1. PREMESSA
L'alimentazione idropotabile delle aree abitate ad andamento altimetrico
molto vario e con dislivelli notevoli del suolo, presenta gravi
problemi dovuti alla notevole pressione e alla eccessiva variazione
del suo valore che si registrano nelle condotte durante la giornata.
In particolare le perdite occulte, nella quasi totalità
dei casi, assumono valori inammissibili nel mentre la costruzione
e la manutenzione degli impianti e delle reti di condotte, sempre
a causa della eccessiva pressione di esercizio, richiedono particolari
e costosi accorgimenti tecnici ed altrettanto particolari materiali
ed apparecchiature idrauliche.
Sussistono, per quanto concerne caratteristiche tecniche di esercizio,
profonde differenziazioni a seconda si tratti di reti alimentate
a gravità che si caratterizzano per la presenza di rilevanti
perdite occulte per il cui contenimento occorrono particolari
accorgimenti, di reti a sollevamento meccanico nelle quali è
preminente il contenimento delle spese energetiche, ed infine
di reti di tipo misto a gravità /sollevamento meccanico
per le quali è opportuno privilegiare il funzionamento
a gravità e attribuire quindi al sollevamento meccanico
una funzione di integrazione delle portate onde limitarne il funzionamento
ai soli periodi di maggior richiesta.
Il tutto come sarà in dettaglio spiegato più avanti.
2. RETE A GRAVITA'
Si esamina qui il caso di territori montani nei quali è possibile captare, ad una quota altimetrica atta alla adduzione diretta a gravità fino al domicilio dell'utenza e quindi senza dover ricorrere all'uso di pompe di sollevamento, acqua potabile in quantità e qualità adeguate all'alimentazione dell'area da servire . Nel mentre in tale evenienza non sussistono, ovviamente, problemi energetici e la costruzione e gestione delle reti di distribuzione, potendo contare su un carico sovrabbondante, si presenta abbastanza facile ed economica, occorre ricorrere a particolari accorgimenti soprattutto in ordine ad una corretta consegna dell'acqua all'utenza e al contenimento delle perdite occulte, come sarà qui indicato.
2.1. LA RETE CLASSICA
Lo schema classico prevede che il territorio
da servire, anche se suddiviso in tante fasce altimetriche omogenee
allo scopo di contenere le pressioni di funzionamento entro valori
compatibili con la resistenza delle tubazioni, sia munito di reti
di distribuzione uniche per lo più a maglie chiuse ed ognuna
alimentata da un serbatoio di testata che garantisce una pressione
di partenza costante. Onde far giungere l'acqua in tutte le aree
abitate e quindi anche quelle poste più in alto rispetto
ad altre, si usa mantenere una pressione di esercizio elevata
nel mentre, per ricondurre la pressione stessa entro i normali
valori di utilizzazione, ogni allacciamento privato d'utenza è
munito di valvola di riduzione.
Una rete così concepita presenta notevoli vantaggi sia
di costruzione che di funzionalità in quanto sono sufficienti
condotte di piccolo diametro per addurre all'utenza, senza alcuna
spesa energetica, portate anche notevoli. Sorgono però
gravi problemi in ordine alle perdite di rete che, a causa della
elevata pressione di esercizio, sono cospicue e richiedono una
continua azione di verifica e manutenzione ed in ordine alle modalità
costruttive e di riparazione delle tubazioni in quanto devono
essere impiegati materiali ed apparecchiature idrauliche appropriate.
L'inconveniente si manifesta in maniera preponderante durante
i periodi di bassi consumi, soprattutto notturni, durante i quali
la piezometrica di rete tende a raggiungere la pressione idrostatica
con conseguenti elevatissime pressioni in condotta ed ancora maggiori
perdite d'acqua. In realtà la pressione idrostatica non
viene mai raggiunta in quanto le condotte di rete sono in continuazione
percorse da rilevanti portate dovute soltanto di giorno al consumo
dell'utenza nel mentre la notte sono le perdite che, come detto,
assumono valori elevatissimi.
Risulta evidente la necessità di porre rimedio ad una situazione
come quella descritta e ciò può aver luogo esclusivamente
evitando, per quanto possibile, il funzionamento delle condotte
a pressione elevata in quanto è da essa che derivano tutti
i problemi.
2.2. LA RETE IDEALE
Come dimostrato nelle varie memorie riportate
nel sito http://altratecnica.3000.it il normale funzionamento
degli acquedotti in genere e quindi anche di quelli dei territori
montani in oggetto, richiede che la pressione massima di esercizio
sia comunque contenuta entro un valore massimo di circa 50 m di
colonna d'acqua misurata dall'asse tubo nel mentre il valore di
pressione da considerare ottimale può essere definito in
35 m circa. Una soluzione ancora piu' razionale ed economica è
quella che consente di regolare automaticamente la pressione di
esercizio in funzione del fabbisogno istantaneo dell'utenza. Per
poter rispettare tali regole anche negli acquedotti montani a
gravità è necessaria una loro costituzione totalmente
diversa da quella tradizionale che, come già detto, è
molto semplicemente costituita da una rete magliata o ramificata
estesa senza interruzione idraulica nella parte del territorio
da servire anche se avente notevoli dislivelli topografici. La
soluzione va ricercata nella suddivisione della tubazioni di rete
in due diverse categorie. Alla prima appartengono le condotte,
chiamate di adduzione, e che corrono all'incirca lungo le linee
di massima pendenza del suolo. Si tratta di condotte totalmente
prive di allacciamenti di utenza, costruite con materiali ed apparecchiature
atte a sopportare le elevate pressioni di esercizio cui sono sottoposte
allo scopo di possedere costantemente un elevato carico idraulico
atto ad alimentare le condotte secondarie con buon margine di
sicurezza anche in caso di richieste d'acqua eccezionali come
sono quelle necessarie per spegnimento di incendio o per notevoli
richieste dell'utenza. Ogni qualvolta detta pressione assume valori
eccessivi sarà comunque possibile ridurla tramite pozzetti
di interruzione oppure valvole di riduzione munite di servocomando
e di asservimento all'impianto di telecomando centralizzato.
