alle modalità normalmente seguite nella lettura dei contatori d’utenza la quale non è, ovviamente, eseguita contemporaneamente per tutti gli utenti ma è invece distribuita lungo tutto un periodo di lettura più o meno lungo. Si tratta pertanto di dati che temporalmente non coincidono affatto con quelli dei misuratori della portata totale immessa in rete di cui al capitolo 2 provocando una evidente disomogeneità tra gli elementi messi a confronto e quindi un ulteriore motivo di errore nei calcoli.
Un altro elemento da non trascurare è la mancata registrazione di notevoli consumi relativi agli edifici pubblici o enti di beneficenza che non pagano l’acqua, alle fontanelle pubbliche, alle vasche di cacciata delle fognature pubbliche, agli idranti o alle prese per bagnare i giardini pubblici e le strade, i lavaggi o gli scarichi d’acqua per interventi di normale manutenzione dell’acquedotto, gli sfiori dei serbatoi, gli allacciamenti abusivi o comunque esenti da fatturazione. Si tratta di ingenti quantitativi d’acqua che sfuggono da ogni tipo di controllo o misura.
Infine nel caso di presenza di aria emulsionata nell’acqua a causa di eventuali anomalie degli impianti, oltre alle imprecisioni nella determinazione dei volumi immessi in rete di cui si è detto al capitolo 2, si verificano errori anche in quelli consegnati all’utenza. Infatti, se non precedentemente eliminata tramite sfiati o vasche di carico, l’aria presente nei tubi della rete viene eliminata attraverso gli allacciamenti di utenza le cui cravatte di presa sono tutte posizionate sulla generatrice superiore delle tubazioni stradali proprio allo scopo di raccogliere ed evacuare le sacche d’aria. Ebbene anche in questo caso si provocano degli errori nella misura perché nessuno sa come si comporti il contatore privato, che è stato tarato per misurare acqua, quando è invece percorso dall’aria. Certamente il volume misurato non ha alcuna attinenza con il bilancio idrico di cui di parla trattandosi di aria che passa a gran velocità attraverso le pale del mulinello del contatore!
3) LA DETERMINAZIONE DEI VOLUMI D’ACQUA FORNITA ALL’UTENZA
Questi contatori non sono in grado di misurare con esattezza i volumi d’acqua consumati dall’utenza. Devono essere sostituiti quanto prima da contatori di nuovo tipo e multifunzione
Quello in oggetto è Il secondo dato base da considerare nei calcoli. E’ nella sua determinazione che vengono commessi gli errori maggiori.
Il volume di cui si discute viene normalmente ricavato dalle registrazioni contabili redatte dall’Ente gestore per la riscossione delle bollette d’acqua e quindi per scopi e con modalità diverse da quelli qui trattati.
Non è da escludere il caso in cui venga messo in conto “sic et sempliciter” il volume totale d’acqua fatturato senza tener conto che esso comprende anche volumi non consumati ma che vengono addebitati all’utenza per consumi mensili inferiori al quantitativo minimo prefissato. Quando anche si sia tenuto conto dei minimi fissi grazie ad un sistema che conteggia anche i volumi d’acqua realmente consumati dall’utenza oppure mediante calcoli empirici più o meno esatti, permangono altri gravi errori dovuti alle caratteristiche meccaniche del contatore privato d’utenza. Da rilevare, innanzitutto, la sua inerzia di base che fà si che le piccole portate come sono lo stillicidio di un rubinetto o la sua apertura parziale, non vengano affatto misurate essendo inferiori al quantitativo minimo necessario per vincere l’attrito iniziale del contatore medesimo. Sembrerà un’inezia, ma la somma di tante piccole mancate registrazioni come quella indicata costituisce invece un sensibile errore nella stima totale dei consumi.
Un altro fattore da tener presente è l’invecchiamento dei contatori degli utenti. Non è raro constatare come molti di loro siano muniti dello stesso apparecchio da più decenni, il che significa misure assolutamente non veritiere. Un tempo si ovviava a questo inconveniente, provvedendo, su richiesta dell’utente o a intervalli regolari, alla verifica del contatore tramite l’apposito cassone di misura e alla sua regolazione con la vite di taratura di cui erano muniti i contatori stessi. Ai nostri giorni si preferisce sostituire frequentemente gli strumenti di misura ma, nella realtà, questa ottima pratica è spesso disattesa ed il parco contatori è sistematicamente troppo vecchio per fornire dati esatti.
Ulteriori difetti nella determinazione dei volumi realmente consumati nel periodo in esame sono dovuti alle modalità normalmente seguite nella lettura dei contatori d’utenza la quale non è, ovviamente, eseguita contemporaneamente per tutti gli utenti ma è invece distribuita lungo tutto un periodo di lettura più o meno lungo. Si tratta pertanto di dati che temporalmente non coincidono affatto con quelli dei misuratori della portata totale immessa in rete di cui al capitolo 2 provocando una evidente disomogeneità tra gli elementi messi a confronto e quindi un ulteriore motivo di errore nei calcoli.
Un altro elemento da non trascurare è la mancata registrazione di notevoli consumi relativi agli edifici pubblici o enti di beneficenza che non pagano l’acqua, alle fontanelle pubbliche, alle vasche di cacciata delle fognature pubbliche, agli idranti o alle prese per bagnare i giardini pubblici e le strade, i lavaggi o gli scarichi d’acqua per interventi di normale manutenzione dell’acquedotto, gli sfiori dei serbatoi, gli allacciamenti abusivi o comunque esenti da fatturazione. Si tratta di ingenti quantitativi d’acqua che sfuggono da ogni tipo di controllo o misura. Infine nel caso di presenza di aria emulsionata nell’acqua a causa di eventuali anomalie degli impianti, oltre alle imprecisioni nella determinazione dei volumi immessi in rete di cui si è detto al capitolo 2, si verificano errori anche in quelli consegnati all’utenza. Infatti, se non precedentemente eliminata tramite sfiati o vasche di carico, l’aria presente nei tubi della rete viene eliminata attraverso gli allacciamenti di utenza le cui cravatte di presa sono tutte posizionate sulla generatrice superiore delle tubazioni stradali proprio allo scopo di raccogliere ed evacuare le sacche d’aria. Ebbene anche in questo caso si provocano degli errori nella misura perché nessuno sa come si comporti il contatore privato, che è stato tarato per misurare acqua, quando è invece percorso dall’aria. Certamente il volume misurato non ha alcuna attinenza con il bilancio idrico di cui di parla trattandosi di aria che passa a gran velocità attraverso le pale del mulinello del contatore!
4) AFFIDABILITA’ DEL RISULTATO E AZIONI DA INTRAPRENDERE
Dalle indicazioni fornite si arriva a capire come i dati di perdita degli acquedotti sui quali si sono versati e si continuino a versare fiumi di inchiostro non siano che dati fortemente approssimati.
Non é ovviamente possibile stimare il grado di imprecisione che li caratterizza: quella che emerge è solo una sensazione di grande precarietà e quindi difficoltà a formulare analisi approfondite. Si possono citare solo elementi di larga massima. Ad esempio se la percentuale di errore in più o in meno fosse pari, come sembra plausibile, al 20%, ciò starebbe ad indicare che un acquedotto cui è attribuita una percentuale di perdita del 50% nella realtà potrebbe avere percentuali del 70% e quindi da considerare catastrofiche come pure quelle, di tutta tranquillità, pari al 30%!
Un altro elemento che dà da pensare è la mancanza di elementi circa l’interdipendenza che sicuramente esiste tra perdite occulte e pressione di funzionamento delle condotte acquedottistiche.
Si arriva a concludere che, rappresentando le perdite occulte degli acquedotti un fenomeno praticamente incognito, è tempo di approfondirne la conoscenza effettuando accertamenti diversi da quelli attualmente usati di cui si è prima parlato, e che siano atti a dare le necessario informazioni. In questo senso un provvedimento ad avviso di che scrive essenziale, sarebbe l’esecuzione di una serie di prove condotte secondo le seguenti regole.
Scelta all’interno di una rete acquedottistica un’area ben delimitata i cui utenti rappresentino l’utenza media cittadina, applicare in serie con il contatore di tutti gli utenti di detta zona un misuratore-registratore di portata e della pressione di consegna dell’acqua. Applicare nei punti di immissione dell’acqua nella zona prescelta dei misuratori in grado di rilevare e registrare con continuità portata totale e pressione dell’acqua fornita alla zona stessa. La strumentazione fatta funzionare per un periodo di più bollettazioni permetterebbe di chiarire i molti interrogativi prima indicati e suggerire le soluzioni dei vari problemi.
5) CONCLUSIONI
Dimostrato, tramite una elencazione dei possibili errori, che l’ammontare delle perdite occulte degli acquedotti è praticamente incognito, viene affermata l’infondatezza delle conclusioni cui la stampa tecnica perviene nello specifico settore.
Sono proposti gli accertamenti da eseguire nella rete acquedottistica per ottenere la conoscenza vera dei fenomeni connessi alla distribuzione dell’acqua potabile all’utenza in relazione allo scottante tema delle perdite in oggetto.
aggiornato novembre 2005
NB.: Gli argomenti di questa sezione continuano nella parte seguente.
Una delle caratteristiche delle reti di distribuzione d’acqua potabile nei territori montani e funzionanti con pressione di esercizio elevate è quella di accusare notevoli perdite occulte. Non sono rari i casi in cui l’acqua dispersa nel terreno supera il 50% di quella totale immessa in rete. Si tratta di un fenomeno molto diffuso e che, oltre alla citata dispersione di quel bene prezioso che è l’acqua potabile, comporta anche un sensibile danno economico di gestione.
Nella nota si dimostra come la presenza delle perdite in quantità così rilevante presenti, paradossalmente, un aspetto positivo e come sia impossibile e comunque non consigliabile, a meno di una radicale modifica dell’assetto acquedottistico, la loro eliminazione.
