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«Analisi delle reti turnate
ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano»
Prof. Ing. Mauro De Marchis e Prof. Ing. Gabriele Freni
Giovedì 25 Gennaio 2024| IREN, Reggio Emilia
SCUOLA DI ALTA FORMAZIONE
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
Esperimenti
di laboratorio
Risproduzione in laboratorio del
funzionamento di una rete reale
De Marchis et. 2020
Brunone et al. 2010
Modelli di uso
sostenibile
della risorsa
idrica
•Studio di sistemi di gestione della
pressione per
•- La riduzione delle perdite idriche
•- L’accesso alla risorsa
•- La durata dei sistemi idrici
Freni et al. (2010)
De Marchis et al. (2005)
Modelli
matematici
predittivi
Modelli numerici per:
- perdite idriche
-gestione energetica
- progettazione e manutenzione
Giustolisiet al. (2002) J. Hydr.
Eng.
Brunone (1999) J. Water Res.
Man. Pla.
IL RUOLO DELL’UNIVERSITA’
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
OUTLINE
• La sperimentazione all’interno dei laboratori tematici
• Il funzionamento intermittente delle reti (?)
• Lo sviluppo di un modello numerico per le reti intermittenti
• Alcuni impatti del funzionamento intermittente: maggiori perdite
idriche
• Alcuni impatti del funzionamento intermittente:
infiltrazione e propagazione di inquinanti
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
Laboratorio di Idraulica Ambientale
in cui è stata riprodotta una rete idrica in scala
1:1
Università degli Studi di Enna Kore
Facoltà di Ingegneria e Architettura
Kore Water Lab
Esperimenti di
laboratorio
ESPERIMENTI
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
 11 lati DN 63 and 9 nodi
 Lunghezza media dei lati pari a 45 m
 Studio delle perdite idriche
 Ottimizzazione energetica delle reti
 Effetto dei moti transitori sui contatori
Strumenti di misura interconnessi tramite rete wireless
ESPERIMENTI
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
Sviluppo di equazioni
matematiche
In grado di mettere in
relazione la pressione in rete
H con la portata utilizzata
dagli utenti Q
Classical Torricelli Law.
QL=aI ·HbI
IWA Water Loss Task Force
Sviluppo di modelli complessi dettati
dalla presenza di serbatoi
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Modelli di uso
sostenibile della
risorsa idrica
SVILUPPO DI MODELLI
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
Modelli
matematici
predittivi
2
1
Simulazioni fluidodinamiche per studiare in dettaglio il moto dei fluidi all’interno delle
condotte
Partendo dai risultati sperimentali sono stati sviluppati algoritmi matematici per
studiare nel dettaglio la relazione tra fluido e struttura….deformazione delle condotte
indotte da perdite o da variazioni di pressione
CFD Computational Fluid Dynamic
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
SVILUPPO DI MODELLI
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
Modelli
matematici
predittivi
Attraverso la risoluzione di
equazioni 3D è possibile
formulare nuove leggi
matematiche
Consentono di investigare in dettaglio il
moto dei fluidi
SVILUPPO DI MODELLI
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
MODELLI PER LO STUDIO DELLE
RETI IDRICHE
LE RETI IDRICHE
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
Reti di distribuzione con erogazione “alla
domanda”:
• le condotte sono costantemente piene d’acqua;
• le erogazioni variano nel corso della giornata
secondo le
richieste degli utenti
Reti di distribuzione con erogazione
“turnata”:
• le condotte contengono acqua solo per alcune ore
nell’arco della giornata;
• le erogazioni dipendono solo dalle pressioni e
dalle caratteristiche geometriche ed idrauliche degli
allacciamenti
FUNZIONAMENTO RETI IDRICHE
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
Reti di distribuzione con erogazione “alla
domanda”:
• le condotte sono costantemente piene d’acqua;
• le erogazioni variano nel corso della giornata
secondo le
richieste degli utenti
Reti di distribuzione con erogazione
“turnata”:
• le condotte contengono acqua solo per alcune ore
nell’arco della giornata;
• le erogazioni dipendono solo dalle pressioni e
dalle caratteristiche geometriche ed idrauliche degli
allacciamenti
dV
dt
+
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c
dh
dt
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g
c
Vsenq = 0
dV
dt
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g
c
dh
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+gJ -
g
c
Vsenq = 0
FUNZIONAMENTO RETI IDRICHE
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
MODELLI PER LO STUDIO DELLA
DISTRIBUZIONE TURNATA O INTERMITTENTE
LA TURNAZIONE NELLE RETI IDRICHE
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
DISTRIBUZIONE TURNATA
DISTRIBUZIONE TURNATA O INTERMITTENTE
I gestori della rete cercano di distribuire la limitata risorsa nel modo più efficiente possibile:
 Dividendo l’intera rete di distribuzione in più distretti in funzione del numero di utenti.
 Distribuendo la risorsa ad ogni distretto per un limitato periodo di tempo (in genere meno di 24 ore).
Ogni distretto è soggetto a ciclici periodi di riempimento e vuotamento
Gli utenti cercano di sopperire ai periodi di disservizio della rete attraverso serbatoi di accumulo della risersa idrica
La condizione di scarsità di risorsa idrica, determinata da periodi di siccità e/o dall’inefficienza dei sistemi
acquedottistici (elevate perdite idriche, pressioni inadeguate) viene affrontata attraverso:
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
La distribuzione “turnata” costituisce la “regola”, più che l’eccezione, in diverse
zone d’Italia
Dal punto di vista idraulico-gestionale i principali
problemi posti sono:
Lo studio dei transitori di riempimento e vuotamento
delle reti non è oggetto, nella letteratura internazionale,
di particolare attenzione, probabilmente perché la
distribuzione turnata è considerata, a ragione, una
scelta gestionale inopportuna
l’insorgere di sovrapressioni e
depressioni durante i frequenti
processi di riempimento e
vuotamento delle reti
le possibili sperequazione nell’accesso
alla risorsa tra gli utenti, in quanto
quelli più prossimi ai punti di
alimentazione ricevono l’acqua prima di
quelli più lontani;
DISTRIBUZIONE TURNATA
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
LA RISPOSTA DELLA POPOLAZIONE
PRO
Gli utenti riducono l’impatto dei disagi della turnazione
CONTRO: La rete funziona in condizioni diverse da quelle di progetto
Bassa pressione in condotta che non garantisce un sufficiente livello di erogazione
Sperequazioni nell’accesso alla risorsa tra gli utenti
Sovradimensionamento dei serbatoi di accumulo
L’erogazione ai nodi dipende dalla pressione in condotta e non dai consumi
Accumulo di acqua per
far fronte ai periodo di
non erogazione
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
LA TURNAZIONE NELLE RETI IDRICHE
 mettere a punto un modello di simulazione del funzionamento di una rete durante il
processo di riempimento, utilizzando il metodo delle caratteristiche;
 modellare la presenza dei serbatoi
La modellazione risulta complessa a causa delle:
 diverse possibili fasi di riempimento delle condotte;
 dipendenza del comportamento della rete dai numerosi processi di riempimento dei serbatoi privati installati
dagli utenti
 diverso comportamento della rete durante le fasi di riempimento e durante la fase stazionaria.
COSA POSSIAMO FARE PER MITIGARE GLI EFFETTI NEGATIVI
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
LA TURNAZIONE NELLE RETI IDRICHE
Fase iniziale di propagazione del fronte dell’acqua
Le condotte della rete connesse ai serbatoi di erogazione, inizialmente vuote,
sono le prime a riempirsi.
Il rimepimento inizia nell’istante in cui l’ente gestore attiva la fase di
distribuzione
Il fronte dell’acqua raggiunge un nodo di erogazione
I serbatoi degli utenti iniziano a riempirsi quando il fronte d’onda ha raggiunto il
nodo di erogazione ed si è raggiunto una sufficinete quota piezometrica in
condotta.
Il fronte d’acqua raggiunge la sezione terminale della condotta
Inizia il riempimento delle condotte connesse a quella piena, dove continua ad
aumentare la pressione fino al raggiungimento delle condizioni stazionarie.
La condotta si riempie con due fronti opposti
La condotta si sta riempendo da entrambe le estremità e i due fronti d’onda
proceduno l’uno verso l’altro.
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
METODO DELLE CARATTERISTICHE
Ad ogni passo temporale vengono risolte le equazioni di compatibilità, valide lungo
le linee caratteristiche:
Ad ogni iterazione viene calcolato il passo di
integrazione t per ogni lato
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
MODELLO DI DOMANDA AL NODO
Serbatoi privati
Le riserve locali iniziano il loro riempimento
quando il fronte d’onda raggiunge il
galleggiante.
Gli utenti usano la risorsa presente nei
serbatoi, quindi la domanda degli utenti
influenza il livello nel serbatoio.
I serbatoi sono generalmente installati sui tetti
o in corrispondenza del piano campagna.
D
Qup
Serbatoio privato
Posto nel sottotetto
Rete
Misuratore di
portata
Valvola con galleggiante
Impianto utente
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
LA TURNAZIONE NELLE RETI IDRICHE
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A
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D
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up
Equazione di continuità al serbatoio
D
H, W
Legge di erogazione del galleggiante
Valida fino al completo riempimento del
serbatoio
Qup Portata erogata dalla rete al serbatoio
Cv Coefficiente di efflusso della valvola del galleggiante (pari a 0.68)
a Area della valvola (pari a 2.8 cm2)
g Accelerazione di gravità
P Altezza piezometrica sopra il serbatoio
D Domanda dell’utente
W Volume del serbatoio
A Area del serbatoio
H Livello idrico variabile nel serbatoio
Hmax Profondità variabile del serbatoio
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
LA TURNAZIONE NELLE RETI IDRICHE
cv = f (h) =
Cv=Cv
*
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hmax-h
hmax-h min
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ç
ö
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Cv=Cv
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UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
EFFETTO DELLA TURNAZIONE SULLA RETE
Caso di studio:
una delle 17 sottoreti di Palermo
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CORSO TUKORY
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1000 m
Flow meter
Pressure cell
Inlet node
165 134
210
248
56
47
1
33
Rete : Oreto-Stazione
Ricostruita recentemente
Popolazione: 35.000 ab.
Domanda: 400 l/(ab.*g)
Diametro condotte: 110 - 225 mm
Materiale delle condotte: PEAD
Dimensione della rete: 42 km
Elevazione della rete: 3m – 45 m
1 Serbatoio principale: 45 m
Periodo di monitoraggio: Giugno-Ottobre 2022 (funzionamento turnato giornaliero)
Acquisizione dati: 2 misuratori di portata elettromagnetici con frequenza oraria
6 misuratori di pressione con frequenza 5 min
Nodo di ingresso
Misuratori
portata
Misuratori
pressione
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
LA TURNAZIONE NELLE RETI IDRICHE
VIA
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G.
