Scuola di Alta Formazione 25/01-MENICONI Silvia

Sponsor dell’evento
«Diagnosi delle lunghe adduttrici mediante una tecnica sostenibile e orientata al gestore»
Silvia Meniconi
Professore Associato
Università degli Studi di Perugia
Giovedì 25 Gennaio 2024| IREN, Reggio Emilia
SCUOLA DI ALTA FORMAZIONE

Sommario
1. Anomalie delle condotte in pressione
2. Principali caratteristiche delle condotte di adduzione e tecnologie per la rilevazione delle anomalie
3. Transient test per la rilevazione di anomalie
4. Transient test in laboratorio
5. Transient test in impianti in esercizio
6. Conclusioni

Anomalie nelle condotte in pressione

Anomalie nelle condotte in pressione
Melbourne
Ottawa-Canada
California
Ottawa-Canada

Mentre stai
leggendo
queste
righe 5000
m3 di
acqua
potabile
vengo persi
nel mondo
a causa di
perdite
nelle
condotte
idriche.
Il volume totale di
perdite è stato stimato
pari a 346 milioni di
metri cubi al giorno e
126 miliardi di metri
cubi all’anno!
DANNO
ECONOMICO
ACQUA PERSA =
250 miliardi di €
all’anno
+
ENERGIA E
RISORSE
utilizzate per il
pompaggio e la
potabilizzazione
dell’ACQUA
PERSA (20-50%)
= 300-380 miliardi
di € all’anno!

Principali caratteristiche delle condotte di adduzione
Sistemi per la distribuzione dell’acqua
Reti di distribuzione Condotte di
adduzione
INTERRO MINORE MAGGIORE
PRESENZA DI
DISPOSITIVI
MAGGIORE MINORE
ACCESSIBILITA’ MAGGIORE MINORE

Caratteristiche principali delle condotte di adduzione
ESEMPI DELLA LORO
SCARSA ASCCESSIBILITA’!!

Tecniche per l’individuazione di anomalie nelle
condotte di adduzione
1.Tecnologie acustiche di linea che usano sensori acustici per individuare il rumore di perdita.
Il sensore può essere: permanente connesso alla condotta in un pozzetto ad una distanza
massima di 1 km da un altro sensore, tethered, free swimming.
2.Termografia a infrarossi che valuta l'umidità del suolo in prossimità della tubazione
attraverso immagini aeree.
3.Tecnologie satellitare che richiedono l'acquisizione di immagini radar e il filtraggio dei dati per
individuare l'approvvigionamento idrico e distinguerlo da altri prodotti creati dall’uomo.
4.Transient test-based tecnique che richiede la generazione di un'onda di pressione, che
viaggia lungo il tubo e interagisce con qualsiasi tipo di singolarità.
Acoustic sensors with wireless communication
networks
(from www.echologics.com)
SmartBall®
(from www.puretechltd.com)
Sahara®
(from www.puretechltd.com)

12
Non solo perdite!!!
anomalia
onda generata
onda trasmessa
onda riflessa
segnale di pressione misurato
Transient test per la rilevazione di anomalie

13
Transient test per la rilevazione di anomalie –
condotta di adduzione a Rieti

15
Transient test per la rilevazione di anomalie –
coefficiente di riflessione

16
Modellazione numerica
condotta intatta vs. condotta danneggiata

17
Serbatoio
di
alimentazione
Valvola
di
manovra
Transient test in una condotta singola integra

18
Serbatoio
di
alimentazione
Valvola
di
manovra
Transient test in una condotta singola danneggiata
perdita

Università degli Studi di Perugia – WEL
prima del 2018
ora

University of Perugia - inside
ora
prima del 2018

Laboratory experiments of TTBTs for fault detection

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
10
15
20
25
30
35
40
pressure
signal,
H(m)
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
10
15
20
25
30
35
40
pressure
signal,
H(m)
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
10
15
20
25
30
35
40
pressure
signal,
H(m)
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
15
20
25
30
35
40
45
pressure
signal,
H(m)
(a)
(c) (d)
(b)
HV
+
HBL
-
HBL
+
HWD
-
HWD
+
HL
-
Meniconi et al., 2013 Gong et al., 2014
Ogni anomalia causa un’onda riflessa e una singolarità
nel segnale di pressione di caratteristiche diverse

transect A-A
orifice
A
A
Simulazione di una perdita in laboratorio

Simulazione di una perdita in laboratorio

d = 9.9 mm
d = 14.9 mm
Transient test in laboratorio in condotta danneggiata
V
L = 352.2 m; D = 93.3 mm
LVL= 129.8 m
T
L