2) DESCRIZIONE DEL PROBLEMA
Un funzionamento regolare della rete di distribuzione d’acqua potabile richiede una piezometrica il più possibile parallela al suolo e con valori di pressione relativa compresi tra un minimo di 20 ed un massimo di 50 metri di colonna d’acqua rispetto al terreno.
Nel mentre tale risultato è facilmente raggiungibile nei territori di pianura, non può dirsi altrettanto in presenza di notevoli dislivelli altimetrici del suolo come accade nei centri abitati posti in collina o in montagna. Le modalità da seguire in quest’ultimo caso, in dettaglio spiegate nell’articolo “LA RETE DI DISTRIBUZIONE D’ACQUA POTABILE DEI TERRITORI CON NOTEVOLI DISLIVELLI TOPOGRAFICI” con suddivisione nei relativi sottocapitoli, richiedono particolari accorgimenti come la suddivisione della rete in tante sottoreti altimetricamente omogenee e di altezza contenuta entro determinati limiti, ognuna funzionante con pressioni opportunamente regolate.. Tali modalità, da considerarsi ottimali ed atte, esse sole, a garantire una piezometrica sempre parallela al suolo e di valore adeguato, sono però raramente adottate essendo piuttosto gli Enti Gestori degli acquedotti orientati verso reti unificate, indipendentemente dalla conformazione altimetrica del territorio, in tutto il comprensorio da alimentare. Ne risulta un servizio idrico semplificato sia nella costruzione degli impianti e sia nella loro gestione che presenta però i difetti indicati ed in particolare una pressione nelle condotte assolutamente inadeguata ed estremamente variabile durante la giornata. Essa assume valori normali soltanto durante le ore di maggior consumo in quanto è allora che diventa parallela al suolo. Man mano che la richiesta idrica diminuisce la pressione aumenta fino ad avvicinarsi al livello statico. Si hanno allora in condotta valori di pressione così elevati da causare vari inconveniente come sarà dimostrato.
Immaginiamo una rete unitaria alimentante un centro abitato posto su un pendio con 300 m di dislivello. La pressione, contenuta entro normali valori quando i consumi sono elevati, per consumi prossimi allo zero assume, nella parte bassa del territorio, valori di circa 300 m sul suolo, valori quindi assolutamente inaccettabili. Suddividendo la rete in 5 sottoreti dell’altezza media di circa 50 m. si otterrebbe invece una pressione sempre parallela al suolo , sia durante le ore di forte consumo e sia nei periodi di bassi consumi. Nel mentre quanto descritto per quest’ultima rete è da ritenersi realistico in quanto essa è, in tal caso, atta a mantenere le pressioni citate, sia pur con un andamento a gradini, diventa pura teoria se si parla di rete unificata. In tal caso, infatti, viene a prendere corpo una tendenza di autocorrezione della pressione dovuta ad una miriade di piccole perdite occulte che, aumentando a dismisura la portata d’acqua dispersa nel terreno, fanno diventare il funzionamento a consumo zero e quindi il livello statico della piezometrica di rete soltanto un irraggiungibile miraggio: in sede di reale esercizio la portata di perdita si modula in continuazione e del tutto automaticamente e, ai valori minimi durante i periodi di forte consumo, diventa preponderante durante la notte e i rimanenti periodi di consumo nullo dell’utenza provocando perdite di carico così importanti da far rientrare la pressione di rete entro valori tollerabili.
Le conclusioni cui si perviene possono essere così sintetizzate:
1. La portata delle perdite occulte nelle reti montane di tipo unificato, anche se sottoposte a continua ricerca ed eliminazione delle falle, sono variabilissime a seconda del periodo che si considera e cioè sono minime durante le ore di grande richiesta idrica dell’utenza per diventare preponderanti durante le ore di consumo minimo e particolarmente durante la notte;
2. Le perdite occulte della rete di cui al precedente punto 1, nel mentre costituiscono un grave danno per la dispersione di preziosa acqua, costituiscono un irrinunciabile fattore di regolazione della pressione che, senza le perdite, sarebbe assolutamente inaccettabile.
3. L’eliminazione delle perdite occulte in una rete come quella in argomento è impossibile da attuarsi. Nella reale gestione degli acquedotti ci si deve, paradossalmente, limitare alla riparazione delle grosse rotture delle tubazioni nel mentre quelle derivanti da falle di piccola entità, sempre presenti ed essendo molto sensibili alla variazione di pressione, effettuano la regolazione automatica della pressione di esercizio contribuendo in maniera determinante a riportarla entro valori corretti;
4. Il funzionamento di una rete montana unitaria come quella in argomento può considerarsi, come già indicato, paradossale in quanto si arriva a concludere che le perdite occulte sono utili.
Una riserva deve essere formulata per l’alimentazione di piccoli e piccolissimi centri urbani per i quali non si giustifica la costruzione di reti complesse dovendo invece preferire l’adozione di reti unificate le quali, pur se soggette a tutti i difetti descritti, costituiscono alla fin fine ìla soluzione più razionale ed economica.
Nell’articolo ” la rete acquedottistica integrata nel territorio ” è descritta una rete di distribuzione del tutto particolare ed atta a superare i problemi descritti grazie alla sua conformazione ed alla presenza di serbatoi idropneumatici
C) CONCLUSIONI
L’esame critico del funzionamento idraulico delle reti di distribuzione d’acqua potabile di cui sono normalmente dotate le aree urbane site in montagna o in collina ed aventi quindi forti dislivelli del suolo, pur in assenza di dati reali di funzionamento come la misura delle perdite durante le varie ore della giornata, ha portato alla conclusione che la presenza di rilevanti perdite occulte che le caratterizza presenta un duplice e contraddittorio aspetto. Da un lato rappresentano un notevole danno dato dalla eccessiva dispersione d’acqua nel terreno e dall’altro un vantaggio in quanto svolgono una importante azione di regolazione della pressione che, in caso contrario assumerebbero valori insostenibili. Si è anche arrivati a concludere che l’eliminazione totale delle perdite dalle reti in argomento è praticamente un traguardo irraggiungibile se non con una diversa costituzione del servizio acquedottistico. E’ stata anche formulata una riserva per i centri urbani di piccola e piccolissima estensioni per i quali è tollerabile la presenza di una rete unificata. Nella parte finaleè citata una particolatre conformazione della rete atta a superare razionlmente molti dei difetti citati.
Un grave inconveniente derivato da prolungati periodi di siccità è quello delle crisi alle fonti che alimentano gli acquedotti e della conseguente necessità di razionamento delle insufficienti risorse idriche allora disponibili. Sono descritti nella nota i frequenti problemi igienici che sorgono ed indicata una loro possibile soluzione.
2. EFFETTI DELLA CRISI IDRICA
I provvedimenti che si adottano in caso di grave e temporanea crisi idrica sono nell’ordine:
· In prima fase la sospensione della fornitura d’acqua durante i periodi notturni;
· In seconda fase, da attuare in caso di insuccesso della prima ed in aggiunta ad essa, la sospensione diurna praticata a turni orari alternati mediante chiusura delle saracinesche stradali zona per zona e per periodi più o meno lunghi in funzione della residua disponibilità d’acqua.
Oltre a provocare gravi disagi alla popolazione che si vede privata del rifornimento idrico per molte ore del giorno e per tutta la notte, un servizio turnario del genere comporta anche gravi rischi igienici. E’ infatti ben noto come in ogni realtà acquedottistica siano presenti piccole fessurazioni o rotture delle tubazioni interrate che provocano, durante il normale esercizio, perdite d’acqua per quantitativi pari, in acquedotti in ottimo stato di manutenzione e funzionanti a pressione normale, a circa il 20% del volume totale d’acqua prodotta per arrivare, negli acquedotti vetusti o funzionanti a pressione elevata, fino al 50% di esso ed anche oltre. Fortunatamente la fuoriuscita d’acqua attraverso le piccole fessure, esercita una azione igienicamente protettiva in quanto la forte pressione e velocità che la caratterizza, inibisce ogni immissione all’interno delle tubazioni di liquidi, insetti o altre sostanze inquinanti sempre presenti nei terreni attraversati, azione protettiva che però viene totalmente a mancare quando, per un qualsivoglia motivo, il flusso d’acqua in condotta viene interrotto. Ha luogo, in tal caso, un’azione contraria di aspirazione verso l’interno delle condotte stesse che tendono a svuotarsi per alimentare utenze o perdite poste nelle zone altimetricamente depresse. In definitiva ogni interruzione di funzionamento delle condotte stradali costituisce una probabile fonte di inquinamento che impone, prima della messa in pristino, un accurato lavaggio e disinfezione di tutti i tronchi di tubazione interessati dal disservizio. Sono evidenti i rischi igienici che si corrono quando l’alimentazione idropotabile di un’intera città viene effettuata, come indicato all’inizio, a turni alternati comportanti ripetute sospensioni e rimesse in servizio dell’intera rete di distribuzione dell’acqua potabile senza che vengano rispettate le regole citate in tema di lavaggio e disinfezione.