ARCO
LEO
CORSO
TUKORY
PIAZZA
DELLE CLINICHE
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A
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Il modello è stato calibrato attraverso i dati di pressione misurati dai
6 manometri disposti nella rete
OTTIMO ACCORDO TRA I VALORI MISURATI E SIMULATI
I picchi di pressione sono dovuti ai fenomeni
di colpo d’arite generati dall’impatto tra i
fronti d’onda e alla ciclica apertura e
chiusura delle valvole dei serbatoi.
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
LA TURNAZIONE NELLE RETI IDRICHE
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
LA TURNAZIONE NELLE RETI IDRICHE
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Il modello è stato calibrato attraverso i dati di pressione misurati dai
6 manometri disposti nella rete
OTTIMO ACCORDO TRA I VALORI MISURATI E SIMULATI
I picchi di pressione sono dovuti ai fenomeni
di colpo d’arite generati dall’impatto tra i
fronti d’onda e alla ciclica apertura e
chiusura delle valvole dei serbatoi.
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
EFFETTO SUI CONTATORI VOLUMETRCI
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
CONTATORI VOLUMENTRICI IN MOTO STAZIONARIO
 Verifica della curva di
errore del contatore in una
condizione simil reale
 Sono stati studiati
contatori volumetrici con
differenti classi di età
 E’ stata simulata la
presenza del serbatoio in
fase di riempimento
 E’ stata simulata una
condizione di flusso
stazionario
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
 In fase di riempimento il
flusso è bifasico aria-
acqua
 Si registrano errori nella
lettura fino al 200%
CONTATORI VOLUMENTRICI IN RIEMPIMENTO
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
EFFETTI DELLA TURNAZIONE:
PERDITE IDRICHE
LE RETI IDRICHE
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Sul breve periodo:
• Condotte non sempre in pressione
• Pressioni in rete mediamente più basse (in condizioni stazionarie)
• Consumi compressi (leggermente)
Sul medio-lungo termine:
Riduzione della vita utile delle condotte per:
• Variazioni significative di pressione
• Maggiore rischiio di schiacciamento delle condotte
• Passaggio di portate lontane dalla condizione di progetto
• Transitori significativi
Maggiore sottomisurazione dei contatori:
• Portate di alimentazione basse e continue
• I contatori lavorano in condizioni lontane dal progetto
• Abbassamento delle pressioni sul contatore (condizione rischiosa per i nuovi contatori ultra-sonici o
elettromagnetici)
In emergenza non ci sono molte
altre possibilità
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Q1 Q2 Q3 Q4
-20%
-40%
-60%
-80%
-100%
ε1 ε2
Portata [l/h]
Errore
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Q1 Q2 Q3 Q4
-20%
-40%
-60%
-80%
-100%
ε1 ε2
ISO 4064:2023
Q1 ≤ Q < Q2 → ε ≤ ε1 = 5%
Q2 ≤ Q ≤ Q4 → ε ≤ ε2 = 2%
Portata [l/h]
Errore
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Q1 Q2 Q3 Q4
-20%
-40%
-60%
-80%
-100%
ε1 ε2
ISO 4064:2005
Q1 ≤ Q < Q2 → ε ≤ ε1 = 5%
Q2 ≤ Q ≤ Q4 → ε ≤ ε2 = 2%
Qstart
Q < Q1
ε elevati
ε = -100%
Portata [l/h]
Errore
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Alimentazione dalla
rete pubblica
Serbatoio
Contatore
Il riempimento dei serbatoi è comandato da
una valvola a galleggiante che si apre,
parzialmente o totalmente, in funzione del
livello idrico del serbatoio e della pressione in
rete
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Caso A): pressione in rete “non sufficiente” implica che il serbatoio si svuota quasi
completamente. Quando la pressione in rete aumenta, il livello nel serbatoio è
talmente basso che la valvola a galleggiante si apre totalmente e permette il
passaggio di elevate portate.
Alimentazione diretta
Alimentazione indiretta
Qstart
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Caso B): pressione in rete “sufficiente” implica serbatoio quasi sempre pieno; la
valvola a galleggiante si apre non appena il livello all’interno del serbatoio si abbassa
anche di poco.
Alimentazione diretta
Alimentazione indiretta
Qstart
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Cosa accade quando il contatore invecchia?
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Cosa accade quando il contatore invecchia?
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Cosa accade quando il contatore invecchia?
Qstart
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
La curva di errore alle basse portate di 680 contatori usati è stata ricostruita per
differenti valori della pressione di prova, che rappresenta quella in rete.
Strumentazione utilizzata: banco prova a comparazione di
peso rispondente alla norma ISO 4064:2014 (efficienza sulla
Qstart)
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Errore
[%]
Portata [l/h]
Prove*: “collection method” (ISO 4064:2014), 4 valori di pressione di prova
misurata a monte del contatore (0.5, 1.0, 1.5, 2.0 bar).
Classe 2
P = 2.0 bar
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
• Le basse pressioni
amplificano l’effetto
dell’invecchiamento
• Le basse portate
aumentano l’errore
percentuale
• Le caratteristiche
tecnologiche del
contatore sono tanto più
rilevanti quanto più
invecchia
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
y = 4.090e0.046x
R² = 0.871
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Portata
di
avviamento
media
[l/h]
Età [anni]
P = 0.5 bar
y = 3.333e0.048x
R² = 0.862
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Portata
di
avviamento
media
[l/h]
Età [anni]
P = 1 .5 bar
y = 3.677e0.047x
R² = 0.866
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Portata
di
avviamento
media
[l/h]
Età [anni]
P = 1.0 bar
y = 2.980e0.050x
R² = 0.849
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Portata
di
avviamento
media
[l/h]
Età [anni]
P = 2.0 bar
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Dipendenza della portata di avviamento dalla pressione: più aumenta la
pressione più la portata di avviamento si riduce e così si riduce il pericolo di perdite
apparenti
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
Portata
di
avviamento
media
adimensionale
Pressione [bar]
Classe 1
Classe 2
Classe 3
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
È stato valutato come e quanto le perdite apparenti cambino con l’età del contatore e la
pressione.
I risultati delle analisi sulle prestazioni metrologiche dei contatori sono stati incrociati con tre profili di
consumo:
A): pressione in rete “non sufficiente” implica che il serbatoio si svuota quasi completamente. Quando
la pressione in rete aumenta, il livello nel serbatoio è talmente basso che la valvola a galleggiante si
apre totalmente e permette il passaggio di elevate portate.
B): pressione in rete “sufficiente” implica serbatoio quasi sempre pieno; la valvola a galleggiante si
apre non appena il livello all’interno del serbatoio si abbassa anche di poco.
C): alimentazione diretta senza serbatoio.
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
COME CAMBIANO I PROFILI DI CONSUMO
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
È stato valutato come e quanto le perdite apparenti cambino con l’età del
contatore e la pressione.
I risultati delle analisi sulle prestazioni metrologiche dei contatori sono stati incrociati
con tre profili di consumo:
Attenzione agli effetti collaterali della regolazione delle pressioni!
0
5
10
15
20
25
3
5
10
15
20
30
40
50
60
120
180
240
300
360
420
480
540
660
Volume
[%]
Portata [l/h]
0
10
20
30
40
50
3
5
10
15
20
30
60
120
180
240
300
Volume
[%]
Portata [l/h]
0
5
10
15
20
25
3
5
10
15
20
30
40
50
60
120
180
240
300
Volume
[%]
Portata [l/h]
A) B) C)
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE
Effetti a scala di distretto
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Pressioni medie sulla rete alle 13:00 (minimo diurno)
La parte alta della rete è soggetta a
turnazione intra-giornaliera
La parte bassa della rete
è alimentata in modo
continuo
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE
Effetti a scala di distretto
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Pressioni medie sulla rete alle 13:00 (minimo diurno)
La parte alta della rete è soggetta a
turnazione intra-giornaliera
La parte bassa della rete
è alimentata in modo
continuo
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE
Effetti a scala di distretto
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Perdite apparenti considerando l’età dei contatori tra10 e15 anni
Peggior caso
Miglior caso
Parameter Cv
*
N m
Units [-] [-] [-]
Range 0.4 - 0.8 0.6 - 1.5 0.6 - 1.5
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE
Effetti a scala di distretto
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Perdite apparenti considerando l’età dei contatori tra 40 e 45 anni
Peggior caso
Miglior caso
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
EFFETTI DELLA TURNAZIONE:
RISCHI DI CONTAMINAZIONE
LE RETI IDRICHE