Le condotte di distribuzione sono quelle in derivazione dalle
prime e che corrono grosso modo parallelamente alle curve di livello
del terreno collegando trasversalmente tra di loro le adduttrici
prima descritte. Quando l'andamento del terreno presenta delle
aree pianeggianti o a lieve pendenza di una certa estensione,
le condotte distributrici formano delle piccole sottoreti magliate
o ramificate locali collegate alle estremità di inizio
e fine, con le adduttrici viciniori. La caratteristica essenziale
delle condotte in argomento è quella di funzionare alla
pressione normale di esercizio prima definita e, a tale scopo,
sono dotate, in tutti i punti di collegamento con le adduttrici
del primo tipo, di valvola di riduzione della pressione munita
di apparecchi di misura e trasmissione della pressione di valle
e di monte ed inoltre di servocomando azionato dall'impianto di
telecontrollo e telecomando centrale. Tutti gli allacciamenti
di utenza e le piccole condotte di diramazione ad essi assimilabili,
devono essere derivate dalle condotte distributrici in oggetto
e pertanto funzionano a pressione normale di esercizio nel mentre
ogni singola condotta o gruppo di condotte è dotata di
apparecchiatura per il rilievo e la trasmissione in automatico
delle pressioni di funzionamento.
L'impianto di telecontrollo e telecomando provvede alla regolazione
delle valvole di riduzione della pressione di valle in modo che
sia in continuazione rispettato nella consegna dell'acqua all'utenza
il grafico giornaliero preimpostato delle pressioni. Quest'ultimo
può ad esempio prevedere che durante la notte dalle ore
23 alle 5 la pressione sia di soli m. 15, che alle 5 essa cominci
a salire per giungere alle ore 9 ad un massimo di m. 35 da mantenersi
costante fino alle ore 11, che si abbassi in modo da raggiungere
i 30 m. alle 19 e poi i 15 m alle 23. Una volta definito il grafico,
il cui andamento potrà comunque essere variato in base
alle necessità reali di esercizio, sarà l'impianto
di telecontrollo centrale che, ricevuta la segnalazione in tempo
reale della pressione effettiva che si riscontra nei punti caratteristici
delle condotte di distribuzione, effettuerà la regolazione
delle valvole in modo che in ciascuno di esse i valori del grafico
siano rispettati durante tutta la giornata.
Per meglio illustrare i concetti esposti, si riporta
in fig. 1 (clicca sopra per ingrandire) lo schema planimetrico
di una rete tipica delle zone montane. La sorgente (punto A),
situata in posizione altimetricamente elevata, è collegata
a tutto il territorio da servire tramite una condotta ad anello
che circonda tutto il territorio e che, funzionando ad alta pressione,
deve essere realizzata con condotte ed apparecchiature adeguate.
Nei punti B e C sono previste due valvole di riduzione per abbassare
convenientemente la pressione in quanto essa assumerebbe valori
inutilmente elevati. Da dette tubazioni si dipartono le condotte
secondarie costituite da singole diramazioni oppure piccole sottoreti
collegate tramite valvole di regolazione della pressione e munite,
nei loro punti caratteristici, di apparecchiatura per la misura
e trasmissione in continuo delle pressioni di esercizio. Se si
considera idealmente tale rete come costituita dalla sole condotte
della seconda categoria e dagli allacciamenti di utenza e cioè
dalle strutture dalle quali dipende direttamente il rifornimento
idropotabile dell'utenza, si ottiene un sistema acquedottistico
di distribuzione d'acqua potabile ottimale in quanto caratterizzato
da una piezometrica sempre parallela al suolo pur essendo in presenza
di un territorio ad andamento altimetrico così variegato
ed inoltre con pressioni reali di consegna dell'acqua anch'esse
ottimali. I vantaggi sono essenzialmente quelli di una consegna
sempre corretta dell'acqua, di contenere le perdite occulte entro
valori limitatissimi ed infine di possedere una grande elasticità
di esercizio che consente di far fronte a qualunque situazione
imprevista come ad esempio maggiori richieste di rete per eccezionali
necessità grazie al grande carico idraulico delle condotte
di adduzione e al sistema di regolazione automatico che assicura
nei punti di consegna ed anche in tali evenienze, la pressione
preimpostata. Presenta inoltre il vantaggio di vedere concentrato
nelle sole condotte di adduzione e nelle valvole di riduzione
della pressione il funzionamento ad alta pressione il che comporta
limitati oneri di manutenzione.