3. REGOLAZIONE IDROPOTABILE CORRETTA
La soluzione di molti dei problemi ricorrenti nel rifornimento idropotabile può essere trovata adottando, nella costruzione ed esercizio dei complessi acquedottistici, concetti diversi da quelli tradizionali classici e che presentano, rispetto a questi ultimi, evidenti vantaggi quali economia nelle spese energetiche, minori perdite occulte, corretta consegna dell’acqua all’utenza ed infine una grande elasticità di esercizio che consente di affrontare efficacemente eventuali situazioni di emergenza. Si tratta di una rete di distribuzione, a buon titolo chiamata rete ideale, funzionante a pressione di partenza variabile e che può validamente sostituire quella tradizionale caratterizzata, invece, da vasche di carico poste in testa ad essa con lo scopo di assicurare una pressione costante dell’acqua immessa in rete. L’elemento posto sotto controllo nella rete ideale è invece la pressione finale di consegna dell’acqua all’utenza ritenuta, a ragione, determinante per una corretto esercizio. Per raggiungere tale scopo la vasca di carico, prima descritta per la rete classica, deve essere sostituita da un dispositivo idraulico che, tramite l’impianto di telecontrollo e telecomando dell’acquedotto, varia in continuazione e del tutto automaticamente la pressione con cui l’acqua viene immessa in rete e ciò sulla base di precise modalità di definizione di detta pressione finale costantemente tenuta sotto controllo dal sistema. Quest’ultima dovrà infatti, in ogni giornata, essere elevata nelle ore in cui si verificano le richieste maggiori (ad esempio m. 35 sul tubo), media al pomeriggio quando non si hanno consumi di punta (m.25) ed infine molto bassa (m.15) alla notte quando i consumi sono prossimi a zero. Il dispositivo idraulico, costituito nella rete a sollevamento meccanico da pompe a velocità variabile con immissione diretta in rete ed in quella funzionante a gravità da una o più valvole di riduzione della pressione dotate di servocomando meccanico azionato dall’impianto di telecontrollo, provvede alla regolazione continuativa ed automatica della pressione di testa della rete in modo da riportare quella finale rilevata ai punti caratteristici della rete e trasmessa in continuazione al centro, entro i valori prefissati ora per ora. Una rete del genere, le cui caratteristiche generali sono meglio spiegate nella memoria ” La razionalizzazione delle reti di distribuzione d’acqua potabile a sollevamento meccanico” visibile in questo stesso sito, presenta, tra l’altro, il vantaggio di fornire una adeguata soluzione del problema inerente la crisi delle fonti che forma specificatamente l’oggetto della presente memoria. Essa consente infatti di limitare durante prefissati intervalli temporali, i volumi d’acqua da distribuire all’utenza, non già, come si usa fare con troppa disinvoltura chiudendo sic et sempliciter l’acqua zona per zona ma invece abbassando ad arte la pressione di esercizio fino al raggiungimento delle necessarie economie idriche e tutto ciò mantenendo comunque una pressione finale in condotta sempre sufficiente per evitare ogni immissione di sostanze dall’esterno dei tubi.
Si dimostra come anche in regime di funzionamento normale ad una riduzione della pressione di esercizio contenuta comunque entro valori atti ad una corretta alimentazione di tutta l’utenza, corrisponda una sensibile diminuzione del consumo idrico totale che si riscontra non soltanto nelle perdite occulte, molto sensibili alla variazione in oggetto, ma anche nelle richieste dell’utenza (tale fenomeno è spiegato nella memoria “Fabbisogno, consumi, portate e perdite nella pratica di esercizio delle reti di distribuzione d’acqua potabile a sollevamento meccanico” . Quando poi, come accade durante il razionamento turnario che qui si vuole propugnare, la pressione viene ridotta molto al di sotto del limite minimo di esercizio (ad esempio portandola ad un valore di soli 5 m di colonna d’acqua sull’asse tubo), allora si riscontrano anche economie idriche conseguenti al mancato rifornimento di gran parte dell’utenza per cui i volumi totali d’acqua consumati durante l’orario di turno sono prossimi allo zero. In definitiva un possibile razionamento d’acqua della “rete ideale” è quello che si ottiene abbassando la pressione di consegna, per un numero di ore giornaliero definito in funzione delle reali disponibilità d’acqua, fino a portarla al valore minimo ma sufficiente per evitare che le condotte vadano in depressione. Allora la maggior parte dell’utenza è priva del rifornimento idrico ma viene tutelato l’igiene del servizio assicurando, al tempo stesso, una alimentazione minimale ai rubinetti posti ai piani bassi delle case cui gli utenti possono ricorrere in caso di estrema necessità. La metodologia, consentendo anche il ripristino immediato del normale servizio allo scadere dell’orario prestabilito senza dover ricorrere a straordinari lavaggi e alla disinfezione della rete, possiede tutte le caratteristiche per una risoluzione ottimale del problema “Razionamento idrico mediante turnazione”. Da rilevare infine una interessante caratteristica della “rete ideale” : quella di poter far fronte alle crisi idriche di modesta entità senza togliere del tutto il rifornimento dell’utenza ma semplicemente abbassando la pressione di funzionamento entro valori compatibili con un normale servizio e con la producibilità reale delle fonti. Ad esempio si dimostra come, in una rete funzionante a 35 m di colonna d’acqua rispetto al suolo, una riduzione spinta fino a 20 m., ancora sufficienti per una corretta alimentazione idropotabile, assicura una economia nei consumi totali dell’utenza di ben il 25%.
4. CONCLUSIONI
Si sono descritti i pericoli che, nei riguardi dell’igiene, incombono sul servizio idropotabile quando viene attuata l’alimentazione turnaria per far fronte ad eccezionali carenze delle fonti di alimentazione.
La soluzione prospettata del problema consiste nel sostituire alla chiusura delle condotte stradali che si usa effettuare anche se è causa di probabile inquinamento della rete acquedottistica, la riduzione della pressione di esercizio fino a portarla a valori minimi compatibili con la salvaguardia igienica del servizio. Sono indicate anche le caratteristiche da assegnare alla moderna rete di distribuzione per ottenere, assieme a molti altri vantaggi, già noti, anche la possibilità di attuazione di tali provvedimenti.
La soluzione prospettata si riferisce agli acquedotti che alimentano territori pianeggianti ma. in linea di principio. resta valida anche per quelli aventi territori ad altimetria diversificata salvo adottare una specifica metodologia di regolazione della pressione come sarà indicato in altri articoli del presente sito.
Elemento determinante per la conoscenza della rete acquedottistica è il quantitativo d’acqua che, nei molteplici aspetti che vanno dai volumi totali immessi, a quelli dispersi nel terreno a causa delle perdite occulte, alle portate delle singole condotte, a quelle erogate da ogni nodo, ai volumi invasati o svasati dai serbatoi, a quelli richiesti dall’utenza nei vari periodi della giornata e dell’anno, caratterizza, nella realtà, il funzionamento della rete d’acquedotto in genere e di quella a sollevamento meccanico in particolare. Scopo del presente lavoro è l’esame di alcuni di tali aspetti.
2) FABBISOGNO IDROPOTABILE E CONSUMO DELL’UTENZA
La determinazione del fabbisogno idropotabile è stata oggetto di estese e sperimentate ricerche concernenti vari fattori come tipo di utenza, importanza e qualità dell’abitato da servire, il suo grado di benessere, la politica tariffaria adottata dall’ente gestore ecc. che incidono sui consumi e sulla loro distribuzione temporale durante la giornata e durante l’anno tipo. Dalla numerosa letteratura tecnica esistente in proposito, cui si rimanda per approfondire molto più autorevolmente il problema, si possono ricavare tutti i dati necessari per determinare caso per caso i consumi prevedibili e quindi le portate medie giornaliere e quelle orarie da prendere come base nello studio degli impianti acquedottistici. Si vuole qui far rilevare un particolare aspetto del problema. Dall’esame dei dati di funzionamento reali di acquedotti in normale esercizio e con fabbisogno dell’utenza soddisfatto, si rileva che tra pressione di esercizio e consumo intercorre una mutua relazione riguardante, oltre alle perdite di rete che in tal senso denotano una marcata sensibilità, anche altri fattori poco riconoscibili ma tra i quali possono ragionevolmente annoverarsi: · le portate utilizzate per usi domestici come docce, lavabi, ecc. · le portate prelevate da elettrodomestici o da apparecchi vari con bocca di prelievo a sezione fissa; · le portate utilizzate da privati per impianti di raffreddamento: · le portate destinate all’irrigazione di orti o giardini e quelle utilizzate per lavaggio macchine. · le portate prelevate da idranti per lavaggio strade, fontanelle pubbliche, vasche di cacciata per lavaggio fognature stradali o altri usi simili, · le portate utilizzate per lavaggio condotte e quelle di sfioro dei serbatoi: La portata istantanea richiesta per gli usi indicati subisce, per effetto della variazione della pressione di pompaggio delle centrali dell’acquedotto e quindi della pressione di tutta la rete, delle modifiche rilevanti che si riflettono sul consumo finale dell’utenza. Nella fig. n. 1 è riportato, a titolo di esempio, il grafico della portata realmente immessa in una rete d’acquedotto priva di serbatoi di accumulo distribuiti in rete. E’ indicata (con un piccolo sfasamento temporale dovuto a necessità meccaniche dei pennini) anche la pressione di pompaggio. Il funzionamento si svolge secondo due diverse modalità: per le piccole portate, a pressione di partenza fissa (m. 24 su asse tubo) data dal serbatoio pensile posto in testa alla rete, e, per richieste dell’utenza superiori ad una determinata soglia, con pompaggio diretto in rete ed a pressione variabile. Si possono trarre interessanti deduzioni. Innanzitutto si nota come durante la notte dalle ore 1 alle ore 5 circa, quando il funzionamento ha sempre luogo a bassa e fissa pressione (24 m sulla condotta), la portata minima si stabilizza su un valore costante che si ripete anche in tutte le notti di tutto l’anno, sia che si tratti di periodi di grandi e sia di piccolissimi consumi dell’utenza, per variare solo quando si verificano in rete nuove rotture o prelievi straordinari. Ciò sta ad indicare che la portata in questione è data per la totalità dalle perdite. Alle ore 7.30 circa il prelievo dell’utenza supera la soglia critica (preventivamente fissata sui 92 l/s circa in uscita dalla centrale) per cui ha inizio il pompaggio in diretta ad alta pressione. La maggiore prevalenza di pompaggio (da m.24 a 36 m. circa) provoca un immediato aumento di portata che passa da 92 l/s circa a 130 l/s circa. Da tale momento in poi la pressione, al variare delle richieste dell’utenza, segue la curva caratteristica della pompa in servizio a seconda dei gruppi di sollevamento messi in funzione dall’automatismo. Risulta impossibile conoscere, anche in considerazione del fatto che non è dato sapere se ciò comporta una insufficiente alimentazione di una parte più o meno grande del territorio servito, quale sarebbe stato il funzionamento qualora il pompaggio fosse rimasto a bassa pressione per tutta la giornata. Si è comunque tracciata a vista, al fine di evidenziarne l’andamento di massima, la curva delle portate che presumibilmente la rete avrebbe richiesto in tale ipotesi ed indicato con colore nero pieno il maggior volume consumato dalle ore 7 alle 12 circa a causa dell’aumento di pressione. La maggiorazione, quantificabile in mc 230 circa, contro un volume di mc 1517 d’acqua che si sarebbe consumata a regime normale, fa ascendere a ben il 15% la percentuale di aumento nel periodo considerato.