V
L = 352.2 m; D = 93.3 mm
LVL= 129.8 m
T
L
wavelet
scale
LVLen= 129.5 m
error = 0.21%
V
V
L
L
T
T

V
L = 352.2 m; D = 93.3 mm
LVL= 129.8 m
T
L
wavelet
scale
LVLen= 129.12
m
error = 0.52%
V
V
L
L
T
T

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
0
2
4
6
8
10
12
14
16
time, t(s)
pressure
signal,
H
t
(m)
2−01 (HL
= 3.62 m)
2−03 (H
L
= 28.79 m)
2−05 (H
L
= 33.79 m)
0.55 0.6 0.65
11
12
13
14
15
16
F
fR FT
CR
fR
F
F Wave reflected by
the leak
2 f R
leak
IL RUOLO DELLA
PRESSIONE

CA
P
L
Simulazione di un fenomeno di intrusione durante transitori

V
E
L
Upstream
After the leak
Downstream
R
d = 1.49 cm
Simulazione di un fenomeno di intrusione durante transitori

h
(m)
t (s)
START END
INTRUSION

condotta principale in PEAD
L = 164.93 m
D = 93.3 mm (DN110)
distanza tra valvola
V e connessione
all’allacciamento
LVB = 102.70 m
allacciamento in PVC
Lb = 36.30 m
Db = 22.3 m
Transient test in laboratorio in condotta con allacciamento

tV tJ
tR
L
tJ tV
tR tV
L tE
Transient test in laboratorio in condotta
con allacciamento

Ferrantet al. (2009).
Leak detection in branched pipe systems coupling wavelet analysis and Lagrangian mod
42
PPWM
device
P
P
Y
R
P
D
3, L3 = 1987.82 m
2
L2= 116.78 m
1, L1= 61.78
m
HDPE pipes DN
110
Transient test in laboratorio in Sistema di condotte a Y

44
Y
R
L
P
D
wavelet
scale,
j
3
2 1
PERDITA nella condotta 1
diametro = 1,49 cm e
distanza da V =
24,68 m

Y
R
L
P
D
3
2 1
PERDITA nella condotta 2
diametro = 1,49 cm e distanza da D =
92,43 m

IV
L = 164.93 m; D = 93.3 mm
LVVL= 75.97 m
T
δ = 10°
δ = 12°
δ = 15°
δ = 20°
δ = 30°
δ = 35°
δ = 25°
δ = 50°
δ = 40°
δ = 70°
δ = 60°
δ = 80°
δ = 90°
Q0 = 2.57 l/s
tV
2ΔhIV
tT
onda
riflessa
dalla
valvola di
linea
V
tIV
Δh
con valvola di linea parzialmente chiusa

til,1 = 0.41 s
tv = 0 s
tr= 0.89 s
Meniconi et al. 2009
LVLen= 75.73 m
error = 0.32%

V0 D
L'a
hB
1 1 B
0
B
g
2a1
2
B
g
2a1
2
𝐶𝑅 = ∆ℎ𝐵/∆ℎ

con ostruzione parziale

V
R
V
R
hSE
a2
A2
a1
A1
a2
A2
a1
A1
h
2 hSE
hB
1 1 B
0
B
g
2a1
2
B
g
2a1
2
h
2 hB
con ostruzione parziale

