1) GENERALITA'
Per l'esecuzione del calcolo di verifica
delle reti magliate considerate in moto permanente, sono disponibili
numerosi buoni programmi. Tra tutti si segnala l'americano "Epanet"
in quanto alle rimarchevoli doti di completezza di analisi, di
calcolo e di presentazione dei risultati aggiunge la piena e gratuita
disponibilità su internet (http://www.onenature.com/download1.html)
.Le modalità di simulazione del funzionamento di reti anche
complesse e per lunghi periodi di esercizio sono spiegate nelle
istruzioni annesse al programma dove sono riportati anche degli
esempi risolti e un tutorial con il quale si può seguire
passo passo una serie completa di calcoli e quindi capirne l'uso.
In questa sede ci si limita a riportare letteralmente la parte
introduttiva di dette istruzioni che ne riassume le caratteristiche
principali.
Da rilevare come sia possibile effettuare la simulazione completa
del funzionamento relativo a periodi sufficientemente estesi di
reti acquedottistiche anche complesse potendo introdurre nei calcoli
le variazioni della portata erogata ai nodi di tempo in tempo
e zona per zona ed anche le variazioni di tutti gli altri elementi
di input. Si ottengono le serie complete dei dati di funzionamento
delle strutture che compongono la rete ivi compresi la variazione
di livello dei serbatoi e di consumo energetico per i pompaggi
con i relativi costi nonché tutti gli elementi inerenti
la immissione e diffusione in rete di disinfettanti come il cloro.
I traguardi raggiunti nella simulazione teorica del funzionamento
idraulico delle reti e il fatto che essa sia a portata di qualsivoglia
utilizzatore sono così ragguardevoli da auspicare che il
suo impiego, di solito limitato alla sola fase di progettazione
degli acquedotti, venga esteso anche alla verifica teorica dell'esercizio
effettivo. Come noto la simulazione di una rete effettivamente
funzionante seguita dal confronto dei dati di calcolo teorico
con quelli reali consente di :
1) verificare il corretto funzionamento idraulico della rete con
indicazione della natura e dell'ubicazione delle eventuali anomalie
nonché della eventuale presenza di perdite occulte di una
certa entità,
2) prevedere in anticipo quali possono essere le conseguenze di
eventi straordinari come il funzionamento di idranti antincendio,
le forniture particolari d'acqua, l'incremento o la diminuzione
dei consumi, il fuori servizio di alcune strutture necessario
per l'esecuzione di lavori o dovuto a guasti, l'effetto di una
prevista estensione della rete ecc.,
3) verificare la funzionalità delle opere in progetto,
4) tenere sotto controllo le operazioni di disinfezione ed il
cloro residuo in rete .
Per quanto riguarda i dati di input necessari per i calcoli sono
da distinguere, in base alle difficoltà che presentano,
tre categorie principali.
La prima riguarda tracciati, diametri e materiali costituenti
le condotte di rete, ubicazione e caratteristiche di tutte le
apparecchiature e impianti e in genere la costituzione della rete.
Si tratta di elementi ben noti a chi gestisce l'acquedotto per
cui non c'è nulla da spiegare.
La seconda categoria comprende i dati di funzionamento reale come
portate e pressioni in uscita dalle centrali, pressioni in rete
ecc. Si tratta di elementi facilmente determinabili a condizione
che siano presenti apparecchi di misura in numero sufficiente
e di buona qualità. E' questo un elemento importantissimo
per la corretta gestione di ogni acquedotto per cui non si finirà
mai di raccomandarne un impiego molto diffuso ed accurato. Oltre
alle apparecchiature principali di misura di cui devono essere
dotati gli impianti di produzione ed immissione in rete, è
importante si installino anche nei punti principali della rete
misuratori automatici di pressione e portata nonché di
cloro residuo.
Infine la terza categoria comprende gli elementi di difficile
determinazione e cioè la portata erogata ai nodi della
rete ora per ora e la scabrezza reale delle tubazioni. E' facilmente
intuibile come sia perfettamente inutile poter usare sofisticati
programmi e perfezionate formule di calcolo delle perdite di carico,
quando permangono le ben note imprecisioni nella determinazione
di questi due dati essenziali.
Per il calcolo del primo elemento cioè delle portate realmente
erogate ai nodi della rete, nelle quali si usa comprendere anche
le perdite occulte, sono state sperimentate numerose metodologie.
Alcune sono basate sulla calibrazione delle portate cioè
sulla esecuzione di molteplici calcoli della rete condotti correggendo
per tentativi successivi le portate inizialmente determinate con
metodi sbrigativi, fino a renderle atte a soddisfare le condizioni
calcolate in uno o più momenti di esercizio reale della
rete. Ad avviso di chi scrive non è questa la metodologia
da usare in quanto tende a sostituirsi a quella vera basata sui
dati reali di consumo ed inoltre perchè è inficiata
in partenza da fattori determinanti quali la scabrezza effettiva
delle tubazioni, assolutamente incognita e le eventuali anomalie
degli impianti che, tra l'altro, costituiscono non un dato di
base ma uno dei difetti da scoprire ed eliminare grazie alla simulazione.
Alcune regole che si consiglia di adottare in alternativa sono
riportate negli articoli "FABBISOGNO, CONSUMI, PORTATE E
PERDITE NELLA PRATICA DI ESERCIZIO DELLE RETI DI DISTRIBUZIONE
D'ACQUA POTABILE A SOLLEVAMENTO MECCANICO", "INCONGRUENZE
E MANCHEVOLEZZE DELLA LETTERATURA TECNICA IN TEMA DI ACQUEDOTTI"
ed infine su "VERIFICA AUTOMATICA DI FUNZIONAMENTO DELLE
RETI DI DISTRIBUZIONE D'ACQUA POTABILE" visibili su http://altratecnica.3000.it.