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: RISCHIO DI CONTAMINAZIONE
Leak tank
2
10 (Air Vessel)
Water tank
Network Pipe: PE 100 PN 16 DN 63 mm
Recirculation
V=2 mc
To rooftop tank
Tank V=2mc
1 m
Recirculation Pipe: PE 100 PN 16 DN 63 mm
Users Derivation: Pipe PE 100 PN 16 DN 16 mm
Pump station (dH=10-60m, Q=20-60 l/h)
Recirculation Pump (dH=10-30m, Q=10-40 l/h)
LEGEND
3 7 8
1 4 6 9
5
0
Network Node
Ball valve DN 63 mm
Electromagnetic flow meter DN 63 mm
Leak trunk
Tank V=2mc
Tank V=2mc
M
M
M
P
AV
UD DD
M M
M
M
M
M M M
M
Forma della
perdita
Lunghezza
(mm)
Larghezza
(mm)
Taglio 20 1.5
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: RISCHIO DI CONTAMINAZIONE
Leak tank
2
10 (Air Vessel)
Water tank
Network Pipe: PE 100 PN 16 DN 63 mm
Recirculation
V=2 mc
To rooftop tank
Tank V=2mc
1 m
Recirculation Pipe: PE 100 PN 16 DN 63 mm
Users Derivation: Pipe PE 100 PN 16 DN 16 mm
Pump station (dH=10-60m, Q=20-60 l/h)
Recirculation Pump (dH=10-30m, Q=10-40 l/h)
LEGEND
3 7 8
1 4 6 9
5
0
Network Node
Ball valve DN 63 mm
Electromagnetic flow meter DN 63 mm
Leak trunk
Tank V=2mc
Tank V=2mc
M
M
M
P
AV
UD DD
M M
M
M
M
M M M
M
Forma della
perdita
Lunghezza
(mm)
Larghezza
(mm)
Taglio 20 1.5
Tracciante: Cloruro di
sodio (NaCl)
Non tossico
Non visibile
Reperibile
Basso costo
Solubile
Alte
concentrazioni
Presenza in
sottofondo
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: RISCHIO DI CONTAMINAZIONE
Leak tank
2
10 (Air Vessel)
Water tank
Network Pipe: PE 100 PN 16 DN 63 mm
Recirculation
V=2 mc
To rooftop tank
Tank V=2mc
1 m
Recirculation Pipe: PE 100 PN 16 DN 63 mm
Users Derivation: Pipe PE 100 PN 16 DN 16 mm
Pump station (dH=10-60m, Q=20-60 l/h)
Recirculation Pump (dH=10-30m, Q=10-40 l/h)
LEGEND
3 7 8
1 4 6 9
5
0
Network Node
Ball valve DN 63 mm
Electromagnetic flow meter DN 63 mm
Leak trunk
Tank V=2mc
Tank V=2mc
M
M
M
P
AV
UD DD
M M
M
M
M
M M M
M
Forma della
perdita
Lunghezza
(mm)
Larghezza
(mm)
Taglio 20 1.5
Injection procedure
 Dosatore in prossimità della perdita
 Il contenitore è stato riempito come una
trincea di posa mantenendo un grado di
umidità elevato
 Processi investigati:
 Transitorio di pressione
 Riempimento e vuotamento della
condotta
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: RISCHIO DI CONTAMINAZIONE
Alcuni test in laboratorio
Transitorio 1
Pressione:
2bar
Alimentazione
Continua
Test 1
Transitorio 2
Pressione:
4.5bar
Alimentazione
Continua
Test 2
Vuotamento e
riempimento
Pressione:
2bar
Alimentazione
Discontinua
giornaliera
Test 3
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: RISCHIO DI CONTAMINAZIONE
Alcuni test in laboratorio
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Pressure
at
the
upstream
node
[m]
Time [s]
Test 1 Test 2
 Test 1: il transitorio
genera una pressione
negativa più significativa
ma anche una
successiva onda di
pressione positiva
 Test 2, il transitorio è
smorzato più
rapidamente
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: RISCHIO DI CONTAMINAZIONE
Alcuni test in laboratorio
Pressione 2 bar
Test 1
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Concentration
[g/l]
Time [min]
Node 9 Node 3
Leak tank
2
10 (Air Vessel)
Water tank
Network Pipe: PE 100 PN 16 DN 63 mm
Recirculation
V=2 mc
To rooftop tank
Tank V=2mc
1 m
Recirculation Pipe: PE 100 PN 16 DN 63 mm
Users Derivation: Pipe PE 100 PN 16 DN 16 mm
Pump station (dH=10-60m, Q=20-60 l/h)
Recirculation Pump (dH=10-30m, Q=10-40 l/h)
LEGEND
3 7 8
1 4 6 9
5
0
Network Node
Ball valve DN 63 mm
Electromagnetic flow meter DN 63 mm
Leak trunk
Tank V=2mc
Tank V=2mc
M
M
M
P
AV
UD DD
M M
M
M
M
M M M
M
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: RISCHIO DI CONTAMINAZIONE
Alcuni test in laboratorio
Pressione 4.5 bar
Test 2
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Concentration
[g/l]
Time [min]
Node 9 Node 3
Looking closely…
Leak tank
2
10 (Air Vessel)
Water tank
Network Pipe: PE 100 PN 16 DN 63 mm
Recirculation
V=2 mc
To rooftop tank
Tank V=2mc
1 m
Recirculation Pipe: PE 100 PN 16 DN 63 mm
Users Derivation: Pipe PE 100 PN 16 DN 16 mm
Pump station (dH=10-60m, Q=20-60 l/h)
Recirculation Pump (dH=10-30m, Q=10-40 l/h)
LEGEND
3 7 8
1 4 6 9
5
0
Network Node
Ball valve DN 63 mm
Electromagnetic flow meter DN 63 mm
Leak trunk
Tank V=2mc
Tank V=2mc
M
M
M
P
AV
UD DD
M M
M
M
M
M M M
M
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: RISCHIO DI CONTAMINAZIONE
Alcuni test in laboratorio
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
25 30 35 40
Concentration
[g/l]
Time [min]
Test 1 Test 2
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0 5 10 15
Concentration
[g/l]
Time [min]
Test 1 Test 2
Node
9
Node
3
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
0 4 8 12 16
Upstream
pressure
[m]
Time [s]
Test 1 Test 2
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: RISCHIO DI CONTAMINAZIONE
Alcuni test in laboratorio
Pressure 2 bar
(Discontinua)
Test 3
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Concentration
[g/l]
Time [min]
Node 9 Node 3
Leak tank
2
10 (Air Vessel)
Water tank
Network Pipe: PE 100 PN 16 DN 63 mm
Recirculation
V=2 mc
To rooftop tank
Tank V=2mc
1 m
Recirculation Pipe: PE 100 PN 16 DN 63 mm
Users Derivation: Pipe PE 100 PN 16 DN 16 mm
Pump station (dH=10-60m, Q=20-60 l/h)
Recirculation Pump (dH=10-30m, Q=10-40 l/h)
LEGEND
3 7 8
1 4 6 9
5
0
Network Node
Ball valve DN 63 mm
Electromagnetic flow meter DN 63 mm
Leak trunk
Tank V=2mc
Tank V=2mc
M
M
M
P
AV
UD DD
M M
M
M
M
M M M
M
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: RISCHIO DI CONTAMINAZIONE
Alcuni test in laboratorio
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
0 5 10 15
Concentration
[g/l]
Time [min]
Test 1 Test 2 Test 3
Node
9
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: RISCHIO DI CONTAMINAZIONE
Alcuni test in laboratorio
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
25 30 35 40
Concentration
[g/l]
Time [min]
Test 1 Test 2 Test 3
Node
3
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: RISCHIO DI CONTAMINAZIONE
L’effetto delle basse velocità (Diffusione-Dispersione)
Tracciante: Rhodamina 6G
Non tossico
Misurabile
Massa ridotta
Alto costo
Necessaria
la pulizia
della rete ad
ogni uso
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: RISCHIO DI CONTAMINAZIONE
L’effetto delle basse velocità (Diffusione-Dispersione)
Configurazione test 1
• Effetto delle basse velocità sulla
propagazione e sulla persistenza
della contaminazione
• Regime di moto laminare o di
transizione tra il nodo 7 ed il
nodo 9
• Portate variabili in funzione degli
spillamenti
UNIVERSITA’
DI ENNA
«KORE»
Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: RISCHIO DI CONTAMINAZIONE
L’effetto delle basse velocità (Diffusione-Dispersione)
Moto turbolento di transizione
• Re = 3500 (lato 7-8) - Re = 2300 (lato 8-9).
• Dx (coefficiente di dispersione longitudinale) è calcolato
sulla base della dispersione del pollutogramma.
• Le differenze tra il valore del coefficiente di dispersione
in linea e sulla base dei dati delle utenze sono contenute
Dx (m2/s) Dx (m2/s)
Lato 7 – 8 0.00278 LIF 1 – LIF 2 0.00275
LIF 2 – LIF 3 0.00263
Lato 8 – 9 0.00785 LIF 3 – LIF 4 0.00657
Re=3,500 Re=2,300
Flow
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Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: RISCHIO DI CONTAMINAZIONE
L’effetto delle basse velocità (Diffusione-Dispersione)
• Re nel lato 7 – 8 >> lato 8 – 9
• Ben miscelato (Camera 1) to non ben miscelato(Camera 2) attraverso
una curva; nuovamente miscelato (Camera 3) dopo un gomito, e
finalmente una condizione tipica del moto di transizione (Camera 4).
Re=3,500 Re=2,300
Flow
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Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano
L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: CONCLUSIONI
✔ La distribuzione intermittente è una modalità gestionale d’emergenza che dovrebbe essere utilizzata
quando ogni altra opzione viene meno
✔ Tende a limitare i volumi complessivi di perdita attraverso la disconnessione parziale delle condotte
ammalorate
✔ Genera processi adattativi dell’utenza che cambia abitudini e profilo di consumo (le conseguenze non sono
prevedibili nel breve periodo e tendono a permanere anche dopo l’interruzione della gestione
d’emergenza)
✘ Modifica i regimi di moto e l’andamento delle pressioni in rete (inserimento dei serbatoi d’utenza)
✘ Non comprime significativamente i consumi
✘ Aumenta, in generale, le perdite apparenti: l’effetto dipende dalla pressione ed è probabile che non si
elimini con le nuove tecnologie di misura (sensibili all’inversione dei flussi o alla presenza di aria nella
sezione di controllo)
✘ Aumenta l’usura delle componenti (anche dei contatori)
✘ Genera maggiori rischi di contaminazione
✘ Instaura le condizioni per contaminazioni persistenti
Conoscere i processi riduce l’impatto nei casi in cui la turnazione è un male necessario
Sponsor dell’evento
Grazie per l’attenzione!!!