2.3. RAFFRONTO TRA RETE CLASSICA E RETE IDEALE
Il vantaggio principale presentato dalla rete ideale nei confronti di quella classica è quella di presentare una rete di distribuzione, alla quale sono allacciate tutte le utenze, che funziona 24 ore su 24 ad una pressione sempre adeguata al fabbisogno nel mentre la rete classica è caratterizzata da pressioni sempre eccessivamente elevate e, qual che è peggio, ancora più elevate nei periodi di minor consumo , soprattutto notturni. A tale favorevole circostanza fa riscontro un ulteriore beneficio anch'esso ascrivibile alla rete ideale e cioè una consistente riduzione, rispetto alla rete classica, delle perdite occulte di rete perdite che, come ben noto, sono notevolmente influenzate dalla pressione di funzionamento delle condotte.
3. RETE A SOLLEVAMENTO MECCANICO
Si tratta di impianti acquedottistici nei quali il carico piezometrico
necessario per il trasporto dell'acqua dalla produzione fino al
domicilio dell'utente è ottenuto tramite pompaggio. In
questi casi il servizio idropotabile non può aver luogo
se non previa suddivisione del territorio da alimentare in tante
fasce orizzontali dell'altezza di circa 50 m, ciascuna delle quali
dotata di propria sottorete idraulicamente separata da quelle
viciniori. Il recapito dell'acqua è effettuato tramite
diversificati impianti di sollevamento a prevalenza via via crescente
a partire dalle fasce poste alla quota più bassa verso
quelle più elevate in modo che in ciascuna di esse si mantengano
adeguate pressioni di esercizio.
Una diversa conformazione degli impianti acquedottistici volta
ad estendere su tutto il comprensorio, indipendentemente dal suo
andamento altimetrico, una rete di distribuzione unitaria, comporterebbe
gravi inconvenienti per cui, nel presente lavoro, non viene nemmeno
presa in considerazione anche se tale disposizione trova attuazione
in molte realtà acquedottistiche. Essa richiederebbe infatti
che tutta l'acqua, e quindi anche quella destinata alle utenze
poste alle quote inferiori, fosse innalzata fino ad una quota
corrispondente al punto più elevato del comprensorio salvo,
nelle zone basse, provvedere alla dissipazione del carico in eccesso
tramite apparecchiature di regolazione disseminate nelle condotte
stradali o inserite negli allacciamenti di utenza. Il circolo
vizioso che così avrebbe origine produrrebbe elevate ed
inutili spese energetiche date dalla prevalenza delle pompe inutilmente
elevata, nel mentre il funzionamento a forte pressione cui sarebbero
sottoposte molte condotte stradali, oltre a richiedere particolari
e costosi accorgimenti costruttivi e di esercizio, provocherebbe
rilevanti perdite stradali d'acqua con ulteriore danno economico
di gestione.
3.1. LA RETE CLASSICA
La rete normalmente utilizzata per l'alimentazione dei territori collinari, comunque suddivisi come indicato per fasce omogenee orizzontali, prevede che ciascuna sottorete sia munita di un serbatoio di carico situato nella sua parte più elevata ed alimentato da una o più condotte di adduzione totalmente indipendenti dalla rete di distribuzione. Il sollevamento dell'acqua può aver luogo sia tramite un unico impianto ubicato in prossimità della produzione d'acqua e munito di più serie di pompe di adeguata prevalenza (V. fig. 2 allegata) o, specialmente quando il dislivello da vincere è notevole, mediante più impianti in serie ubicati ad altezze via via crescenti (V. fig. 3 allegata).
I vantaggi di una disposizione come quella
descritta, conclamati dalla letteratura tecnica e documentati
da molte realtà acquedottistiche, consistono nella costanza
della pressione di partenza di ciascuna rete e nella presenza
di un invaso in quota atto a garantire il rifornimento idropotabile
anche in caso di brevi rotture o fuori servizio della produzione.
Fanno riscontro alcuni inconvenienti che, a causa della notevole
incidenza delle spese di sollevamento, possono essere definiti
di una certa gravità soprattutto se si tengono presenti
le grandi possibilità offerte dalla moderna tecnica acquedottistica
per ovviarvi come sarà più avanti indicato.
3.2. LA RETE IDEALE
La rete, in ogni caso suddivisa per fasce
orizzontali di circa 50 m di altezza come indicato nei capitoli
precedenti, sarà (vedi schema della fig. 4 allegata) contrariamente
alla rete di tipo classica, munita di due soli serbatoi di accumulo.
Il primo, annesso all'impianto di produzione è destinato
alla compensazione giornaliera della quasi totalità delle
portate, il secondo, di regola ubicato nella parte più
elevata del territorio, delle punte massime locali secondo le
regole della rete ideale di cui all'articolo "La razionalizzazione
delle reti di distribuzione d'acqua potabile a sollevamento meccanico"
pubblicato nella rivista L'Acqua n. 3/98 e nel sito http://altratecnica.3000.it.
