1. PREMESSA
Nelle regioni affette da una sistematica
crisi idrica, causa di insufficiente alimentazione idropotabile
di gran parte della cittadinanza, viene spesso installata nell'impianto
idrico privato una pompa che, aspirando direttamente dalla condotta
del pubblico acquedotto, consente un rifornimento idrico anche
in condizioni di scarsa pressione della rete. Si tratta di un
provvedimento assolutamente vietato perché, a seguito della
depressione che viene a crearsi nelle tubazioni, favorisce l'immissione
all'interno delle condotte stradali stesse di materie inquinanti
spesso presenti nel sottosuolo. Alle gravi conseguenze che possono
così derivare per la salute dei cittadini deve aggiungersi
una inaccettabile sperequazione tra gli utenti normalmente allacciati
e quelli abusivamente muniti di pompa. Chi intende disporre di
apparecchiatura privata di sollevamento deve farlo previa interruzione
idraulica tra impianto interno e rete acquedottistica pubblica
che la vigente legge testualmente prescrive come segue: "a
monte dell'impianto di autoclave deve essere installato un serbatoio
di preaccumulo chiuso, che impedisca l'aspirazione diretta dalla
rete pubblica."
Le condizioni di grande disagio in cui versano molti acquedotti
fanno si che impianti abusivi di risollevamento come quelli indicati
vengano, di fatto, tollerati pur essendo l'Ente gestore ben conscio
del pericolo che rappresentano.
Esiste però un dispositivo brevettato che è in grado
di regolare i prelievi intervenendovi con diverse modalità
a seconda della situazione locale.
Ne vengono qui descritte le caratteristiche per l'interesse che
esso può suscitare negli addetti ai lavori e sopratutto
per auspicarne l'applicazione diffusa visto che si tratta di un
accessorio che unisce ad un costo modesto un sicuro risultato.
2. CARATTERISTICHE GENERALI
Il problema da risolvere consiste nel
regolare il rifornimento idrico di un utente ogni qual volta esso
tende ad aspirare meccanicamente dalla condotta pubblica. Se si
esaminano attentamente le valvole di riduzione della pressione
che esistono in commercio si può constatare come quelle
munite di servocomando idraulico siano atte, previo rispetto di
appropriate regole di installazione, ad intervenire in tutte le
condizioni di funzionamento, nessuna esclusa. Esiste, ad esempio,
un tipo di valvola che sarebbe in grado di chiudere la condotta
stradale quando essa và in depressione ma non è
questo il risultato da raggiungere. Occorre invece che detta chiusura
sia relativa ad ogni singolo allacciamento privato e che sia operata
nel suo punto terminale cioè in corrispondenza del contatore
al fine di garantire che nessun utente possa effettuare i prelievi
abusivi di cui si è detto. Ciò non può avvenire
tramite le citate valvole in quanto non esistono per diametri
piccoli come quelli dei normali allacciamenti d'utenza ed in quanto
sono molto costose.
Invece l'apparecchiatura che viene qui descritta si presta ottimamente
allo scopo poiché abbina un costo di
acquisto molto contenuto con la possibilità di regolare,
in presenza di basse pressioni di rete, il prelievo del singolo
utente nel mentre, quando la rete funziona normalmente, essa rimane
completamente aperta e non provoca che modeste perdite di carico.
3. PARTICOLARI COSTRUTTIVI
La valvola è costituita
(vedi Figura 1) da un piccolo tronco di tubo, dello stesso diametro
di quello dell'allacciamento di utenza da porre sotto controllo,
con le estremità filettate per consentirne il montaggio
e chiuso in mezzeria da un diaframma circolare interno. A monte
ed a valle di quest'ultimo si trovano dei fori che consentono
all'acqua di uscire all'esterno del piccolo tubo e di rientrarvi
subito dopo per by-passarlo percorrendo una intercapedine formata
da un manicotto concentrico, di maggior diametro ed avente le
estremità ancorate al tubo stesso tramite apposite fascette.
Il manicotto esterno costituisce l'organo sensibile di regolazione
della valvola in quanto, in normale funzionamento cioè
quando l'acquedotto è in pressione, il materiale flessibile
di cui è costituito tende a farlo aumentare di diametro
e quindi consente il transito dall'acqua con perdite di carico
estremamente contenute. Quando invece l'utente aspira dalla rete,
si produce una depressione che tende a far aderire il tubo esterno
flessibile a quello interno fino a ridurre la sezione libera dei
fori di passaggio dell'acqua causando delle perdite di carico
più o meno rilevanti in funzione delle condizioni di funzionamento,
per arrivare alla chiusura totale del flusso quando la rete è
di per sé in depressione.