Prof. Ing. Mauro De Marchis Prof. Ing. Gabriele Freni
mauro.demarchis@unipa.it gabriele.freni@unikore.it
Giovedì 25 Gennaio 2024| IREN, Reggio Emilia
SCUOLA DI ALTA FORMAZIONE
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Convegno ALFA 22 marzo 2024 | GIUSTOLISI OrazioConvegno ALFA 22 marzo 2024 | GIUSTOLISI Orazio
Convegno ALFA 22 marzo 2024 | GIUSTOLISI Orazio
 

Scuola di Alta Formazione 25/01-DE MARCHIS+FRENI

  • 1. Sponsor dell’evento «Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano» Prof. Ing. Mauro De Marchis e Prof. Ing. Gabriele Freni Giovedì 25 Gennaio 2024| IREN, Reggio Emilia SCUOLA DI ALTA FORMAZIONE UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE»
  • 2. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano Esperimenti di laboratorio Risproduzione in laboratorio del funzionamento di una rete reale De Marchis et. 2020 Brunone et al. 2010 Modelli di uso sostenibile della risorsa idrica •Studio di sistemi di gestione della pressione per •- La riduzione delle perdite idriche •- L’accesso alla risorsa •- La durata dei sistemi idrici Freni et al. (2010) De Marchis et al. (2005) Modelli matematici predittivi Modelli numerici per: - perdite idriche -gestione energetica - progettazione e manutenzione Giustolisiet al. (2002) J. Hydr. Eng. Brunone (1999) J. Water Res. Man. Pla. IL RUOLO DELL’UNIVERSITA’
  • 3. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano OUTLINE • La sperimentazione all’interno dei laboratori tematici • Il funzionamento intermittente delle reti (?) • Lo sviluppo di un modello numerico per le reti intermittenti • Alcuni impatti del funzionamento intermittente: maggiori perdite idriche • Alcuni impatti del funzionamento intermittente: infiltrazione e propagazione di inquinanti
  • 4. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano Laboratorio di Idraulica Ambientale in cui è stata riprodotta una rete idrica in scala 1:1 Università degli Studi di Enna Kore Facoltà di Ingegneria e Architettura Kore Water Lab Esperimenti di laboratorio ESPERIMENTI
  • 5. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano  11 lati DN 63 and 9 nodi  Lunghezza media dei lati pari a 45 m  Studio delle perdite idriche  Ottimizzazione energetica delle reti  Effetto dei moti transitori sui contatori Strumenti di misura interconnessi tramite rete wireless ESPERIMENTI
  • 6. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano Sviluppo di equazioni matematiche In grado di mettere in relazione la pressione in rete H con la portata utilizzata dagli utenti Q Classical Torricelli Law. QL=aI ·HbI IWA Water Loss Task Force Sviluppo di modelli complessi dettati dalla presenza di serbatoi UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Modelli di uso sostenibile della risorsa idrica SVILUPPO DI MODELLI
  • 7. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano Modelli matematici predittivi 2 1 Simulazioni fluidodinamiche per studiare in dettaglio il moto dei fluidi all’interno delle condotte Partendo dai risultati sperimentali sono stati sviluppati algoritmi matematici per studiare nel dettaglio la relazione tra fluido e struttura….deformazione delle condotte indotte da perdite o da variazioni di pressione CFD Computational Fluid Dynamic UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» SVILUPPO DI MODELLI
  • 8. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano Modelli matematici predittivi Attraverso la risoluzione di equazioni 3D è possibile formulare nuove leggi matematiche Consentono di investigare in dettaglio il moto dei fluidi SVILUPPO DI MODELLI
  • 9. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano MODELLI PER LO STUDIO DELLE RETI IDRICHE LE RETI IDRICHE
  • 10. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano Reti di distribuzione con erogazione “alla domanda”: • le condotte sono costantemente piene d’acqua; • le erogazioni variano nel corso della giornata secondo le richieste degli utenti Reti di distribuzione con erogazione “turnata”: • le condotte contengono acqua solo per alcune ore nell’arco della giornata; • le erogazioni dipendono solo dalle pressioni e dalle caratteristiche geometriche ed idrauliche degli allacciamenti FUNZIONAMENTO RETI IDRICHE
  • 11. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano Reti di distribuzione con erogazione “alla domanda”: • le condotte sono costantemente piene d’acqua; • le erogazioni variano nel corso della giornata secondo le richieste degli utenti Reti di distribuzione con erogazione “turnata”: • le condotte contengono acqua solo per alcune ore nell’arco della giornata; • le erogazioni dipendono solo dalle pressioni e dalle caratteristiche geometriche ed idrauliche degli allacciamenti dV dt + g c dh dt +gJ + g c Vsenq = 0 dV dt - g c dh dt +gJ - g c Vsenq = 0 FUNZIONAMENTO RETI IDRICHE
  • 12. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano MODELLI PER LO STUDIO DELLA DISTRIBUZIONE TURNATA O INTERMITTENTE LA TURNAZIONE NELLE RETI IDRICHE
  • 13. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano DISTRIBUZIONE TURNATA DISTRIBUZIONE TURNATA O INTERMITTENTE I gestori della rete cercano di distribuire la limitata risorsa nel modo più efficiente possibile:  Dividendo l’intera rete di distribuzione in più distretti in funzione del numero di utenti.  Distribuendo la risorsa ad ogni distretto per un limitato periodo di tempo (in genere meno di 24 ore). Ogni distretto è soggetto a ciclici periodi di riempimento e vuotamento Gli utenti cercano di sopperire ai periodi di disservizio della rete attraverso serbatoi di accumulo della risersa idrica La condizione di scarsità di risorsa idrica, determinata da periodi di siccità e/o dall’inefficienza dei sistemi acquedottistici (elevate perdite idriche, pressioni inadeguate) viene affrontata attraverso:
  • 14. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano La distribuzione “turnata” costituisce la “regola”, più che l’eccezione, in diverse zone d’Italia Dal punto di vista idraulico-gestionale i principali problemi posti sono: Lo studio dei transitori di riempimento e vuotamento delle reti non è oggetto, nella letteratura internazionale, di particolare attenzione, probabilmente perché la distribuzione turnata è considerata, a ragione, una scelta gestionale inopportuna l’insorgere di sovrapressioni e depressioni durante i frequenti processi di riempimento e vuotamento delle reti le possibili sperequazione nell’accesso alla risorsa tra gli utenti, in quanto quelli più prossimi ai punti di alimentazione ricevono l’acqua prima di quelli più lontani; DISTRIBUZIONE TURNATA
  • 15. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano LA RISPOSTA DELLA POPOLAZIONE PRO Gli utenti riducono l’impatto dei disagi della turnazione CONTRO: La rete funziona in condizioni diverse da quelle di progetto Bassa pressione in condotta che non garantisce un sufficiente livello di erogazione Sperequazioni nell’accesso alla risorsa tra gli utenti Sovradimensionamento dei serbatoi di accumulo L’erogazione ai nodi dipende dalla pressione in condotta e non dai consumi Accumulo di acqua per far fronte ai periodo di non erogazione
  • 16. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano LA TURNAZIONE NELLE RETI IDRICHE  mettere a punto un modello di simulazione del funzionamento di una rete durante il processo di riempimento, utilizzando il metodo delle caratteristiche;  modellare la presenza dei serbatoi La modellazione risulta complessa a causa delle:  diverse possibili fasi di riempimento delle condotte;  dipendenza del comportamento della rete dai numerosi processi di riempimento dei serbatoi privati installati dagli utenti  diverso comportamento della rete durante le fasi di riempimento e durante la fase stazionaria. COSA POSSIAMO FARE PER MITIGARE GLI EFFETTI NEGATIVI
  • 17. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano LA TURNAZIONE NELLE RETI IDRICHE Fase iniziale di propagazione del fronte dell’acqua Le condotte della rete connesse ai serbatoi di erogazione, inizialmente vuote, sono le prime a riempirsi. Il rimepimento inizia nell’istante in cui l’ente gestore attiva la fase di distribuzione Il fronte dell’acqua raggiunge un nodo di erogazione I serbatoi degli utenti iniziano a riempirsi quando il fronte d’onda ha raggiunto il nodo di erogazione ed si è raggiunto una sufficinete quota piezometrica in condotta. Il fronte d’acqua raggiunge la sezione terminale della condotta Inizia il riempimento delle condotte connesse a quella piena, dove continua ad aumentare la pressione fino al raggiungimento delle condizioni stazionarie. La condotta si riempie con due fronti opposti La condotta si sta riempendo da entrambe le estremità e i due fronti d’onda proceduno l’uno verso l’altro.