Ogni sottorete sarà munita di proprio impianto di sollevamento
munito di casse d'aria a valle per quello annesso all'impianto
di produzione e a monte e valle per le altre. Il serbatoio di
compenso sarà munito di pompa di risollevamento con cassa
d'aria solo a valle. Le casse d'aria poste a valle del sollevamento
possono essere vantaggiosamente sostituite da serbatoi idropneumatici
(vedi articolo su http://altratecnica.3000.it
) ottenendo il vantaggio di avere in rete dei volumi d'acqua
di riserva cioè pronti ad entrare in rete per fuori servizio
del pompaggio.
Ad esempio nel caso di un comprensorio avente tre fasce omogenee (vedi schema semplificato di fig.4) si avranno le seguenti stazioni:
Stazione P1.
E' dotata di pompa a velocità variabile della portata massima
pari a quella dell'intero territorio (fascia A + B + C) con asservimento
del numero di giri al diagramma preimpostato delle pressioni dei
nodi critici della rete A. Ciò consente ottimizzare la
pressione di esercizio in funzione delle effettive necessità
dell'utenza consegnando l'acqua alla maggior pressione quando
maggiori sono le richieste nel mentre durante le ore di bassi
consumi e particolarmente durante la notte, la pressione viene
abbassata contribuendo non solo ad economizzare nelle spese energetiche
di sollevamento ma soprattutto a diminuire le perdite occulte
che, come noto, sono funzione diretta della pressione di esercizio.
La pompa P1 aspira direttamente dal serbatoio della produzione
ed alimenta tutte le utenze della rete A con immissione diretta
in rete della portata da esse richiesta e di quella necessaria
per le reti superiori e che la pompa P2 aspira dalla stessa rete
A.
Stazione P2
E' dotata di pompa a velocità variabile della portata pari
a quella massima dell'intero territorio (fascia A + B + C) con
asservimento del numero di giri al diagramma preimpostato delle
pressioni dei nodi critici della rete B. Aspira direttamente dalla
rete A ed alimenta tutte le utenze della rete B con immissione
diretta in rete della portata da esse richiesta e di quella necessaria
per la rete superiore e che la pompa P3 aspira dalla stessa rete
B.
Stazione P3.
E' dotata di pompa a velocità variabile che aspira direttamente
dalla rete B inferiore e della portata massima pari a quella max
dell'intera rete (fascia A + B + C) con asservimento del numero
di giri al diagramma preimpostato delle pressioni dei nodi critici
della rete C. Per il suo funzionamento viene definito un valore
fisso ma tarabile di portata totale massima sollevata (cioè
in uscita dalla pompa P1) pari al valore della portata media del
giorno di massimo consumo dell'intera rete (rete A + rete B +
rete C). Quando la portata richiesta dalla intera rete (e cioè
la portata innalzata da P1) raggiunge la portata di soglia, la
pompa P3 in argomento cessa di essere asservita alla pressione
dei nodi e la regolazione della sua velocità di rotazione
ha luogo in funzione della portata della P1 in modo che tale portata
si mantenga costantemente sul valore di soglia prefissato. In
altri termini la P3 riduce man mano la portata da essa aspirata
dalla rete inferiore in modo che la portata di P1 sia costantemente
pari alla portata di soglia normalmente corrispondente alla media
del giorno di massimo consumo.
Durante la notte la rete immette nel serbatoio i volumi d'acqua
necessari per coprire la punta di tutto il territorio (reti A,B,C)
tramite la regolazione automatica della valvola di ingresso al
serbatoio ed asservita ad un prefissato diagramma giornaliero
dei livello che il serbatoio deve assumere durante le 24 ore della
giornata.
Stazione P4
E' destinata a coprire le portate di punta dell'intero territorio.
La pompa, asservita al diagramma giornaliero delle pressioni della
rete C, entra in funzione quando la pressione dei nodi critici
della stessa rete C non più sorretta dalla pompa P3 che
ha raggiunto la portata di soglia, tende a scendere al di sotto
dei valori di diagramma prefissato. Ovviamente la valvola di immisssione
d'acqua nel serbatoio 4 è sempre chiusa quando la pompa
4 è in moto.
Il funzionamento degli impianti è
il seguente.
Durante la notte la pompa P4 è ferma perché la pressione
ai nodi è mantenuta dalla pompa P3. Il serbatoio riceve
dalla rete i volumi necessari al suo riempimento secondo il diagramma
giornaliero prefissato dei livelli in vasca. La pompa P1 regola
la propria velocità in modo da mantenere la pressione prefissata
ora per ora nei nodi critici della propria rete e solleva tutta
la portata richiesta dagli utenti della rete A e quella aspirata
dalla pompa P2. Le pompe P2 e P3 funzionano in modo analogo alla
P1 con la sola differenza che ognuna di esse si regola in funzione
della pressione ai nodi critici della propria rete da alimentare.
Al mattino quando il serbatoio è pieno la valvola di immissione
si chiude e l'invaso resta al massimo livello.
Quando i consumi dell'utenza iniziano a ad assumere valori via
via più rilevanti le P1, P2 e P3 aumentano la velocità
di rotazione in modo da seguire la richiesta e mantenere ai nodi
critici delle varie reti di appartenenza le pressioni prefissate
nel grafico giornaliero preimpostato per qualunque valore di portata
e quindi anche durante l'ora di punta . La pompa P3 è la
sola che, quando la portata della P1 tende a superare il valore
di soglia e cioè la portata media del giorno di massimo
consumo, limita la portata aspirata dalla rete inferiore e regola
automaticamente la velocità di rotazione in modo che la
P1 si mantenga costantemente sulla portata di soglia. Da tale
istante la pressione dei nodi critici della rete C tende a scendere
sotto ai valori preimpostati il che provoca la messa in moto della
P4 volta al mantenimento di tali valori mediante asservimento
automatico.