0 0.5 1 1.5 2 2.5
0
20
40
h
M
*
(m)
0.95 1 1.05 1.1 1.15 1.2 1.25 1.3 1.35 1.4 1.45
30
35
40
45
50
time, t*
h
M
*
(m)
2.07 m
2.07 m
a)
b)
L
2
= 6.60 m
0.48 m
0.12 m
0.06 m
L
2
= 6.60 m
0.48 m
0.12 m 0.06 m
Q0 = 3.02 l/s
con ostruzione parziale: effetto della lunghezza dell’ostruzione

The Lintrathen East Trunk Main in Scozia
2
L = 5936 m
DN300
V
V1
1
European project
Surge-net
Lintrathen
Framedrum
5223 m
DN700
694 m
Leak detection in branched pipe systems coupling wavelet analysis and Lagrangian mod
LPERDITA = 3100 m
Leak
1

V
V
L
L
2
2
Localizzazione di una perdita nella Condotta alimentata dal serbatoio di
Balmashanner
LPERDITA= 3100 m
LPERDITA,STIMATA = 3149 m
errore = 2 %
scala
wavelet,
j
2
1
Leak
V
2
ΔH
N
(m)
H
E
(m)
Δt = 9.8 s
a =2L/Δt = 1211.43 m/s
L
L
L
L
Δt = 5.2 s

SR
ER
EV
Δp=ρcV’0
IV
M
Manovra di una
valvola esistente
Impianti in esercizio: scelta del transitorio di prova
SISTEMI A GRAVITA’

SR
ER
Δp=ρcV’’0
EV
IV
M
Manovra di una valvola
laterale di scarico
(SDV)

SR
ER
EV
IV
CV
PPWM
Δpppwm
M
Portable Pressure Wave
Maker (PPWM) device

SR
ER
Δp=-ρcV*0
EV
IV
P
M
Pump shut
down
IMPIANTI DI SOLLEVAMENTO

SR
ER
EV
IV
P
SDV
Δp=ρcV’’0
M
Manoeuvre of side
discharge valves
(SDV)

SR
ER
Δpppwm
EV
IV
P
CV
PPWM
M
Portable Pressure Wave
Maker (PPWM) device

Meniconi et al. (2014).
Anomaly pre-localization in
distribution-transmission
mains by pump trip: preliminary field
tests in the Milan pipe system
Transient Test in impianti in esercizio: la rete di
adduzione/distribuzione di Milano

Stazione di pompaggio “Novara”

4587 m
4759 m
4866 m
5312 m 6302 m
598 m
DN800

65 −2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
10
20
30
40
50
60
pressure
signal,
H
E
test no. 1
test no. 2

Simulazione della propagazione del transitorio generato dallo
spegnimento del gruppo di pompaggio ”Novara”

0 5 10 15 20 25
20
40
60
H
E
(m)
0 5 10 15 20 25
1
2
3
4
5
6
7
8
time, t(s)
wavelet
scale,
j
598 m
4587 m
Δt = 9.607 s
a =2L/Δt = 954.26 m/s

68
SEGNALE DI
PRESSIONE
MODELLO
LAGRANGIANO
TRASFORMATA
WAVELET
Transient Test in impianti in esercizio:
rete di adduzione/distribuzione di Milano

69
4587 m
4759 m
4866 m
5312 m
6302 m

localizzzione
di possibili
anomalie
PERDITA
stazione di pompaggio Novara

condotta di adduzione di Trento
serbatoio
“10,000”
campo-
pozzi
«Spini»
L = 1328.8
m
DN500

1
5
2
3
4
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
WF
100 m
5 m
R
PPWM
z (m a.s. l.)
s (
193.5 361 988
493.5
1129.5
1198 1322
217
213
265
B
C
D
E
F H
I J K
A G
a)
b)
condotta di adduzione di Trento

1
5
2
3
4
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
WF
100 m
5 m
R
PPWM
B
C
D
E
F H
I J K
A G
campo pozzi
“Spini”
sezione di
misura, WF
Transient
Test in
impianti in
esercizio:
condotta di
adduzione di
Trento

1
5
2
3
4
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
WF
100 m
5 m
R
PPWM
B
C
D
E
F H
I J K
A G
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
10
20
30
40
50
60
70
80
90
pressure
signal,
H(m)
experimental test
SPEGNIMENTO
POMPA
1ª serie
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
10
20
30
40
50
60
70
80
90
pressure
signal,
H(m)
experimental test
numerical test (single pipe)

