Relazione Laboratorio Sistemi idraulici urbani - Sistemi di distribuzione idrica (Acquedotti)

ALMA MATER STUDIORUM - UNIVERSITÀ DI BOLOGNA

CORSO DI LAUREA MAGISTRALE IN INGEGNERIA PER L’AMBIENTE E IL TERRITORIO

LABORATORIO DI SISTEMI IDRAULICI URBANI

MODULO 1

A.A. 2021-2022

MODELLAZIONE DI SISTEMI DI DISTRIBUZIONE IDRICA

RELAZIONE DI CALCOLO

DOCENTE: STUDENTESSA:

CRISTIANA BRAGALLI LAURA PATTARO

MAT. 977995

II INDICE

INDICE DELLE FIGURE .................................................................................................... IV

INDICE DELLE TABELLE .................................................................................................. IV

INTRODUZIONE ............................................................................................................. 5

FASE 1: DIMENSIONAMENTO DELLA RETE DI DISTRIBUZIONE IDRICA ............................................. 7

ANALISI DELLA DOMANDA .............................................................................................. 7

ASSEGNAZIONE DEI DIAMETRI ALLE CONDOTTE .................................................................... 10

INDIVIDUAZIONE DELLA POMPA ...................................................................................... 11

VERIFICHE VINCOLI IDRAULICI ....................................................................................... 12

FASE 2: DETERIORAMENTO E DISTRETTUALIZZAZIONE ........................................................... 14

INTRODUZIONE PERDITE.............................................................................................. 14

DISTRETTUALIZZAZIONE.............................................................................................. 16

VERIFICHE VINCOLI IDRAULICI ....................................................................................... 17

FASE 3: CONTROLLO DELLA PRESSIONE ............................................................................. 19

POMPA A GIRI VARIABILI .............................................................................................. 19

VALVOLE RIDUTTRICI DI PRESSIONE ................................................................................. 20

VERIFICHE VINCOLI IDRAULICI ....................................................................................... 23

RISPARMIO IDRICO ....................................................................................................... 25

COSTO CONDOTTE ...................................................................................................... 25

CONSUMO DI ENERGIA .................................................................................................. 26

ANALISI ACTUAL DEMAND .............................................................................................. 27

ANALISI QUALITÀ DELL’ACQUA ....................................................................................... 28

TEMPO DI PERMANENZA .............................................................................................. 28

DECADENZA CLORO ................................................................................................... 30

INDICE DI RESILIENZA ................................................................................................... 32

CONCLUSIONI ............................................................................................................ 33

BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................ 34

III INDICE FIGURE

DELLE

FIGURA 1: SCHEMA PLANIMETRICO RETE IN ESAME .................................................................... 5

FIGURA 2: SCHEMA VINCOLO CARICO IDRAULICO. ..................................................................... 6

FIGURA 3: DEMAND PATERN - ANDAMENTO DELLA DOMANDA DURANTE L'ARCO DELLA GIORNATA. ............ 9

FIGURA 4: RAPPRESENTAZIONE DIAMETRI FASE 1. ................................................................... 10

FIGURA 5: CURVA CARATTERISTICA POMPA. ......................................................................... 11

FIGURA 6: CONFRONTO CARICO IDRAULICO FASE 1 - FASE 2 INTRODUZIONE PERDITE LOCALIZZATE. ....... 16

FIGURA 7: DISTRETTUALIZZAZIONE RETE IDRICA - FASE 2. ......................................................... 17

FIGURA 8: CONFRONTO ANDAMENTO PORTATA POMPA NELLE VARIE FASI. ...................................... 19

FIGURA 9: POSIZIONAMENTO VALVOLE RIDUTTRICI DI PRESSIONE. ................................................ 20

FIGURA 10: SETTING PRV. .............................................................................................. 21

