1 INTRODUZIONE
L'esercizio dei complessi acquedottistici,
come molte altre attività industriali od artigianali, è
da tempo effettuata con l'ausilio di sofisticati impianti automatici
di telecontrollo e telecomando che, grazie all'impiego di potenti
computer, si sono efficacemente sostituiti in molte operazioni
al personale di servizio. Tra di esse riveste una particolare
importanza, in quanto da considerarsi condizione "sine qua
non" per una vera conoscenza degli impianti ed una loro gestione
del tutto razionale, la verifica automatica in tempo reale del
funzionamento idraulico eseguita tramite calcolo della rete magliata
comprensiva di tutte le apparecchiature. La messa a regime delle
procedure atte allo scopo, annunciata più volte da importanti
Società ed Enti di Gestione non risulta ancora attuata
con risultati soddisfacenti. Evidentemente il problema è
sentito ma molte sono le difficoltà ancora da superare.
Nel mentre possono ritenersi risolti con esito soddisfacente i
problemi relativi alla rappresentazione della rete e degli impianti
e alle procedure matematiche dei calcoli di verifica idraulica
della rete magliata, restano di difficile determinazione due elementi
essenziali: la portata istantanea da attribuire ai nodi nelle
varie condizioni di funzionamento ed il coefficiente di scabrezza
reale delle condotte.
Chi scrive queste note ha avuto modo di effettuare numerose verifiche
di funzionamento di reti reali utilizzando appositi programmi
applicativi per computer: i buoni risultati raggiunti fanno ritenere
possibile il passaggio dall'esecuzione estemporanea dei calcoli
di verifica come quella citata a quella totalmente automatica
eseguita dall'impianto di telecontrollo per il confronto continuativo
della simulazione al computer con la realtà.
Si descrivono le esperienze fatte e le possibilità intraviste
per la loro utilizzazione ai fini sopra indicati. Alcune delle
soluzioni che vengono proposte costituiscono pertanto solo delle
logiche deduzioni o estrapolazioni di sperimentazioni fatte tutte
da verificare e migliorare in sede applicativa.
2 LA VERIFICA DELLA RETE
MEDIANTE CALCOLO DI FUNZIONAMENTO IDRAULICO
Gli elementi rappresentativi del funzionamento dell'acquedotto che nella normale gestione si usa tenere sotto controllo sono i valori istantanei rilevati agli strumenti di misura di cui sono dotati gli impianti e relativi, di solito, alla portata immessa in rete, alla pressione di pompaggio e di rete ed infine ai livelli dei serbatoi. In pratica il personale addetto verifica se i valori letti corrispondono, a meno di tolleranze contenute, con quelli usuali considerati a priori come congrui. Se ciò non ha luogo si eseguono tutte le operazioni possibili per tornare nella norma e, in caso di insuccesso, i valori correnti diventano la nuova base di confronto per il futuro esercizio. Risulta evidente che un controllo di questo tipo non offre alcuna garanzia di corretto funzionamento degli impianti ma che serve solo ad identificare le anomalie macroscopiche. Le piccole irregolarità quali possono essere ad esempio la presenza di sacche d'aria o di depositi in condotta che provocano un progressivo aumento delle perdite di carico, la presenza di nuove fughe d'acqua di modesta entità, la eventuale errata parzializzazione di apparecchiature idrauliche di rete, il prelievo abusivo d'acqua ecc., in poche parole, tutti quei difetti che se non eliminati al loro nascere, provocano un costante aumento delle deficienze di funzionamento del complesso acquedottistico passano del tutto inosservati: la metodologia descritta ne sanziona soltanto la presenza e, col passare del tempo, ne sancisce la accettazione mentre la gestione subisce tutte le negative conseguenze.
A titolo di esempio si cita un fatto realmente accaduto. Durante un calcolo di verifica della rete di Venezia insulare a cui ha collaborato anche l'estensore delle presenti note, si era constatato che un'ampia zona di utenza (tutta l'isola della Giudecca) manteneva, inspiegabilmente, in rete una pressione molto inferiore a quella risultante dai calcoli di verifica. Ebbene, da un controllo dello stato delle saracinesche principali ci si è accorti che una di esse, essendo con verso di chiusura contrario a quello di tutte le altre, era rimasta per decenni chiusa senza che il personale di esercizio potesse rendersene conto. Per lo stesso la pressione dell'isola in argomento era quella normale che si era riscontrata da tempo immemore.
Nel presente lavoro si vuole esaminare la possibilità di effettuare i calcoli di verifica idraulica atti alla determinazione dei dati teorici di funzionamento degli impianti che, paragonati con quelli reali, possano consentire un "vero" controllo di esercizio.
L'organizzazione necessaria allo scopo
riguarda essenzialmente tre campi:
- il programma applicativo da utilizzare all computer che deve
essere atto ad una rigorosa simulazione dell'effettivo funzionamento
idraulico della rete completa di tutte le sue componenti, apparecchiature
comprese. Devono essere quindi tradotti in algoritmi matematici
le leggi di idraulica che riguardano il comportamento delle condotte,
dei serbatoi, delle pompe di sollevamento sia a velocità
di rotazione fissa sia variabile, degli organi di parzializzazione
e di regolazione della portata e della pressione, le valvole di
ritegno, le falde sotterranee da cui vengono captate le acque
ecc. ecc.;
- i dati di input che devono consentire unaa perfetta rappresentazione
del funzionamento reale in tutte le condizioni di esercizio da
esaminare;
- i risultati finali che devono consentire,, anche a mezzo di grafici
e tabelle, una visione dettagliata ed anche riassuntiva del funzionamento
effettivo della rete.