Fig. 1 = Portata e pressione in uscita da una centrale di pompaggio a pressione variabile
Alle ore 12 circa, con utenza senz’altro alimentata correttamente, viene superata in decremento la soglia critica e l’automatismo impone di passare dal pompaggio ad alta a quello a bassa pressione. Il conseguente calo di pressione (da m. 38 circa a m 24) provoca una diminuzione di portata che dai 99 l/s passa a 76 l/s. Supponendo che la stessa variazione di pressione si verifichi anche in rete (cosa in buona parte vera se si considera la modesta variazione di portata che si verifica nei due casi) ed applicando le regole della foronomia (vedi anche cap. 3):
portata a bassa press.= port. ad alta x sqrt(delta press.) si ottiene portata = 99 . sqrt (24/38) = 78
La portata determinata teoricamente sulla base della nuova pressione (78 l/s) si avvicina a quella reale letta sul grafico di pompaggio (76 l/s) confermando, come precedentemente affermato, che la variazione nella pressione di esercizio della rete provoca una variazione di portata assorbita dalla rete che, è totalmente indipendente dalle richieste dell’utenza. Da notare come in regime normale, e cioè senza alcuna manovra delle pompe, ad una diminuzione di portata così rilevante che fosse invece dovuta, ad esempio, ad una grossa utenza che ha chiuso la sua saracinesca di prelievo, corrisponderebbe, con un effetto diametralmente opposto a quello in esame, un notevole aumento di pressione dato dal diverso punto di utilizzazione della curva caratteristica della pompa. Qualora alle ore 12 non si fosse verificata la manovra descritta e l’impianto avesse invece continuato a funzionare ad alta pressione per il resto della giornata, notte compresa, ben diverso sarebbe stato il volume d’acqua totale assorbito dalla rete nelle 24 ore. Quanto precede deve chiarire un concetto importantissimo per la corretta gestione degli impianti acquedottistici: poiché il fabbisogno dell’utenza può essere modificato ad arte, il gestore non deve sempre sottostare alle richieste ma deve imporre, ovviamente entro determinati limiti, le condizioni di funzionamento (pressione in questo caso) della rete che più soddisfano l’economia, la disponibilità di risorse, la regolarità di esercizio ecc. ovviando, in determinati casi, anche a deficienze della rete. Cio’ deve aver luogo senza pregiudicare il rifornimento idropotabile e cioè contenendo in ogni caso la pressione entro i limiti massimi e minimi consentiti per una corretta consegna dell’acqua. Immaginiamo di osservare il funzionamento di un acquedotto senza serbatoi in rete e provvisto di centrali che immettono la loro portata in condotta con possibilità di modificare sia la portata che la pressione di esercizio. Se una zona, ad esempio, è servita da condotte di diametro insufficiente, è possibile, per ovviare alle carenze che ne conseguono, aumentare la pressione di esercizio giornaliero portandola verso il valore massimo ammissibile, mentre se un’altra zona ha delle fonti deficitarie, è opportuno mantenere costantemente sui valori minimi la pressione per economizzare nella portata immessa in rete. Se in altre zone c’è sovrabbondanza di produzione si potrà spingere l’utenza al consumo aumentando la pressione di rete. In ogni caso durante la notte sarà opportuno riportarla ai valori minimi in quanto, in caso contrario, i bassi consumi notturni provocherebbero modeste perdite di carico e conseguenti inutili elevate pressioni in condotta. La diminuzione notturna, oltre a rappresentare una economia diretta della spesa di sollevamento data dalla minore prevalenza delle pompe, riduce notevolmente le perdite di rete con ulteriori minori oneri di produzione dell’acqua come sarà più avanti dimostrato. Gli effetti indotti in rete dalla pressione non sono determinabili teoricamente in quanto dipendono da fattori variabili rete per rete e del tutto incogniti come la presenza e l’ubicazione delle perdite occulte, la scabrezza effettiva delle condotte distinta condotta per condotta, la presenza di prelievi particolari come quelli descritti particolarmente sensibili alla variazione della pressione di consegna dell’acqua, le modificazioni provocate nella durata dei vari prelievi ecc. ecc. Le cose si complicano ulteriormente quando nella rete sono presenti i serbatoi. Allora alle considerazioni esposte devono aggiungersi quelle relative alle modalità ed ai tempi di invaso e di svaso cui conseguono ulteriori e predominanti necessità di regolazione della pressione e relative variazioni nel fabbisogno effettivo sia istantaneo che giornaliero dell’utenza. La descritta interdipendenza tra portata assorbita e pressione di esercizio estende i suoi effetti in senso spaziale poiché in uno stesso acquedotto le zone d’utenza alimentate a pressione più elevata avranno consumi specifici superiori di quelle a pressione deficitaria o comunque inferiore. Ne consegue che la determinazione dei consumi reali di una rete, cui si è fatto cenno all’inizio del capitolo, può essere effettuata soltanto partendo dai dati che tengano conto della effettiva situazione dell’utenza, ivi compresa anche la pressione di consegna dell’acqua. A tal fine le modalità che saranno indicate più avanti, essendo basate sulla lettura dei contatori privati periodicamente effettuate per la fatturazione dell’acqua, sono senz’altro le più adatte. Per completare la disamina degli effetti secondari provocati in rete dalla variazione di pressione si cita un elemento, ben noto ai progettisti degli impianti di sollevamento e che, in caso di pompaggio asservito in automatico alla portata in uscita, incide sulla regolazione. Possono presentarsi due casi:
a) – la portata si mantiene casualmente e per un lungo periodo su valori prossimi alle soglie di intervento degli automatismi (ad esempio messa in moto o arresto di pompe). In linea teorica ha luogo, per tutta la durata del periodo stesso, un dannoso pendolarismo nel funzionamento cioè un continuo alternarsi di ordini e contrordini con effetti negativi sia per gli impianti che per il rifornimento idrico. In realtà tale pericolo non sussiste in quanto ad ogni superamento della soglia ed al conseguente avvio od arresto automatico della pompa, corrisponde, per quanto spiegato sopra, una sensibile variazione indotta nella portata il che elimina ogni incertezza nell’interpretazione del segnale. Soltanto una decisa variazione nelle richieste effettive dell’utenza può provocare un nuovo intervento dell’automatismo: è pertanto assicurata una grande stabilità di funzionamento del sistema automatico di comando e controllo.
b) – durante i periodi di grande modificazioni nelle richieste dell’utenza e conseguente manovra delle pompe (specialmente se si tratta di macchine a velocità variabile che sono in grado di seguirne l’andamento) ha luogo anche una variazione di portata dovuta all’effetto indotto descritto sopra, variazione che finisce per alterare il segnale di base cui è asservita la pompa (portata in uscita) con risultati imprevedibili nella regolazione. Ad esempio in caso di aumento di portata dovuto ad una maggior richiesta di un grosso utente, la stazione di pompaggio, per farne fronte, aumenta sia la portata che la pressione. L’aumento di quest’ultima provoca una ulteriore maggiorazione di portata in uscita con conseguente richiesta di nuovo aumento di pompaggio. Il ciclo potrebbe ripetersi all’infinito con conseguenze disastrose, fatta salva la opportunità di porvi rimedio tramite adatti software del sistema di comando e controllo in base ai quali ogni ad ogni manovra fa seguito un controllo ed una conferma oppure un annullamento della manovra stessa.
3) LE PERDITE DI RETE
La perdita di rete consiste nel volume d’acqua dissipato nel terreno o comunque non utilizzato dall’utenza a causa di piccole rotture nelle condotte o negli allacciamenti privati. Tale volume comprende di solito anche quello dovuto alle mancate registrazioni dei contatori e ai consumi particolari come lavaggi delle condotte, prove a pressione, annaffiamento giardini e lavaggio strade ecc. raramente sottoposto a misurazione. In un acquedotto in ottime condizioni la percentuale, così intesa, può variare da un minimo del 10-15% ad un massimo del 30-35% della portata totale immessa in rete, per raggiungere valori molto superiori in caso di acquedotti vetusti. In questa sede per perdite di rete si intendono le perdite vere e proprie. I volumi d’acqua utilizzati per consumi particolari di cui sopra, in una razionale gestione, devono essere quantificati anch’essi. A tale scopo è necessario che anche le bocche di annaffiamento dei giardini o delle strade, le vasche di cacciata delle fognature ecc. siano munite di contatori e che anche tali consumi entrino nel bilancio idrico generale. Parimenti in caso di lavaggio delle condotte si deve provvedere alla quantificazione dei volumi d’acqua adoperati inserendo dei contatori provvisori nei punti di prelievo dell’acqua dalla rete o, come minimo, stimando dai grafici di portata totale immessa in rete l’aumento di consumo conseguente al lavaggio. Per quanto riguarda le mancate registrazioni si deve aggiungere che sono in parte dovute alla imprecisione ed inerzia proprie dei misuratori cui non è possibile porre rimedio ed in parte al loro funzionamento anomalo generalmente causato da vetustà e che può essere evitato provvedendo alla sostituzione sistematica ad intervallo non superiori a 8-10 anni. Se vengono applicate tali regole, la differenza fra i volumi d’acqua immessa in rete e la somma dei consumi letti ai contatori privati rappresenta la reale perdita di rete. Trattasi di quantitativi che incidono fortemente sulla economia di esercizio e sulla possibilità di soddisfacimento del fabbisogno dell’utenza e che pertanto, in una corretta gestione, devono essere tenuti sotto attento controllo. Gli elementi di conoscenza di cui si può disporre in ogni realtà acquedottistica sono però molto limitati. Consistono esclusivamente nel volume totale d’acqua di perdita determinabile, come già detto, per differenza tra volumi immessi in rete e volumi fatturati e nella portata istantanea di perdita notturna rilevabile dai grafici dei misuratori dell’acqua immessa in rete. Si può infatti ragionevolmente ritenere che la portata minima notturna registrata da detti misuratori, depurata dagli eventuali prelievi di entità ben nota ed effettuati per alimentare i serbatoi o per forniture notturne particolari, sia, come precedentemente indicato, totalmente dovuta alle perdite di rete. L’integrazione di quest’ultima portata, considerata giornalmente di valore costante per tutto il periodo intercorrente tra una lettura dei contatori dell’utenza e la seguente, dovrebbe dare, in doppio modo e quindi per conferma di quello già determinato con le modalità descritte, il volume totale d’acqua disperso. Tale equivalenza si verifica raramente in quanto, nella stragrande maggioranza dei casi, la portata dovuta alle perdite, lungi dal mantenersi costante per tutte le 24 ore della giornata, varia in continuazione al variare della pressione che si stabilizza nelle condotte dove sono ubicate le perdite stesse secondo le regole già spiegate.