L'interesse per il dispositivo è dimostrato dal fatto che
esso è stato fatto oggetto di specifiche tesi di laurea
in ingegneria e sottoposto, allo scopo, a molteplici prove di
funzionamento.
In questa sede, per documentarne la funzionalità, vengono
ripresi e commentati alcuni di tali risultati aggiungendo alle
conclusioni cui sono pervenuti gli autori alcune considerazioni
derivate da chi scrive e che si ritiene siano utili per l'applicazione
pratica del dispositivo.
In figura 2 è
riprodotto fedelmente un diagramma che rappresenta una serie di
rilievi della tesi " Indagine sperimentale su un dispositivo
per il controllo dei prelievi tramite sollevamento diretto dalla
rete acquedottistica" del laureando Gianluca Storaci Relatore
Chiar.mo prof. Ing. Carlo Modica e correlatore Dott. Ing. Alberto
Campisano dell'Università di Catania Facoltà di
Ingegneria.
Nella figura 3,
che ripete lo stesso grafico con alcune aggiunte, si è
evidenziato come la curva A B C non sia altro che la rappresentazione
grafica delle pressioni che durante le prove si riscontravano
a monte del dispositivo. Poiché in corso di misura si erano
rilevati e quindi riportati in diagramma le perdite di carico
provocate dall'intervento della valvola al variare della pressione
preesistente a monte del dispositivo, è bastato congiungere
tra di loro i punti di massima perdita di carico indotta nei vari
casi, per ottenere la curva E F G che rappresenta la massima depressione
operata dalla valvola stessa per qualsivoglia valore della pressione
di monte nell'intervallo esaminato che va da 1 a 13 metri di colonna
d'acqua. La prima considerazione da fare riguarda l'ammontare
di detta depressione che, a meno delle approssimazioni che sono
proprie di tutte le prove pratiche, è pari a 9 metri. In
altri termini l'intervento della valvola provoca, in tutte le
varie fasi esaminate, una perdita di carico massima di valore
costante e corrispondente all'incirca alla pressione atmosferica.
Si deve subito dire che il risultato non poteva essere che questo
visto e considerato che la forza che spinge la valvola a chiudersi
è esclusivamente quella dovuta alla pressione atmosferica
che si esercita sulla guaina flessibile quando la pompa dell'utente
tende a provocare, aspirando da valle, una depressione!
Un secondo elemento interessante che si può rilevare dal
grafico è relativo ai punti di inizio dell'intervento della
valvola, cioè ai punti in cui le linee rappresentative
della perdita di carico della valvola stessa in fase di chiusura,
si staccano dalla curva A B C per andare a raggiungere la curva
E F G . Si può notare come tali punti, che qui vengono
chiamati punti critici, siano funzione della pressione di monte.
Ad esempio con pressione di rete pari a 3 metri per ottenere l'inizio
di chiusura della valvola, bisogna prelevare almeno una portata
di 0.4 l/sec, con la pressione di 13 metri la portata aumenta
passando a 0.8 l/sec.
Se
la pressione cresce ulteriormente, il punto critico si colloca
in corrispondenza di portate via via maggiori. L'andamento dei
punti critici e quindi la portata prelevabile senza provocare
alcun intervento della valvola è, al variare della pressione
di monte, quello risultante dal grafico di figura 5 nel quale
si sono estrapolati i valori misurati fino a pressioni di monte
pari ad una trentina di metri.
Se ne deduce che per annullare l'efficacia della valvola basta,
al variare della pressione di monte, contenere sempre la portata
prelevata al di sotto dei vari punti critici.
In un acquedotto dotato delle valvole e che mantiene delle pressioni
normali cioè dell'ordine di 25 o 30 metri, la portata prelevabile
dall'utente può superare anche 1 l/sec e quindi essere
di tutto rispetto senza che la valvola provochi alcun inconveniente
restando invece alla sua massima apertura e quindi con perdite
di carico molto contenute. Si capisce come sia questa una prerogativa
molto importante di un dispositivo come quello in oggetto che
deve intervenire solo quando il prelievo dell'utente diventa anomalo.
