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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 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.3) 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.
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 sollevamento;
- una diminuita incidenza delle perdite occulte di rete dovuta alla
più bassa pressione notturna;
- una pressione sempre adeguata alle necessità 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 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 sia 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 effettuata dai serbatoi annessi alla
produzione e, in minima parte, da quelli di rete.
Risultati salienti sono:
- una pressione sempre adeguata al fabbisogno dell'utenza;
- una grande elasticità di esercizio 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 sollevamento dell'acqua;
- grande sicurezza di esercizio.
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.
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