Per una completa disamina di tale fenomeno si assume come esempio una rete ipotetica avente caratteristiche invero poco adatte per una reale alimentazione idropotabile ma atta ad evidenziare compiutamente il fenomeno che si vuole studiare. Si suppongono noti, come di norma, i grafici giornalieri della portata d’acqua immessa in rete e la pressione di pompaggio dell’impianto di produzione posto in testa alla rete. Essendo nota anche la portata di perdita che si verifica nei periodi notturni di minor consumo secondo quanto sopra indicato, è possibile determinarne i valori anche nei rimanenti periodi sulla base della variazione che subisce , periodo per periodo, la pressione di consegna all’utenza. Infatti, essendo le perdite dovute a rotture, fessurazioni o comunque aperture di qualsiasi tipo esistenti nelle condotte, si possono usare le formule idrauliche della foronomia ed in particolare la seguente:
Qx = Qi . sqrt(Px/Pi) Dove: Qx = portata da determinare all’istante x Px = pressione nota all’istante x Qi = portata nota all’istante i Pi = pressione nota all’istante i sqrt = radice quadrata
(N.B.: nuove ricerche hanno dimostrato che la formula valida prevede la radice con esponente 1,18 anziché 2. Ciò comporta un vantaggio ancora maggiore di quello descritto nella presente memoria)
Come risulta dallo schema idraulico della fig. 2 la rete da esaminare concerne un centro abitato servito da un insieme di condotte magliate alimentate da un solo impianto di produzione e sollevamento (S1) munito di vasca di carico posta in testa alla rete. La pressione di partenza è pertanto costante mentre quella di consegna, essendo funzione della portata consumata, varia in continuazione facendo di conseguenza variare anche la portata della fughe d’acqua secondo la legge idraulica descritta. Nei grafici giornalieri di cui alle fig. n. 3 e 4, relative al funzionamento a pressione di partenza costante, sono illustrate rispettivamente per il giorno di consumo massimo e per quello corrispondente alla media annua, l’andamento della pressione di arrivo ai nodi (pressione media ponderale di tutti i nodi calcolata con apposito programma di verifica della rete magliata ) nonchè la curva delle perdite che si verificano nei due casi calcolata con la formuletta sopra riportata. Pur trattandosi, come già detto, di un esempio di rete nella quale si sono volutamente esasperati i dati di funzionamento idraulico, si possono trarre delle considerazioni molto interessanti. Si nota innanzitutto come i periodi di maggiore perdita siano sempre quelli di minor consumo (ore notturne e giornate di basso consumo). Il volume totale giornaliero disperso nel terreno passa da mc 23587 relativo al giorno di consumo max a mc 28343 per quello di consumo medio annuo. Se si considerano le percentuali di perdita rispetto ai volumi totali giornalieri immessi in rete (rispettivamente mc 77760 e mc 51840) si va dal 30% nel giorno di consumo max a 55% in quello medio. Ciò starebbe ad indicare che mediamente solo il 45% della portata immessa in rete raggiunge l’utenza mentre si verificano percentuali ancora inferiori nei giorni di consumo minimo.
Come si vede i valori di percentuali di perdita calcolati, a causa delle condizioni di funzionamento e particolarmente delle esagerate perdite di carico che presenta la rete scelta ad esempio, sono troppo elevati per trovare corrispondenza nella reale gestione di una rete acquedottistica, si raggiunge però lo scopo di evidenziarne la variazione durante l’anno tipo.
Si vuole ora indicare quali sarebbero le modalità atte a far rientrare nella normalità anche una rete irrazionale come quella dell’esempio, La soluzione è rappresentata dalla radicale modifica del sollevamento in testa alla rete. Non più vasca di carico e quindi pressione di partenza fissa ma pompaggio diretto in rete a pressione variabile asservita alla pressione rilevata ai punti di consegna. Come risulta dalle fig. n. 5 e 6 si tratterebbe di prefissare una pressione media alla consegna più bassa (solo 15 m) durante la notte quando sono modeste le richieste dell’utenza e m. 25 durante le ore giornaliere. Sono indicate con linea tratteggiata la pressione di pompaggio necessaria per raggiungere il risultato citato sopra e, in linea continua, la curva delle perdite calcolata in funzione della nuova pressione di consegna ed applicando la formula indicata. Il volume totale disperso giornalmente nel terreno risulterebbe di mc 16852 sia nei giorni di massimo che di minimo consumo con una percentuale pari al 21% nel giorno di consumo max, al 32% in quello medio rientrando quindi entro valori normali. Si potrà inoltre notare come, contrariamente a quanto verificato nella precedente soluzione, le minori perdite abbiano luogo durante il periodo notturno. Per ulteriore documentazione si descrivono gli effetti realmente indotti nella rete di cui alla fig. n.1 e nella quale si è deliberatamente forzata la pressione di esercizio durante un’intera notte al fine di valutarne le conseguenze nei riguardi delle perdite.
I dati effettivamente rilevati e riportati nei grafici di cui alla figura n. 7, denunciano risultati ancora peggiori di quanto descritto. Si può infatti constatare come la maggiorazione della pressione di esercizio da m. 25 (pressione notturna normale) a m 53 (pressione artatamente mantenuta durante tutta una notte) abbia provocato un aumento del tutto anomalo nella portata notturna consumata che è passata da 23 l/s a 47 l/s ( al raddoppio di pressione corrisponde il raddoppio delle perdite!). Il fenomeno viene spiegato dalla formazione, non casuale, di nuove perdite. Infatti applicando la regola enunciata si evince che la portata nella notte in argomento avrebbe dovuto essere pari a soli 33.5 l/s contro i 47 l/s effettivamente misurati. Si riscontrano pertanto 13.5 l/s di consumo aggiuntivo evidentemente dovuto a nuove rotture nelle tubazioni stradali provocate dalla anomala pressione. Il fenomeno ha trovato conferma nella notte successiva nella quale, pur avendo ripristinato la pressione normale, la portata minima, invece di assumere il suo normale valore di 23 l/s, è rimasta pari a 30 l/s. Il calcolo teorico della portata a seguito della diminuita pressione (da m.53 a m.25) fornisce come risultato 32.5 l/s vicino a quello effettivo.
Una ulteriore conferma la si è avuta nelle settimane successive quando le nuove rotture sono state rintracciate e riparate e la portata minima notturna è rientrata al suo valore normale di 23 l/s circa.
Si riportano i dati riassuntivi di funzionamento:
Data
Pressione notturna
Portata media giornalieral/s – Coeff.
Volume totale giornal.mc
Portata minima notturnal/s – Coeff.
