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02/01/2009
RETE DI DISTRIBUZIONE PER TERRITORIO AD ALTIMETRIA MOLTO VARIA CON
SERBATOI DI COMPENSAZIONE GIORNALIERA E CON UTILIZZAZIONE DEL CARICO
RESIDUO PER PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA
Viene qui ripresa
in esame la rete di distribuzione nell’articolo “LA RETE DI
DISTRIBUZIONE D'ACQUA POTABILE DEI TERRITORI DI NOTEVOLE DISLIVELLO
TOPOGRAFICO CON SERBATOI DI COMPENSAZIONE GIORNALIERA DIFFUSI” del
sito http://altratecnica.3000.it e pubblicata anche su
http://www.costruzioni.net/ la quale, essendo alimentata da una
fonte sita a quota elevata, può funzionare interamente a gravità e
si presta a interessanti considerazioni sulla possibilità produrre
energia elettrica. Per promemoria ne viene riprodotto nella fig. 1
lo schema idraulico.
Fig 1 = Schema
idraulico della soluzione originale di rete con serbatoi diffusi
La prima deduzione logica è quella di prevedere che le valvole che
in detto articolo sono previste per regolare i livelli dei serbatoi
di compensazione giornaliera siano sostituite da turbine-alternatori
del tipo di quelli precedentemente descritti ottenendo il vantaggio
di trasformare, come già indicato, la dissipazione del carico in
produzione di energia.
Viene ora proposta una variante in grado di offrire, in alcuni casi,
diversi vantaggi ed in particolare una notevole semplificazione
nella costituzione e nell’esercizio della rete, un miglioramento
della pressione generale di esercizio ed infine una buona produzione
di energia elettrica ottenuta dallo sfruttamento dell’eccesso di
carico idraulico che spesso vi sussiste.
E’ ben noto come nelle reti montane o comunque in grado di
alimentare l’utenza direttamente a gravità, risulti difficoltoso
mantenere una piezometrica parallela al suolo in tutte le condizioni
di esercizio. Si tratta di strutture dimensionate per un
funzionamento ottimale nel periodo critico e cioè durante i consumi
di punta e che pertanto nelle restanti situazioni denunciano una
piezometrica che tende tanto più ad avvicinarsi alla linea
idrostatica quanto più diminuiscono i consumi. Ne derivano un
eccessivo aumento della pressione di funzionamento delle condotte,
una anomala consegna del’acqua all’utenza e dannose perdite occulte
d’acqua. In altri termini il funzionamento ottimale degli acquedotti
di cui si discute sarebbe quello a portata pressoché costante che
fosse in grado quindi di escludere le piccole portate. In questo
senso è altresì noto il provvedimento, provvidenziale per il
miglioramento della pressione di esercizio ma che sarebbe
assolutamente da evitare per i danni che ne derivano, attuato da
madre natura in molte reti e cioè il notevole aumento delle perdite
occulte che si viene ad avere tutte le volte che la pressione
aumenta e che attua l’imperativo citato di portata comunque elevata
in condotta. Si arriva alla conclusione paradossale in base alla
quale le perdite occulte degli acquedotti sarebbero del tutto
vantaggiose. Essendo evidente la necessità di raggiungere il
risultato in altro modo, si illustra una soluzione che ha origine
proprio dal concetto appena esposto e cioè dalla opportunità di
mantenere in condotta una portata pressoché costante.
Le condizioni di base qui considerate consistono in fonti naturali
che si presumono a portata costante e poste in posizione
sopraelevata rispetto all’utenza rendendo realistiche due condizioni
necessarie per attuare la nominata costanza di portata e cioè poter
disporre di:
1) acqua in quantità esuberante rispetto al fabbisogno;
2) un carico idraulico in eccesso rispetto alle necessità per il suo
trasporto fino all’utente.
Per poter evitare ogni diminuzione nella portata addotta al
verificarsi di un minor fabbisogno dell’utenza, è qui previsto di
destinare tutta l’eccedenza d’acqua alla produzione di energia
elettrica ottenuta tramite le turbine-alternatori di cui si è
parlato nell’articolo citato.
Un esempio di rete relativa alla alimentazione dello stesso
territorio di cui all’articolo stesso e che si ritiene atta a
rendere più evidenti le varianti da apportare e più facili i
confronti dei risultati, viene illustrata nella fig. 2 allegata.
