Appunti di Gestione dei sistemi Idraulici

SIMULATION

ID del tronco Diametri nella

Crea le matrici Dati delle pompe

scheda assets

topologiche SCHEDA PIPES

SCHEDA NODES

Serbatoi o Serbatoi tank Pressione di servizio

nodi interni domande nei delle utenze

nodi 10

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DOMANDA DELLE PERDITE

15/10/2024 -

Perdite idriche reali (volumi d’acqua non fatturati legati a perdite del

domande nei

domande nei

nodi deterioramento fisico dell’asset) e perdite idriche apparenti, ossia le perdite

domande nei

nodi gestionali in generale (errori di misura della contabilizzazione, acqua rubata,

domande nei

nodi overflow del serbatoio).

nodi PERDITE REALI

Il problema delle perdite reali è legato sia alla questione ambientale che al

problema dell’efficienza della rete stessa, nel senso che a seconda dell’entità

delle perdite possiamo capire lo stato di salute dell’asset. Questo è importante

perché ci occupiamo di un processo che riguarda un bene che vale miliardi di

euro.

L’indicatore dell’asset management sono le perdite, che possono avere come

conseguenza quelle ambientali, rispetto all’energia sprecata per il pompaggio ecc.

Si pensa troppo spesso alle conseguenze (valutazione dei volumi persi) e non alla

causa delle perdite idriche reali, che saranno:

Perdite di efflusso (Torricelli)

 Pressione



Trasformazione digitale come efficientamento dei processi. Tutto questo è

importante perché per il ciclo idrico integrato vengono spesi molti soldi.

Le perdite nelle nostre reti sono di 3 tipologie:

Background leakage, perdite di sottofondo (underground), cioè

 gocciolamenti continui, perdite di cui non riusciamo a capire le cause perché

nascoste; infatti, possiamo vederne solo un effetto volumetrico; spesso

per la valutazione di una perdita, ci affidiamo all’effetto fisico, ossia

l’umidità.

Qual è il fenomeno fisico che permette di individuare una perdita? Vedere

l’acqua che fuoriesce, correlare i rumori di efflusso o cavitativi con sonde

acustiche, valutare il bilancio idrico (cioè so che ad un distretto deve

arrivarne un tot, mentre ne arriva meno). Quindi la ricerca delle perdite

deve essere un monitoraggio fisico.

SOLUZIONE: controllo della pressione e piani di gestione del

controllo delle tubazioni deteriorate

Reported leaks and bursts, perdite notificate dagli utenti;

 11

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Unreported leaks and bursts, cioè perdite gestionali, perdite che

 potrei recuperare ma non lo faccio perché non gestisco, cioè ricerca attiva

delle perdite, importante non per i volumi, ma per evitare che evolvano in

maniera eccessiva; con la gestione asset management, posso contare

sull’affidabilità del sistema, evitando chiusure impreviste e senza avviso per

gli utenti, con conseguenti disagi.

SOLUZIONE: ricerca attiva delle perdite per migliorare l’affidabilità

di sistema, per evitare che evolvano in rotture

Le perdite sono una percentuale volumetrica dell’immesso, chiaramente peggiore

è lo stato di salute del sistema e peggiore è la gestione, maggiore sarà questa

percentuale. Durante eventuali riparazioni o sostituzioni di tubazioni, man mano

che si sistemano dei tratti e si inseriscono dispositivi possono esserci degli effetti

sul resto della rete, cioè effetti del moto vario che si propagano sulle altre

tubazioni; quindi, bisogna sempre valutare la situazione delle perdite man mano

che si effettuano le riparazioni.

GESTIONE DELLE PERDITE ≠ RICERCA DELLE PERDITE ≠ RIDUZIONE DELLE

PERDITE

Attività fondamentali RICERCA DELLE PERDITE

per una corretta gestione PIANI DI SOSTITUZIONE

dell’asset CONTROLLO DI PRESSIONE E POMPAGGIO

Funzionali a queste 3 ci sono il monitoraggio e la distrettualizzazione

(District metering areas), cioè dove la rete è molto grande, la divido in distretti

migliorando il controllo.

√

=c∗Ω(

L P)∗ P

fessura α

=β∗P

Leak sistema

è un fattore di deterioramento nel tubo che concerne informazioni sul

β

numero, dimensione e posizione delle fessure, età media del sistema, conduzione

negli anni e la sua costituzione;

P è una variabile del tubo (ossia la pressione media perché non sappiamo dov’è

meno e dov’è più), le variazioni di pressione sono da evitare;

Q è la portata di perdita e dipende linearmente dalla pressione media (pressione

locale) e dal numero, dimensione e posizione delle fessure.

Quindi le perdite idriche reali sono determinate dalla popolazione di fessure

dell’acquedotto (o sua porzione) di cui non conosciamo la distribuzione spaziale

poiché gli acquedotti sono generalmente infrastrutture interrate. La popolazione è

12

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stata determinata dall’età media del sistema e dalla sua natura, ma anche dalla

sua storia gestionale e di esercizio quotidiano (pressioni e loro variabilità).

La gestione delle perdite idriche, quindi, attiene alla necessità di mantenere in

salute il sistema (portate di perdita idrica basse), controllandone la pressione e la

variabilità (conduzione di sistema) e l’età media (piani di sostituzione).

