Nell'articolo si propone l'impiego di dispositivi innovativi per la regolazione della pressione di esercizio delle reti di distribuzione degli acquedotti ed aventi lo scopo di evitare la dissipazione dell'energia dovuta agli eccessi di carico idraulico utilizzandola invece per produrre energia elettrica che diviene, di anno in anno sempre più preziosa

1)PREMESSA
L'alimentazione idropotabile delle aree abitate aventi un andamento altimetrico molto variegato ed in particolare di quelle con notevoli dislivelli del suolo, presenta notevoli problemi dovuti alla eccessiva pressione della rete di condotte che, nella realtà, non vengono affatto risolti. Si constata infatti come in molti sistemi acquedottistici di quel tipo, venga adottata una rete unica che copre unitariamente tutto il territorio da servire essendo caratterizzata da pressioni di funzionamento estremamente  variabili e che,  soprattutto nelle aree poste alle quote più basse e  nei periodi di minor consumo, raggiungono valori molto elevati. Vi si pone rimedio dotando ogni allacciamento di utenza di propria valvola di riduzione e di regolazione della pressione con cui, se da un lato si raggiunge lo scopo di assicurare all'utente un funzionamento normale del suo impianto idrico, dall'altro si provocano nelle condotte stradali di distribuzione, soggette al regime irregolare di cui si è detto, numerosi inconvenienti tra i quali quello delle rilevanti perdite occulte. Si tratta di una situazione assolutamente anomala cui chi scrive ha tentato di proporre differenti modalità di risoluzione (vedi vari articoli nel sito  http://altratecnica.3000.it )  basandosi su una concezione delle reti totalmente diversa da quelle tradizionali e che raggiunge  il risultato di un funzionamento con pressioni abbastanza normalizzate e, nel caso di impianti con sollevamento meccanico dell'acqua, con una notevole economia energetica.
Una modalità che in questi ultimi anni si sta diffondendo a macchia d'olio per i buoni risultati che offre, è quella, illustrata in vari articoli del sito  http://altratecnica.3000.it e basata sulla installazione in punti strategici della rete di valvole di regolazione della pressione tenute in tempo reale sotto controllo dal sistema di telecontrollo e telecomando centrale.
Con questo lavoro la ricerca di soluzioni razionali dei problemi esposti viene spinta ancora più avanti con ritrovati meramente teorici ma che si ritiene possano contribuire efficacemente al raggiungimento della vera risoluzione.