Fig.2 = Schema planimetrico di rete di
distribuzione per territorio ad altimetria molto varia con serbatoi
di compensazione giornaliera e con utilizzazione del carico residuo
per produzione di energia elettrica
Si può notare come il nuovo schema idrico sia anch’esso composto da
una rete di adduzione munita di serbatoi diffusi e da altrettante
valvole di regolazione ognuna delle quali, inserita a valle del
punto di alimentazione del serbatoio annesso, è asservita alla curva
di riempimento-svuotamento del serbatoio medesimo. Nel punto più
basso del territorio si trova la centrale di produzione della
corrente elettrica tramite turbine alternatori in grado di modulare
la portata in arrivo sulla base delle necessità di pressione che
bisogna conservare minuto per minuto in rete. Ogni valvola (in
figura ubicate nei punti B,C,D,E,F), ovviamente comandata
dall’impianto di telecontrollo centrale, chiude di più l’adduttrice
quando il livello del suo serbatoio deve crescere e la apre in caso
contrario. Ad esempio quando un serbatoio si trova ad un livello
inferiore di quello stabilito per l’orario del momento, la valvola
strozza un po’ l’adduttrice in modo da aumentare l’immissione
d’acqua, quando invece il serbatoio ha raggiunto il livello
prestabilito la valvola si apre completamente facendo defluire tutta
la portata verso valle. Una modulazione delle valvole così concepita
è atta ad alimentare minuto per minuto i vari serbatoi secondo la
curva giornaliera di livello preimpostata, senza ridurre minimamente
la portata totale addotta e con il risultato essenziale di una
pressione generale dell’adduzione parallela al suolo per tutta la
gamma di possibili consumi dell’utenza a partire da quelli massimi
dell’ora di punta in cui tutta la portata viene consegnata
all’utenza assieme a quella precedentemente invasata dai serbatoi,
passando per quelli minimi notturni con serbatoi in fase di
riempimento in cui la portata è equamente divisa tra serbatoi e
turbina e per finire a quella minima notturna con utenti a consumo
prossimo allo zero e con serbatoi già pieni, in cui tutta la portata
prodotta dalle fonti viene deviata nella turbina per produrre
energia elettrica. Al soddisfacimento dello scopo di partenza così
raggiunto deve aggiungersi un ulteriore importante risultato e cioè
la possibilità di eliminare ogni altra regolazione della rete di
distribuzione secondaria la quale, essendo costituita da condotte ad
andamento pressoché orizzontale a partire dai punti di allacciamento
con le condotte adduttrici fino ad arrivare all’utenza, può
usufruirne senza bisogno delle valvole di regolazione e delle
apparecchiature di misura e trasmissione delle pressioni condotta
per condotta che erano prescritte nella soluzione originale
dell’articolo prima citato. Si tratta quindi di una notevole
semplificazione costruttiva e di esercizio che rende la soluzione in
argomento particolarmente interessante.
Da rilevare come nelle ore diurne tutta la portata eventualmente in
eccesso rispetto alla richiesta idrica dell’utenza rimanga nella
rete di adduzione e possa quindi essere interamente sfruttata nel
punto F-G per l’azionamento della turbina-alternatore nel mentre in
tutti i periodi notturni dell’anno tipo ed allorché i serbatoi hanno
raggiunto il livello di massimo invaso, tutte le valvole siano
completamente aperte e l’intera portata delle fonti resti
disponibile per l’azionamento della turbina. E’ altrettanto evidente
che, essendo le punte di consumo statisticamente poco frequenti
durante un’intera annata, si avranno molteplici e prolungate
occasioni di grande disponibilità di acqua ai fini idroelettrici.
Per quanto riguarda l’esercizio delle turbine alternatori restano
validi i concetti già spiegati nel sito indicato e cioè che deve
trattarsi di turbine con possibilità di regolazione tramite il
sistema centralizzato di telecontrollo e telecomando della rete il
quale deve modularne il funzionamento in funzione dei carichi
idraulici che si rendono via via disponibili e garantendo una
pressione sufficiente per l’alimentazione dei vari serbatoi a loro
volta muniti di valvola di regolazione della portata immessa in
funzione della curva giornaliera dei livelli da mantenere minuto per
minuto.
Per far risaltare i vantaggi della innovativa soluzione qui
proposta, e per rendere più chiari i concetti di base viene
descritta un’applicazione della metodologia su una rete semplice e
che nella realtà si riscontra frequentemente.
Fig.3 = Profilo schematico di una rete
tradizionale funzionante a gravità e con serbatoio di carico della
rete di distribuzione regolato tramite valvola di efflusso a
galleggiante
Come risulta dalla figura n. 3 allegata si tratta di una rete di
distribuzione alimentata da un serbatoio di compensazione e carico
cui perviene, tramite una lunga condotta di adduzione, l’acqua di
una fonte posta molto in alto. La regolazione classica normalmente
adottata consiste esclusivamente in una valvola di efflusso a
galleggiante che si chiude quando il serbatoio raggiunge il massimo
livello di invaso. Ne risultano le piezometriche schematicamente
indicate nel profilo di fig. 2 da cui si rileva per la distribuzione
una funzionalità da ritenersi valida mentre invece per l'adduzione
si riscontra gran parte dei difetti precedentemente descritti e cioè
una piezometrica corretta solo quando viene addotta la portata
massima. Non appena la valvola di efflusso si chiude avendo il
livello in serbatoio raggiunto quello di massimo invaso, la
piezometrica tende ad avvicinarsi alla linea idrostatica provocando
i ben noti inconvenienti.