Alla sera al diminuire delle richieste della rete C e rientrata
la pressione entro valori normali la P4 si fermerà tornando
al regime della mattina.
Nel caso, puramente ipotetico, in cui il consumo utenza fosse
zero, le P!, P2 e P3 solleverebbero ciascuna la portata necessaria
per far coincidere i livelli del serbatoio con quelli della curva
preimpostata e ciò per una portata massima pari a Qmed.tot.
Le P1, P2 e P3 sono comunque dimensionate per il consumo di punta
in modo da poter far fronte ad imprevedibili maggiori richieste
dovute a consumi eccezionali o a fuori servizio di qualche apparecchiatura
o condotta.
3.3. RAFFRONTO FRA RETE CLASSICA E RETE IDEALE
Il vantaggio più evidente della
rete ideale descritta è quello di liberare la pressione
di esercizio dai vincoli imposti dai serbatoi di carico presenti
nella rete classica e dovuti ai livelli minimo e massimo di invaso
di ciascuno di essi entro i quali dovrebbe essere contenuta la
pressione di rete perché i serbatoi stessi potessero svolgere
il compito loro assegnato nel mentre la pressione di consegna
dell'acqua agli utenti che ne deriva può risultare inadeguata.
Al contrario nella rete ideale si avrà cura di graduare
la pressione di pompaggio, in modo che, mediante asservimento
a quella effettiva rilevata in più punti e trasmessa in
tempo reale alle centrali di sollevamento, sia più elevata
nelle ore di maggior consumo e più bassa nelle ore notturne
o comunque di minor richiesta. I vantaggi ottenibili, tanto più
importanti quanto più la rete è estesa in senso
orizzontale, sono molteplici :
- una minor spesa per l'energia di sollevvamento;
- una diminuita incidenza delle perdite oocculte di rete dovuta
alla più bassa pressione notturna;
- una pressione sempre adeguata alle neceessità dell'utenza.
Per quanto riguarda la scarsità di invasi in quota che
caratterizza la rete ideale e la conseguente mancata presenza
di importanti volumi d'acqua in quota pronti ad entrare in rete
per ovviare ad eventuali guasti, si vedrà nel cap. 3.6
come vi si possa rimediare mediante particolari accorgimenti tecnici
atti ad offrire altrettante se non superiori garanzie di buon
funzionamento.
Un ulteriore vantaggio è dato dal risparmio energetico
che si realizza nella rete ideale per trasportare i volumi d'acqua
dalla produzione alle varie reti superiori. Infatti nel mentre
nella rete classica tale lavoro viene svolto dalle condotte di
adduzione con una rilevante perdita di carico, caratteristica
precipua delle condotte singole, nella rete ideale ha luogo mediante
utilizzazione della intera rete magliata che, in quanto tale,
può svolgerlo con perdite sensibilmente inferiori soprattutto
durante i periodi notturni di basso consumo dell'utenza. Tutte
le condotte di rete, anche quelle più lontane dalla stazione
di pompaggio, concorrono infatti all'adduzione con risultati ottimi
per quanto riguarda il risparmio energetico di pompaggio.
3.4. VARIANTI ED ADATTAMENTI DELLO SCHEMA SEMPLIFICATO
Lo schema semplificato di rete di cui
al capitolo precedente è difficilmente applicabile ad una
acquedotto reale in quanto lo stato di fatto presenta sovente
situazioni obbiettive ben più complesse ed esigenze di
vario tipo che, fermi restando i concetti di base descritti, comportano
delle varianti .
Se si esamina la costituzione più frequente dei grossi
centri abitati si constata come il loro sviluppo planimetrico
abbia luogo non tanto verso l'alto, quanto piuttosto in senso
orizzontale. Ne risultano quindi fasce altimetriche idraulicamente
omogenee caratterizzate da una profondità modesta a fronte
di una notevolissima lunghezza. Ad esempio in un territorio avente
pendenza trasversale media del 20% le sottoreti avranno una larghezza
di soli 250 m. mentre longitudinalmente possono arrivare a più
Km. Il problema di avere una linea piezometrica il più
possibile parallela al suolo è quindi reso difficoltoso
non tanto dalla pendenza del terreno da cui derivano inevitabilmente
pressioni esuberanti nelle parti basse e scarse in quelle elevate
quanto piuttosto dalla notevole estesa orizzontale delle reti
che richiedono, nei periodi di forti consumi, di carichi idraulici
rilevanti cui corrispondono altrettanto notevoli escursioni nella
pressione di consegna dell'acqua.
La rete ideale proposta nel presente lavoro funzionando a pressione
di pompaggio asservita alle richieste dell'utenza, consente di
risolvere brillantemente quest'ultimo problema nel mentre alla
inadeguatezza di pressione dovuta al dislivello topografico del
territorio si può, almeno in parte, ovviare creando delle
fasce di altezza inferiore ai 50 m già citati.