2) IL DISPOSITIVO FONDAMENTALE DELLA SOLUZIONE PROPOSTA
Una delle soluzioni dei problemi prima elencati è quella basata, come detto, su una massiccia presenza in rete di valvole di regolazione, che distruggono sic et sempliciter il carico idraulico in eccesso. Risultati notevolmente migliori si otterrebbero qualora tali valvole fossero sostituite da un dispositivo che, anziché dissiparla, ricuperasse tutta l'energia trasformandola in energia elettrica. Il dispositivo in questione potrebbe essere, come sarà di seguito spiegato, un gruppo turbina-alternatore di concezione del tutto particolare. A questo punto occorre precisare come chi scrive questa nota non sia affatto esperto nel campo elettro-meccanico in cui rientra detto dispositivo per cui le affermazioni ad esso relative debbono essere attentamente verificate. Sussistono però dei concetti fondamentali sui quali mi sento di fondare alcune proposte tecniche le quali, proprio per questo, possono ritenersi attendibili.
E' noto come l'energia elettrica venga prodotta dagli alternatori di normale costituzione facendone ruotare un elemento entro un campo magnetico fisso oppure, per semplicità costruttiva, facendo girare detto campo magnetico tramite la rotazione del rotore e raccogliendo l'energia nell'elemento fisso. In ambedue i casi la frequenza della corrente alternata prodotta è funzione diretta della velocità di rotazione e quindi, per ottenere una corrente a frequenza fissa come normalmente è richiesto, deve essere fissa anche  la velocità di rotazione. Nei grandi e complessi impianti idroelettrici
tale irrinunciabile condizione è soddisfatta tramite appositi organi di regolazione che, variando l'inclinazione delle pale della turbina o quelle del suo distributore, riescono ad assicurare detta costanza di velocità anche in presenza di portate d'acqua variabili entro determinati limiti. Invece nei gruppi turbina-alternatore specificatamente usati per piccoli impianti come sono quelli atti all'utilizzazione del carico idraulico delle condotte   d'acquedotto di cui si tratta, non è praticata, per motivi di semplicità costruttiva e di esercizio, alcuna regolazione del genere, al contrario  vi si trovano dei dispositivi automatici che garantiscono la velocità costante della turbina dissipando l'energia in eccesso, tutte le volte che se ne presenta la necessità,  previa sua trasformazione in calore. Tale loro caratteristica peculiare rende i piccoli impianti idroelettrici assolutamente rigidi e quindi poco adatti all'uso che si vorrebbe qui fare.
Chi scrive ritiene però che la moderna tecnologia consenta di produrre piccoli gruppi turbina-alternatore completamente diversi da quelli citati ed atti a sfruttare un carico idraulico con continue variazioni energetiche trasformandolo in energia elettrica alternata che, ad una potenza necessariamente variabile, contrapponga una tensione ed una frequenza sempre costanti e di valori rientranti nella norma. Un'altra caratteristica essenziale del sistema qui proposto, è quella relativa alla necessità  del suo  asservimento al sistema generale di telecontrollo e telecomando dell'acquedotto.
In luogo di prevedere, analogamente ai grandi gruppi idroelettrici, complicate apparecchiature di regolazione meccanica delle varie parti della turbina si ritiene preferibile adottare, per le piccole macchine di cui si tratta, una regolazione continuativa e su comando del campo magnetico
dell'alternatore. Ciò potrebbe aversi, ad esempio, tramite un rotore eccitato mediante immissione di una corrente esterna di intensità variabile  a sua volta ottenuta tramite un dispositivo elettrico/elettronico in grado di produrre corrente continua di potenza variabile.
Se in questo modo è sicuramente possibile abbassare a piacere la pressione di funzionamento della condotta cui viene inserito il dispositivo, ne deriva però un inconveniente: il rotore, dovendo vincere un campo magnetico di intensità variabile assumerà velocità di rotazione anch'esse variabili e quindi l'energia elettrica prodotta sarà anch'essa di potenza ed anche di frequenza variabili. Vi si dovrà porre rimedio tramite dispositivo elettronico statico applicato all'uscita dell'alternatore come ad esempio un inverter che, a mezzo di moderni dispositivi elettronici, raggiunga lo scopo di rendere costante frequenza e  tensione della corrente elettrica prodotta.
In definitivamente quella qui ipotizzata è un'apparecchiatura che, con asservimento all'impianto centralizzato di telecontrollo e telecomando dell'acquedotto, possa svolgere il ruolo di abbassare la pressione della condotta in cui è inserita fino ad un limite stabilito di volta in volta,  senza alcuna dissipazione di energia ma invece trasformando tutta quella in eccesso rispetto al fabbisogno idraulico della rete acquedottistica, in energia elettrica di  caratteristica atta alla sua immissione  nella rete Enel. Il campo di lavoro del dispositivo dovrà poter variare da una dissipazione del carico idraulico nulla ( nel qual caso la turbina gira in folle e non si ha produzione di energia elettrica) ad una dissipazione massima di una cinquantina di metri di colonna d'acqua che è ritenuto il valore massimo per riportare le reti acquedottistiche di normale costituzione  entro valori ottimali. Questa elevata escursione di lavoro  provocherà sicuramente una diminuzione del rendimento complessivo della macchina pur restando il risultato economico finale nettamente positivo, come sarà più avanti dimostrato.

3) TECNICA DI REGOLAZIONE DELLA PRESSIONE DELLA RETE ACQUEDOTTISTICA
La tecnica di regolazione della pressione di funzionamento delle reti di distribuzione degli acquedotti tramite valvole di riduzione della pressione delle condotte ha raggiunto in questi ultimi anni un notevole livello di perfezionamento e notevoli risultati pratici. La ubicazione e le modalità di utilizzazione e di taratura delle valvole vengono studiate tramite molteplici simulazioni del funzionamento della rete effettuate tramite modelli matematici per essere poi messe a punto con ripetute prove di esercizio reale. I risultati già ottenuti durante lunghi periodi di effettivo esercizio sono lusinghieri soprattutto per quanto riguarda il contenimento delle perdite occulte di rete. Le esperienze fatte  possono essere utilizzate pari pari per l'installazione dei gruppi turbina-alternatore descritti al precedente cap. 2) in quanto la loro funzione per tutto ciò che riguarda la rete acquedottistica è identica a quella delle valvole citate, fatte salve alcune osservazioni.
Innanzitutto è da tenere presente come i gruppi in argomento rappresentino un dispositivo più complesso e costoso delle semplici valvole di regolazione della pressione. Il loro impiego dovrà quindi essere attentamente vagliato limitandone l'installazione negli acquedotti di grande dimensione e, al loro interno, nelle sole condotte di rete principali  e quindi adottando un sistema di regolazione misto alternatore-valvola con impiego delle valvole in tutti i casi di secondaria importanza. Naturalmente ambedue i tipi di regolatore della pressione di rete sono costantemente asserviti all'impianto centralizzato di telecomando e telecontrollo.