Per mantenere in salute la rete:

Monitoraggio e diagnosi dei problemi;

 Soluzioni:

 Se la causa delle perdite è PRESSIONE ELEVATA -> valutazione della

o conduzione di sistema -> controllo di pressione (valutando anche la

minima, requirements di rete) con valvole di riduzione della pressione;

Se la causa delle perdite è un naturale DETERIORAMENTO dovuto

o all’età media -> monitoraggio e ricerca attiva delle perdite -> piano di

sostituzione delle tubazioni. A

ARERA

ARERA è un’agenzia nazionale che opera un controllo di gestione attraverso

macro-indicatori dei comparti dell’acqua: M1 (perdite idriche tenute sotto

controllo per motivi ambientali), M2 (affidabilità del sistema), M3 (qualità

dell’acqua).

Il controllo delle pressioni migliora lo stato di salute (riduzione M1a) e contrasta il

naturale deterioramento nel tempo e migliorano l’affidabilità (M2 di ARERA).

CONTROLLO PRESSIONE

La ricerca attiva delle perdite contrasta il RICERCA ATTIVA DELLE

deterioramento e migliora temporaneamente lo PERDITE

stato di salute (riduzione M1a) e l’affidabilità (M2 RIABILITAZIONE

di ARERA) ↓M1a ↑M2

La riabilitazione (piani di sostituzione) riduce

l’età media del sistema e quindi il deterioramento ed in prospettiva migliora lo

stato di salute (riduzione M1a) e l’affidabilità (M2 di ARERA).

MODELLO DI GERMANOPOULOS (1985) 13

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21-22/10/2024

√

=a

Diametro della perdita ; Coefficiente

d P

leak leak res

√

=0.6

a 2 g Ω

leak

a è un coefficiente che rappresenta l’area del forellino, che nella realtà non

leak

sarà così

è l’area del forellino

Ω

Aumentando le pressioni rispetto a quelle di esercizio, in una tubazione d’acciaio

l’area del forellino non varia molto, diversamente in quelle di plastica l’area del

forellino aumenta a vista. Nelle zone in cui si crea il forellino, seppure in acciaio,

l’area aumenta anche se non è visibile, inoltre le caratteristiche meccaniche

vengono meno ed è possibile che con la pressione aumentata l’area aumenti.

Quindi diventa funzione della pressione.

Ω √

( )

( )

leak res res

=f

d Ω P P

I modelli fenomenologici utilizzabili sono: EMPIRICO – FISICAMENTE BASATO

P,

Ponendo l’esponente della pressione pari ad 1, per un certo range di i due

modelli coincidono.

Modello empirico: POWER =0

γ

√ √

⏞

0 ≤γ ≤2 0.5 ≤α ≤2.5

( ) ( )

√

leak res res res res

⋅ ⋅

=0.6 =β ¿

d 2 g A P P P β P

1 1 1

Si immagina che l’area del forellino diventa costante perché non si apre oppure si

apre linearmente in una direzione e in funzione della pressione; però non parte da

una condizione iniziale.

Modello fisicamente basato: FAVAD A 0 →∞

A 1

√ √ √

⏞

1.5

( ) ( )

√

leak res res res res res

⋅ ⋅

=0.6 + =β + ¿

d 2 g A A P P P β P β P

0 1 0 1 0

La fenomenologia delle perdite è quella di laboratorio, però non sapendo la

posizione esatta dei forellini lungo il tronco, consideriamo la pressione media

P P

del modello in un certo intervallo ( diventa ), come se fosse una

res media 14

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β

perdita uniformemente distribuita, e rappresenta il deterioramento, inteso

come un insieme di fattori:

numero di forellini

 età della tubazione, man mano che aumenta, la funzione diventa

 esponenziale;

lunghezza del tubo

 numero di proprietà (inteso come allacci alla tubazione)



(1/D perché i diametri piccoli sono più soggetti a deterioramento, perché sono quelli presenti nel dedalo di

tubazioni)

FATTORE DI DETERIORAMENTO ( )

1

a

=f

β A e , ,L,Pr

tubo b

D

In prima approssimazione si può dire che per

perdita media

=1 :

α =β

d P

tubo tubo tubo

Tutto questo riguarda le perdite in background,

occulte.

Il modello prende il valor medio della pressione e B

e calcola le perdite

INDICATORI DI PERFORMANCE

Quando invece dobbiamo ipotizzare una rottura, utilizziamo il modello per

effettuare il bilancio idrico. ARERA, per dare premialità e penalità rispetto al ciclo

idrico integrato, ha definito dei macro-indicatori (di asset management) per

definire le prestazioni e per allocare i soldi

pubblici.

SISTEMI DI DISTRIBUZIONE POTABILE

M Resilienza del sistema

0

M Gestione del sistema

1

M Affidabilità, legata al numero di volte

2 che non si dà l’acqua all’utente in un

anno

M Qualità dell’acqua

3

M1 è un macro-indicatore per valutare i gestori, ed è diviso in M1a ed M1b:

Perdita =Densitàdi ;

M 1 a= perdita

 Lunghezza 15

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M 1a Densità di perdita

∗100= ∗100 = percentuale

M 1 b=

 +

M 1 a+ D1 a Densitàdi per