PREMESSA
Il funzionamento idraulico di molti complessi
acquedottistici viene tenuto sotto controllo dalle sofisticate
procedure degli impianti di telecontrollo e telecomando che, tenuto
conto di tutte le condizioni reali e di quelle di previsione,
ne ottimizzano tutte le funzioni, ivi compresa la regolazione
dei serbatoi di compenso che forma, in particolare, l'oggetto
della presente memoria. Molto spesso, invece, la regolazione dei
serbatoi ha luogo semplicemente mediante valvole di efflusso a
galleggiante o altro equivalente dispositivo idraulico di asservimento
delle portate entranti nel serbatoio con il livello dell'acqua
in esso contenuta. In pratica il dispositivo determina la chiusura
totale del flusso in entrata quando il serbatoio è giunto
al massimo livello mentre, in fase di svuotamento, quando il livello
oltrepassa via via le quote di riferimento fissate in rapida successione
appena sotto alla quota di sfioro ha luogo la progressiva apertura
della valvola di immissione e, in fase di riempimento la sua chiusura
per gradi. Tali modalità di regolazione sono ritenute ottimali
in quanto vengono rispettate le condizioni principali che sono
quelle di evitare lo sfioro quando il serbatoio è pieno
e di aumentare o diminuire il flusso in entrata non appena il
livello varia di pochi centimetri in meno o in più rispetto
al massimo livello. Si ottiene inoltre il vantaggio di forzare
i serbatoi verso il massimo livello possibile e quindi in grado
di fronteggiare eventuali emergenze. Si deve però rilevare
come in tali condizioni il serbatoio esplichi la sua funzione
di compensazione delle portate soltanto nei giorni di massimo
consumo mentre in tutti gli altri (che tra l'altro sono i più
frequenti) esso rimane sempre pieno o quasi pieno per cui, al
vantaggio di una disponibilità massima di acqua di riserva,
si contrappone la necessità di seguire, con la produzione,
le richieste di rete e quindi con portata nulla durante la notte
e massima durante le ore diurne. Teoricamente sarebbe possibile
porre rimedio a tale inconveniente diminuendo la produzione fino
a riportarla costantemente alla portata media giornaliera di previsione,
in pratica però si preferisce lasciare che essa segua automaticamente
le richieste a tutto vantaggio della sicurezza di alimentazione
ma scapito dell'economia di gestione. L'inconveniente è
accentuato nel caso di acquedotti con alimentazioni diversificate
sia come tipo di captazione che come costi di produzione dell'acqua,
come sarà avanti descritto.
Nel presente lavoro si indicano modalità di regolazione
della portata da immettere nei serbatoi di compenso diverse da
quella usuale ed atte a dare tutte le garanzie di funzionamento
in uno con l'economia di esercizio.
IL FUNZIONAMENTO USUALE DEI SERBATOI DI COMPENSO
Immaginiamo di esaminare un acquedotto
nel giorno di massimo consumo con portata media pari a 900 l/s
che sia alimentato da n. 9 pozzi da 100 l/s ciascuno dei quali
munito di pompa sommersa comandata da proprio galleggiante installato
all'interno del serbatoio a livello diversificato rispetto a quello
degli altri pozzi. Durante detta giornata tutte 9 le pompe rimarranno
in moto per tutte le 24 ore nel mentre il serbatoio, utilizzando
il volume d'acqua immagazzinato durante la notte, consentirà
di far fronte alla punta di consumo diurna che arriva fino ad
un massimo di 1350 l/s. In una giornata in cui la portata media
consumata sia invece pari a 600 l/s si verificherà che
durante le ore diurne i 9 pozzi entreranno via via tutti in funzione
essendo da soli in grado di far fronte alle portate richieste
dall'utenza il cui valore massimo nell'ora di punta ammonta appunto
a 900 l/s nel mentre il serbatoio rimarrà sempre pieno.
Durante la notte al diminuire della portata i pozzi si fermeranno
tutti. In pratica il prelievo di falda segue in tutto e per tutto
le variazione di portata dell'utenza e quindi, a fronte del vantaggio
di avere un serbatoio sempre al massimo livello e pertanto pronto
a rifornire la rete in un qualunque caso di disservizio, si ottiene
una utilizzazione nulla o quasi nulla della falda nel periodo
notturno quando la stessa, essendo meno sfruttata, presenterebbe
le migliori condizioni di producibilità.
L'inconveniente acquista maggior rilevanza nel caso di un acquedotto
alimentato da fonti aventi costi di produzione dell'acqua diversificati.