Portata minima calcolatal/s
26.11.96
25 (normale)
65.7 – 1.00
5676
23 – 0.35
base
27.11.96
53 (alta)
82.5 – 1.26
7128
47 – 0.72
33.5
28.11.96
25 (normale)
70.9 – 1.08
6126
30 – 0.46
32.5
Evidenziate come sopra alcune delle caratteristiche che la rete di distribuzione presenta nei riguardi delle perdite si elencano gli accorgimento che, in ogni caso, si devono adottare nella pratica di esercizio. Innanzitutto deve essere posta la massima attenzione alla pressione di consegna dell’acqua che deve essere, in ogni condizione di funzionamento, quella minima atta ad un ottimale soddisfacimento dell’utenza senza inutili carichi residui, soprattutto notturni, fonte, oltre che di eccessivi dispendio energetico per il pompaggio, anche di esagerate dispersione d’acqua come sopra dimostrato. In secondo luogo è necessario eseguire per ogni periodo di lettura dei contatori di utenza il calcolo delle percentuali di perdita in modo da avere una prima quantificazione e poterne seguire l’evoluzione nel tempo. Durante tutto il corso dell’esercizio bisogna inoltre attuare una campagna di ricerca ed eliminazione delle fughe d’acqua eseguendo le necessarie riparazioni e, in casi estremi, la sostituzione di interi tratti di condotta e delle apparecchiature in essa inserite. Molte sono le metodologie che si usano allo scopo. Tra di esse si cita la ricerca con apparecchi acustici, la ricerca con il metodo della correlazione, la verifica tronco per tronco o zona per zona mediante inserimento di misuratori con o senza chiusura temporanea di tutte le utenze. Tutte queste metodologie, ben note ai gestori degli acquedotti, portano a risultati concreti però sono molto costose e creano notevoli disagi per l’utenza. Se le micro-perdite presentano, a causa della loro larga diffusione e della difficoltà del loro reperimento, l’inconveniente di un grave e continuo danno economico nell’esercizio della rete, le grosse perdite quali quelle che si verificano in occasione di rotture delle condotte principali hanno un aspetto ancora più preoccupante in quanto le grandi quantità di acqua che fuoriescono dalle condotte possono provocare, oltre a improvvisa mancanza di rifornimento idropotabile, danni anche gravissimi alle sedi stradali, alla circolazione o agli edifici che fiancheggiano le strade. E’ pertanto della massima importanza la loro tempestiva segnalazione ed il pronto intervento per la chiusura del tronco di condotta interessato, salvo provvedere successivamente alla definitiva riparazione. Normalmente la presenza di una perdita del genere viene avvertita dal personale di servizio dall’esame della pressione di immissione in rete che subisce un improvviso calo. Quando la portata della perdita è di entità trascurabile se paragonata alla portata totale immessa in rete oppure quando la rottura non avviene repentinamente ma con una certa progressione o se la zona interessata dalla perdita è alimentata da centrali non custodite, o ancora se gli impianti sono dotati di automatismi di regolazione della pressione in uscita dalla centrale può accadere che tra il verificarsi dell’inconveniente e l’intervento del personale intercorra troppo tempo. La tempestiva segnalazione delle perdite con emissione in automatico dell’allarme riveste quindi una grande importanza e può ottenersi adottando un insieme di procedure- basate sul raffronto tra dati di funzionamento reali ricavati dagli strumenti di misura installati nelle centrali e nella rete e quelli teorici ricavati dalla verifica del funzionamento idraulico eseguita in automatico e con continuità a mezzo delle apparecchiature di telecomando e telecontrollo delle reti basata sull’uso di potenti computer e di sofisticati programmi applicativi.
Un metodo approassimativo di verifica del funzionamento rete è leggibile cliccando qui Di grande importanza ed attualità è anche la localizzazione delle perdite resa possibile tramite i programmi di verifica cui si è fatto cenno.
4) LA DISTRIBUZIONE TEMPORALE DELLE PORTATE L’analisi della probabile distribuzione nel tempo delle portate richieste dalle reti presenta degli aspetti caratteristici importanti per il funzionamento della rete.
Se si esamina, ad esempio, l’andamento medio dei consumi durante le 24 ore di una giornata dell’acquedotto di una cittadina di medie dimensioni i cui consumi non siano influenzati dalle variazioni di pressione cui si è fatto cenno (vedi seguente fig.8), si nota come si abbiano portate minime dalle ore 1 alle ore 5 circa. Alle 5 ha inizio un rapido aumento che si esaurisce circa alle ore 8 con la punta massima pari a circa 1,5-1,6 volte la media. Le portate subiscono quindi una modesta diminuzione per stabilizzarsi su una portata pari a circa 1,2 volte la media per una durata di circa 7 ore (dalle 11 alle 18). Dalle 18 alle 20 ha luogo un modesto aumento di portata dopodiché ha inizio la fase di diminuzione che si esaurisce, con le portate minime, alle ore 1 del giorno dopo. Un’altra fondamentale caratteristica del grafico giornaliero dei consumi è data dal valore minimo di consumo notturno intendendo con tale termine il picco minimo, anche se di breve durata, di acqua immessa in rete dalle centrali, valore che si è soliti fissare in una percentuale della portata media giornaliera (ad esempio 30%). Si fa notare invece come esso si mantenga invariato per tutte le giornate dell’anno tipo non essendo influenzato dalle richieste della rete che, nel periodo stesso, sono pressoché nulle. E’ interessante anche l’andamento del grafico annuo di durata delle portate medie giornaliere ottenuto ordinando i volumi giornalieri in senso decrescente (v. fig. 9). Si nota un punto di flesso che indica come le giornate di maggior consumo (portata media superiore a 1.17 rispetto alla media annua) siano pari a soli 35 giorni all’anno corrispondenti al 10% dell’anno. Il fenomeno si accentua maggiormente ove si esamini il grafico di durata delle portate orarie durante un anno (vedi fig.9)), caratterizzato anch’esso da un accentuato punto di flesso e dal quale si può rilevare come le ore di maggior consumo (portata media superiore a 1.51 rispetto la media annua) si riduca a sole 450 ore pari al solo 5% dell’anno. Se ne deduce immediatamente che il dimensionamento delle opere acquedottistiche basato, come di norma, sui consumi critici (ora di punta) comporta un funzionamento che si svolge in modo razionale soltanto per periodi brevissimi mentre nella stragrande maggioranza delle giornate dell’anno esso sarà caratterizzato da pressione sovrabbondante con duplice effetto negativo: inutile dispendio energetico di sollevamento ed eccessiva pressione in rete cui corrisponde una maggiorazione delle perdite di rete come indicato al precedente cap.3. Sarà invece consigliabile prevedere reti studiate per un esercizio ottimale ai regimi di portata media e medio bassa caratterizzati da un grande frequenza. Ai consumi elevati, molto rari durante l’anno, si dovrà far fronte mediante particolari accorgimenti anche se a consumo energetico elevato. Ne risulterà comunque un bilancio economico vantaggioso essendo al tempo stesso assicurato all’utenza un servizio regolare. Un esempio di rete concepita secondo i principi descritti è riportato, con determinazione dei vantaggi conseguibili, nel n. 3/1998 de “L’ACQUA” con la nota ” La razionalizzazione delle reti di distribuzione di acqua potabile a sollevamento meccanico”
5) LA COMPENSAZIONE GIORNALIERA DELLE PORTATE
Le funzioni esplicate dai serbatoi, di grande importanza per l’ottimizzazione dell’esercizio di ogni complesso acquedottistico, sono principalmente due: quella di mantenere una quantitativo d’acqua pronta ad essere immessa in rete in caso di guasti negli impianti di produzione o di richieste anomale dell’utenza, e quella di coprire il divario fra produzione, di solito a portata pressoché costante per l’intera giornata, e le richieste dell’utenza caratterizzate da forti consumi diurni e consumi quasi nulli durante la notte. In sunto si può dire che le due funzioni sono la riserva di sicurezza e la compensazione giornaliera delle portate. I volumi mediamente necessari a tale scopo sono corrispondenti rispettivamente al 100% ed al 15% del fabbisogno del giorno di massimo consumo anche se, di regola, ci si limita a volumi ben inferiori. I serbatoi possono essere di due diversi tipi: · quelli annessi alla produzione, di solito del tipo a terra e caratterizzati da grandi volumi d’invaso, svolgono principalmente il ruolo di accumulo o riserva; · quelli di rete, generalmente adibiti alla compensazione giornaliera delle portate, sono di dimensioni più contenute e normalmente del tipo in quota (pensili o sopraelevati) cioè con l’invaso altimetricamente ubicato in corrispondenza della piezometrica di rete in modo da rendere possibile l’interscambio diretto di portate con quest’ultima e cioè senza interposizione di apparecchiature idrauliche di sorta (pompe, valvole di regolazione ecc, ecc,).
Grafico giornaiero dei livelli imposti minuto per minuto
Nella memoria “La razionalizzazione delle reti di distribuzione d’acqua potabile a sollevamento meccanico” precedentemente citata, si è dimostrato come non sempre il funzionamento dei serbatoi sia corretto e che, in tali casi, la funzione di compensazione delle portate venga in tutto o in parte a mancare. Un altro problema, spesso risolto in maniera inadeguata, è quello della regolazione della alimentazione a distanza dei serbatoi sia che abbia luogo tramite condotte di adduzione sia con prelievo da condotte della rete di distribuzione. La forma più semplice e diffusa consiste nella presenza, nel serbatoio di arrivo, di galleggianti dei quali quello a quota superiore comanda la chiusura dell’adduzione per raggiunto invaso massimo e mentre gli altri, opportunamente posizionati a quote inferiori, provvedono a comandare l’immissione, l’aumento o la diminuzione della portata immessa. In pratica, con il dispositivo descritto, il serbatoio tende a rimanere sempre pieno e solo nei giorni di massimo consumo, quando la portata della produzione è inferiore alle richieste di punta, ha luogo il suo intervento e la conseguente utilizzazione del volume invasato in precedenza. In tutti gli altri giorni, e specialmente in quelli di basso consumo, la punta viene coperta, in tutto o in parte, dall’impianto di produzione: viene in tal modo a mancare il ruolo di tale impianto che dovrebbe essere quello di immettere in rete le sole portate medie giornaliere. Si deve citare un altro grave difetto che interessa molti acquedotti nei quali i serbatoi di cui si parla si vuotano troppo presto e quando arriva il momento di punta essi sono già vuoti e quindi non possono più contribuire alla copertura delle portate massime richieste dall’utenza. La soluzione del problema può essere trovata asservendo l’adduzione ad un prefissato grafico giornaliero dei livelli che il serbatoio deve assumere durante la giornata tipo . Salvo una migliore determinazione da effettuarsi in sede di reale esercizio il grafico potrà, ad esempio ( vedi edsempio nel grafico giornaliero dei livelli imposti ), prevedere il riempimento totale alle ore 6 del mattino quando hanno inizio i consumi dell’utenza, alle ore 9, quando i consumi sono elevati, si potrà prevedere uno svuotamento del 50%, alle 16 del 70% e alle 20 del 80%. Alle ore 01 del giorno dopo avrà inizio il riempimento con un gradiente regolare fino alle ore 6. Il dispositivo automatico effettuerà ad intervalli regolari dei test di controllo e, se i livelli reali risulteranno inferiori a quelli fissati come sopra, comanderà un aumento nell’adduzione in serbatoio. Al contrario nessuna adduzione avrà luogo quando i livelli risulteranno superiori . Una regolazione come quella indicata presenta il vantaggio di consentire lo sfruttamento giornaliero dell’intero volume accumulato durante la notte secondo quelle modalità che il gestore potrà imporre a suo piacimento mediante modifica del grafico preimpostato. Nel mentre nei giorni di consumo massimo sarà possibile effettuare la totale compensazione, negli altri giorni si potrà sfruttare la totale, e in tali casi esuberante, capacità del serbatoio per altri fini, come ad esempio quello di utilizzare cascami di energia elettrica meno costosi diminuendo la produzione giornaliera a favore di quella notturna. Sarà anche possibile mantenere costantemente la produzione sul valore medio giornaliero essendo a forziori garantito che il serbatoio effettua la compensazione in tutte le giornate anche in quelle di bassi consumi.