2.1 I PROGRAMMI APPLICATIVI PER IL CALCOLO DELLE RETI MAGLIATE
La risoluzione del problema di verifica
idraulica (moto permanente) di reti a maglie chiuse anche complesse,
un tempo assai laborioso, è attualmente risolto con programmi
per computer che, mediante particolari procedure matematiche,
forniscono con rapidità i risultati richiesti.
Ai fini che ci si prefigge nel presente lavoro deve essere utilizzato
un programma che consenta di immagazzinare tutti i dati di funzionamento
effettivo della rete trasmessi dalle apparecchiature di misura
della rete, di determinare le portate ai nodi e lo schema idraulico
della rete (alcune modalità, che esulano dal presente lavoro,
sono descritte nella nota "Fabbisogno, consumi, portate e
perdite nella pratica di esercizio delle reti di distribuzione
d'acqua potabile a sollevamento meccanico" pubblicata nella
rivista L'Acqua n. 4/1999), di effettuare in automatico tutti
i calcoli del funzionamento idraulico della rete completa delle
apparecchiature ed infine di trasmettere i risultati e gli allarmi.
E' importante che tutti i fenomeni idraulici propri di una rete d'acquedotto completa di tutte le sue apparecchiature ed impianti siano fedelmente riprodotti nel calcolo utilizzando procedure ed algoritmi adeguati allo scopo.
Chi scrive queste note ha potuto sperimentare un programma di calcolo la cui simulazione del funzionamento idraulico della rete acquedottistica è così aderente alle sue regole idrauliche che una lettura approfondita delle istruzioni d'uso è sufficiente per capire molti dei fenomeni connessi alla rete stessa.
Alcuni esempi.
Nelle istruzioni si legge che in un serbatoio di rete "dato il livello dell'acqua in esso contenuta risulta inequivocabilmente fissata la portata che esso dà o riceve dalla rete stessa". Tale affermazione chiarisce il motivo per cui un serbatoio inserito in rete non può effettuare la compensazione delle portate (un'ampia descrizione di tale fenomeno è riportata nella memoria "La razionalizzazione delle reti di distribuzione d'acqua potabile a sollevamento meccanico" pubblicata sulla rivista L'Acqua n. 3/1998)
La descrizione della curva caratteristica delle pompe che è possibile inserire nel calcolo pone come condizione "sine qua non" che ad un aumento di portata corrisponda una diminuzione di prevalenza. Ciò fa capire come le pompe a velocità variabile (nelle quali ad un aumento di pressione corrisponde invece un aumento di portata) costituiscano un illecito idraulico (è indefinito il punto di incontro fra la curva caratteristica della rete e quella della pompa). Da quì la necessità del funzionamento a gradini di tali pompe.
Delle perdite di carico singolari, come ad esempio quelle provocate da una saracinesca parzialmente chiusa, da una curva a spigolo vivo ecc. ecc. il programma tiene conto applicando il coefficiente, che a tale scopo bisogna assegnare al relativo tronco di condotta, al quadrato della portata di calcolo che percorre il tronco stesso. Si capisce come tutte le perdite del tipo indicato siano proporzionali al quadrato della portata.
Il programma è in grado di effettuare il calcolo di una o più reti considerandole sia separatamente sia come collegate tra di loro tramite una o più condotte munite o no di apparecchiature come pompe, valvole regolatrici di pressione, valvole di ritegno, ecc.
Definiti gli elementi costitutivi della
rete (schema idraulico completo della banca dati relativa alle
caratteristiche costitutive e ai consumi ai nodi determinati sulla
base delle letture trimestrali dei contatori) come indicato nella
nota citata ("Fabbisogno, consumi, portate e perdite nella
pratica di esercizio delle reti di distribuzione d'acqua potabile
a sollevamento meccanico" pubblicata nella rivista L'Acqua
n. 4/1999) si possono introdurre nei calcoli:
- serbatoi collegati in rete ed alimentati sia dal basso sia dall'alto
(surverse). Nel calcolo vengono inserite anche le caratteristiche
geometriche dei serbatoi in modo da poter seguire l'evoluzione
dei livelli e delle relative portate entranti od uscenti dai serbatoi
stessi al variare della portata istantanea dell'utenza durante
tutto il periodo considerato;
- pompe sia in serie che in parallelo;
- apparecchiature idrauliche di qualunque ttipo inserite nelle
condotte della rete (valvole, riduttori di pressione, valvole
di ritegno, pompe di risollevamento ecc.).
Il programma, oltre a creare automaticamente
ed in modo razionale la costituzione della rete (il magliaggio
che del resto non viene nemmeno messo a conoscenza dell'utilizzatore
anche perché in corso di svolgimento esso viene, se necessario,
automaticamente modificato al fine di assicurare ed accelerare
al massimo la convergenza dei calcoli iterativi) tiene conto di
tutte le condizioni di funzionamento delle apparecchiature introducendo
nei calcoli iterativi le curve caratteristiche delle pompe, i
livelli e le portate dei serbatoi, le pressioni stabilizzate a
valle delle valvole, il senso di apertura dei clapet, le curve
caratteristiche delle falde dalle quali è captata l'acqua
ecc..
