Traccia svolta per l'esame di stato per l'abilitazione alla professione di ingegnere civile e ambientale, tema della prima/seconda prova scritta di idraulica/costruzioni idrauliche/gestione delle risorse idriche

Esame di Stato per l'abilitazione alla professione di Ingegnere - Settore civile e ambientale

PRIMA / SECONDA PROVA - Svolgimento possibile tema

TRACCIA. Il candidato sviluppi il tema della valutazione e gestione delle perdite nelle reti idriche soffermandosi, in particolare, sugli aspetti economici connessi alla definizione del livello di perdita accettabile, su una strategia adottabile, sulle misure a breve/lungo termine, sul calcolo del bilancio idrico e sugli indici di prestazione.

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SVOLGIMENTO TEMA

Lo scopo delle attività di ricerca delle perdite non è tanto quello di eliminare completamente le perdite nelle condotte, bensì definirne un livello accettabile e mantenerlo costante nel tempo. Ciò si può ben comprendere con riferimento al grafico sottostante che riporta i costi connessi a livelli di perdita idrica via via crescenti.

Definizione del livello di perdita accettabile

La curva blu rappresenta il costo dell’acqua: se l’utenza richiede 100 ed io ho zero perdite, il costo del prelievo, della potabilizzazione e del trasporto sono minimi e relativi al volume effettivamente consegnato all’utenza e quindi fatturato (caso ideale); viceversa se ho perdite del 40 % (prelevo 100 alla sorgente, ma all’utenza ne arrivano 100 – 40 = 60), affinché l’utenza abbia comunque il suo 100 dovrò prelevare una quantità d’acqua maggiore: spenderò quindi, ad esempio, per la potabilizzazione di acqua che verrà poi perduta lungo l’acquedotto e quindi non fatturata.

La curva rossa rappresenta il costo del controllo attivo delle perdite; in questo caso l’andamento è inverso, ossia decrescente con le perdite; ciò sta a significare che individuare grandi perdite (spesso visibili in superficie, con rottura del manto stradale, e segnalate tempestivamente dagli utenti) è più semplice ed economico che individuare quelle piccole che, in quanto tali, difficilmente danno segni visibili in superficie e che vengono rilevate, appunto, solo se cercate appositamente con strumentazioni specifiche.

La curva verde, infine, somma membro a membro il costo dell’acqua perduta ed il costo delle attività di controllo per ogni livello di perdita. Il minimo di questa curva si trova in corrispondenza di un livello di perdita detto LIVELLO ECONOMICO OTTIMALE DELLE PERDITE (ELL). Esso ci fa capire che, sostanzialmente, non conviene essere troppo rigorosi nella ricerca delle perdite in quanto, paradossalmente, si può spendere più per rilevare una perdita di pochi millilitri, ad esempio, che per potabilizzare due litri in più che verranno persi. Ecco perché abbiamo detto, all’inizio, che lo scopo non è ridurre a zero le perdite ma definirne un livello accettabile, dal punto di vista economico e ambientale.

Il livello ottimale delle perdite varia in base a diversi fattori; tra i principali si ricordano:

• Metodologia di controllo adottata (telemetria, tradizionale, etc.) e costo del personale (variabile in base al grado di specializzazione);
• Domanda idrica e carenza della risorsa: quanto grande è la domanda e quanto è scarsa (e quindi preziosa la risorsa idrica) tanto minore sarà il livello massimo di perdita ritenuto accettabile a parità di tutte le altre condizioni;
• Se esiste o meno normativa cogente al riguardo.

Modalità di gestione delle perdite

La gestione delle perdite si attua agendo su più fronti:

• CONTROLLO ATTIVO DELLE PERDITE. Consiste nell’effettuare un monitoraggio sistematico della rete al fine di individuare le possibili perdite; come anticipato, però, è bene definire prima un livello di perdite accettabile e non spingersi oltre nel cercarne di inferiori).
• GESTIONE DELLE PRESSIONI DI ESERCIZIO. Ciò è possibile, ad esempio, mediante l’installazione di valvole che la riducono riducendo, di conseguenza, sollecitazioni sulle tubazioni, frequenza delle rotture e quantità d’acqua perduta in caso di perforazione.
• VELOCITA’ E QUALITA’ DELLE RIPARAZIONI. Per ridurre i volumi d’acqua perduti, sono molto importanti questi due fattori.
• RINNOVO RETE, OPERE ED IMPIANTI. Nell’ottica del lungo periodo, potrà rendersi necessaria la sostituzione di tubazioni o anche il potenziamento della rete per un’aumentata domanda idrica.
• MONITORAGGIO DEL DEFLUSSO MINIMO NOTTURNO. E’ una tecnica che consiste nel distrettualizzare l’area di interesse ed effettuare delle misure nella notte, quando il consumo è minimo; se si registrano repentini aumenti nel consumo, questo potrebbe essere indice di una perdita idrica.

• PERDITE DI SOTTOFONDO: si verificano generalmente nelle giunzioni tra tubazioni o in corrispondenza degli allacci; sono tipicamente minori di 0.25 m³/h e difficili da localizzare;
• PERDITE DA ROTTURE SEGNALATE: la perdita affiora in superficie, motivo per cui si tratta di perdite intense ma di breve durata, in quanto alla rapida segnalazione segue un rapido intervento di riparazione;
• PERDITE DA ROTTURE NON SEGNALATE: sono perdite nascoste, e per questo di lunga durata, localizzabili solo mediante ricerca attiva.

Il metodo definisce inoltre un indice, UARL (Unavoidable Annual Real Losses, ossia Perdite annuali inevitabili) che rappresenta il più basso valore di perdite tecnicamente raggiungibile per un sistema ben gestito. Esso si stima con un'equazione del tipo:

UARL = (18 · L_m + 0.8 · N_c + 25 · L_p) · P

dove:

• L_m = lunghezza in km della condotta principale pubblica
• N_c = numero di allacci
• L_p = lunghezza in km delle tubazioni private
• P = pressione media d'esercizio espressa in metri

La formula risulta valida per Nc + 20*Lp > 3000, per P>25m e per Nc/km condotte > 20 ed escludendo la presenza di sfiori ai serbatoi o perdite fuori terra del sistema idrico.

Osservazione: Posso calcolare i megalitri/anno persi utilizzando il bilancio idrico e confrontarli poi con questo indice UARL per capire quanto sono lontano dal livello di perdita minima tecnicamente raggiungibile per una rete di assegnata configurazione (lunghezza, allacci, etc.) e per quell'assegnata pressione d'esercizio.

Altri indici di prestazione

• Rapporto Acqua persa/Acqua immessa in rete Spesso si usa questo semplice rapporto percentuale come indice tecnico di performance, tuttavia esso non tiene conto di importanti fattori, come ad esempio il numero di allacci, la dimensione e complessità della rete di condotte, la pressione d'esercizio, l'andamento dei consumi, etc. Per tale motivo, più che a questo semplice indice, si può far riferimento non ai litri persi/anno bensì ai litri persi per presa al giorno, ossia adimensionalizzare l'indice rapportandolo al numero di prese servite.
• Litri persi per presa al giorno Questo indice, come anticipato, è già più significativo rispetto al precedente; inoltre, se rapportato al consumo medio d'acqua per presa, può darci un'utile informazione sul livello di perdita; esempio pratico: ho una perdita di 100 litri per presa al giorno in un sistema idrico che adduce mediamente 8000 litri per presa al giorno (aree metropolitane) => stiamo parlando di