6) DETERMINAZIONE DELLE EROGAZIONI ISTANTANEE AI NODI
La razionale gestione di un complesso acquedottistico, soprattutto se a sollevamento meccanico come sono quelli trattati nel presente lavoro, non può, a giudizio di chi scrive queste note, prescindere dalla verifica automatica e continuativa del suo funzionamento idraulico attuata confrontando i dati reali di funzionamento con quelli teorici determinati in tempo reale mediante modello matematico della rete. Oltre ad avere la vera conoscenza della rete, indispensabile per ogni valutazione economica e tecnica di esercizio o di intervento progettuale, in tale ipotesi sarebbero immediatamente segnalate tutte le anomalie di funzionamento come ad esempio rottura di condotte, manovre errate, mancato funzionamento di apparecchiature idrauliche od elettriche, prelievi abusivi ecc. ecc. per avviare gli immediati interventi di riparazione. Alla data attuale, mentre risultano già risolti i problemi relativi alla trattazione matematica di calcolo in moto permanente delle reti magliate anche complesse (serbatoi e apparecchiature idrauliche comprese) e quelli relativi alla sua rappresentazione fisica così come sono risolvibili mediante installazione di adeguate apparecchiature di misura quelli relativi alla determinazione delle condizioni effettive di funzionamento delle apparecchiature idrauliche (pompe, valvole di regolazione ecc.) e dei serbatoi, permangono grandi incertezze su due fattori condizionanti i risultati: la scabrezza reale delle tubazioni, che sono oltretutto variabili durante la vita della rete, ma soprattutto le portate erogate ai nodi argomento questo che forma l’oggetto specifico del presente capitolo. Gli Enti di gestione sono da tempo dotati di sofisticati programmi per la gestione amministrativa dell’acquedotto con elaboratore elettronico. Viene creata ed aggiornata con continuità una banca dati relativa all’esercizio in genere e cioè ai lavori di costruzione e di manutenzione del complesso acquedottistico, alle domande di allacciamento, ai preventivi spesa e consuntivi dei lavori, alla tenuta dell’anagrafe degli utenti e dei contatori, alle operazioni varie degli utenti (chiusure, riaperture, reclami, manutenzioni, cambio contatori, cambio nome, rimborsi vari, ritardi nei pagamenti ecc, ecc.) e alle letture dei contatori privati e fatturazione dell’acqua consumata. Si tratta di una grande mole di dati generalmente utilizzati a soli fini amministrativi, dai quali sarebbe possibile ricavare anche le portate d’acqua consegnate agli utenti periodo per periodo e da utilizzare ai fini citati nella premessa di questo capitolo. Per raggiungere lo scopo sarà innanzitutto necessario redarre lo schema idraulico cioè la rappresentazione planimetrica semplificata della rete nella quale, oltre alle caratteristiche qualitative, geometriche e topografiche delle condotte, siano individuati e numerati i punti singolari (nodi) della rete (incroci di condotte, cambiamento di sezione, punti di allacciamento di utenti particolari ecc.), in cui si suppone concentrato il prelievo da parte degli utenti. All’atto dell’archiviazione dei consumi bimestrali o semestrali di ciascun utente ricavato dalle letture dei contatori, dovranno prevedersi anche i riferimenti a detto schema idraulico. I programmi applicativi di gestione dovrebbero quindi essere modificati in modo da renderli atti svolgere anche le seguenti funzioni; · attribuire ad ogni nodo un numero progressivo che lo individui univocamente sia sulla planimetria in scala sia sullo schema idraulico; · redarre, al computer e parallelamente lo schema grafico deformato della rete che tenga conto di tutte le condotte di rete; · annessa allo schema idraulico compilare una banca dati con tutte le caratteristiche dei vari tronchi (numero di inizio e fine del tronco, lunghezza, diametro e tipo di materiale costituente la condotta); · assegnare, mediante opportuni codici memorizzati nella banca dati dello schema idraulico, tutti gli utenti ai rispettivi nodi di appartenenza creando, per gli utenti più importanti, dei nodi fittizi. Questa operazione consentirà di determinare, in occasione di ogni bollettazione, i volumi d’acqua consumati da ciascun nodo nel periodo considerato.
Per quanto riguarda la compilazione dello schema idraulico che sarà poi utilizzato per le verifiche, si devono fare alcune considerazioni. Per i calcoli si usa utilizzare uno schema semplificato comprensivo delle sole condotte principali in quanto si è sempre ritenuto che quelle secondarie non influiscano sui risultati ma che la loro funzione idraulica si esaurisca in ambito locale. Si è invece constatato che l’eliminazione di quest’ultime condotte provoca un duplice errore. Innanzitutto, pur essendo di piccolo diametro, esse costituiscono una grandissima estesa di tubazioni funzionanti in parallelo alle maglie principali che, se trascurata, comporta un ovvio errore sui risultati finali del calcolo. Il secondo problema, che interessa particolarmente il presente lavoro, consiste nella impossibilità di attribuire razionalmente ai nodi le portate degli utenti che sono allacciati alle condotte da eliminare. Ora, considerato che i calcoli idraulici sono comunque eseguiti con grande rapidità dagli elaboratori e che le moderne procedure di verifica delle reti magliate sono atte a garantire in ogni caso la convergenza delle iterazioni, è senz’altro preferibile includere nello schema tutte le condotte, nessuna esclusa, rendendo in tal modo più complesso e laborioso lo schema ma più semplice la sua redazione e più attendibile il risultato. Da notare come, nel caso di reti magliate molto complesse, alcuni programmi di calcolo consentono di dividerle in molte sottoreti minori collegate tra di loro da una od anche da numerose condotte. Il programma, ad ogni seduta di calcolo, provvede dapprima ad equilibrare ogni singola sottorete e quindi al collegamento ed equilibratura dell’insieme rendendo in tal modo più veloce e più sicuro risultato. Questa procedura, la cui adozione è in ogni caso consigliabile, oltre a semplificare le operazioni di calcolo eseguite dal computer, fornisce risultati, completi di riepiloghi generali, suddivisi zona per zona, e quindi ne facilita l’utilizzazione anche nel caso di verifica dei consumi zona per zona come si spiegherà più avanti. Per la determinazione dei consumi ai nodi in oggetto, una metodologia da seguire può essere quella di dividere ogni tronco di condotta in due parti di uguale lunghezza e di attribuire a ciascuno dei due nodi di estremità gli utenti allacciati alla semicondotta adiacente. La semplificazione così attuata rispetto ad altre (ad esempio quella di considerare i consumi uniformemente distribuiti lungo il tronco) fornisce risultati finali sufficientemente esatti. Sarà possibile, determinare i volumi d’acqua consumati dagli utenti nell’intero periodo di lettura ed attribuibili a ciascun nodo, e da questi ricavare le portate istantanee consumate in ogni nodo utilizzando gli elementi noti e cioè, trattandosi di verifica del funzionamento di un dato istante, la portata totale che le centrali immettono in rete nell’istante medesimo e il cui valore deve corrispondere alla somma dei consumi attribuiti ai nodi. L’analisi degli elementi definiti con le modalità descritte porta a importanti conclusioni. In pratica si trasformano i dati di lettura dei contatori privati in semplici coefficienti di proporzionalità che applicati ai valori di portata totale della rete (portata immessa in rete dalle centrali), consentono di determinare, con una procedura che qui definiremo sbrigativa, la portata effettiva istantanea di ciascun nodo. E’ evidente che vengono attribuiti ai nodi tutti i consumi anche quelli non dovuti all’utenza quali sono ad esempio le perdite occulte della rete che, in questa sede, sono supposte distribuite in tutto il territorio proporzionalmente ai consumi degli utenti. I valori istantanei da utilizzare nei calcoli sono pertanto tacciati da un duplice errore: quello inevitabile dovuto alle letture che essendo trimestrali od addirittura semestrali possono contenere degli scostamenti con le particolari condizioni di consumo dell’istante considerato e quello, anch’esso sistematico, dovuto al fatto che le eventuali perdite di rete sono assimilate e conglobate nei consumi dell’utenza. In caso di reti vetuste nelle quali la percentuale di perdita è rilevante e quindi rilevante la sua incidenza sui risultati finali, si può ovviare, almeno in parte, adottando una migliore procedura che consiste nel determinare l’ammontare in l/s (continui e costanti per ogni ciclo di 24 ore) delle perdite, ammontare che corrisponde alla portata minima notturna immessa in rete dalle centrali. Per controllo la portata così determinata per tutte le giornate del trimestre e considerata, in prima approssimazione per quanto spiegato al precedente cap. 3, costante per tutte le 24 ore, determina un volume totale trimestrale di perdita che deve coincidere con quello ricavato dalla differenza tra volumi immessi in rete e volumi contabilizzati in base alle letture dei contatori privati. Le portate totali istantanee attribuibili ai nodi (portate esterne) sono date dalla somma di due valori: la portata dovuta alle perdite (costante per 24 ore) determinata come sopra e quella dovuta ai consumi veri e propri pari al residuo immesso in rete dalle centrali negli istanti considerati. A sua volta i due quantitativi vanno suddivisi tra tutti i nodi seguendo due diverse modalità: la portata dovuta alle perdite, supposta uniformemente distribuita in tutta la rete, può essere attribuita ai nodi in proporzione alla superficie interna delle condotte di competenza di ciascun nodo, l’altra in proporzione dei coefficienti di consumo trimestrale determinati, come indicato, sulla base dei consumi letti ai contatori. Un esercizio razionalmente organizzato consente di adottare, nei calcoli in argomento, anche modalità più rigorose. Invece di considerare costante per tutta la giornata la portata di perdita, essendo ben note sia le portate di perdita effettiva notturna sia le pressioni reali in tutta la rete, è possibile calcolare in continuo, seguendo le modalità indicate al cap. 3, i volumi totali d’acqua che la rete dissipa nel terreno ed utilizzare tali valori per la ripartizione tra tutti i nodi. Nella distribuzione della perdita tra tutti i nodi si potrebbe infine applicare zona per zona un coefficiente correttivo che tenesse conto della incidenza della pressione media di consegna. Come già detto con le metodologie descritte, ivi compresa anche quella più sofisticata, si determinano soltanto i coefficienti medi di proporzionalità da utilizzare per distribuire tra tutti i nodi la portata effettiva immessa in rete dalle centrali nell’istante considerato e depurata delle perdite. Anche tale operazione può essere fonte di errori in quanto i coefficienti di proporzionalità vengono applicati all’utenza considerata come omogenea mentre, in realtà, potrebbe non esserlo. Si ricorda infine che la portata prelevata dagli utenti, come già spiegato è funzione anche della pressione di consegna la cui variazione nel tempo e da zona a zona introduce un ulteriore fattore di imprecisione nelle determinazioni di cui si discute. Per eliminare o ridurre gli errori inevitabilmente presenti è necessario suddividere la rete in più sottozone inserendo dei misuratori nelle condotte di collegamento in modo da conoscere per ciascuna di esse, la portata in entrata ed in uscita, quella minima notturna che rappresenta le perdite ed infine gli utenti alimentati e poter quindi operare la suddivisione zona per zona. Quando ciò risulti materialmente impossibile (ad esempio per la eccessiva presenza di condotte che collegano tra di loro le varie sottozone) si inseriranno dei misuratori solo nei tronchi principali di connessione il che consentirà, in sede di taratura del modello matematico della rete, di effettuare, oltre ai controlli generali di congruenza, anche il confronto tra le portate istantanee calcolate e quelle effettive che transitano in detti tronchi e, in caso di differenze non trascurabili, esaminarne le caratteristiche ed applicare dei coefficienti correttivi zona per zona. Ciò è reso possibile dal fatto che, essendo noti i sensi di percorrenza dell’acqua in tutte le condotte, sono definite le linee di “displuvio” che delimitano la zona di pertinenza di ciascun punto di misura e quindi i nodi da correggere zona per zona.