Ad esempio se la portata totale di 900 l/s fosse ottenuta per
600 l/s da sorgenti funzionanti a gravità che, in considerazione
dei bassi costi di produzione, potrebbe essere priva di regolazione
e quindi entrare in serbatoio con flusso continuo e costante e
solo i restanti 300 l/s di integrazione fossero dovuti a tre pozzi
con pompa sommersa, nel giorno di consumo medio prima esaminato
pur essendo la portata media prodotta a gravità (600 l/s)
in grado da sola di far fronte al fabbisogno si avrebbe invece
una produzione diurna di 900 l/s mentre di notte i 600 l/s a gravità
sarebbero costretti a sfiorare.
Dagli esempi riportati emerge chiaramente come il funzionamento
del serbatoio non possa considerarsi ottimale: lo sarebbe soltanto
nel caso fosse in grado di effettuare la compensazione in tutte
le giornate sia di grandi che di piccoli consumi consentendo alla
produzione di mantenere una portata costante 24 ore su 24.
LA REGOLAZIONE PROPOSTA
Il grafico di fig. 1 rappresenta l'andamento
giornaliero dei prelievi dell'utenza in un giorno di massimo consumo
avente portata media di 900 l/s e portata di punta alle ore 9
pari a 1350 l/s. Nel caso di funzionamento ideale con produzione
costante per tutte le 24 ore ed esattamente corrispondente alla
portata media giornaliera cioè 900 l/s, l'intervento di
un serbatoio atto ad effettuare la totale compensazione delle
portate dovrebbe avere un volume utile di circa 11200 mc ed effettuare
l'escursione di livello anch'essa rappresentata nel grafico.
Immaginiamo ora di avere un dispositivo automatico che imponga
al serbatoio di effettuare tale escursione in tutte le giornate
dell'anno ivi comprese quelle di massimo e di minimo consumo (v.
fig.2 e 3). Il dispositivo, in altri termini, rilevato istante
per istante il livello reale dell'acqua in serbatoio, apre o chiude
la valvola di immissione in modo da assicurare che il livello
segua la curva giornaliera indicata e ciò indipendentemente
dalla portata prelevata per essere immessa in rete. Altra pregiudiziale
del dispositivo supponiamo sia quella di intercettare, nei casi
in cui il livello effettivo è superiore a quello rappresentato
dalla curva, l'immissione di portata essendo chiaramente inutile
immettere acqua quando l'invaso presente è di per sé
superiore a quello auspicato.
Con tali pregiudiziali durante la giornata di massimo consumo
la portata da produrre è costante e pari a 900 l/s essendo
questa l'ipotesi di base dalla quale si è derivata la curva
dei livelli imposti nelle 24 ore. Se si esamina invece una giornata
nella quale il consumo corrisponde alla media annua e cioè
pari a 600 l/s di media giornaliera con una punta di 900 l/s si
vede come, avendo imposto al serbatoio di riempirsi e svuotarsi
secondo le regole citate, la produzione deve modulare la sua portata
in modo completamente diverso da quello esaminato al capitolo
precedente per la medesima giornata e cioè secondo il grafico
di produzione indicato nella fig. 4. In pratica avendo imposto
di utilizzare l'intero volume utile del serbatoio, volume che
nei giorni di bassi consumi eccede quello minimo necessario per
la compensazione delle portate, si ottiene il vantaggio di ridurre
la produzione giornaliera a favore di quella notturna e necessaria
per il riempimento del serbatoio.
Esaminiamo ora il funzionamento nel giorno di consumo medio nei
due casi prima citati.
- Primo caso: l'acquedotto è alimenntato da 9 pozzi da 100
l/s cadauno . Si avrà di giorno una portata prodotta variabile
da 450 a 550 l/s e di notte da 600 a 750 l/s. Si ottiene il vantaggio
di una produzione maggiore di notte quando la falda di attingimento
dei pozzi è più alta ed i costi dell'energia elettrica
più bassi. In ogni caso i 9 pozzi non sono mai in funzione
tutti contemporaneamente con conseguente notevole beneficio per
la falda di attingimento (si paragoni questo caso con quello del
capitolo precedente)
- Secondo caso: l'acquedotto può coontare su una produzione
costante a gravità di 600 l/s che entra in serbatoio senza
alcuna regolazione (v.fig.6). Di giorno la portata a gravità
è superiore di quella necessaria (450-550 l/s) pertanto
il serbatoio si svuoterà meno di quanto imposto e ciò
consentirà durante la notte di effettuarne il riempimento
con la sola portata a gravità. In definitiva con la soluzione
proposta non sarà necessario mettere in moto le pompe dei
pozzi integrativi. Evidente il vantaggio economico e ambientale:
la sola portata della sorgente a gravità è sufficiente
a coprire il fabbisogno, non viene sostenuta alcuna spesa per
energia di sollevamento, la falda nei quali attingono i tre pozzi
rimane indisturbata.
