LA REGOLAZIONE DELLA PRESSIONE NELLE RETI
ACQUEDOTTISTICHE.
L'ESPERIENZA BRASILIANA
Viene riportata qui di seguito una memoria
concernente l'installazione su reti di distribuzione d'acqua potabile
preesistenti, una delle quali di grandissima importanza essendo
quantificabili in ben 26 milioni gli abitanti da essa serviti,
di un sistema completo di regolazione della pressione d'esercizio.
La memoria, redatta direttamente dalla società responsabile
dell'installazione e della sua gestione iniziale, viene qui fedelmente
riprodotta allo scopo di non alterarne minimamente i contenuti
fatte salve le inevitabili imperfezioni dovute alla traduzione
in italiano, dalla lingua originale cioè dal portoghese.
Dopo aver sommariamente indicato le possibilità offerte
ed i risultati ottenibili, vengono in essa descritti due interventi
effettivamente realizzati in reti acquedottistiche preesistenti
precisandone caratteristiche e risultati ottenuti.
Ne risulta inequivocabilmente che la regolazione della pressione
delle reti di distribuzione acquedottistiche, pur essendo nel
caso specifico effettuata tramite valvole di riduzione e cioè
con dissipazione dei carichi idraulici in atto, presenta notevoli
vantaggi sia dal punto di vista meramente economico e sia da quello
gestionale. L'economia di esercizio è data dal minor fabbisogno
idrico conseguente alla netta riduzione delle perdite occulte,
dalla diminuzione dei piccoli guasti di rete, merito indiscusso
della minore pressione notturna di esercizio ed infine dalla diminuzione,
del tutto analoga, dei guasti all'interno delle abitazioni degli
utenti.
Dal punto di vista tecnico-gestionale si ottengono i benefici
di una maggior durata delle apparecchiature idrauliche ed inoltre
di un servizio migliore per gli utenti ai quali l'acqua può
essere fornita con pressioni livellate. Tali ambiziosi traguardi
sono garantiti dalle esperienze fatte sul campo dalla ditta brasiliana
BBL e sommariamente visibili nel sito internet http://www.bbl.com.br,
la quale si propone di applicare anche in Italia la sua metodologia
ed il know-how acquisito avendo un suo rappresentante commerciale
in Milano ai numeri telefonici 02 40915696 e 335 8130408.
Le conclusioni finali che a questo punto si possono trarre vanno
ben oltre le considerazioni sopra riportate.
Ad avviso del sottoscritto l'elemento fondamentale che risulta
inconfutabilmente dalla memoria è la prova che le perdite
occulte dipendono essenzialmente dalla pressione di funzionamento
delle reti acquedottistiche. A conferma di tale conclusione viene
qui riportata testualmente una frase della relazione: "le
perdite occulte nei sistemi di distribuzione idrica sono molto
più sensibili alle variazione di pressione che alle altre
cause, essendo la pressione stessa uno dei parametri più
importanti per le perdite e per la frequenza con cui esse si manifestano".
Se ne deduce immediatamente che la regolazione della pressione
di esercizio rappresenta un'operazione essenziale per tutte le
reti acquedottistiche, sia se funzionanti a gravità sia
a sollevamento meccanico e che pertanto il funzionamento a pressione
di testata fissa, caratteristico della maggior parte degli acquedotti
in normale servizio e che contrasta nettamente con i principi
enunciati nella memoria stessa, è tecnicamente ed economicamente
da considerarsi errato. Una volta stabilito quest'importantissimo
concetto di base si arriva inevitabilmente alla seguente determinante
considerazione: la regolazione della pressione degli acquedotti
24 ore su 24 attuata mediante installazione in rete delle valvole
di riduzione è indispensabile in tutti gli acquedotti funzionanti
a gravità. Per le reti il cui carico piezometrico è
ottenuto tramite sollevamento meccanico, la regolazione tramite
le valvole deve essere considerata, visti gli ottimi risultati
che in ogni caso essa è in grado di dare, una "estrema
ratio" da attuare su quelli preesistenti o nei quali non
sia possibile apportare sostanziali modifiche di assetto. Invece
in complessi idrici di nuova costruzione e più in generale,
tutte le volte che le caratteristiche degli impianti lo consentono,
si deve abbandonare lo schema idrico classico a pressione di testata
fissa per adottare invece il sistema basato sulla regolazione
generale della pressione di testata attuata tramite pompaggio
diretto in rete a pressione variabile asservita alla pressione
finale dell'acqua al domicilio dell'utenza. Il compito affidato
alle valvole di cui sopra resta, nel caso in esame, limitato alla
sola regolazione minuta della pressione nelle aree nelle quali
la modulazione di pompaggio ora citata risulta inefficace od insufficiente.