Oltre alla verifica puntuale del funzionamento in moto permanente
della rete nell'istante considerato basata sulle portate e pressioni
istantanee effettivamente immesse in rete dagli impianti di produzione
e sulle portate, pure istantanee, richieste dagli utenti nei vari
nodi (calcolo statico), il programma consente di effettuare una
serie di calcoli per verificare il funzionamento (calcolo dinamico)
per un lungo arco di tempo successivo all'istante considerato.
In tal modo, date le portate istantanee da consegnare all'utenza
ad intervalli di tempo prefissati, è possibile verificare
l'evoluzione che subiscono i serbatoi inseriti in rete (serbatoi
pensili o equivalenti). Il programma, nella esecuzione di ciascun
calcolo della serie predefinita, tiene conto delle portate che
i serbatoi sono in grado di dare alla rete cui fanno capo per
far fronte ai consumi di punta o di quella che prelevano dalla
rete stessa per riempirsi nelle ore di minore consumo, portate
che, a loro volta, sono funzione diretta dei livelli che man mano
si stabilizzano nei serbatoi stessi e delle caratteristiche geometriche
dei manufatti di contenimento dei volumi d'acqua.
Per quanto concerne le modalità
da seguire nelle verifiche di reti magliate del tipo di quelle
in oggetto è d'obbligo una precisazione. Nella esecuzione
dei calcoli idraulici in moto permanente è consuetudine
utilizzare schemi semplificati costituiti dalle sole condotte
principali della rete in quanto si pensa che la funzione idraulica
delle tubazioni di piccolo diametro abbia ed esaurirsi in ambito
locale e che possano essere totalmente trascurate senza che per
tale motivo i risultati finali abbiano a subire sostanziali cambiamenti.
Si fa invece notare come le condotte secondarie (cioè quelle
di piccolo diametro) costituiscano normalmente una grande estesa
di tubazioni che lavorano in parallelo con quelle principali e
che, come tali, effettuano il trasporto di importanti quantitativi
d'acqua di cui, per un corretta esecuzione dei calcoli, è
necessario tener conto . L'impostazione di base dello schema da
considerare nel presente lavoro comprende quindi tutte le condotte
di rete nessuna esclusa con la sola eccezione degli allacciamenti
di utenza e delle tubazioni ramificate ad essi assimilabili. Si
deve aggiungere che tale modo di procedere consente, come meglio
precisato nell'articolo "Fabbisogno, consumi, portate e perdite
nella pratica di esercizio delle reti di distribuzione d'acqua
potabile a sollevamento meccanico" pubblicata nella rivista
L'Acqua n. 4/1999, di ottenere buoni risultati nella determinazione
delle portate effettive che ciascun nodo della rete consegna all'utenza,
risultati non raggiungibili qualora, come precedentemente supposto,
venissero eliminate tutte le condotte secondarie sulle quali,
tra l'altro, sono allacciati molti utenti. Inutile sottolineare
come una corretta valutazione di dette portate sia anch'essa fondamentale
per i calcoli di verifica in argomento.
Ai descritti vantaggi fanno riscontro alcuni aspetti negativi
quali il grande appesantimento delle procedure, la maggior difficoltà
nella esecuzione dei calcoli e nel trattamento dei dati. Le grandi
possibilità offerte dalla moderna tecnologia soprattutto
per quanto riguarda strumentazioni, computer, procedure matematiche
di calcolo e raccolta ed archivio dati, consentono però
di superare agevolmente difficoltà del genere. Si deve
inoltre tener presente come le reti complesse possano essere suddivise,
in sede di impostazione generale dello schema, in più sottoreti
tra di loro collegate da una o molteplici condotte ottenendo il
duplice vantaggio di avere delle reti più semplici e al
tempo stesso di poter considerare sia i dati di input che di outpout
separatamente zona per zona a seconda delle caratteristiche proprie
delle zone medesime.
2.2 CREAZIONE E TARATURA DEL MODELLO MATEMATICO DELLA RETE
Le particolari procedure da adottare nella creazione di un modello matematico della rete atto a simulare realisticamente il funzionamento dell'insieme acquedottistico in moto permanente riguardano anzitutto la determinazione, automatica e continua, degli elementi di base.
Si suppone gi` organizzata la gestione
in modo da avere in tempo reale lo schema idraulico che ne riassume
e rappresenta la costituzione ed i relativi elementi dimensionali
ed idraulici, e la determinazione dei consumi esterni da attribuire
ai nodi (vedi nota "Fabbisogno, consumi, portate e perdite
nella pratica di esercizio delle reti di distribuzione d'acqua
potabile a sollevamento meccanico" pubblicata nella rivista
L'Acqua n. 4/1999) basata principalmente sulla suddivisione, tra
tutti i nodi e sulla base delle letture trimestrali ai contatori,
della portata istantanea effettivamente immessa in rete.
Sono inoltre automaticamente rilevati e trasmessi in continuo
al calcolatore principale tramite l'apposita strumentazione di
misura installata nelle centrali, nei serbatoi ed in rete altri
importanti dati di funzionamento di telecontrollo e telecomando
dell'acquedotto .