Esaminiamo ora una giornata con consumi ridotti al minimo e cioè
pari a soli 400 l/s di portata media (v. fig.5).
Si avrà di notte una produzione di circa 600 l/s e di giorno
variabile da 160 a 300 l/s. Risulta chiaramente che, nel caso
prima esaminato di acquedotto con una portata di 600 l/s a gravità
non è necessaria la messa
in moto delle pompe dei pozzi mentre l'esubero di portata prodotta
a gravità andrà a sfiorare..
Si può inoltre notare come, al diminuire delle richieste
dell'utenza, corrisponda una portata media notturna che si mantiene
su valori elevati mentre quella che diminuisce sensibilmente è
la portata da produrre durante le ore diurne. I risultati rappresentati
nel grafico di fig . 7 possono essere così sintetizzati:
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Si può concludere affermando che,
grazie alla descritta regolazione dei serbatoi di compenso "a
curva giornaliera imposta", nel mentre nelle giornate di
consumo elevato il serbatoio può esplicare in pieno la
sua azione immagazzinando di notte i maggiori volumi d'acqua necessari
per coprire la punta giornaliera, in tutti gli altre giornate,
la totale utilizzazione del volume d'invaso consente un aumento
della portata notturna prodotta tanto più elevato percentualmente
quanto minore è il volume totale consumato nelle 24 ore
cui corrisponde una provvidenziale diminuzione durante le ore
diurne. Tale caratteristica presenta il vantaggio del minor costo
che in generale si riscontra nella produzione notturna di quel
prezioso e sempre più raro elemento che è l'acqua,
ed inoltre diventa particolarmente utile nei grandi complessi
acquedottistici comprendenti utenze molto diversificate. Ad ed
esempio in presenza di reti di adduzione molto estese che servono,
tra l'altro, piccoli o medi abitati sprovvisti di proprio serbatoio
di compenso, centri abitati dotati di compensazione di tipo tradizionale
e quindi con serbatoi mantenuti costantemente e per misura prudenziale,
al massimo livello o reti che alimentano utenti allacciati direttamente
alle condotte di adduzione, in tutti questi casi le richieste
d'acqua sono caratterizzate, nelle 24 ore, da notevolissime escursioni
cui è difficile far fronte sia con la produzione che con
l'adduzione. Ebbene in tali casi la presenza di uno o più
serbatoi di notevole capacità ed funzionante secondo le
modalità auspicate contribuisce, con la sua azione calmieratrice,
a regolarizzare il funzionamento dell'intera rete anche se, o
addirittura, preferibilmente se ubicato nella estrema periferia
della rete.
Per completare la disamina del funzionamento della soluzione proposta
si fa presente come sia sempre possibile modificare lo sfruttamento
del serbatoio stagione per stagione scegliendo diverse curve preimpostate
di riempimento/svuotamento del serbatoio. Si potrà in tal
modo imporre allo stesso uno svuotamento minore durante le stagioni
invernali di bassi consumi mentre sarà massimo durante
i periodi di grandi consumi dell'utenza.
CONCLUSIONI
Si sono descritte le modalità
in uso per regolare l'alimentazione e l'utilizzazione dell'invaso
dei serbatoi di compenso e alcune diverse possibilità di
regolazione con sfruttamento ottimale dei volumi d'acqua immagazzinabili
e delle fonti che li alimentano. La differenza fra le due metodologie
può essere così riassunta:
· Modalità correnti: serbatoi sempre al massimo
livello possibile onde poter affrontare, grazie ai notevoli volumi
accumulati, qualunque emergenza. Nei giorni di bassi consumi i
serbatoi sono quindi sempre pieni e la produzione, per seguire
le richieste dell'utenza, è quasi nulla durante la notte
ed elevata durante le ore diurne.
· Modalità razionali: Tutto l'invaso disponibile
viene sfruttato in ogni condizione d'esercizio al fine di diminuire
le spese di produzione e di distribuzione d'acqua. Nei giorni
di bassi consumi l'utilizzazione dell'esuberante volume d'acqua
invasato durante la notte consente di diminuire la produzione
giornaliera a favore di quella notturna meno cara. Ciò
si rivela particolarmente interessante nel caso di acquedotti
con alimentazione mista in cui si evita lo sfioro notturno garantendo
la integrale utilizzazione dei volumi d'acqua di minor costo prodotti
nelle 24 ore ed inoltre nei grandi complessi acquedottistici che
alimentano centri urbani a consumo diversificato e disseminati
su vasti territori.