  • 18. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano METODO DELLE CARATTERISTICHE Ad ogni passo temporale vengono risolte le equazioni di compatibilità, valide lungo le linee caratteristiche: Ad ogni iterazione viene calcolato il passo di integrazione t per ogni lato
  • 19. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano MODELLO DI DOMANDA AL NODO Serbatoi privati Le riserve locali iniziano il loro riempimento quando il fronte d’onda raggiunge il galleggiante. Gli utenti usano la risorsa presente nei serbatoi, quindi la domanda degli utenti influenza il livello nel serbatoio. I serbatoi sono generalmente installati sui tetti o in corrispondenza del piano campagna. D Qup Serbatoio privato Posto nel sottotetto Rete Misuratore di portata Valvola con galleggiante Impianto utente
  • 20. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano LA TURNAZIONE NELLE RETI IDRICHE gP a C Q v up 2               max max per 0 per H H Q H H dt dH A dt dW D Q up up Equazione di continuità al serbatoio D H, W Legge di erogazione del galleggiante Valida fino al completo riempimento del serbatoio Qup Portata erogata dalla rete al serbatoio Cv Coefficiente di efflusso della valvola del galleggiante (pari a 0.68) a Area della valvola (pari a 2.8 cm2) g Accelerazione di gravità P Altezza piezometrica sopra il serbatoio D Domanda dell’utente W Volume del serbatoio A Area del serbatoio H Livello idrico variabile nel serbatoio Hmax Profondità variabile del serbatoio
  • 21. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano LA TURNAZIONE NELLE RETI IDRICHE cv = f (h) = Cv=Cv * ×tanh m× hmax-h hmax-h min æ è ç ç ö ø ÷ ÷®h>hmin Cv=Cv * ®h<hmin ì í ï î ï gP a C Q v up 2               max max per 0 per H H Q H H dt dH A dt dW D Q up up
  • 22. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano EFFETTO DELLA TURNAZIONE SULLA RETE Caso di studio: una delle 17 sottoreti di Palermo VIA M. PER NI CORSO TUKORY VIA G. ARCO LEO CORSO TUKOR Y PIAZZA DELLE CLINICHE VIA GIU FFR E' VIA ALF ONS O GIO RDA NO VIC OLO CHI ARA MO NTE VIA DEL LA COL OMB A VIA D'AR AGON A VIA D'AR AGO NA VIA MAC HIAV ELLI VIA MAC HIAV ELLI VIA SALA MON E MAR INO VIA MUR ATOR I VIA MUR ATOR I VIA FEL ICIU ZZA VIA A. IL MAG NANI MO VIA DEL LA COL OMB A VIA FELI CIUZ ZA VIA MON FENE RA VIA SALA MON E MAR INO VIA CHIA RAM ONT E VIA CHIA RAM ONT E VIA DELLE CLINICHE VIA DELLE CLINICHE VIA ARCO LEO VIA ARCO LEO VIA MORSO VIA LA SCOLA VIA PER NI VIA PATR ICOLO CORSO TUKORY F E R R O V I A P A L E R M O - T R A P A N I P O L I C L I N I C O CORSO TUKOR Y VIA ABRA MO LINC OLN PIAZZA GIULIO CESARE VIA F. CORA ZZA VIA CAR LO PISA CANE VIA FRAN CESC O PAOL O PERE Z VIA F. CORA ZZA VIA CAR LO PISA CANE VIA PAOL O EMIL IANI GIUD ICI CORSO TUKORY VIA A MAR INUZZ I CORS O TUKO RY VIA DEL VESPRO SANT'ANTONINO F. CUPANI PIAZZA PIAZZA VIA T. FAZE LLO VIA MAU ROLI CO VIA ORET O VIA VITO D'ON DES REG GIO S T A Z I O N E C E N T R A LE VIA ARC HIRA FI VIA ABR AMO LINC OLN VIA ABRA MO LINC OLN VIA PONT E DI MARE FOR O UMB ERTO I VIA ABR AMO LINC OLN M A R E T I R R E N O VIA TIR O A SEG NO VIA ARC HIRA FI VIA ANTO NIO UGO VIA MIC HELE CIPO LLA VIA ANTO NIO DI RUDI NI' VIA RAN DAZZ O VIA INGR ASSI A VIA ANTO NIO UGO VIA MIGN OSI VIA MIG NOS I VIA MIC HELE CIPO LLA VIA MIC HELE CIPO LLA COR SO DEI MILL E VIA ROC CO PIRR I VIA ROS ARIO GRE GOR IO VIA SER RAG LIO VEC CHIO VIA ABRA MO LINC OLN VIA ABRA MO LINC OLN VIA NICO LO' PALM ERI VIA PAO LO BALS AMO PIAZZA GIULIO CESARE VIA ROSA RIO GREG ORIO VIA FOR TUN ATO FED ELE VIA ADO RNO VIA PONTE DI MARE VIA TIRO A SEGN O VIA ARC HIRA FI VIA ARC HIRA FI VIA ANTO NIO UGO VIA PON TE DI MAR E VIA PON TE DI MAR E M A R E T I R R E N O F I U M E O R E T O VIA BEN NICI PIAZZA DECOLLATI PIAZZA TIRO A SEGNO COR SO DEI MIL LE VIA DECOLLAT I VIA MA RIO BEN SO PIAZZA PONTE AMMIRAGLIO VIA BEN NICI VIA BEN NICI VIAL E DEI PICC IOTT I FON DO ALF ANO VIA TIRO A SEG NO F I U M E O R E T O F I U M E O R E T O VIA DECOLLATI CO RSO DEI MIL LE COR SO DEI MIL LE BAG LIO COR REN TE VIA FED ELE VIA MAR IO ORSO CORB INO VIA FRANCE SCO MINA' VIA O. R. 8 VIA BERN ARDIN O D'UCR IA VIA ORET O VIA BIVON A VIA SILV IO BOC CON E VIA G. RECU PERO VIA CANN IZZA RO VIA G. RECU PERO VIA SCUD ERI VIA INZE NGA VIA GEM MELL ARO VIA MOR TILLA RO VIA DE BORG HI VIA SILV IO BOC CON E VICOLO BENFA NTE VIA BUONRIPOS O VIA BUONRIP OSO F E R R O V I A M E S S I N A - P A LE R M O VIA BUONRIP OSO VIA DEC OLLA TI FONDO PICONE VIA STAZZON E VIA STAZ ZON E VIA ORET O VIA A. TODA RO VIA MANF REDI VIA MANF REDI VIA PERE Z VIA A. GALL O VIA P.E. GIUDI CI VIA BERG AMO VIA ORET O VIA G. B. ODIE RNA VIA PAT ERN O' F I U M E O R E T O F I U M E O R E T O VIA LA COLL A VIA BUO NRI POS O VIA ORET O VIA ORET O LARG O LION TI VIA CAMP ISI VIA CAM PISI VIA SPICA VIA BUO NRIP OSO PIAZZA GUADAGNA VIA SERG I VIA SPADAFO RA VIA VIVIANO VIA RIVELO VIA LO CASTRO VIA CAM PISI VICO LO TES TA VIA GUADAG NA VIA GUADAG NA CORTILE BUONAFE DE VIA GRADINATA GUADAGNA VIA GUA DAG NA VIA GUA DAG NA (PO NTE GEN IO MIL ITA RE) VIA GUAD AGNA VIA SPICA VIA PAT ERN O' F E R R O V I A P A L E R M O -T R A P A N I F I U M E O R E T O F I U M E O R E T O VIA F. DA SIRACUSA VIA MAU RIZI O ASC OLI F E R R O V I A P A L E R M O -T RA P A NI VIA RO CCO JEM MA VIA GIU FFR E' VIA DEL VESPRO CORTILE SCHIACCHITAN O VIA DE BORG HI VIA FODE RA' VIA MEN DOLA VIA P.E.G IUDIC I VIA FRAN CESC O PAOL O PERE Z VIA SILV IO BOC CON E VIA RO CCO JEM MA VIA GIU FFR E' VIA DEL VESPRO VIA VINC ENZO ERRA NTE VIA F. P. PERE Z VIA PAOL O EMIL IANI GIUDI CI VIA A. MARI NUZZ I VIA FILIP PO CORA ZZA VIA D'ON DES REGG IO VIA C. GUAS TELL A VIA A. ELIA VIA F. P. PERE Z VIA A. MARI NUZZ I VIA CAIO PONZ IO VIA GASP ARE PALE RMO VIA GASP ARE PALE RMO VIA SILV IO BOC CON E VIA VINC ENZO ERRA NTE VIA G. BUC COL A VIA ARMO ' VIA GASP ARE PALE RMO VIA ORET O VIA DEL VESPRO VIA DEL VESPRO VIA MORSO VIA GENTILE VIA PATRIC OLO VIA 31 MARZ O sott./De90 VIA GUAD AGNA VIC OLO GIA NNO NE VIA ANG ELO TTI VIA BERG AMO C.LE DI CHIAR A VIA MEN DOLA VIA RO CCO JEM MA VIA MA RTI NI VIA MAR TINI VIA MAU RIZIO ASCO LI VIA PUR PUR A VIA PUR PUR A VIA MAU RIZ IO ASC OLI VIA BER GAM O VIA LA FRA NCA FF.S S./De 40 civ.13 9/De4 0 civ.11 6/De4 0 VIA DEL VESP RO VIA DEL VESPRO PIAZZA DURANTE VIA LA FRA NCA VIA V. MOR TILLA RO VIA P. E. GIUDI CI VIA ANTO NIO MARI NUZZ I VIA A. TODA RO VIA P. E. GIUD ICI VIA A. TODA RO VIA V. MOR TILLA RO VIA FILIP PO CORA ZZA VIA A. ELIA VIA MEN DOLA VIA RO CCO JEM MA P O L I C L I N I C O F E R R O V I A P A L E R M O -T RA P A NI VICOLO DELLO SCARICA TORE VICOLO TONNAR AZZA Piaz za Tine o Vinc enzo 1000 m Flow meter Pressure cell Inlet node 165 134 210 248 56 47 1 33 Rete : Oreto-Stazione Ricostruita recentemente Popolazione: 35.000 ab. Domanda: 400 l/(ab.*g) Diametro condotte: 110 - 225 mm Materiale delle condotte: PEAD Dimensione della rete: 42 km Elevazione della rete: 3m – 45 m 1 Serbatoio principale: 45 m Periodo di monitoraggio: Giugno-Ottobre 2022 (funzionamento turnato giornaliero) Acquisizione dati: 2 misuratori di portata elettromagnetici con frequenza oraria 6 misuratori di pressione con frequenza 5 min Nodo di ingresso Misuratori portata Misuratori pressione
  • 23. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano LA TURNAZIONE NELLE RETI IDRICHE VIA M. PER NI CORSO TUKORY VIA G. ARCO LEO CORSO TUKORY PIAZZA DELLE CLINICHE VIA GIU FFR E' VIA ALF ONS O GIO RDA NO VICO LO CHIA RAM ONT E VIA DEL LA COL OMB A VIA D'ARA GONA VIA D'ARA GONA VIA MAC HIAV ELLI VIA MAC HIAV ELLI VIA SALA MON E MARI NO VIA MUR ATOR I VIA MUR ATOR I VIA FEL ICIU ZZA VIA A. IL MAG NANIM O VIA DEL LA COL OMB A VIA FELIC IUZZA VIA MONF ENER A VIA SALA MON E MARI NO VIA CHIA RAM ONTE VIA CHIA RAM ONTE VIA DELLE CLINICHE VIA DELLE CLINICHE VIA ARCO LEO VIA ARCO LEO VIA MORSO VIA LA SCOLA VIA PER NI VIA PATRI COLO CORSO TUKORY F E R R O V I A P A L E R M O - T R A P A N I P O L I C L I N I C O CORSO TUKORY VIA ABRA MO LINCO LN PIAZZA GIULIO CESARE VIA F. CORA ZZA VIA CARL O PISAC ANE VIA FRAN CESC O PAOL O PERE Z VIA F. CORA ZZA VIA CARL O PISAC ANE VIA PAOL O EMILI ANI GIUDI CI CORSO TUKORY VIA A MARI NUZZ I CORS O TUKO RY VIA DEL VESPRO SANT'ANTONINO F. CUPANI PIAZZA PIAZZA VIA T. FAZE LLO VIA MAUR OLIC O VIA ORET O VIA VITO D'ON DES REGG IO S T A Z I O N E C E N T R A LE VIA ARCH IRAF I VIA ABRA MO LINC OLN VIA ABRA MO LINCO LN VIA PONTE DI MARE FORO UMBE RTO I VIA ABRA MO LINC OLN M A R E T I R R E N O VIA TIR O A SEG NO VIA ARCH IRAF I VIA ANTO NIO UGO VIA MICH ELE CIPO LLA VIA ANTO NIO DI RUDIN I' VIA RAND AZZO VIA INGR ASSI A VIA ANTO NIO UGO VIA MIGN OSI VIA MIGN OSI VIA MICH ELE CIPO LLA VIA MICH ELE CIPO LLA COR SO DEI MILL E VIA ROC CO PIRR I VIA ROSA RIO GREG ORIO VIA SERR AGLI O VECC HIO VIA ABRA MO LINCO LN VIA ABRA MO LINCO LN VIA NICO LO' PALM ERI VIA PAOL O BALS AMO PIAZZA