Dalla memoria risulta confermato un altro concetto molto importante
e cioè che la maggior parte delle perdite occulte delle
reti acquedottistiche ha luogo di notte quando il consumo degli
utenti è minimo e la pressione, in assenza di valvole o
di altri sistemi di regolazione, cresce. Infatti, nei due esempi
riportati, è bastato abbassare con le valvole la pressione
notturna, e soltanto quella, fino a livellarla con quella diurna
per ottenerne una drastica riduzione. Come logica deduzione si
arriva a concludere che le regolazioni auspicate dal sottoscritto
in numerosi suoi articoli (vedi http://altratecnica.3000.it)
e basate su un ulteriore abbassamento della pressione notturna
fino a portarla ad un valore ancora più basso ed appena
sufficiente per il recapito della poca acqua che viene consumata
la notte, produrrebbe risultati ancora più interessanti
di quelli annunciati nella memoria.
Da rilevare un ulteriore aspetto. Nella memoria si pone in risalto,
anche mediante un grafico che ne quantifica i benefici, come la
riduzione della pressione contribuisca anche a diminuire sensibilmente
il numero di rotture in rete. A tale riguardo occorre aggiungere
come tali rotture siano in genere provocate non tanto dalla pressione
elevata in condotta quanto piuttosto dai colpi d'ariete che vi
si verificano. Ebbene la presenza delle valvole, il cui scopo
principale è quello di livellare la pressione, esplica
anche una importante azione, secondaria ma altrettanto importante,
di riduzione dei colpi d'ariete sia come numero che come intensità
dell'onda pressoria da essi generata, azione cui si deve la citata
diminuzione di rotture.
LA PRESSIONE NEI SISTEMI DI DISTRIBUZIONE
DELL'ACQUA
RELAZIONE TECNICA ORIGINALE REDATTA DA BBL Engenharia (Bureau
Brasileiro s/c) ltda (bbl@bbl.com.br)
INTRODUZIONE
Di fronte alla necessità di conservazione
e mantenimento delle risorse idriche, la gestione delle perdite
di acqua viene ad assumere una posizione importante nel settore
della distribuzione e trattamento delle acque, con necessità
sempre più urgenti di ottimizzazione degli interventi da
mettere in atto e nell'applicazione di tecniche di controllo.
Per le società che prestano servizio in questo settore,
la riduzione delle perdite reali nel sistema di distribuzione
dell'acqua è un requisito essenziale per raggiungere l'efficacia
e l'efficienza nel controllo operativo del sistema, nel recupero
di ricavi e nell'economia degli investimenti.
Fra le azioni sviluppate dalla società che operano nel
settore per la riduzione e controllo delle perdite, il controllo
della pressione è stato introdotto con grande intensità
nei sistemi di distribuzione dell'acqua, ottenendo un grande successo
nel raggiungimento della riduzione delle perdite reali d'acqua
e per il rapido ritorno degli investimenti fatti.
Questa relazione ha come scopo presentare i concetti e l'importanza
del controllo della pressione nei sistemi di distribuzione dell'acqua,
i risultati ottenuti con l'applicazione di questa tecnologia dalla
SABESP (*) e la presentazione dello studio di un esempio di installazione
effettuato nella Regione Metropolitana della città di S
Paulo (RMSP), Stato di Sao Paulo -Brasile-
(*)SABESP è la società
responsabile per l' erogazione dell'acqua potabile ed il trattamento
degli effluenti nella regione della città di S Paulo e
non solo, servendo circa 26.000.000 di abitanti (www.sabesp.com.br).
IL CONTROLLO DELLA PRESSIONE
L'ammontare delle perdite reali di acqua
dipende dalle caratteristiche dell'infrastruttura del sistema
ed in special modo dei materiali, dall'età delle reti,
dalla pressione media di esercizio, dalle variazioni della pressione
di esercizio, dal tipo di terreno, dagli effetti del traffico
e dalle caratteristiche costruttive delle reti.
Al tempo stesso però le perdite occulte nei sistemi di
distribuzione idrica sono molto più sensibili alle variazione
di pressione che alle altre cause, essendo la pressione stessa
uno dei parametri più importanti per le perdite e per la
frequenza con cui esse si manifestano.
L'impatto che la pressione esercita sull'ammontare delle perdite
è molto maggiore di quello che originalmente si pensava.
Test realizzati internazionalmente hanno dimostrato che la frequenza
delle rotture aumenta rapidamente in sistemi operanti a pressioni
maggiori di 35-40 metri di colonna d'acqua. La figura 1 illustra
la relazione fra la frequenza delle rotture e la pressione media
notturna di una campionatura di dati di una compagnia inglese.