In definitiva gli accorgimenti da adottare potranno essere i seguenti:
- nella progettazione delle sottoreti si terrà conto della consistenza reale delle fasce prevedendo, soprattutto nelle città a grande estensione orizzontale e a scarsa pendenza trasversale, altezze di ciascuna fascia inferiori a 50 m ( ad esempio 30 m). Si otterranno notevoli benefici nella pressione di esercizio che si traducono in un miglior funzionamento idraulico e una notevole economia di gestione.
- i centri di produzione saranno preferibilmente
in numero superiore a uno e dislocati in diverse parti del territorio.
Ogni impianto immetterà la portata nella sottoreterete
di appartenenza sulla base della propria quota altimetrica. Saranno
preferiti impianti di produzione diversificati per modalità
di reperimento (ad esempio acqua potabilizzata, da sorgenti ,
da pozzi ecc. ecc.) in modo da assicurare il rifornimento di base
anche in caso di crisi di una delle categorie di fonti o di panne
di una delle centrali. In tali casi le centrali che rimangono
in funzione, essendo a pressione variabile, possono svolgere un
ruolo determinante grazie alla possibilità, propria della
metodologia proposta, di funzionamento a pressione maggiorata
rispetto a quella normale;
- in rete potranno essere previsti più serbatoi di compenso , sempre ubicati nelle sottoreti di quota più elevata come indicato nello schema semplificato del cap. 3.1. Ogni serbatoio dovrà logicamente essere munito di proprio impianto di risollevamento del tipo indicati nello schema semplificato e cioè con pompe a velocità variabile asservite alla pressione preimpostata ora per ora nei nodi critici della rete di appartenenza. Il riempimento del serbatoio avrà luogo, a prezzo di un modesto dispendio energetico conseguente alla necessità di dissipare una parte del carico idraulico, prelevando l'acqua dalla rete inferiore tramite valvola di regolazione asservita ad un preimpostato diagramma giornaliero di riempimento/svuotamento. La stazione di pompaggio della rete inferiore rispetto al serbatoio in oggetto, rifornirà direttamente l'utenza di sua competenza essendo asservita al grafico giornaliero preimpostato della pressione ai nodi critici con una soglia massima di pompaggio da definirsi caso per caso ed in funzione delle soglie delle altre pompe (la portata somma delle soglie deve essere pari alla portata media del giorno di massimo consumo di tutta la rete). La pompa solleverà anche la portata da consegnare alle pompe delle sottoreti superiori. Raggiunto il valore di soglia, la pompa, variando opportunamente il numero dei giri, mantiene tale portata nel mentre la pompa di risollevamento inizierà a funzionare per mantenere ai nodi critici la pressione preimpostata cui è asservita.
Si segnala infine la possibilità
di prevedere, nelle aree nelle quali la pressione di esercizio
si mantiene su valori ancora troppo elevati, condotte di distribuzione
secondaria munite di valvola di regolazione della pressione, onde
migliorare ulteriormente il funzionamento della rete. Il tutto
come sarà dettagliatamente spiegato nel seguente capitolo.
3.5. ULTERIORI ACCORGIMENTI PER MIGLIORARE LA PRESSIONE DI ESERCIZIO
Una delle condizioni essenziali per un
regolare funzionamento della rete consiste nell'avere pressioni
in condotta sempre adeguate all'alimentazione dell'utenza sia
durante i periodi di forti consumi sia in quelli, soprattutto
notturni, di bassa richiesta. Purtroppo l'andamento del terreno
che caratterizza gli acquedotti delle zone montane rende comunque
difficoltoso il raggiungimento di tale risultato. La rete ideale
può dare buoni risultati grazie alle modalità di
funzionamento a pressione di pompaggio variabile e, come già
detto, grazie alla suddivisione in fasce di altezza modesta. Alcune
modifiche della sua impostazione di base consentono di ottenere
risultati ancora migliori sia pure a prezzo di ulteriori sofisticazioni
tecniche. Si tratta di cambiare, in parte, lo schema idraulico
prima descritto, aggiungendo, nelle zone a pressione troppo elevata,
delle condotte secondarie di distribuzione poste lungo le curve
di livello del tutto simili a quelle già descritte per
la rete a gravità e, come tali, dotate, in tutti i punti
di collegamento con la rete principale, di valvola di riduzione
della pressione munita di apparecchi di misura e trasmissione
della pressione di valle e di monte ed inoltre di servocomando
azionato dall'impianto di telecontrollo e telecomando centrale.
Gli allacciamenti di utenza e le piccole condotte di diramazione
ad essi assimilabili, devono essere derivate dalle condotte distributrici
in oggetto e pertanto funzionano a pressione di esercizio regolata
nel mentre ogni singola condotta o gruppo di condotte è
dotata di apparecchiatura per il rilievo e la trasmissione in
automatico delle pressioni di funzionamento. Con le modifiche
qui proposte si viene ad avere, in definitiva, una rete composta
da due sottoreti di distribuzione delle quali la principale, suddivisa
per fasce altimetriche omogenee, è destinata alla adduzione
delle portate alle fasce superiori ed alla alimentazione diretta
di quelle utenze che, essendo ubicate nella parte altimetricamente
più elevata, godono di pressioni di esercizio normali.