Essi sono:
la portata totale istantanea immessa in rete dai centri di produzione;
la pressione istantanea nei punti di immissione in rete;
i livelli dei serbatoi collegati direttamente alla rete (serbatoi
pensili) e di quelli a terra:
le portate istantanee entranti ed uscenti dai serbatoi;
le pressioni a monte e a valle degli organi di regolazione (valvole);
le portate istantanee dei tronchi di condotti di rete muniti di
misuratore;
la pressione istantanea nelle condotte di rete rilevata dai manometri
disposti a maglia ed in grande numero in modo da conoscere in
continuo la superficie piezometrica in tutto il territorio servito.
A questo punto possono essere eseguite, per il momento con impostazione manuale, le prime serie di calcoli idraulici. Scelta una giornata particolarmente rappresentativa (ad esempio quella con il volume massimo di acqua consumata dall'utenza), si verifica il funzionamento istantaneo della rete nei momenti più caratteristici della giornata (portata minima notturna, portata massima diurna e quella media giornaliera).
I dati di input per i calcoli sono:
-le pressioni di mandata degli impianti di sollevamento o, per
i serbatoi che immettono la portata a gravità, i livelli
del pelo libero;
-i livelli dei serbatoi alimentati dalla reete;
-le perdite di carico operate dagli organi di regolazione della
pressione in condotta (valvole di regolazione, saracinesche strozzate
ecc.);
-la prevalenza manometrica totale dei solleevamenti in rete (buster)
-le portate prelevate dagli utenti nei varii nodi (portate esterne
dei nodi). Si fa notare che la sommatoria di tutte le portate
esterne ai nodi corrisponde alla sommatoria delle portate immesse
in rete dalle centrali, quindi implicitamente viene inputata la
portata totale delle centrali;
-gli elementi costitutivi geometrici della rete (schema idraulico,
lunghezza, diametro e materiale costituente le condotte);
-i coefficienti di scabrezza dei vari tipi di condotte;
I risultati che si ottengono ad ogni
calcolo sono:
-le portate di ogni singola centrale;
-le portate entranti ed uscenti dai serbatooi;
-le portate, le velocità, il senso ddella portata di ogni
tronco di condotta;
-le pressioni in tutti i nodi.
I possibili confronti fra dati teorici
e reali riguardano:
le pressioni ai nodi;
le portate delle condotte munite di misuratori;
la distribuzione della portata totale tra le varie centrali (quando
sono in numero superiore a uno);
le portate ed i livelli dei serbatoi.
Ogni calcolo viene ripetuto inserendo, per ciascuna categoria di condotte, diverse serie di coefficienti di scabrezza di valore scalare. Dal raffronto dei risultati con gli elementi noti, è possibile definire, tra tutti i calcoli eseguiti, quello più aderente alla realtà e, di conseguenza, la serie di coefficienti di scabrezza reali delle condotte.
I valori determinati teoricamente tramite il modello matematico così creato, devono coincidere o avvicinarsi ai corrispondenti valori reali rilevati dalla strumentazione.
Se tale condizione non è soddisfatta
per tutta o per una parte della rete, evidentemente esistono anomalie
di calcolo o di funzionamento dell'acquedotto. Saranno per primi
da ricercare, in quanto di più facile e sicura determinazione,
gli errori commessi nella definizione geometrica della rete come
ad esempio errori nelle misure fornite dai venturimetri posti
in uscita dalle centrali o dai manometri di controllo della rete
o dalle apparecchiatura di registrazione e trasmissione dei livelli
dei serbatoi, errata mappatura delle condotte, saracinesche importanti
erroneamente chiuse, presenza di occlusioni nelle condotte, sfiori
del tutto incogniti dei serbatoi ecc. ecc.
La seconda fase di ricerca degli errori riguarderà due
elementi determinanti: le portate esterne assegnate a ciascun
nodo ed i coefficienti di scabrezza delle condotte. E' in questo
campo che permangono le maggiori incertezze e nel quale bisogna
concentrare gli sforzi. La suddivisione del territorio in più
zone omogenee come descritto al cap. 2.1 rende possibili importanti
controlli e rettifiche in quanto di tali zone sono noti sia i
dati di funzionamento reale sia quelli di calcolo teorico. Nella
più volte citata memoria "Fabbisogno, consumi, portate
e perdite nella pratica di esercizio delle reti di distribuzione
d'acqua potabile a sollevamento meccanico" si sono descritte
alcune modalità da seguire per definire con la maggior
precisione possibile le portate che i vari nodi consegnano all'utenza
mentre per quanto riguarda la scabrezza reale delle tubazioni
non si può far affidamento che sul raffronto pressioni
reali ai nodi/pressioni risultanti dal calcolo ottenute adottando,
come indicato, diverse serie di coefficienti di scabrezza.