Fig. 4 = Profilo schematico di una rete modificata funzionante a
gravità e con serbatoio di carico della rete di distribuzione
regolato tramite turbina alternatore
Nella figura n. 4 allegata è rappresentata la stessa rete modificata
per adeguarla alle modalità che si vogliono propugnare. Si notino la
valvola di regolazione della adduttrice, posta a valle del serbatoio
ed asservita alla curva giornaliera dei livelli che deve osservare
l’invaso e le linee piezometriche di funzionamento. Interessante il
particolare della condotta adduttrice che ha una pressione costante
e sempre parallela al suolo e quindi, qualora vi fossero delle
derivazioni, esse sarebbero alimentate con un carico idraulico
sempre corretto. A sua volta la centrale di produzione idroelettrica
svolge il duplice ruolo di regolazione della pressione ottenuta
derivando tutta la portata in eccedenza rispetto ai consumi
dell’utenza ed inoltre quello secondario di sfruttamento di tutta la
portata disponibile per produrre energia elettrica.
Da ultimo si fa rilevare come lo schema idrico descritto ed i
risultati che se ne possono avere siano validi anche per reti
diverse da quelle prese come esempio. Saranno quindi pienamente
compatibili reti magliate anche complesse come pure quelle
ramificate, munite di uno o più serbatoi e funzionanti, come
raccomandato, a curva giornaliera imposta ed altresì, seguendo
modalità molto diffuse tra gli enti gestori, con invaso sempre al
suo massimo livello.
Una critica da farsi al sistema qui proposto riguarda invece la
destinazione finale di una quota parte dell’acqua delle fonti che in
realtà viene sottratta al rifornimento idropotabile dell’utenza per
essere destinata a tutt’altro scopo come è quello della produzione
idroelettrica. Si deve infatti rilevare che soltanto nel giorno di
massimo consumo, peraltro a frequenza molto rara durante l’anno
tipo, tutta la produzione viene consumata dall’utenza essendo le
valvole di regolazione poste a valle dei serbatoi sempre chiuse onde
poter trattenere in rete tutta l’acqua disponibile e consentire che
i serbatoi compiano il loro compito di compensazione delle portate.
Negli altri giorni, e soprattutto in quelli di minor consumo, non
viene praticata nessuna economia d’acqua né diminuendo la produzione
delle fonti né provvedendo ad immagazzinare quella prodotta in più
ma sono invece le turbine ad esplicare in pieno la loro azione
sfruttando tutta l’acqua che le fonti riescono a produrre in
eccedenza rispetto al fabbisogno.
Sussiste quindi una differenza sostanziale rispetto ai sistemi
acquedottistici propugnati da chi scrive in molti articoli nei quali
viene ripetutamente raccomandata la massima economia nelle fonti
ottenuta, tra l'altro, tramite accumulo d'acqua e un razionale
sfruttamento dei serbatoi con riduzione della produzione diurna a
favore di quella notturna. Invece nella concezione acquedottistica
di cui si tratta, l’effetto è diametralmente opposto essendo rivolto
verso il totale sfruttamento delle fonti qualunque sia la richiesta
idrica dell’utenza. La conclusione è evidente : l’uso qui indicato
delle turbine va riservato solo ai casi particolari e caratterizzati
da una esuberante captazione d’acqua all’origine. Un valido esempio
è rappresentato da una sorgente di acqua naturalmente potabile che
scaturisce dalla roccia con portate sempre rilevanti e che aumentano
ulteriormente in periodi di piogge intense e prolungate nel tempo.
In un acquedotto del genere tutto ciò che viene prodotto in più
della richiesta dovrebbe necessariamente essere mandato a rifiuto
fin dall’origine qualora non esistessero le turbine di cui si tratta
e che, pertanto, svolgono un ruolo determinante. Diverso il caso,
invece, di acqua potabile che, pur se posta a quota molto elevata
rispetto all’utenza, provenisse da un rio previo trattamento di
potabilizzazione oppure da una falda povera. Alla installazione e
uso delle turbine sarebbe allora da preferire una produzione
limitata allo stretto necessario ed una regolazione della pressione
di funzionamento della rete di tutt’altro genere.
Resta in ogni caso confermata la regola generale in base alla quale
in tutti gli acquedotti comunque costituiti, ma che siano
funzionanti a gravità e che possano essere alimentati da fonti poste
a quote particolarmente elevate rispetto ai punti di consegna
dell’acqua all’utenza, è conveniente esaminare se esiste o meno la
possibilità di produzione energetica di cui si sono proposte alcune
varianti. Da tenere in evidenza la funzione assegnata in questo
capitolo alla turbina-alternatore di compiere la regolazione della
pressione della rete di adduzione declassando ad un ruolo secondario
ma ugualmente utile la produzione di energia elettrica.
Eventuali altre informazioni sugli argomenti di cui sopra possono
essere letti nel sito “Acquedotti” http://altratecnica.3000.it
oppure http://altratecnica.135.it
Marcello MENEGHIN
|
le
costruzioni in rete