Quanto finora citato, grafici di funzionamento, considerazioni
e conclusioni, si riferisce però al funzionamento con pressioni
di rete acquedottistica superiori allo zero.
La cosa cambia completamente quando l'acquedotto a monte della
valvola ha di per se una pressione negativa. Allora, alla perdita
di carico provocata dalla valvola che, come detto arriva al massimo
a 8-9 metri, si aggiunge la depressione propria dell'acquedotto
il che significa ottenere valori superiori alla pressione atmosferica
e quindi rendere impossibile l'aspirazione della pompa dell'utente
(in realtà l'aspirazione di una pompa "NPS" arriva
al massimo a 8 metri). Come dire che, in un acquedotto funzionante
in depressione o con pressioni di esercizio molto basse dal quale
tramite pompa sarebbe possibile prelevare portate d'acqua relativamente
consistenti, la presenza della valvola Meli inibisce il prelievo
anche minimale ed anche in presenta di pompa aspirante fatta funzionare
dall'utente.
E' importante rilevare come, in caso di allacciamenti privati
costituiti da derivazioni di piccolo diametro e di grande estesa,
l'avviamento della pompa di valle, la maggior portata e le relative
perdite di carico che ne derivano, conducano ad avere, in corrispondenza
del contatore, una pressione negativa anche in presenza di modeste
pressioni positive dell'acquedotto facendo rientrare anche questi
casi tra quelli indicati che producono la chiusura totale della
valvola.
In definitiva in un allacciamento privato che è munito
della valvola Meli si distinguono tre regimi che ne caratterizzano
la funzione come appresso indicato:
1) Regime con acquedotto funzionante a pressione normale cioè
pari a 20-30 metri di colonna d'acqua. Per il rifornimento dell'utente
non è necessario l'impiego della pompa privata. La valvola
rimane completamente aperta ed assicura una normale alimentazione
qualsiasi siano le modalità di prelievo.
2) Regime con acquedotto funzionante a bassa pressione ad esempio
da 2 a 13 metri di colonna d'acqua. L'utente, in questo caso,
per ottenere una normale alimentazione della sua rete interna
deve necessariamente essere munito di propria pompa. Quando questa
aspira direttamente dalla rete la valvola interviene in triplice
modo. Se la portata prelevata dalla pompa è comunque inferiore
a quella dei punti critici la valvola stessa rimane aperta ed
inattiva, se il limite è superato essa comincia la sua
funzione mitigando il prelievo tramite una perdita di carico supplementare
pari a 9 metri. Infine, terzo modo, essa resta pronta a chiudersi
nel caso la pressione di monte, come sarà indicato al seguente
punto 3), dovesse scendere al di sotto dello zero.
3) Regime con tubazione di rete in depressione. La valvola chiude
totalmente il flusso dell'utente che tenta, tramite la sua pompa,
di prelevare in aspirazione. La valvola esplica quindi in pieno
la sua funzione che è quella di impedire che ogni utente
contribuisca al funzionamento in depressione dell'acquedotto.
Importante rilevare come, a seguito di una precisa richiesta dello
scrivente, il titolare del brevetto abbia effettuato delle prove
tramite un circuito idraulico sperimentale dalle quali è
derivata una ulteriore conferma che la valvola, nei tre casi citati,
si comporta esattamente come sopra indicato.
E' così dimostrato come l'inserimento di una apparecchiatura
costruttivamente molto semplice e quindi di costo limitato, possa
esplicare del tutto automaticamente e senza bisogno di servocomandi
o di apparecchiature complicate, una efficace azione di controllo
e correzione di prelievi anomali dalle condotte di una rete acquedottistica.
Per gli acquedotti che soffrono di frequenti crisi nella produzione
dell'acqua si ottiene una equa distribuzione della poca acqua
disponibile tra tutti gli utenti siano essi con o senza pompa
di aspirazione ottemperando ad un principio del vivere civile
tanto più basilare in quanto riguarda un bene di vitale
importanza come è l'acqua potabile. Invece un normale assetto
acquedottistico e cioè totalmente privo delle valvole Meli
crea, in regime di bassa pressione di esercizio, evidenti sperequazioni
agevolando uno solo o i pochi privati che aspirano con la propria
pompa dalla condotta del pubblico acquedotto e tutto ciò
a scapito della restante utenza che, essendo priva di pompa, non
può ricevere dalla rete la benché minima fornitura
d'acqua. Nel secondo dei due casi esaminati non solo viene disatteso
il principio basilare di cui si è detto ma viene addirittura
premiato colui che agisce in contrasto con la legge la quale vieta
nella maniera più assoluta l'aspirazione diretta dalle
condotte di rete.