Poiché ambedue gli elementi in oggetto (portata ai nodi
e scabrezza tubazioni) condizionano pesantemente i risultati non
sarà facile definire se gli eventuali errori dipendono
dall'uno o dall'altro e provvedere alla relativa correzione. In
tal senso è determinante la presenza delle apparecchiature
di controllo in rete (più volte raccomandate) in quanto
sono le sole risorse che consentono di capire se l'anomalia è
da attribuirsi all'uno o all'altro fattore. Ad esempio una buona
corrispondenza tra portata calcolata e reale di una importante
condotta di rete cui fa riscontro una rilevante diversità
tra pressioni calcolate e reali della zona darebbe conferma alle
portate immesse mentre l'anomalia verrebbe attribuita ai coefficienti
di scabrezza usati. La conseguente modifica onde adeguarli a quelli
reali comporta, nel successivo calcolo, una modifica anche nella
portata del tronco in argomento cui fanno seguito ulteriori correzioni
dell'uno o dell'altro elemento fino a giungere, per approssimazioni
successive, a buoni risultati finali.
E' evidente l'importanza che riveste, ai fini della corretta ed
economica gestione dell'acquedotto, lo scoprire l'origine di ogni
anomalia e la sua eliminazione. A tale scopo saranno da effettuare
accurati controlli se necessario inserendo in rete ulteriori apparecchi
di misura o effettuando manovre particolari come sezionamento
di alcune zone e verifica puntuale del loro comportamento idraulico
ecc. ecc. Già da questa prima fase di taratura del modello
matematico della rete, eseguito come già detto con impostazione
manuale dei calcoli, si otterranno utilissime indicazioni sullo
stato degli impianti, sulla reale distribuzione delle portate
tra le sottozone e sui primi rimedi da apportare per la loro razionalizzazione.
Se, alla fine di tutte queste operazioni, tutte le condizioni
verificate dai calcoli sono soddisfatte il modello è pronto
per essere utilizzato nel normale esercizio dell'acquedotto.
Si deve aggiungere che la taratura del modello matematico della rete descritta sopra deve essere ripetuta ad intervalli regolari (ad esempio ogni 5 anni) oppure in occasione di importanti modifiche nell'assetto dell'acquedotto. Bisogna infatti tener presente che i consumi degli utenti privati possono subire, col passare degli anni, delle modificazioni cui corrispondono coefficienti di proporzionalità per la distribuzione delle portate ai vari nodi diversi da quelli determinati in precedenza. L'eventuale variazione delle perdite e l'aumento della scabrezza delle tubazioni influenzano inoltre i risultati comportando necessariamente periodici aggiornamenti delle procedure di calcolo con determinazione di nuovi coefficienti di scabrezza da usare nelle formule di calcolo delle perdite di carico. L'esame statistico dell'evoluzione dei coefficienti effettivi di scabrezza fornirà una ulteriore utile indicazione sullo stato della rete o di parte di essa.
2.3 VERIFICA SISTEMATICA DEL FUNZIONAMENTO IDRAULICO DELLA RETE
Per la corretta gestione degli impianti
il sistema di telecontrollo deve effettuare in continuità
ed in automatico molteplici controlli di congruenza. Quelli prettamente
idraulici che interessano specificatamente il presente lavoro
sono due.
Il primo consiste nella verifica dettagliata con la quale vengono
tenuti sotto controllo tutti valori reali di portata, di pressione
e di livello della rete mediante paragone dei valori reali con
quelli ottenuti dal calcolo teorico del funzionamento istantaneo
in moto permanente dell'insieme acquedottistico e che il computer
di governo deve eseguire del tutto automaticamente a determinati
intervalli di tempo.
Per raggiungere lo scopo è necessario siano state completate
le operazioni preliminari di determinazione dello schema idraulico
aggiornato della rete, di reperimento automatico di tutti i dati
ed infine che sia stato creato e collaudato l'intero modello matematico
della rete come indicato ai precedenti punti 2.1, 2.2.
A questo punto l'elaboratore, le cui memorie contengono già
il programma di calcolo, lo schema completo della rete, i dati
caratteristici delle condotte e delle apparecchiature ricavati
dalla banca dati ed i coefficienti di scabrezza dei tronchi di
condotta, essendo in grado di ricevere tutti i dati di funzionamento
reali degli impianti e della rete (portate e pressioni delle centrali,
pressioni dei nodi principali della rete, livelli dei serbatoi,
portate delle condotte munite di misuratori ecc. ecc.) provvede
a definire, per l'istante considerato, le portate consumate (portate
esterne ai nodi). Ciò ha luogo distribuendo la portata
istantanea immessa in rete dalle centrali tra tutti i nodi secondo
una particolare procedura che tiene conto sia delle perdite di
rete (definita dalla portata minima notturna immessa in rete)
sia dei consumi specifici dei nodi ricavati dalla ultime letture
dei contatori privati.
Effettua quindi il calcolo idraulico della rete in moto permanente
ottenendo come risultati (teorici) le portate delle centrali,
le pressioni ai nodi, le portate dei tronchi di condotta, i livelli
dei serbatoi e le portate entranti od uscenti da quest'ultimi.
Provvede quindi al raffronto di tali risultati con i dati effettivi
rilevati, nel medesimo istante, dall'impianto di telecontrollo
e segnala le differenze riscontrate.
Nel caso gli scostamenti tra i due valori
eccedano dai normali limiti l'elaboratore emette un segnale d'allarme
per sollecitare un intervento di riparazione del guasto o dell'anomalia
che li ha provocati. Traccia inoltre a video, e all'occorrenza
stampa su carta, la planimetria della rete con sovrapposte le
linee di ugual depressione intendendo con tale termine la differenza
di livello (positiva o negativa) tra pressione ai nodi calcolata
e quella effettiva, depressione che, nel caso in esame, supera
la tolleranza ammessa. Vengono quindi evidenziati dei coni di
depressione più o meno vistosi a seconda della gravità
della anomalia, ma che ne individuano la più probabile
ubicazione considerato che, in ciascun nodo, tanto più
forte è la depressione quanto più lo stesso è
vicino alla perdita o all'anomalia.