Figura 1 - Relazione tra la frequenza
delle rotture (in ordinata) e la pressione media notturna (in
ascissa) . In rosso la frequenza media prima dell'intervento,
in verde dopo.
Il controllo delle pressioni consiste
non solo nelle tecniche di riduzione della pressione ma anche
nelle tecniche di sostegno della pressione o controllo dell'alimentazione
in modo da garantire una distribuzione di acqua regolare in termini
di pressione e di volumi richiesti dai consumatori. In questo
senso il sistema è progettato per operare con pressioni
vicine alle condizioni di servizio minimo richiesto nei punti
più sfavorevoli.
La soluzione per la razionalizzazione delle pressioni è
la regolazione zona per zona della superficie piezometrica definita
dal livello dell'acqua di un serbatoio, dalla quota piezometrica
risultante da una centrale di sollevamento, da un booster, o da
una valvola riduttrice di pressione.
In sistemi alimentati con pompaggio diretto è essenziale
evitare le variazione brusche della pressione, originate dalle
operazioni di attacca e stacca delle pompe. Queste operazioni
accelerano oltremodo il deterioramento dell'infrastruttura delle
reti aumentando significativamente il ripetersi di perdite. In
questi tipi di sistemi la pressione di sollevamento deve essere
programmata in funzione delle variazioni dei consumi per tutte
le 24 ore. Nei sistemi dove questa previsione non è fatta,
qualsiasi diminuzione del consumo comporta un notevole aumento
delle perdite.
In sistemi alimentati a gravità generalmente le fluttuazioni
nell'alimentazione sono più equilibrate e le pressioni
non oscillano in modo improvviso e con notevoli escursioni, se
non per l'apertura o chiusura rapida delle valvole. In condizioni
normali di alimentazione a gravità le perdite sono meno
influenzate dal fattore pressione. Fanno eccezione a questa regola
le reti dei territori montani o collinari funzionanti con elevate
pressioni di esercizio le quali, a causa dei dislivelli notevoli
del territorio servito da una unica rete, presentano gli stessi
inconvenienti indicati.
I benefici dovuti al controllo della pressione sono:
- diminuzione dell'ammontare delle perdite per la diminuzione
della pressione di esercizio,
- diminuzione del tasso di frequenza di nuoove perdite per la diminuzione
della pressione di esercizio,
- aumento di vita utile delle reti per la rregolazione della pressione
di esercizio con variazioni minime,
- diminuzione della frequenza di danni allee installazioni interne
degli utenti causate dalla anomala pressione della rete di distribuzione,
- miglioramento del controllo delle perditee di acqua.
CONTROLLO DELLA PRESSIONE MEDIANTE INSTALLAZIONE
DI VALVOLE RIDUTTRICI DI PRESSIONE
Le valvole utilizzate nel controllo della
pressione sono chiamate di Valvole Riduttrici di Pressione (VRP).
La diminuzione delle perdite reali di acqua mediante la riduzione
delle pressioni ottenuta con installazione di VRPs è un
fenomeno conosciuto già da molto tempo dalle Società
che operano nel settore acquedotti essendo una delle forme più
immediate di riduzione delle perdite occulte dovute alle carenti
condizioni di tenuta delle tubazioni. Si ottiene anche una diminuzione
del tasso di frequenza di nuove perdite.
Oltre alla configurazione volta alla riduzione della pressione
di entrata, le VRPs possono essere destinate ad altri scopi, come
sostenitrici di pressione, alleggerimento di pressione e regolatrice
della portata. Si possono anche combinare due o più funzioni.
Esiste nel mercato una grande varietà
di valvole ed in seguito descriviamo le principali:
- VRP con uscita fissa che limita la pressiione di valle ad un
valore prestabilito in funzione dei parametri di regolazione fissati
dal circuito di pilotaggio,
- VRP modulata con pressione di uscita variiabile e configurata
per mantenere un valore costante di pressione nel punto critico
del sistema,
- VRP modulata in funzione del tempo. La prressione di uscita è
modulata anche in presenza di pressioni di entrata ridotte per
periodi specifici in un ciclo di 24 ore.
La valvola riduttrice di pressione è
un dispositivo che permette di ridurre automaticamente una pressione
variabile di monte a una pressione stabile di valle per mezzo
di un meccanismo di controllo meccanico o elettronico.
Nel caso di controllo meccanico della valvola, la regolazione
previamente determinata è fissa, ossia garantisce una pressione
a valle della valvola stabilita anteriormente, indipendentemente
dalla condizioni di valle e dalla pressione di monte. Quando invece
si tratta di controllo elettronico, il lavoro della VRP è
fatto attraverso programmi prestabiliti che permettono monitorare
e controllare le portate e pressioni a valle della valvola garantendo
le condizioni adeguate alla fornitura durante le 24 ore del giorno.