Ulteriori e preziose indicazioni non possono che provenire dalla sperimentazione diretta e continuativa effettuata durante il normale esercizio e che risulterà tanto più efficace quanto più numerose saranno le apparecchiature di misura installate a macchia d’olio in tutto il territorio servito come ad esempio venturimetri e manometri di rete di cui non si finirà mai di sottolineare l’importanza. Ad esempio qualora il sistema di verifica automatica segnalasse in alcune zone e durante il periodo notturno di bassi consumi una pressione reale sensibilmente inferiore a quella calcolata ciò starebbe ad indicare che le piccole perdite invece di essere uniformemente distribuite nell’area servita come supposto a priori e come è auspicabile, sono, al contrario, maggiormente concentrate in dette zone. In tale evenienza due sarebbero le strade da seguire: modificare le portate di perdita attribuita ai nodi oppure intensificare la ricerca ed eliminazione delle perdite nelle zone critiche. Ambedue le procedure conducono ad un miglioramento dei risultati dei calcoli di verifica. Non si può far a meno di sottolineare l’importanza della seconda procedura con la quale si raggiunge un importante risultato: quello di orientare in continuazione la ricerca ed eliminazione delle perdite diffuse verso quelle zone dove queste sono maggiormente presenti. Dalle esperienze fatte nella verifica del funzionamento idraulico di reti reali nelle quali si sono potuti confrontare i risultati teorici con i dati effettivi, si è constatato che gli elementi definiti secondo la procedura sbrigativa sopra descritta sono sufficientemente precisi. Le portate finali che si ottengono, essendo basate sul consumo medio trimestrale, rappresentano il fabbisogno istantaneo più probabile di ogni singolo nodo depurato dalle eventuali e precarie anomalie e tenuto conto di tutte le circostanze reali di alimentazione dell’utenza tra cui anche la pressione media effettiva di consegna dell’acqua zona per zona che, come ben noto, influenza i consumi specifici. D’altro canto lo scopo del calcolo di verifica, da effettuare durante il normale esercizio, non è quello di rappresentare matematicamente e pedissequamente il comportamento reale della rete nei vari istanti bensì quello di evidenziare gli scostamenti tra dati di funzionamento ideale negli istanti medesimi e la reale situazione. Le portate da introdurre nel calcolo sono pertanto quelle mediamente auspicabili e non quelle effettive condizionate dalle anomalie del momento. In definitiva le verifiche condurranno ai seguenti risultati: – in regime di normale funzionamento le portate determinate secondo le modalità descritte si avvicinano a quelle reali e pertanto i valori risultanti dai calcoli corrispondono a quelli reali; – al verificarsi di una anomalia (rottura di condotta, grande prelievo abusivo d’acqua, apertura di uno scarico, sfioro di un serbatoio ecc. ecc.) la conseguente maggior portata in uscita, prontamente registrata dai misuratori delle centrali di sollevamento, invece di venir attribuita al nodo competente va a distribuirsi, essendo applicate le regole sopra enunciate, tra tutti i nodi. Ne consegue una portata al nodo dove si è verificata la perdita nettamente inferiore a quella reale e quindi una pressione di calcolo notevolmente superiore di quella effettiva, mentre per i rimanenti nodi, cui vengono attribuite portate approssimate per eccesso, i risultati del calcolo di verifica denunciano pressioni inferiori rispetto a quelle reali. In altri termini i calcoli, al verificarsi dell’anomalia, denunciano pressioni di tutta tranquillità per tutti i nodi della rete eccettuati quelli interessati dalla nuova perdita per i quali viene invece segnalata una depressione addirittura superiore a quella effettiva. Sono in tal modo enfatizzati gli effetti provocati in rete dalla perdita e consistenti in un cono rovescio di depressione con vertice in corrispondenza della perdita medesima che pertanto diventa facilmente ubicabile.
7) CONCLUSIONI
Alcuni dei problemi che assillano l’esercizio degli acquedotti, come ad esempio la presenza di rilevanti perdite di rete, sono stati descritti nei loro aspetti pratici con motivazioni ed alcune verifiche teoriche. Ciò ha consentito di formulare proste per il miglioramento funzionale ed economico dell’esercizio dei complessi acquedottistici con particolare riguardo per quelli a sollevamento meccanico. Sempre in tema di portata si sono esaminate nel punto 6) le modalità da seguire per determinare con buona approssimazione le erogazioni effettive ai nodi della rete in servizio normale. E’ questo un compito arduo ma essenziale per la messa a punto delle procedure di verifica idraulica continuativa ed automatica basate sul calcolo della rete magliata in moto permanente effettuato in tempo reale e che costituiscono un vero salto di qualità nella gestione automatizzata della rete. L’avvio di tali procedure, più volte annunciato da importanti Enti di Gestione, non risulta, a chi scrive queste note, ancora attuato con successo per le molte difficoltà che, in sede di applicazione pratica, sorgono proprio per le determinazioni in argomento. In tal senso, lungi dal poter considerare chiuso l’argomento, si confida di aver fornito, con il presente lavoro, degli spunti per intravederne la soluzione.
Bisogna innanzitutto precisare come il funzionamento di un qualunque organo mobile di chiusura di una tubazione in pressione presenta la caratteristica di essere operativo solo nella parte iniziale della sua corsa. Il grafico indicativo della portata erogata in funzione della luce libera che si viene ad avere durante l’apertura o la chiusura di un comune rubinetto a valvola riportato nella figura 1, mostra chiaramente come la sua funzione sia quasi totalmente contenuta nel solo 15% di apertura nel mentre il restante 85% svolge una azione del tutto trascurabile. Tutti avremo constatato come, nella apertura dei rubinetti tradizionali a vite, sia solo una parte del primo giro di manopola (nel caso citato solo ¼ di giro) a dare pressocchè tutta la portata d’acqua disponibile mentre i rimanenti giri (cioè un ulteriore giro e mezzo) non producono praticamente alcun effetto. Avremo anche notato come, per una regolazione precisa del flusso iniziale d’acqua fino a portarlo al quantitativo desiderato e soprattutto in quegli acquedotti che funzionano a pressione elevata, sia necessario un affinamento della manovra tramite una rotazione accurata della manopola stessa. Tradotto nel corrispondente movimento del disco interno del rubinetto munito di guarnizione di tenuta, tale grado di apertura diventa dell’ordine di pochi decimi di millimetro in ciò facilitato dallo spostamento micrometrico dovuto alla presenza della vite interna. Una altro elemento positivo dei rubinetti tradizionali è la reale impossibilità di effettuare la chiusura istantanea del flusso. E’ sempre la presenza della vite interna che, rendendo forzatamente molto lento e graduale il moto del tappo interno, preclude nella maniera più assoluta l’intercettazione istantanea dell’acqua e salvaguarda quindi tutta la rete interna di tubazioni dai possibili colpi d’ariete che ne potrebbero derivare. Infine da rilevare, in detti rubinetti tradizionali, la luce di passaggio dell’acqua che, compatibilmente con il diametro delle tubazioni su cui sono applicati, sono molto ampie e quindi in grado di consentire un agevole passaggio dell’acqua prelevata. (vedi fig. 2 )