La visualizzazione delle aree del territorio a funzionamento anomalo
orienta in continuazione il personale di servizio a ricercare
i prelievi abusivi d'acqua, le errate manovre delle apparecchiature
di rete e soprattutto le perdite nelle zone di maggior rischio.
Poiché le grandi rotture di condotte di rete sono spesso
precedute da fughe d'acqua di intensità via via crescente,
la metodologia consente di effettuare interventi preventivi di
riparazione volti a scongiurare tali evenienze dalle quali derivano
sovente gravi danni non solo al servizio idrico ma anche agli
edifici ed alla viabilità. Il verificarsi di grandi rotture
è in ogni caso tempestivamente segnalato tramite emissione
di allarme ed ubicato in planimetria.
Anche l'eliminazione delle perdite medio-piccole promossa e guidata
in continuazione dal sistema descritto, costituisce un risultato
importante considerato che esse sono fonte di rilevanti ed inutili
consumi energetici oltre che dissipazione di quel patrimonio di
sempre più difficile approvvigionamento che è rappresentato
dall'acqua potabile.
In alcuni casi l'anomalia rilevata è dovuta a normali manovre
di rete come chiusura di condotte per lavori, lavaggi di condotte
o serbatoi ecc. ecc. la procedura consente allora di seguire a
tavolino il procedere dei lavori fornendo al centro servizi la
esatta segnalazione dell'entità del disservizio (depressioni
in rete) nonché l'ubicazione ed estensione della zona interessata
dal disservizio stesso.
Quando invece le differenze tra dati di calcolo e teorici sono
minime e cioè rientrano entro le normali tolleranze, trova
conferma la regolarità di funzionamento dell'insieme acquedottistico.
Il calcolatore in tal caso non emette alcun segnale d'allarme
nè evidenzia in planimetria alcuna anomalia. Tale stato
di regolare funzionamento rimane confermato anche per tutto il
tempo successivo rendendo inutile l'esecuzione di calcoli di verifica
purché invariate siano anche le condizioni generali di
esercizio. Il calcolo dovrà essere ripetuto soltanto quando
avranno luogo sensibili mutamenti facilmente riscontrabili dall'esame
del funzionamento delle centrali di pompaggio.
Si deve però tener presente che
nei periodi di marcata transizione (rapide variazioni di portata
richiesta dall'utenza cui corrispondono aumenti o diminuzioni
nella portata innalzata dalle centrali) i valori reali dei dati
da porre sotto controllo (portate e pressioni delle centrali,
pressioni ai nodi ecc.) sono anch'essi suscettibili di incontrollabili
variazioni dovute a colpi d'ariete, onde di pressione, sfasamento
temporale delle varie rilevazioni ecc. Si tratta evidentemente
di regime irregolare in cui i calcoli di verifica, da svolgere
con le modalità indicate, darebbero risultati non validi
e pertanto devono essere evitati.
I tempi che devono intercorrere tra un calcolo e quello successivo
sono quindi definiti dal verificarsi di due condizioni contrapposte
automaticamente tenute sotto controllo dall'elaboratore e che
sono:
- variazione di portata o pressione delle ccentrali di entità
superiore ad una soglia prefissata;
- stabilità delle nuove condizioni ddi funzionamento per
un periodo pari almeno ad un predefinito valore.
Il calcolatore, ad esempio, potrebbe predisporsi per un calcolo
ogniqualvolta la portata di almeno una delle centrali avesse a
cambiare di un valore pari almeno al 5% o la sua pressione di
almeno 5 m. La conferma e quindi il via al calcolo potrebbe consistere
nel permanere delle nuove condizioni per alcuni minuti entro valori
pressoché stabili.
In regime normale il calcolatore durante la notte, quando le variazioni
di portata sono minime esegue pochissimi calcoli. Al mattino viene
effettuato un calcolo al primo aumento della portata (presumibilmente
alle ore 6). Dal le 6 alle 8 si riscontrano i maggiori incrementi
di portata richiesta dall'utenza. Trattandosi di regimi transitori
viene per lo più a mancare il soddisfacimento della seconda
delle condizioni imposte e quindi anche durante tale periodo vengono
eseguiti pochi calcoli. Raggiunta la punta massima prima che abbia
luogo l'inversione di tendenza del consumo ha sicuramente luogo
la verifica di comportamento della rete al suo massimo sfruttamento.
Da tale momento in poi i calcoli si susseguono più o meno
regolarmente fino alle ore 22 circa quando inizia il periodo notturno.
Tale sequenza verrebbe ovviamente modificata qualora si verificassero
anomalie nel funzionamento come la rottura di qualche tubazione,
la manovra di saracinesche importanti, nel qual caso, rilevata
la variazione di portata e di pressione che ne consegue, il calcolatore
darebbe il via ad un calcolo suppletivo con eventuale emissione
di segnale di anomalia.