4) EFFETTI DELLA REGOLAZIONE DI PRESSIONE DI RETE ACQUEDOTTISTICA OPERATA TRAMITE TURBINA-ALTERNATORE
In una rete acquedottistica dotata di regolazione della pressione conforme alla modalità del presente lavoro, sussistono degli aspetti interessanti soprattutto in presenza di un territorio ad altimetria molto variegata e a sollevamento meccanico dell'acqua distribuita.
In particolare è interessante il bilancio energetico relativo al consumo delle stazioni di sollevamento dell'acquedotto e alla produzione dei gruppi turbina-alternatore.
A titolo di esempio esaminiamo una rete di un territorio collinare alimentata con acqua sollevata meccanicamente, munita di impianto di regolazione della pressione di tipo misto valvole-alternatori ed infine munito di serbatoi di compensazione giornaliera delle portate. La corrente elettrica necessaria per il sollevamento gode, come di norma, di una notevole agevolazione tariffaria offerta dall'Enel per i consumi notturni.
I serbatoi di compenso che, onde consentire l'alimentazione diretta della rete a gravità, si suppongono siti in alto, sono dimensionati per il giorno di massimo consumo e quindi risultano nettamente sovrabbondanti in tutti gli altri giorni cioè per la maggior parte delle giornate dell'anno tipo. La loro regolazione ha luogo, come descritto nell'omonimo articolo del sito  http://altratecnica.3000.it , a curva di riempimento giornaliero imposta per cui durante le ore diurne di tutte le giornate, comprese quelle di basso consumo dell'utenza, il serbatoio si svuota sfruttando interamente la propria capacità di accumulo per poi riempirsi di notte.
In un impianto di questo genere il funzionamento delle pompe di sollevamento, in linea puramente teorica, avviene per 24 ore consecutive con portata corrispondente a quella media giornaliera soltanto  durante i giorni di massimo consumo ed il serbatoio, grazie al volume d'acqua accumulato nella precedente notte, fronteggia i consumi di punta. In tutti gli altri giorni la maggior parte dell'acqua necessaria sarà sollevata di notte e, una volta accumulata nei serbatoi, resterà disponibile per fronteggiare non solo i maggiori consumi ma anche quelli di base del giorno successivo. L'energia elettrica di pompaggio sarà quindi prevalentemente di tipo notturno  a tariffa agevolata. Di contro la produzione di energia da parte dei gruppi turbina-alternatore sarà prevalentemente attuata di giorno dati i maggiori volumi d'acqua che in tale periodo percorrono le condotte dotate di turbine-alternatori. Anche in tale occasione, l'insieme turbine-valvole provvederà a riportare la pressione entro valori normali.
In conclusione il bilancio energetico sarà estremamente positivo considerato che  la componente passiva rappresentata dal pompaggio gode in buona parte delle agevolazioni tariffarie notturne nel mentre quella attiva sarà caratterizzata da una produzione di energia elettrica pregiata in quanto praticata in massima parte durante le ore diurne. Il basso rendimento dei gruppi turbina-alternatore dovuti, come già spiegato, ad un loro impiego fuori norma e cioè con velocità di rotazione variegata trova così adeguata compensazione.

5) CONCLUSIONI
Dopo aver accennato all'importanza della regolazione della pressione di funzionamento delle reti di distribuzione d'acqua potabile a servizio di territori ad andamento altimetrico molto variegato al fine di evitare gli inconvenienti causati dall'eccessivo valore pressorio che sovente vi si registra, nell'articolo si propone l'impiego di dispositivi innovativi aventi lo scopo di evitare la dissipazione dell'energia dovuta a detti eccessi di carico idraulico utilizzandola invece per produrre energia elettrica che diviene, di anno in anno sempre più preziosa. Vengono indicate le caratteristiche costruttive di una particolare turbina-alternatore atta ad assolvere a detto compito in modo automatico essendo asservita all'impianto centrale di telecontrollo e telecomando della rete acquedottistica. Infine viene spiegato come la presenza di capaci serbatoi di accumulo dell'acqua potabile consentano di raggiungere importanti economie energetiche limitando gli oneri di pompaggio e favorendo la produzione di energia elettrica pregiata tramite le turbine-alternatori.