GIULIO CESARE VIA ROSA RIO GREG ORIO VIA FOR TUN ATO FEDE LE VIA ADO RNO VIA PONTE DI MARE VIA TIRO A SEGN O VIA ARCH IRAF I VIA ARCH IRAF I VIA ANTO NIO UGO VIA PON TE DI MAR E VIA PONT E DI MARE M A R E T I R R E N O F I U M E O R E T O VIA BEN NICI PIAZZA DECOLLATI PIAZZA TIRO A SEGNO COR SO DEI MIL LE VIA DECOLLAT I VIA MAR IO BEN SO PIAZZA PONTE AMMIRAGLIO VIA BEN NICI VIA BEN NICI VIAL E DEI PICC IOTT I FON DO ALF ANO VIA TIRO A SEGN O F I U M E O R E T O F I U M E O R E T O VIA DECOLLATI COR SO DEI MIL LE COR SO DEI MILL E BAG LIO COR REN TE VIA FEDE LE VIA MARI O ORSO CORB INO VIA FRANCES CO MINA' VIA O. R. 8 VIA BERNA RDINO D'UCRI A VIA ORET O VIA BIVON A VIA SILV IO BOC CON E VIA G. RECU PERO VIA CANN IZZA RO VIA G. RECU PERO VIA SCUD ERI VIA INZE NGA VIA GEM MELL ARO VIA MORT ILLAR O VIA DE BORG HI VIA SILV IO BOC CON E VICOLO BENFAN TE VIA BUONRIPOS O VIA BUONRIP OSO F E R R O V I A M E S S I N A - P A LE R M O VIA BUONRIP OSO VIA DECO LLAT I FONDO PICONE VIA STAZZONE VIA STAZ ZONE VIA ORET O VIA A. TODA RO VIA MANFR EDI VIA MANFR EDI VIA PERE Z VIA A. GALL O VIA P.E. GIUDIC I VIA BERG AMO VIA ORET O VIA G. B. ODIER NA VIA PAT ERN O' F I U M E O R E T O F I U M E O R E T O VIA LA COLL A VIA BUO NRIP OSO VIA ORET O VIA ORET O LARG O LION TI VIA CAMP ISI VIA CAMP ISI VIA SPICA VIA BUO NRIP OSO PIAZZA GUADAGNA VIA SERG I VIA SPADAFO RA VIA VIVIANO VIA RIVELO VIA LO CASTRO VIA CAMP ISI VICO LO TES TA VIA GUADAGN A VIA GUADAG NA CORTILE BUONAFED E VIA GRADINATA GUADAGNA VIA GUA DAG NA VIA GUA DAG NA (PO NTE GEN IO MIL ITAR E) VIA GUAD AGNA VIA SPICA VIA PAT ERN O' F E R R O V I A P A L E R M O -T R A P A N I F I U M E O R E T O F I U M E O R E T O VIA F. DA SIRACUSA VIA MAU RIZI O ASC OLI F E R R O V I A P A L E R M O -T RA P A NI VIA ROC CO JEM MA VIA GIU FFR E' VIA DEL VESPRO CORTILE SCHIACCHITANO VIA DE BORG HI VIA FODE RA' VIA MEND OLA VIA P.E.G IUDICI VIA FRAN CESC O PAOL O PERE Z VIA SILV IO BOC CON E VIA ROC CO JEM MA VIA GIU FFR E' VIA DEL VESPRO VIA VINC ENZO ERRA NTE VIA F. P. PERE Z VIA PAOL O EMILI ANI GIUDI CI VIA A. MARIN UZZI VIA FILIPP O CORA ZZA VIA D'ON DES REGG IO VIA C. GUAS TELL A VIA A. ELIA VIA F. P. PERE Z VIA A. MARIN UZZI VIA CAIO PONZ IO VIA GASP ARE PALE RMO VIA GASP ARE PALE RMO VIA SILV IO BOC CON E VIA VINC ENZO ERRA NTE VIA G. BUC COL A VIA ARMO ' VIA GASP ARE PALE RMO VIA ORET O VIA DEL VESPRO VIA DEL VESPRO VIA MORSO VIA GENTILE VIA PATRIC OLO VIA 31 MARZ O sott./De90 VIA GUAD AGNA VICO LO GIA NNO NE VIA ANG ELO TTI VIA BERGA MO C.LE DI CHIAR A VIA MEN DOLA VIA ROC CO JEM MA VIA MAR TINI VIA MAR TINI VIA MAU RIZIO ASCO LI VIA PUR PUR A VIA PUR PUR A VIA MAU RIZI O ASC OLI VIA BER GAM O VIA LA FRA NCA FF.SS ./De4 0 civ.13 9/De4 0 civ.11 6/De4 0 VIA DEL VESP RO VIA DEL VESPRO PIAZZA DURANTE VIA LA FRA NCA VIA V. MORT ILLAR O VIA P. E. GIUDIC I VIA ANTO NIO MARI NUZZ I VIA A. TODA RO VIA P. E. GIUDI CI VIA A. TODA RO VIA V. MORT ILLAR O VIA FILIP PO CORA ZZA VIA A. ELIA VIA MEND OLA VIA ROC CO JEM MA P O L I C L I N I C O F E R R O V I A P A L E R M O -T RA P A NI VICOLO DELLO SCARICA TORE VICOLO TONNAR AZZA Piaz za Tine o Vinc enzo 1000 m Flow meter Pressure cell Inlet node 165 134 210 248 56 47 1 33 Il modello è stato calibrato attraverso i dati di pressione misurati dai 6 manometri disposti nella rete OTTIMO ACCORDO TRA I VALORI MISURATI E SIMULATI I picchi di pressione sono dovuti ai fenomeni di colpo d’arite generati dall’impatto tra i fronti d’onda e alla ciclica apertura e chiusura delle valvole dei serbatoi.
  • 24. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano LA TURNAZIONE NELLE RETI IDRICHE
  • 25. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano LA TURNAZIONE NELLE RETI IDRICHE VIA M. PER NI CORSO TUKORY VIA G. ARCO LEO CORSO TUKORY PIAZZA DELLE CLINICHE VIA GIU FFR E' VIA ALF ONS O GIO RDA NO VICO LO CHIA RAM ONT E VIA DEL LA COL OMB A VIA D'ARA GONA VIA D'ARA GONA VIA MAC HIAV ELLI VIA MAC HIAV ELLI VIA SALA MON E MARI NO VIA MUR ATOR I VIA MUR ATOR I VIA FEL ICIU ZZA VIA A. IL MAG NANIM O VIA DEL LA COL OMB A VIA FELIC IUZZA VIA MONF ENER A VIA SALA MON E MARI NO VIA CHIA RAM ONTE VIA CHIA RAM ONTE VIA DELLE CLINICHE VIA DELLE CLINICHE VIA ARCO LEO VIA ARCO LEO VIA MORSO VIA LA SCOLA VIA PER NI VIA PATRI COLO CORSO TUKORY F E R R O V I A P A L E R M O - T R A P A N I P O L I C L I N I C O CORSO TUKORY VIA ABRA MO LINCO LN PIAZZA GIULIO CESARE VIA F. CORA ZZA VIA CARL O PISAC ANE VIA FRAN CESC O PAOL O PERE Z VIA F. CORA ZZA VIA CARL O PISAC ANE VIA PAOL O EMILI ANI GIUDI CI CORSO TUKORY VIA A MARI NUZZ I CORS O TUKO RY VIA DEL VESPRO SANT'ANTONINO F. CUPANI PIAZZA PIAZZA VIA T. FAZE LLO VIA MAUR OLIC O VIA ORET O VIA VITO D'ON DES REGG IO S T A Z I O N E C E N T R A LE VIA ARCH IRAF I VIA ABRA MO LINC OLN VIA ABRA MO LINCO LN VIA PONTE DI MARE FORO UMBE RTO I VIA ABRA MO LINC OLN M A R E T I R R E N O VIA TIR O A SEG NO VIA ARCH IRAF I VIA ANTO NIO UGO VIA MICH ELE CIPO LLA VIA ANTO NIO DI RUDIN I' VIA RAND AZZO VIA INGR ASSI A VIA ANTO NIO UGO VIA MIGN OSI VIA MIGN OSI VIA MICH ELE CIPO LLA VIA MICH ELE CIPO LLA COR SO DEI MILL E VIA ROC CO PIRR I VIA ROSA RIO GREG ORIO VIA SERR AGLI O VECC HIO VIA ABRA MO LINCO LN VIA ABRA MO LINCO LN VIA NICO LO' PALM ERI VIA PAOL O BALS AMO PIAZZA GIULIO CESARE VIA ROSA RIO GREG ORIO VIA FOR TUN ATO FEDE LE VIA ADO RNO VIA PONTE DI MARE VIA TIRO A SEGN O VIA ARCH IRAF I VIA ARCH IRAF I VIA ANTO NIO UGO VIA PON TE DI MAR E VIA PONT E DI MARE M A R E T I R R E N O F I U M E O R E T O VIA BEN NICI PIAZZA DECOLLATI PIAZZA TIRO A SEGNO COR SO DEI MIL LE VIA DECOLLAT I VIA MAR IO BEN SO PIAZZA PONTE AMMIRAGLIO VIA BEN NICI VIA BEN NICI VIAL E DEI PICC IOTT I FON DO ALF ANO VIA TIRO A SEGN O F I U M E O R E T O F I U M E O R E T O VIA DECOLLATI COR SO DEI MIL LE COR SO DEI MILL E BAG LIO COR REN TE VIA FEDE LE VIA MARI O ORSO CORB INO VIA FRANCES CO MINA' VIA O. R. 8 VIA BERNA RDINO D'UCRI A VIA ORET O VIA BIVON A VIA SILV IO BOC CON E VIA G. RECU PERO VIA CANN IZZA RO VIA G. RECU PERO VIA SCUD ERI VIA INZE NGA VIA GEM MELL ARO VIA MORT ILLAR O VIA DE BORG HI VIA SILV IO BOC CON E VICOLO BENFAN TE VIA BUONRIPOS O VIA BUONRIP OSO F E R R O V I A M E S S I N A - P A LE R M O VIA BUONRIP OSO VIA DECO LLAT I FONDO PICONE VIA STAZZONE VIA STAZ ZONE VIA ORET O VIA A. TODA RO VIA MANFR EDI VIA MANFR EDI VIA PERE Z VIA A. GALL O VIA P.E. GIUDIC I VIA BERG AMO VIA ORET O VIA G. B. ODIER NA VIA PAT ERN O' F I U M E O R E T O F I U M E O R E T O VIA LA COLL A VIA BUO NRIP OSO VIA ORET O VIA ORET O LARG O LION TI VIA CAMP ISI VIA CAMP ISI VIA SPICA VIA BUO NRIP OSO PIAZZA GUADAGNA VIA SERG I VIA SPADAFO RA VIA VIVIANO VIA RIVELO VIA LO CASTRO VIA CAMP ISI VICO LO TES TA VIA GUADAGN A VIA GUADAG NA CORTILE BUONAFED E VIA GRADINATA GUADAGNA VIA GUA DAG NA VIA GUA DAG NA (PO NTE GEN IO MIL ITAR E) VIA GUAD AGNA VIA SPICA VIA PAT ERN O' F E R R O V I A P A L E R M O -T R A P A N I F I U M E O R E T O F I U M E O R E T O VIA F. DA SIRACUSA VIA MAU RIZI O ASC OLI F E R R O V I A P A L E R M O -T RA P A NI VIA ROC CO JEM MA VIA GIU FFR E' VIA DEL VESPRO CORTILE SCHIACCHITANO VIA DE BORG HI VIA FODE RA' VIA MEND OLA VIA P.E.G IUDICI VIA FRAN CESC O PAOL O PERE Z VIA SILV IO BOC CON E VIA ROC CO JEM MA VIA GIU FFR E' VIA DEL VESPRO VIA VINC ENZO ERRA NTE VIA F. P. PERE Z VIA PAOL O EMILI ANI GIUDI CI VIA A. MARIN UZZI VIA FILIPP O CORA ZZA VIA D'ON DES REGG IO VIA C. GUAS TELL A VIA A. ELIA VIA F. P. PERE Z VIA A. MARIN UZZI VIA CAIO PONZ IO VIA GASP ARE PALE RMO VIA GASP ARE PALE RMO VIA SILV IO BOC CON E VIA VINC ENZO ERRA NTE VIA G. BUC COL A VIA ARMO ' VIA GASP ARE PALE RMO VIA ORET O VIA DEL VESPRO VIA DEL VESPRO VIA MORSO VIA GENTILE VIA PATRIC OLO VIA 31 MARZ O sott./De90 VIA GUAD AGNA VICO LO GIA NNO NE VIA ANG ELO TTI VIA BERGA MO C.LE DI CHIAR A VIA MEN DOLA VIA ROC CO JEM MA VIA MAR TINI VIA MAR TINI VIA MAU RIZIO ASCO LI VIA PUR PUR A VIA PUR PUR A VIA MAU RIZI O ASC OLI VIA BER GAM O VIA LA FRA NCA FF.SS ./De4 0 civ.13 9/De4 0 civ.11 6/De4 0 VIA DEL VESP RO VIA DEL VESPRO PIAZZA DURANTE VIA LA FRA NCA VIA V. MORT ILLAR O VIA P. E. GIUDIC I VIA ANTO NIO MARI NUZZ I VIA A. TODA RO VIA P. E. GIUDI CI VIA A. TODA RO VIA V. MORT ILLAR O VIA FILIP PO CORA ZZA VIA A. ELIA VIA MEND OLA VIA ROC CO JEM MA P O L I C L I N I C O F E R R O V I A P A L E R M O -T RA P A NI VICOLO DELLO SCARICA TORE VICOLO TONNAR AZZA Piaz za Tine o Vinc enzo 1000 m Flow meter Pressure cell Inlet node 165 134 210 248 56 47 1 33 Il modello è stato calibrato attraverso i dati di pressione misurati dai 6 manometri disposti nella rete OTTIMO ACCORDO TRA I VALORI MISURATI E SIMULATI I picchi di pressione sono dovuti ai fenomeni di colpo d’arite generati dall’impatto tra i fronti d’onda e alla ciclica apertura e chiusura delle valvole dei serbatoi.