La seconda sottorete, limitata alle sole zone delle parti basse
di ciascuna fascia dove la pressione di consegna all'utenza tende
ad assumere valori esagerati, è costituita da condotte
poste per lo più parallelamente alle curve di livello che
si staccano dalla sottorete precedente per alimentare con pressione
regolata tramite valvole di riduzione della pressione comandate
dal sistema di telecomando centrale, le restanti utenze.
In altri termini con la disposizione descritta si viene ad applicare,
in parte, il concetto già indicato al cap. 2.2 per le reti
a gravità nelle quali le condotte secondarie sono munite
di valvole di regolazione della pressione. Anche nel caso di reti
a sollevamento meccanico come sono quelle in oggetto, la dissipazione
di carico che ha luogo nei punti di collegamento delle condotte
secondarie con quelle principali, non comporta alcun aggravio
economico nella spesa energetica in quanto la prevalenza delle
pompe è data dalla conformazione altimetrica delle fasce
e non subisce alcuna modifica per effetto del lavoro delle valvole
semmai si ottiene un beneficio a seguito della minor incidenza
delle perdite di rete per la diminuita pressione in condotta.
Per
meglio illustrare i concetti esposti si sono indicate nella figura
n. 6 (clicca sopra per ingrandire) le modifiche da apportare alla
rete di cui al n. 3.2 per applicare i concetti esposti. Con tali
modifiche la rete di distribuzione principale, contrassegnata
con colore rosso svolge il duplice compito di alimentare tutte
le utenze poste nelle parte superiore di ciascuna fascia e di
addurre tutta la portata d'acqua necessaria per alimentare le
fasce superiori, nel mentre le condotte aggiunte, indicate con
colore azzurro e facenti parte della sottorete a pressione regolata,
consentono di mantenere nelle zone basse servite delle pressioni
sempre adeguate grazie all'azione delle valvole di riduzione presenti
nei punti di collegamento con la rete principale .
3.6. LA SICUREZZA DI ESERCIZIO
La presenza dei serbatoi di carico che nella rete classica si trovano in testa ad ognuna delle sottoreti che la compongono costituisce un importante fattore di sicurezza in quanto i grandi volumi d'acqua in quota in essi contenuti consentono, anche in caso di eventuali fuori servizio dell'adduzione, di alimentare la rete sottesa per tutto o parte del tempo necessario per le riparazioni o comunque per far fronte al disservizio . Al contrario il funzionamento della rete ideale appare, a tutta prima, ben più precario in quanto l'alimentazione di tutta la rete è condizionato al funzionamento ininterrotto delle pompe di sollevamento e risollevamento i cui pur sempre possibili fuori servizio per mancanza improvvisa di corrente, guasti meccanici, errate manovre ecc. ecc comporterebbero gravi disservizi in tutta la rete alimentata.
Un esame approfondito delle possibilità
offerte dalla moderna tecnologia porta però a alla conclusione
che non è pensabile che la sicurezza di esercizio di una
rete debba per forza essere affidata, come un tempo, ai soli serbatoi
di testa. Si può invece affermare che, se vengono adottate
determinate cautele e provvedimenti, la descritta rete ideale
presenta altrettanto se non superiori garanzie di buon funzionamento
in tutti i casi di disservizio che possano presentarsi.
Innanzitutto bisognerà curare che ognuna delle apparecchiature
principali della rete ideale sia dotata di riserva in grado di
sostituirsi, immediatamente ed automaticamente a quella principale
quando quest'ultima avesse ad andare fuori servizio per un qualunque
motivo. Tutti gli impianti dovranno inoltre essere dotati di gruppi
elettrogeni autonomi ed automatici in grado di fornire tutta la
corrente elettrica necessaria per il funzionamento delle apparecchiature
essenziali anche in caso di deficienza nell'alimentazione Enel.
L'intervallo di tempo, solitamente di pochi minuti, necessario
per la messa a regime dei gruppi elettrogeni potrà essere
efficacemente coperto dalle casse d'aria annesse alle pompe e
comunque utili al fine di attenuare i colpi d'ariete che il pompaggio
diretto in rete inevitabilmente provoca. Il funzionamento dei
computer di comando e controllo del funzionamento di tutti gli
impianti e delle apparecchiature di misura e trasmissione dati
inserite in rete sarà assicurato mediante gruppi di continuità
atti alla loro alimentazione elettrica per un periodo sufficiente
per il ripristino dell'energia Enel.
Un altro fattore di sicurezza è dato dalla presenza, sempre
auspicabile, di più impianti di produzione disseminati
all'interno o all'esterno della rete ed aventi, tutte le volte
che le circostanze lo consentono, diversificate caratteristiche
sia per quanto concerne le fonti (acque profonde in alternativa
a quelle di superficie, acqua naturalmente potabile alternate
a quella derivata da potabilizzazione, pozzi profondi e superficiali
ecc.), sia per l'ubicazione che per tipologia .
Un ulteriore fattore di sicurezza è dato infine dal collegamento
con acquedotti viciniori con possibilità di interscambio
di portate da attuarsi in caso di bisogno. Anche in tale evenienza
la grande elasticità di esercizio propria della rete ideale,
consente di adeguare le condizioni di funzionamento alle caratteristiche
di detta alimentazione sussidiaria.