L'esperienza diretta consiglierà come variare le soglie
dei vari test, come definire situazioni particolari o fissare
a priori alcuni orari nei quali deve essere in ogni caso effettuata
la verifica in modo che i calcoli abbiano ad essere in numero
minimo ma sufficiente per una buona e continuativa verifica della
gestione.
Alcuni accorgimenti consigliati per un
regolare svolgimento delle varie funzioni riguardano:
- la corretta elaborazione ed assegnazione ai nodi di appartenenza
di tutta la rete (ivi comprese anche le condotte minori) dei consumi
letti trimestralmente ai contatori privati soprattutto in ordine
alle grosse utenze;
- la suddivisione della rete in sottoreti aa mezzo di inserimento,
nelle condotte principali di collegamento tra le varie sottozone,
di misuratori che consentano, in sede di taratura del modello
matematico, di verificare portata e pressione in tali condotte
e di procedere, se del caso, alle rettifiche locali dei coefficienti
di consumo dell'utenza, e dei coefficienti di scabrezza delle
condotte.
Nel corso delle verifiche effettuate da chi scrive si è potuto constatare che, effettuata una buona taratura del modello matematico basata sul funzionamento reale di più giornate tipo, i coefficienti di portata e di scabrezza definiti sperimentalmente (si tratta in pratica di coefficienti medi convenzionali che non riguardano solo la scabrezza delle pareti delle tubazioni ma tengono conto di molti altri fattori propri della rete come la presenza di curve e innesti a T, imprecisioni varie nella determinazione delle portate esterne e nei tempi di attuazione delle punte di consumo, approssimazione delle misure ecc. ecc.) rimangono validi per lunghi periodi giustificando pienamente il lavoro occorso per la loro determinazione. Si deve infatti tener presente che una rete di distribuzione magliata com'è quella che in genere costituisce la maggior parte degli acquedotti, rappresenta un insieme di condotte intimamente interconnesse in grado di effettuare il trasporto di grandi portate con perdite di carico relativamente modeste e con pressioni pressoché livellate. Il loro funzionamento idraulico non può, pertanto, essere influenzato che da grandi variazioni o anomalie quali possono essere quelle proprie dei dati utilizzati inizialmente ma che, una volta corretti i coefficienti in modo che in una serie completa di calcoli siano fedelmente rispettate tutte condizioni reali di funzionamento, possono effettuarsi tranquillamente tutte le estrapolazioni del tipo di quelle necessarie per le verifiche automatiche durante l'annata in corso o per quelle immediatamente successive.
Il secondo controllo e relativa emissione di allarme, cui si è fatto cenno nella parte iniziale del capitolo, molto meno sofisticato di quello descritto ma che può dare grande tranquillità all'esercizio, consiste nella verifica, eseguita in automatico ed in continuità dall'impianto di telecontrollo, che tutti i valori principali di gestione dell'acquedotto quali sono ad esempio le portate minima e massima sollevate, la pressione minima e massima di pompaggio delle centrali e quella dei nodi rappresentativi di rete, la portata minima e massima prodotta dalle fonti, i livelli minimo e massimo dei serbatoi ecc. ecc. siano contenuti entro intervalli di sicurezza predefiniti. Ad esempio l'impianto di telecontrollo dovrà verificare in continuazione che la rete non raggiunga in nessun punto valori di pressione sul suolo inferiori ai 15 m. considerati come minimo e non superi mai il valore di 60 m. da considerarsi in assoluto come massimi, che la portata in uscita da una centrale sia compresa entro determinati limiti di sicurezza preimpostati ora per ora. Questo controllo può confermare anomalie già riscontrate dal calcolo di verifica normale oppure intervenire autonomamente se tale calcolo non dovesse essere eseguito. In ogni caso fornisce la garanzia assoluta che non vengono raggiunti per un qualsiasi motivo sia di scorretta gestione, sia di guasto in condotta, sia di errata manovra in rete ecc., valori di funzionamento della rete o degli impianti totalmente fuori norma e di ottenere, in caso affermativo, l'emissione automatica dell'allarme.
3 LA GESTIONE UNIFICATA
DI PIU' RETI
La descrizione del sistema di controllo
automatico del funzionamento idraulico della rete ha messo in
evidenza la complessità del compito da svolgere e, in particolare,
la necessità di usufruire di tecnologie e di risorse che
comportano rilevanti oneri economici e che vanno ad aggiungersi
a quelle per la gestione amministrativa dell'esercizio di cui
ogni Ente o Società di gestione è già dotato.
La messa a punto di un sistema completo e coordinato come quello
che ne deriva trova pertanto piena giustificazione soltanto nella
gestione di acquedotti di una certa mole o, meglio, nell'estenderne
la utilizzazione, a prezzo di interventi relativamente modesti
e poco costosi come sono il potenziamento del calcolatore centrale
e la installazione di periferiche esterne, a più enti gestori
anche non viciniori. Si tratta della gestione tecnica unificata
di molteplici acquedotti che potrebbe rientrare, a pieno titolo,
tra gli obbiettivi della legge 36/94 (LEGGE Galli avente come
scopo la riorganizzazione, tramite creazione degli Ambiti Territoriali
Omogenei, dell'intero sistema idrico integrato italiano) e costituire
un elemento qualificante per l'aspirante gestore nelle gare di
assegnazione del servizio.