  • 26. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano EFFETTO SUI CONTATORI VOLUMETRCI
  • 27. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano CONTATORI VOLUMENTRICI IN MOTO STAZIONARIO  Verifica della curva di errore del contatore in una condizione simil reale  Sono stati studiati contatori volumetrici con differenti classi di età  E’ stata simulata la presenza del serbatoio in fase di riempimento  E’ stata simulata una condizione di flusso stazionario
  • 28. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano  In fase di riempimento il flusso è bifasico aria- acqua  Si registrano errori nella lettura fino al 200% CONTATORI VOLUMENTRICI IN RIEMPIMENTO
  • 29. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano EFFETTI DELLA TURNAZIONE: PERDITE IDRICHE LE RETI IDRICHE
  • 30. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Sul breve periodo: • Condotte non sempre in pressione • Pressioni in rete mediamente più basse (in condizioni stazionarie) • Consumi compressi (leggermente) Sul medio-lungo termine: Riduzione della vita utile delle condotte per: • Variazioni significative di pressione • Maggiore rischiio di schiacciamento delle condotte • Passaggio di portate lontane dalla condizione di progetto • Transitori significativi Maggiore sottomisurazione dei contatori: • Portate di alimentazione basse e continue • I contatori lavorano in condizioni lontane dal progetto • Abbassamento delle pressioni sul contatore (condizione rischiosa per i nuovi contatori ultra-sonici o elettromagnetici) In emergenza non ci sono molte altre possibilità
  • 31. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Q1 Q2 Q3 Q4 -20% -40% -60% -80% -100% ε1 ε2 Portata [l/h] Errore
  • 32. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Q1 Q2 Q3 Q4 -20% -40% -60% -80% -100% ε1 ε2 ISO 4064:2023 Q1 ≤ Q < Q2 → ε ≤ ε1 = 5% Q2 ≤ Q ≤ Q4 → ε ≤ ε2 = 2% Portata [l/h] Errore
  • 33. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Q1 Q2 Q3 Q4 -20% -40% -60% -80% -100% ε1 ε2 ISO 4064:2005 Q1 ≤ Q < Q2 → ε ≤ ε1 = 5% Q2 ≤ Q ≤ Q4 → ε ≤ ε2 = 2% Qstart Q < Q1 ε elevati ε = -100% Portata [l/h] Errore
  • 34. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Alimentazione dalla rete pubblica Serbatoio Contatore Il riempimento dei serbatoi è comandato da una valvola a galleggiante che si apre, parzialmente o totalmente, in funzione del livello idrico del serbatoio e della pressione in rete
  • 35. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Caso A): pressione in rete “non sufficiente” implica che il serbatoio si svuota quasi completamente. Quando la pressione in rete aumenta, il livello nel serbatoio è talmente basso che la valvola a galleggiante si apre totalmente e permette il passaggio di elevate portate. Alimentazione diretta Alimentazione indiretta Qstart
  • 36. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Caso B): pressione in rete “sufficiente” implica serbatoio quasi sempre pieno; la valvola a galleggiante si apre non appena il livello all’interno del serbatoio si abbassa anche di poco. Alimentazione diretta Alimentazione indiretta Qstart
  • 37. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Cosa accade quando il contatore invecchia?
  • 38. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Cosa accade quando il contatore invecchia?
  • 39. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Cosa accade quando il contatore invecchia? Qstart
  • 40. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» La curva di errore alle basse portate di 680 contatori usati è stata ricostruita per differenti valori della pressione di prova, che rappresenta quella in rete. Strumentazione utilizzata: banco prova a comparazione di peso rispondente alla norma ISO 4064:2014 (efficienza sulla Qstart)
  • 41. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» -100 -80 -60 -40 -20 0 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Errore [%] Portata [l/h] Prove*: “collection method” (ISO 4064:2014), 4 valori di pressione di prova misurata a monte del contatore (0.5, 1.0, 1.5, 2.0 bar). Classe 2 P = 2.0 bar
  • 42. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» • Le basse pressioni amplificano l’effetto dell’invecchiamento • Le basse portate aumentano l’errore percentuale • Le caratteristiche tecnologiche del contatore sono tanto più rilevanti quanto più invecchia
  • 43. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» y = 4.090e0.046x R² = 0.871 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Portata di avviamento media [l/h] Età [anni] P = 0.5 bar y = 3.333e0.048x R² = 0.862 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Portata di avviamento media [l/h] Età [anni] P = 1 .5 bar y = 3.677e0.047x R² = 0.866 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Portata di avviamento media [l/h] Età [anni] P = 1.0 bar y = 2.980e0.050x R² = 0.849 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Portata di avviamento media [l/h] Età [anni] P = 2.0 bar
  • 44. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Dipendenza della portata di avviamento dalla pressione: più aumenta la pressione più la portata di avviamento si riduce e così si riduce il pericolo di perdite apparenti 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 Portata di avviamento media adimensionale Pressione [bar] Classe 1 Classe 2 Classe 3
  • 45. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» È stato valutato come e quanto le perdite apparenti cambino con l’età del contatore e la pressione. I risultati delle analisi sulle prestazioni metrologiche dei contatori sono stati incrociati con tre profili di consumo: A): pressione in rete “non sufficiente” implica che il serbatoio si svuota quasi completamente. Quando la pressione in rete aumenta, il livello nel serbatoio è talmente basso che la valvola a galleggiante si apre totalmente e permette il passaggio di elevate portate. B): pressione in rete “sufficiente” implica serbatoio quasi sempre pieno; la valvola a galleggiante si apre non appena il livello all’interno del serbatoio si abbassa anche di poco. C): alimentazione diretta senza serbatoio.