La corretta scelta del tipo di valvola e del tipo di controllo
dipende da alcuni fattori: grandezza e complessità del
sistema di distribuzione, conseguenze della riduzione della pressione;
costo delle installazioni e manutenzione, previsioni di economia
dell'acqua e condizione minima del servizio.
LA INSTALLAZIONE DELLE VRPs EFFETTUATE
DALLA SABESP NELLA RETE ACQUEDOTTISTICA DI SAN PAOLO DEL BRASILE
Fra le azioni per combattere le perdite reali, la riduzione e
controllo delle pressioni nella rete di distribuzione di acqua
e lo sviluppo tecnologico in equipaggiamento in questo settore,
sono gli argomenti di studi e misure concrete del Programma di
Controllo e Riduzione di Perdite della SABESP per la RMSP fin
dal 1997.
Fin da quel momento il Programma di Riduzione di Pressioni, per
mezzo di installazioni di VRPs nei punti critici della rete di
distribuzione, ha costituito una soluzione corrente per l'adeguamento
delle pressioni operative, risultando nella installazione di n.
778 VRPs (dato del settembre 2004) che rappresenta approssimativamente
una copertura del 30% della rete di distribuzione e una economia
stimata di circa 3.200 l/s (economia media di 4 l/s per VRP).
Le VRPs installate rappresentano soluzioni tecnologiche che permettono
il controllo preciso di pressione, fornendo risposte adeguate
per i differenti scenari riferiti alle differenti richieste specifiche
di ogni area posta sotto controllo .
I benefici tecnici ed economici ottenuti a partire dal momento
dell'installazione delle VRPs, come esemplificato nello studio
del caso presentato in seguito, giustificano azioni immediate
e la ricerca costante di nuove aree per essere controllate, come
pure la ottimizzazione operativa delle installazioni esistenti.
STUDIO DEL CASO: MOACI e SABIA'
L'area controllata dalle VRPs denominate
VRPs Moaci e Sabià è localizzata nel settore di
fornitura Jabaquara, operata dall Unità Operativa Centro
della SABESP.
Il sottosettore dell VRPs Moaci e Sabià comprende 49,10
Km di estensione della rete, con quote altimetriche che variano
da 735 a 750 m, ed è rifornito attraverso due reti, essendo
una di 450 mm di diametro e l'altra di 350 mm di diametro. A partire
dalle caratteristiche dell'area in termini di volumi in entrata
e pressioni operative in tutto il sottosettore, sono state dimensionate
due VRPs, essendo una del diametro di 350 mm e l'altra del diametro
di 250 mm, installate rispettivamente nelle condotte di 450 mm
e 350 mm.
I parametri di regolazione dei controllori delle VRPs sono stati
stabiliti per rispettare il punto critico del sottosettore entro
due fasce richieste di pressione, essendo le due valvole regolate
con modulazione della portata in uscita.
Questo tipo di modulazione consiste nella connessione di un misuratore
di portata atto a fornire i segnali di impulso a un controllore
responsabile della modulazione della pressione di uscita delle
VRPs in funzione portata stessa tenendo conto automaticamente
delle perdite di carico aggiuntive fra la VRP ed il punto critico.
Il grafico di portata di figura 2 è la dimostrazione più
eloquente degli effetti del controllo della pressione. La sovrapposizione
dei profili prima e dopo la regolazione permette osservare l'economia
di acqua ottenuta nell'area con il controllo della pressione.
In questo caso l'economia ottenuta è nell'ordine di 101,48
l/s.
La figura 3 rappresenta i grafici con i risultati della regolazione
per quanto riguarda il grafico della portata e della pressione
nel punto critico.
Figura 2 - Grafico della portata di una
valvola (in ordinata) in funzione della 24 ore della giornata
tipo (in ascissa) prima (con colore blu) e dopo l'installazione
della valvola di regolazione (con colore giallo)
Figura 3 - Grafico della pressione (in
ascissa) in funzione delle 24 ore della giornata tipo (in ordinata)
prima (con colore rosso) e dopo l'installazione della valvola
di regolazione (con colore blu).
Per quanto riguarda il tempo di ritorno
dell'investimento per l'installazione, allo scopo di quantificare
il beneficio generato dalla stessa, si è stabilito come
indicatore il parametro della portata di alimentazione del sottosettore.
Questo parametro è definito dalla sovrapposizione dei profili
della portata misurata prima e dopo la regolazione delle VRPs,
quali risultano in una campionatura dell'economia dell'acqua conseguita
con il controllo della pressione.
A partire da questo indicatore e dai valori investiti per la installazione
e la operatività dell insieme dei riduttori di pressione,
il pay-back stimato in questa installazione è stato approssimativamente
di 2 mesi.
aggiornato novembre 2005
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