I provvedimenti da attuare allo scopo sarebbero i seguenti:
- presso le sedi dei vari acquedotti vengonno installati dei computer
periferici muniti di programmi locali per il telecontrollo degli
impianti, per l'input di tutti i dati, per la ricezione dal centro
di tabelle, disegni e comandi ed infine per l'esecuzione in proprio
delle operazioni amministrative locali;
- il computer centrale, installato presso lla sede della società
o dell'Ente preposto alla organizzazione generale, sovrintende
a tutte le operazioni, aggiorna i programmi ed esegue le operazioni
più difficoltose trasmettendo alle periferiche i risultati;
- l'unificazione delle procedure riguarda ttutti i settori da quello
tecnico (banca dati degli utenti, calcoli di verifica idraulica,
mappatura delle condotte, telecontrollo impianti, verifica delle
perdite ecc. ecc) a quello amministrativo (archivio utenti, esecuzione
lavori, gestione magazzino, gestione personale ecc. ecc.).
Per farsi un'idea dei vantaggi ritraibili basti pensare alla fatturazione
e riscossione delle bollette di pagamento acqua consumata dagli
utenti. Ulteriori vantaggi riguardano la tenuta del magazzino
e l'approvvigionamento dei materiali che potrebbe essere organizzato
per grosse partite.
Da rilevare che la gestione unificata di cui si discute, e che
può comprendere anche più Ambiti Territoriali Omogenei,
non riguarda l'esercizio vero e proprio delle varie reti il quale
rimane ai singoli Enti preposti ma soltanto la possibilità
di servirsi, dietro versamento di adeguato compenso e tramite
i terminali installati nelle proprie sedi, di un servizio eccezionale
come quello descritto al quale delegare tutte e soltanto le operazioni
automatiche al computer. La società di servizio esegue
ed aggiorna in continuo l'organizzazione delle procedure dall'invio
dei dati di input (che rimangono di competenza dei gestori locali),
provvede alla fornitura di tutti i dati di gestione come ad esempio
planimetrie esecutive delle reti, tabelle di funzionamento degli
impianti, ed effettua la supervisione dei calcolatori locali e
del telecontrollo degli impianti tramite personale altamente specializzato.
Vantaggi secondari sono quelli ottenibili da eventuali interscambi
di portate fra acquedotti viciniori di cui la gestione unificata
è in grado di verificare convenienza tecnica ed economica
e di determinarne le migliori soluzioni tecniche. Anche la gestione
del parco contatori d'utenza (di cui non si dà alcuna importanza
ma da cui funzionamento dipende in definitiva l'economia dell'acquedotto)
si svolgerebbe sotto la attenta sorveglianza dell'organismo centrale
il quale, oltre a definire i tipi da adottare per ottenere i migliori
risultati, utilizza particolari procedure automatiche di interpretazione
delle letture provvedendo a segnalare al gestore la eventuale
necessità di verifiche sopralluogo particolari e delle
varie sostituzioni non appena se ne ravvisa la necessità.
Si fa cenno infine alla possibilità, offerta dal sistema,
di collegare tutta la rete di telecontrollo e telecomando con
la rete Internet dando modo al personale di servizio di effettuare,
previa digitazione di apposite password di grado via via crescente,
non solo interrogazioni su dati sia tecnici di funzionamento che
amministrativi di un qualsiasi acquedotto ma anche operazioni
di ogni tipo ivi compreso il controllo e la manovra delle apparecchiature
elettroidrauliche delle centrali e delle reti di distribuzione
anche se disseminate in un vasto territorio, stando a casa propria
oppure in un qualunque ufficio di una qualunque sede. Tali modalità
di gestione, ampiamente collaudate in Francia ancor prima della
nascita di Internet tramite il servizio Minitel allora molto diffuso
in quel paese, consentirebbero di ottenere, ovviamente, ulteriori
economie di gestione.
4 CONSIDERAZIONI FINALI
Si è illustrata nella memoria
la formazione, taratura ed esercizio di un sistema informatico
di controllo automatizzato del funzionamento di una rete d'acquedotto
in tutte le sue componenti a partire dai punti di messa in carico
(centrali di sollevamento) fino ai punti di presa degli allacciamenti
domestici.
Si è fatto rilevare come sussistano notevoli difficoltà
riguardanti lo schema di calcolo che, dovendo comprendere tutte
le condotte di rete, comporta un notevole appesantimento delle
procedure e nella determinazione dei coefficienti reali di scabrezza
delle tubazioni e dei consumi effettivi ai nodi da cui dipendono
direttamente i risultati.
Si è infine proposta l'utilizzazione di sistemi informatici
per una gestione completa sia tecnica che amministrativa delle
reti acquedottistiche nonché l'unificazione delle procedure
di più acquedotti precisando quali vantaggi economici e
di funzionalità si potrebbero ottenere non ultimi quelli
relativi alla integrazione nella rete Internet .
Di ogni problema, nella presente e nelle
memorie pubblicata sui n. 3/98 e n. 4/99 della rivista, si sono
proposte adeguate soluzioni basate soprattutto su elementi di
carattere pratico anche se, in alcuni casi, si è trattato
di logiche estrapolazioni di procedure note quì riportate
al duplice scopo di sollecitarne la sperimentazione anche in vista
della riorganizzazione del servizio idrico integrato previsto
per l'intero territorio nazionale dalla legge 36/94 e di promuoverne
la discussione nelle sedi adeguate .