Da rilevare ancora come attualmente la valvola, di cui è
recentemente iniziata la produzione in serie, stia per essere
installata in Sicilia allo scopo di testarne la effettiva efficacia,
in un quartiere campione le cui caratteristiche di funzionamento
rientrano tra quelle da porre sotto controllo. Non appena saranno
noti i risultati, chi scrive non mancherà di pubblicarli.
Da segnalare anche che il nuovo dispositivo Meli è stato
presentato nel convegno : "Acqua e città. I Convegno
Nazionale di Idraulica Urbana", Sant'Agnello (NA), 28-30
settembre 2005.
4. ESEMPIO DI FUNZIONAMENTO DI ALLACCIAMENTO MUNITO DI POMPA E DI VALVOLA MELI
Nella
figura 4 è rappresentato il funzionamento di un allacciamento
munito di valvola e di pompa con aspirazione diretta dalla condotta
acquedottistica funzionante a pressione troppo bassa per una normale
alimentazione dell'utente. Il grafico non contempla, ovviamente,
la possibilità di acquedotto in depressione in quanto,
in tal caso, la valvola si chiude totalmente e la portata dell'allacciamento
è pari a zero.
Si tratta dello stesso grafico della figura 1 nel quale si è
riportata in sovrapposizione la curva H I L che rappresenta la
curva caratteristica della pompa dell'utente i cui elementi di
base sono i seguenti:
Prevalenza 30 m portata 0.2 l/sec
Prevalenza 25 m portata 0.5 l/sec
Prevalenza 19 m portata 0.8 l/sec
Il funzionamento a valvola strozzata
M N O è stato ottenuto ricavandone gli elementi dal grafico
come segue.
Per ognuno dei punti da n. 1 a n. 6: pressione a monte più
prevalenza pompa e meno perdita di carico della valvola considerata
alla massima strozzatura.
Si ottengono i seguenti risultati.
Punto 1: portata =0.27; press.monte=+1; prev.pompa=+28; perd.car.valvola=-8;
risultato=+21
Punto 2: portata =0.50; press.monte=+3; prev.pompa=+27; perd.car.valvola=-13;
risultato=+17
Punto 3: portata =0.60; press.monte=+5; prev.pompa=+22; perd.car.valvola=-15;
risultato=+12
Punto 4: portata =0.71; press.monte=+7; prev.pompa=+18; perd.car.valvola=-17;
risultato=+8
Punto 5: portata =0.81; press.monte=+10; prev.pompa=+15; perd.car.valvola=-20;
risultato=+5
Punto 6: portata =0.93; press.monte=+13; prev.pompa=+8; perd.car.valvola=-24;
risultato=-3
Come si può vedere la curva di
funzionamento M N O è parallela a quella H I L caratteristica
della pompa dalla quale differisce per circa 9 m di prevalenza.
Ciò conferma che la valvola non chiude totalmente ma, come
già indicato, quando è alla massima strozzatura
diminuisce la pressione di 9 m. L'utente viene penalizzato in
quanto può prelevare dalla rete solo portate inferiori
a 0.70 l/sec per avere una pressione di mandata come minimo superiore
ai 10 m necessari per la rete privata interna. Per portate più
elevate la pressione scende a valori insufficienti e diventa negativa
per la portata massima pari a 0.9 l/sec.
5. CONCLUSIONI
Si è dimostrato, anche utilizzando
gli elementi di una tesi di laurea, come un dispositivo brevettato
chiamato valvola Meli dal nome del suo inventore, si presti ottimamente
alla regolazione di prelievi d'acqua potabile effettuati con uso
di una pompa che aspira direttamente dalla rete del pubblico acquedotto.
In particolare si è messo in evidenza come la funzionalità
del dispositivo si adatti automaticamente alle modalità
di funzionamento della rete penalizzandone il prelievo quando
la pressione di rete è bassa ma inibendolo totalmente quando
la rete tende ad andare in depressione. Il dispositivo dovrebbe
pertanto far parte obbligatoriamente degli allacciamenti privati
di utenza in quegli acquedotti dove sussiste il pericolo che venga
operato, abusivamente, l'aspirazione diretta di acqua dalle condotte
pubbliche.