FIGURA 11: CONFRONTO ANDAMENTO PRESSIONI NODO CRITICO PRE E POST PRV. ............................ 22

FIGURA 12: CONFRONTO VARIAZIONE RPESSIONI FASI 1 - 3. ....................................................... 22

FIGURA 13 CONFRONTO CONSUMO ENERGETICO IMPIANTO DI SOLLEVAMENTO. ................................ 26

FIGURA 14: CONFRONTO ACTUAL DEMAND ORE 8:00. .............................................................. 27

FIGURA 15: CONFRONTO ACTUAL DEMAND ORE 16:00. ............................................................. 27

FIGURA 16: CONFRONTO ACTUAL DEMAND ORE 20:00. ............................................................. 27

FIGURA 17: TEMPO DI PERMANENZA FASE 1 ORE 6:00. ............................................................. 29

FIGURA 18: TEMPO DI PERMANENZA FASE 3 ORE 6:00. ............................................................. 29

FIGURA 19: DECADIMENTO CLORO FASE 1 ORE 6:00................................................................. 31

FIGURA 20: DECADIMENTO CLORO FASE 3 ORE 6:00................................................................. 31

INDICE TABELLE

DELLE

TABELLA 1: CALCOLO BASED DEMAND ................................................................................... 8

TABELLA 2: DEMAND PATTERN ........................................................................................... 9

TABELLA 3: DIAMETRI FASE 1 ........................................................................................... 11

TABELLA 4: VERIFICA CARICHI IDRAULICI FASE 1 - ORE 8:00 ....................................................... 12

TABELLA 5: VERIFICA VELOCITÀ FASE 1 - ORE 8:00 ................................................................. 13

TABELLA 6: CALCOLO EMITTER COEFFICIENT PER L'ALLOCAZIONE DELLE PERDITE LOCALIZZATE ............ 15

TABELLA 7: VERIFICA CARICO IDRAULICO FASE 2 - ORE 8:00 ....................................................... 18

TABELLA 8: VERIFICA VELOCITÀ FASE 2 - ORE 8:00 ................................................................. 18

TABELLA 9: INDIVIDUAZIONE NODO CRITICO E ....................................................................... 20

TABELLA 10: VERIFICA CARICO IDRAULICO FASE 3 PRV VARIABILE - ORE 8:00 ................................... 23

TABELLA 11: VERIFICA VELOCITÀ FASE 3 PRV VARIABILE - ORE 8:00 .............................................. 24

TABELLA 12: CONFRONTO COSTO CONDOTTE ........................................................................ 25

TABELLA 13: LISTINO CONDOTTE PER IL CALCOLO DEL COSTO TOTALE DELLA RETE ........................... 25

TABELLA 14: INDICE DI RESILIENZA .................................................................................... 32

IV INTRODUZIONE

La seguente relazione si pone come obiettivo la descrizione del progetto di una rete

acquedottistica che rappresenta una porzione di quella esistente in una zona nella città

di Bologna.

Lo scopo del progetto è quello di poter comprendere gli aspetti teorici del corso di sistemi

idraulici urbani, i problemi progettuali e il concetto di ottimizzazione, perché non esiste

una sola soluzione progettuale ma occorre trovare il miglior compromesso. Inoltre, si

approfondirà anche il concetto di qualità dell’acqua all’interno della rete.

La configurazione della rete risulta quella di figura 1: l’alimentazione avviene da due punti

distinti, il primo è un serbatoio chiamato “R1” con carico idraulico costante pari a =

1

e il secondo è una falda sotterranea “R2” posta a dalla quale l’acqua

125 = −80

2

viene elevata tramite una pompa “2” che sarà oggetto di dimensionamento.

L’altimetria della rete è caratterizzata da una zona più elevata posta a Sud e da quella

più bassa posta a Nord. Il progetto viene suddiviso in fasi per poter comprendere

l’evoluzione temporale della rete durante l’arco della sua vita utile.

FIGURA 1: SCHEMA PLANIMETRICO RETE IN ESAME

5

In ogni fase del progetto viene richiesto che siano rispettati i vincoli idraulici per il

funzionamento della rete che sono due:

• VINCOLO VELOCITÀ: ≤ ≤ ∀(, ) ∈ ( )

Con (per garantire che la risorsa non abbia tempi di percorrenza

= 0.1

elevati, per ridurre il rischio di contaminazione e l’utilizzo di cloro per la

disinfezione) e (più restrittivo).