Risulta con evidenza che un acquedotti dotato di tutti o di una
buona parte degli accorgimenti sopra elencati presenta delle caratteristiche
di sicurezza ben maggiori di quelle rappresentate dai soli serbatoi
in quota previsti nelle reti classiche.
4. RETE MISTA A GRAVITA' E SOLLEVAMENTO MECCANICO
Quando le fonti poste a quota elevata
non presentano una producibilità sufficiente per far fronte
alle punte di consumo dell'utenza, si deve per forza ricorrere
all'integrazione di portata da fonti poste a quote inferiori o
comunque ad acqua di altra origine che deve essere sollevata meccanicamente
per essere immessa nelle reti in argomento le quali, per assunto
di base, sono reti di tipo montano e come tali altimetricamente
elevate.
Presupposto di base, in tali casi, è quello di privilegiare
l'utilizzazione dell'acqua prodotta dalle fonti in quota atte,
come ripetutamente detto, ad evitare ogni dispendio energetico
nel mentre la rete di distribuzione deve, anche in questo caso,
rientrare nel tipo indicato come rete ideale nel capitolo 3 in
quanto rappresenta una razionale soluzione dei relativi problemi.
La particolare e già descritta costituzione della rete
di distribuzione offre, anche nel caso delle reti miste di cui
qui si discute, notevoli vantaggi nel sollevamento della portata
integrativa in quanto quest'ultimo può essere relativamente
modesto poichè ci si può limitare ad immettere l'intera
portata integrativa nelle reti secondarie di distribuzione poste
alle quote più basse, contenendo quindi la prevalenza entro
valori minimali. Ovviamente tutta l'acqua distribuita a gravità
viene riservata per intero alle reti secondarie superiori.
5. CONSIDERAZIONI GENERALI FINALI
Si sono descritte le caratteristiche costruttive e di esercizio della rete di distribuzione d'acqua potabile a servizio di territori montani suddividendola in tre categorie:
1. Rete funzionante a gravità
2. Rete a sollevamento meccanico
3. Rete mista gravità e sollevamento meccanico
Nel primo caso (reti a gravità) si sono descritti i difetti principali che riguardano essenzialmente l'eccessiva pressione di funzionamento. Si sono indicate le modalità da seguire per realizzare reti di distribuzione con piezometrica sempre parallela al suolo e normali pressioni in condotta. Lo scopo viene raggiunto assegnando ad alcune condotte la funzione di alimentazione primaria e alle altre, la cui pressione di funzionamento è costantemente regolata dall'impianto di telecontrollo, quella di rifornimento diretto dell'utenza. Si ottengono notevoli benefici nella consegna dell'acqua all'utenza che risulta sempre corretta, nelle perdite di rete in quanto viene eliminato il fattore che, nelle reti di tipi tradizionale, ne aumenta enormemente il volume ed infine nella elasticità di esercizio che si mantiene elevata ed atta a far fronte ad ogni richiesta eccezionale d'acqua.
Per quanto riguarda gli acquedotti del
secondo tipo (rete a sollevamento meccanico) si sono descritte
le caratteristiche costruttive e di esercizio, del tutto diverse
da quelle tradizionali, e che comprendono essenzialmente:
- l'utilizzazione della rete magliata siaa per la distribuzione
dell'acqua agli utenti sia per la sua adduzione alle reti superiori
;
- il pompaggio diretto in rete asservito alla pressione effettiva
dei nodi critici della rete;
- la compensazione delle portate effettuaata dai serbatoi annessi
alla produzione e, in minima parte, da quelli di rete.
Risultati salienti sono:
- una pressione sempre adeguata al fabbissogno dell'utenza;
- una grande elasticità di esercizzio che consente di affrontare
anche situazioni eccezionali come sono le richieste di portate
necessarie per far fronte a incendi, situazioni particolari o
fuori servizio di qualche apparecchiatura o condotta, il collegamento
con acquedotti viciniori per utilissimi interscambi di portata
;
- ridotti consumi energetici per il solleevamento dell'acqua;
- grande sicurezza di esercizio./B>
Ci si è dilungati anche ad indicare come, tramite aggiunta di alcune condotte secondarie di distribuzione munite di valvole di regolazione della pressione asservite alla pressione di arrivo, si possa migliorare notevolmente il servizio garantendo in rete, anche in presenza di territori accidentati come sono quelli in argomento, una piezometrica sempre parallela al suolo e diminuendo ulteriormente le perdite occulte.
Nella memoria si sono in fine descritte
le modalità da seguire nella realizzazione e nella gestione
delle reti dei territori montani del terzo tipo (misto a sollevamento
meccanico e gravità). In particolare si è dimostrato
come la rete ideale proposta consenta di ottenere notevoli benefici
anche in questo settore in quanto l'acqua prodotta dalle fonti
poste ad alta quota oltre ad essere utilizzata nella sua totalità,
viene anche riservata alle reti di distribuzione di quota più
elevata. Oltre ad avere in rete pressioni sempre adeguate al fabbisogno,
si ottengono notevoli economie energetiche in quanto è
sufficiente immettere l'acqua di integrazione proveniente da sollevamento
nelle sole reti di bassa quota con notevole contenimento della
prevalenza manometrica delle pompe.