  • 46. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano COME CAMBIANO I PROFILI DI CONSUMO UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» È stato valutato come e quanto le perdite apparenti cambino con l’età del contatore e la pressione. I risultati delle analisi sulle prestazioni metrologiche dei contatori sono stati incrociati con tre profili di consumo: Attenzione agli effetti collaterali della regolazione delle pressioni! 0 5 10 15 20 25 3 5 10 15 20 30 40 50 60 120 180 240 300 360 420 480 540 660 Volume [%] Portata [l/h] 0 10 20 30 40 50 3 5 10 15 20 30 60 120 180 240 300 Volume [%] Portata [l/h] 0 5 10 15 20 25 3 5 10 15 20 30 40 50 60 120 180 240 300 Volume [%] Portata [l/h] A) B) C)
  • 47. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE Effetti a scala di distretto UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Pressioni medie sulla rete alle 13:00 (minimo diurno) La parte alta della rete è soggetta a turnazione intra-giornaliera La parte bassa della rete è alimentata in modo continuo
  • 48. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE Effetti a scala di distretto UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Pressioni medie sulla rete alle 13:00 (minimo diurno) La parte alta della rete è soggetta a turnazione intra-giornaliera La parte bassa della rete è alimentata in modo continuo
  • 49. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE Effetti a scala di distretto UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Perdite apparenti considerando l’età dei contatori tra10 e15 anni Peggior caso Miglior caso Parameter Cv * N m Units [-] [-] [-] Range 0.4 - 0.8 0.6 - 1.5 0.6 - 1.5
  • 50. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: MAGGIORI PERDITE Effetti a scala di distretto UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Perdite apparenti considerando l’età dei contatori tra 40 e 45 anni Peggior caso Miglior caso
  • 51. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano EFFETTI DELLA TURNAZIONE: RISCHI DI CONTAMINAZIONE LE RETI IDRICHE
  • 52. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: RISCHIO DI CONTAMINAZIONE Leak tank 2 10 (Air Vessel) Water tank Network Pipe: PE 100 PN 16 DN 63 mm Recirculation V=2 mc To rooftop tank Tank V=2mc 1 m Recirculation Pipe: PE 100 PN 16 DN 63 mm Users Derivation: Pipe PE 100 PN 16 DN 16 mm Pump station (dH=10-60m, Q=20-60 l/h) Recirculation Pump (dH=10-30m, Q=10-40 l/h) LEGEND 3 7 8 1 4 6 9 5 0 Network Node Ball valve DN 63 mm Electromagnetic flow meter DN 63 mm Leak trunk Tank V=2mc Tank V=2mc M M M P AV UD DD M M M M M M M M M Forma della perdita Lunghezza (mm) Larghezza (mm) Taglio 20 1.5
  • 53. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: RISCHIO DI CONTAMINAZIONE Leak tank 2 10 (Air Vessel) Water tank Network Pipe: PE 100 PN 16 DN 63 mm Recirculation V=2 mc To rooftop tank Tank V=2mc 1 m Recirculation Pipe: PE 100 PN 16 DN 63 mm Users Derivation: Pipe PE 100 PN 16 DN 16 mm Pump station (dH=10-60m, Q=20-60 l/h) Recirculation Pump (dH=10-30m, Q=10-40 l/h) LEGEND 3 7 8 1 4 6 9 5 0 Network Node Ball valve DN 63 mm Electromagnetic flow meter DN 63 mm Leak trunk Tank V=2mc Tank V=2mc M M M P AV UD DD M M M M M M M M M Forma della perdita Lunghezza (mm) Larghezza (mm) Taglio 20 1.5 Tracciante: Cloruro di sodio (NaCl) Non tossico Non visibile Reperibile Basso costo Solubile Alte concentrazioni Presenza in sottofondo
  • 54. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: RISCHIO DI CONTAMINAZIONE Leak tank 2 10 (Air Vessel) Water tank Network Pipe: PE 100 PN 16 DN 63 mm Recirculation V=2 mc To rooftop tank Tank V=2mc 1 m Recirculation Pipe: PE 100 PN 16 DN 63 mm Users Derivation: Pipe PE 100 PN 16 DN 16 mm Pump station (dH=10-60m, Q=20-60 l/h) Recirculation Pump (dH=10-30m, Q=10-40 l/h) LEGEND 3 7 8 1 4 6 9 5 0 Network Node Ball valve DN 63 mm Electromagnetic flow meter DN 63 mm Leak trunk Tank V=2mc Tank V=2mc M M M P AV UD DD M M M M M M M M M Forma della perdita Lunghezza (mm) Larghezza (mm) Taglio 20 1.5 Injection procedure  Dosatore in prossimità della perdita  Il contenitore è stato riempito come una trincea di posa mantenendo un grado di umidità elevato  Processi investigati:  Transitorio di pressione  Riempimento e vuotamento della condotta
  • 55. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: RISCHIO DI CONTAMINAZIONE Alcuni test in laboratorio Transitorio 1 Pressione: 2bar Alimentazione Continua Test 1 Transitorio 2 Pressione: 4.5bar Alimentazione Continua Test 2 Vuotamento e riempimento Pressione: 2bar Alimentazione Discontinua giornaliera Test 3
  • 56. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: RISCHIO DI CONTAMINAZIONE Alcuni test in laboratorio -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Pressure at the upstream node [m] Time [s] Test 1 Test 2  Test 1: il transitorio genera una pressione negativa più significativa ma anche una successiva onda di pressione positiva  Test 2, il transitorio è smorzato più rapidamente
  • 57. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: RISCHIO DI CONTAMINAZIONE Alcuni test in laboratorio Pressione 2 bar Test 1 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Concentration [g/l] Time [min] Node 9 Node 3 Leak tank 2 10 (Air Vessel) Water tank Network Pipe: PE 100 PN 16 DN 63 mm Recirculation V=2 mc To rooftop tank Tank V=2mc 1 m Recirculation Pipe: PE 100 PN 16 DN 63 mm Users Derivation: Pipe PE 100 PN 16 DN 16 mm Pump station (dH=10-60m, Q=20-60 l/h) Recirculation Pump (dH=10-30m, Q=10-40 l/h) LEGEND 3 7 8 1 4 6 9 5 0 Network Node Ball valve DN 63 mm Electromagnetic flow meter DN 63 mm Leak trunk Tank V=2mc Tank V=2mc M M M P AV UD DD M M M M M M M M M
  • 58. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: RISCHIO DI CONTAMINAZIONE Alcuni test in laboratorio Pressione 4.5 bar Test 2 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Concentration [g/l] Time [min] Node 9 Node 3 Looking closely… Leak tank 2 10 (Air Vessel) Water tank Network Pipe: PE 100 PN 16 DN 63 mm Recirculation V=2 mc To rooftop tank Tank V=2mc 1 m Recirculation Pipe: PE 100 PN 16 DN 63 mm Users Derivation: Pipe PE 100 PN 16 DN 16 mm Pump station (dH=10-60m, Q=20-60 l/h) Recirculation Pump (dH=10-30m, Q=10-40 l/h) LEGEND 3 7 8 1 4 6 9 5 0 Network Node Ball valve DN 63 mm Electromagnetic flow meter DN 63 mm Leak trunk Tank V=2mc Tank V=2mc M M M P AV UD DD M M M M M M M M M
  • 59. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: RISCHIO DI CONTAMINAZIONE Alcuni test in laboratorio 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 25 30 35 40 Concentration [g/l] Time [min] Test 1 Test 2 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0 5 10 15 Concentration [g/l] Time [min] Test 1 Test 2 Node 9 Node 3 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 0 4 8 12 16 Upstream pressure [m] Time [s] Test 1 Test 2
  • 60. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: RISCHIO DI CONTAMINAZIONE Alcuni test in laboratorio Pressure 2 bar (Discontinua) Test 3 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Concentration [g/l] Time [min] Node 9 Node 3 Leak tank 2 10 (Air Vessel) Water tank Network Pipe: PE 100 PN 16 DN 63 mm Recirculation V=2 mc To rooftop tank Tank V=2mc 1 m Recirculation Pipe: PE 100 PN 16 DN 63 mm Users Derivation: Pipe PE 100 PN 16 DN 16 mm Pump station (dH=10-60m, Q=20-60 l/h) Recirculation Pump (dH=10-30m, Q=10-40 l/h) LEGEND 3 7 8 1 4 6 9 5 0 Network Node Ball valve DN 63 mm Electromagnetic flow meter DN 63 mm Leak trunk Tank V=2mc Tank V=2mc M M M P AV UD DD M M M M M M M M M
  • 61. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: RISCHIO DI CONTAMINAZIONE Alcuni test in laboratorio 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 0 5 10 15 Concentration [g/l] Time [min] Test 1 Test 2 Test 3 Node 9
  • 62. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: RISCHIO DI CONTAMINAZIONE Alcuni test in laboratorio 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 25 30 35 40 Concentration [g/l] Time [min] Test 1 Test 2 Test 3 Node 3
  • 63. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: RISCHIO DI CONTAMINAZIONE L’effetto delle basse velocità (Diffusione-Dispersione) Tracciante: Rhodamina 6G Non tossico Misurabile Massa ridotta Alto costo Necessaria la pulizia della rete ad ogni uso
  • 64. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: RISCHIO DI CONTAMINAZIONE L’effetto delle basse velocità (Diffusione-Dispersione) Configurazione test 1 • Effetto delle basse velocità sulla propagazione e sulla persistenza della contaminazione • Regime di moto laminare o di transizione tra il nodo 7 ed il nodo 9 • Portate variabili in funzione degli spillamenti
  • 65. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: RISCHIO DI CONTAMINAZIONE L’effetto delle basse velocità (Diffusione-Dispersione) Moto turbolento di transizione • Re = 3500 (lato 7-8) - Re = 2300 (lato 8-9). • Dx (coefficiente di dispersione longitudinale) è calcolato sulla base della dispersione del pollutogramma. • Le differenze tra il valore del coefficiente di dispersione in linea e sulla base dei dati delle utenze sono contenute Dx (m2/s) Dx (m2/s) Lato 7 – 8 0.00278 LIF 1 – LIF 2 0.00275 LIF 2 – LIF 3 0.00263 Lato 8 – 9 0.00785 LIF 3 – LIF 4 0.00657 Re=3,500 Re=2,300 Flow
  • 66. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: RISCHIO DI CONTAMINAZIONE L’effetto delle basse velocità (Diffusione-Dispersione) • Re nel lato 7 – 8 >> lato 8 – 9 • Ben miscelato (Camera 1) to non ben miscelato(Camera 2) attraverso una curva; nuovamente miscelato (Camera 3) dopo un gomito, e finalmente una condizione tipica del moto di transizione (Camera 4). Re=3,500 Re=2,300 Flow
  • 67. UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE» Analisi delle reti turnate ed equità nell’accesso alle risorse idriche in ambiente urbano L’EFFETTO DELLA TURNAZIONE: CONCLUSIONI ✔ La distribuzione intermittente è una modalità gestionale d’emergenza che dovrebbe essere utilizzata quando ogni altra opzione viene meno ✔ Tende a limitare i volumi complessivi di perdita attraverso la disconnessione parziale delle condotte ammalorate ✔ Genera processi adattativi dell’utenza che cambia abitudini e profilo di consumo (le conseguenze non sono prevedibili nel breve periodo e tendono a permanere anche dopo l’interruzione della gestione d’emergenza) ✘ Modifica i regimi di moto e l’andamento delle pressioni in rete (inserimento dei serbatoi d’utenza) ✘ Non comprime significativamente i consumi ✘ Aumenta, in generale, le perdite apparenti: l’effetto dipende dalla pressione ed è probabile che non si elimini con le nuove tecnologie di misura (sensibili all’inversione dei flussi o alla presenza di aria nella sezione di controllo) ✘ Aumenta l’usura delle componenti (anche dei contatori) ✘ Genera maggiori rischi di contaminazione ✘ Instaura le condizioni per contaminazioni persistenti Conoscere i processi riduce l’impatto nei casi in cui la turnazione è un male necessario
  • 68. Sponsor dell’evento Grazie per l’attenzione!!! Prof. Ing. Mauro De Marchis Prof. Ing. Gabriele Freni mauro.demarchis@unipa.it gabriele.freni@unikore.it Giovedì 25 Gennaio 2024| IREN, Reggio Emilia SCUOLA DI ALTA FORMAZIONE UNIVERSITA’ DI ENNA «KORE»