= 2

• VINCOLO CARICO IDRAULICO: ≤ ≤ ∀() ∈ ( )

, ,

Dove (più restrittivo perché garantisce la

= + + +

, ,

fruibilità della risorsa agli utenti) con:

quota dell’asse della condotta (elevation)

o

,

profondità di posa del tubo

o = 1.6 altezza massima edificio in prossimità del nodo

o = 30

franco di pressione rispetto alla sommità dell’edificio

o = 5

Mentre = + 70 .

, ,

Per l’analisi si ricorrerà all’utilizzo di un software di calcolo idraulico EPANET.

FIGURA 2: SCHEMA VINCOLO CARICO IDRAULICO.

6

FASE 1: DIMENSIONAMENTO DELLA RETE DI

DISTRIBUZIONE IDRICA

La prima fase ha lo scopo di rappresentare il dimensionamento e la costruzione della nuova

rete di distribuzione idrica, nell’analisi verranno trascurate le perdite di carico

concentrate e l’obiettivo è quello di dimensionarla in modo da poter soddisfare la

domanda richiesta dagli utenti, nel rispetto dei vincoli idraulici.

ANALISI DELLA DOMANDA

BASED DEMAND

Per effettuare il dimensionamento della rete occorre conoscere il consumo degli utenti

che essa dovrà soddisfare nel breve e lungo termine, nota la popolazione attuale =

0

si prevede un tasso di crescita e la vita utile dell’opera è stimata

6890 , = 9‰

pari a La popolazione che la rete dovrà alimentare è quindi calcolata come:

= 30 . 30

(1 (1

= + ) = 6890 ∙ + 0.009) = 9015

0

La lunghezza delle condotte è assegnata sin dall’inizio con la quale si può calcolare la

9015

densità abitativa , che permette a sua volta l’assegnazione della

= = 1.13

8008

popolazione afferente ad ogni nodo con l’ipotesi che sia omogeneamente distribuita

sull’area in esame in funzione delle semi-lunghezze afferenti al nodo: .

∑

=

1

2

La domanda media annua da assegnare ai nodi della rete, viene calcolata partendo

dalla dotazione idrica , con il seguente procedimento:

= 300 ∙

= [ ]

86400

La tabella 1 riporta il calcolo della domanda è la “Total Based Demand” risulta essere pari

a: ∑

= = 31.3

=1 7

TABELLA 1: CALCOLO BASED DEMAND

Node ∑Li/2 Pi BDi n16 189.64 213 0.74 n33 178.61 201 0.70

ID [m] [ab] [l/s] n17 145.65 164 0.57 n34 193.91 218 0.76

n1 216.95 244 0.85 n18 230.53 260 0.90 n35 115.01 129 0.45

n2 234.30 264 0.92 n19 163.07 184 0.64 n36 98.98 111 0.39

n3 133.00 150 0.52 n20 227.27 256 0.89 n37 81.60 92 0.32

n4 188.20 212 0.74 n21 190.97 215 0.75 n38 43.18 49 0.17

n5 291.25 328 1.14 n22 242.20 273 0.95 n39 22.41 25 0.09

n6 210.20 237 0.82 n23 281.97 317 1.10 n40 128.58 145 0.50

n7 242.65 273 0.95 n24 152.65 172 0.60 n41 122.15 138 0.48

n8 274.35 309 1.07 n25 230.10 259 0.90 n42 106.14 119 0.41

n9 156.91 177 0.61 n26 224.58 253 0.88 n43 157.32 177 0.61

n10 221.53 249 0.87 n27 159.26 179 0.62 n44 108.34 122 0.42

n11 148.86 168 0.58 n28 266.44 300 1.04 n45 53.45 60 0.21

n12 217.95 245 0.85 n29 173.29 195 0.68 n46 80.49 91 0.31

n13 159.05 179 0.62 n30 160.33 180 0.63 n47 64.16 72 0.25

n14 148.35 167 0.58 n31 193.25 218 0.76 n48 29.49 33 0.12

n15 117.10 132 0.46 n32 54.15 61 0.21 n49 177.50 200 0.69

DEMAND MULTIPLIER