Si tratta essenzialmente di organizzare la metodologia di lettura,
contabilizzazione ed infine l'elaborazione dei dati di consumo
rilevati ai contatori degli utenti in modo da renderli atti allo
scopo qui indicato.
Per quanto riguarda il secondo fattore di incertezza e cioè
la scabrezza reale delle tubazioni di rete il metodo consigliabile
è quello prima citato della calibrazione cioè della
esecuzione di diverse simulazioni di funzionamento reale e ben
noto della rete utilizzando diverse serie di scabrezze al fine
di individuare quella che fornisce i dati più vicini a
quelli reali.
2) DESCRIZIONE DEL PROGRAMMA
Epanet è un programma Windows
95/98 NT che esegue la simulazione di un lungo periodo di comportamento
idraulico e di qualità dell'acqua entro una rete di condotte
in pressione.
Una rete può consistere in tronchi di condotte, nodi (giunti
di collegamento ), pompe, valvole, vasche di raccolta o serbatoi.
Epanet determina la portata d'acqua in ciascun tronco di condotta,
la pressione in ciascun nodo, l'altezza dell'acqua nei serbatoi,
e la concentrazione delle componenti chimiche dell'intera rete
nel periodo di simulazione comprensivo di molteplici intervalli
di tempo.
Oltre alle caratteristiche chimiche, possono essere simulati il
tracciato dall'inizio e l'età dell'acqua.
La versione Windows di Epanet fornisce un ambiente integrato per
l'edizione dei dati di input della rete, della simulazione del
funzionamento idraulico e della qualità dell'acqua con
presentazione dei risultati in vari formati.
Sono incluse mappe con colori codificati, tabelle dati, serie
di grafici temporali, disegno di profili.
Epanet è stato sviluppato da Water Supply and Water Resources
Division (formerly the Drinking Water Research Division) of the
U.S.
Environmental Protection Agency's National Risk Management Research
Laboratory.
E' un programma "public domain software" che può
essere liberamente copiato e distribuito.
Capacità
Epanet fornisce un pacchetto completo
per analisi idraulica di periodi estesi con cui si può:
- trattare sistemi di qualsiasi dimensione,,
- calcolare le perdite di carico usando le formule di Hazen-Williams,
Darcy-Weisbach, o Chezy-Manning,
- considerare le piccole perdite di carico dovute alle curve,
strozzature ecc.,
- considerare pompe a giri fissi o a velociità variabile,
- calcolare l'energia consumata dalle pompee ed i costi,
- considerare vari tipi di valvole incluse quelle di ritegno,
chiusura, regolazione della pressione e controllo della portata,
- permette di calcolare lo stoccaggio nei sserbatoi aventi sezioni
variegate (per esempio diametro variabile in funzione dell'altezza)
- considerare molteplici categorie di richiiesta idrica ai nodi
ciascuna con proprie modallità di variazione nel tempo,
- modello delle pressioni dovute alla portaata degli idranti (impianti
antincendio),
- viene assunto come base del sistema di caalcolo il semplice livello
dei serbatoi oppure tenendo conto del controllo dei tempi come
pure di complessi schemi di base.
In più l'analizzatore di qualità dell'acqua Epanet
può:
- modellare il movimento di sostanze non reeattive,
- definire il tracciato delle sostanze attrraverso la rete al passare
del tempo,
- modellare il movimento e la destinazione di un composto reattivo
man mano che esso aumenta (esempio disinfezione tramite prodotti
) oppure diminuisce nel tempo (esempio il cloro residuo),
- modellare l'età dell'acqua in tuttta la rete,
- tracciare la percentuale di portata di unn dato nodo rispetto
a quella di tutti gli altri nodi per il periodo di tempo considerato,
- modello di reazione sia dell'intera portaata sia di una zona
circoscritta di tronchi di condotta,
- prevedere l'aumento o la diminuzione dellle reazioni fino a raggiungere
il limite di concentrazione,
- utilizzare il tasso globale del coefficieente di reazione che
può essere modificato tronco per tronco di condotta,
- consentire la concentrazione o la immissiione totale al variare
del tempo in ogni punto della rete,
- modellare lo stoccaggio nei serbatoi in ccaso di completa miscelazione,
arresto della portata o a due compartimenti di reazione
- l'interfaccia windows di utilizzazione dii Epanet fornisce un
editore di visualizzazione della rete che semplifica il processo
di costruzione del modello di rete e di edizione delle sue proprietà.
- I rapporti dei vari dati e la visualizzazzione degli strumenti
sono usati in modo da assistere nell'interpretazione dei risultati
o nell'analisi della rete.
- sono possibili delle vedute grafiche (dissegno delle serie di
tempi, disegno dei profili, disegno dele zone ecc.), presentazioni
tabellari e speciali rapporti (energia impiegata, reazione e calibrazione
dei rapporti).
Il programma e tutti gli allegati sono in lingua inglese. Chi
scrive ha avuto notizia di una verisone del programma totalmente
tradotto in italiano e sarebbe grato ai lettori che dessero qualche
indicazione sulle modalità da seguire per poter entrarne
in possesso e per poterlo utilizzare
3) CONCLUSIONI
Si sono descritte, anche utilizzando parte delle istruzioni annesse
al programma, le caratteristiche principali del programma Epanet
facendone rilevare alcuni aspetti positivi che lo rendono atto
a molteplici applicazioni ivi compresa la verifica del funzionamento
di reti esistenti di cui, nell'articolo, viene attribuita una
basilare importanza.
Si sono anche citati i titoli di alcuni articoli visibili su http://altratecnica.3000.it
dai quali possono essere tratti ulteriori elementi utili per il
corretto impiego del programma.
aggiornato ottobre 2005