1
5
2
3
4
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
WF
100 m
5 m
R
PPWM
B
C
D
E
F H
I J K
A G
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
H
R
-H
R,0
(m)
1st
SURVEY
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
time, t(s)
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
H
R
-H
R,0
(m)
2
nd
SURVEY
stub
I
giunzione
12
nodo 14
generazione
onda
campo-
pozzi
a = 2L/τ = 1030 m/s
τ
14
PPWM
1ª serie

1
5
2
3
4
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
WF
100 m
5 m
R
PPWM
B
C
D
E
F H
I J K
A G
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
H
R
-H
R,0
(m)
1st
SURVEY
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
time, t(s)
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
H
R
-H
R,0
(m)
2
nd
SURVEY
stub
I
giunzione
12
nodo 14
generazione
onda
campo-
pozzi
f1
f1
AIR POCKET EFFECT
(Ferreira et al., 2019)
f2
f2
14

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
time, t(s)
220
230
240
250
260
270
280
290
300
310
pressure
signal,
H
WF
(m)
test #6
test #1
SPEGNIMENTO
POMPA
1ª serie
vs.
2a serie

0 1 2 3 4 5 6
time, t(s)
230
240
250
260
270
280
290
300
310
pressure
signal,
H
WF
(m)
1st
SURVEY
2nd
SURVEY

1
5
2
3
4
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
WF
100 m
5 m
R
PPWM
B
C
D
E
F H
I J K
A G
f2
τ
τ’
SPEGNIMENTO
POMPA
1ª serie
vs.
2a serie
f2

1
5
2
3
4
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
WF
100 m
5 m
R
PPWM
B
C
D
E
F H
I J K
A G
f2
PERDITA
LOCALIZZAZIONE
PERDITE
(2ª serie)
sPERDITA = 302 m
sf2 = 296 m - 267 m

condotta di adduzione sottomarina di Trieste

Gruppo di
sollevamento
Randaccio
Torrino
piezometrico
Petrinia
VP Pozzetto di
misura
Villaggio
del
Pescatore
VM
Pozzetto di
misura
Molo 0
S
DVM

electro-welded mesh
concrete weight coating
steel pipe
bitumen coating
D= 1297 mm
Rivestimento
bituminoso
Calcestruzzo
Rete elettrosaldata

Circa 0.53 m
di sovrappressione

Gruppo di
s
olle
va
me
nto
Ra
nda
ccio
Torrino
pie
zome
trico
P
e
trinia
VP P
ozze
tto di
mis
ura
Villa
ggio
de
l
P
e
s
ca
tore
VM
P
ozze
tto di
mis
ura
Molo 0
S
DVM
0 5 10 15 20 25 30 35
time, t(s)
67.6
67.8
68
68.2
68.4
68.6
68.8
pressure
signal,
H
M
(m)
f1 f2 f3
MANEUVER PIEZOMETRIC
TOWER
VILLAGGIO
DEL
PESCATORE
Gruppo di
sollevamento
Randaccio
Torrino
piezometrico
Petrinia
VP Pozzetto di
misura
Villaggio
del
Pescatore
VM
Pozzetto di
misura
Molo 0
S
DVM

Applicazione di tecniche TTBTs per la diagnosi di una
condotta sottomarina a Trieste
3.5 km
9 km
16,3 km
1.7 km, riduzione del 19.37%
1.7 km, riduzione del 18%
0,4 km riduzione del 12%

IMPIANTO Vin 2018
[mc]
RM
WF
V1
V2
V3
The Dorsale TM
Serbatoio di arrivo
Campo-pozzi
Impianto di
rilancio
WF
RM

WF RM zRM=194.50 m a.s.l
zWF=125.50 m a.s.l.
V3
V2
V1
LDN800 = 11.6 km LDN700 =2.6 km
LDN600 =1.3 km
s
stub
I302
I365
I303
I304
PT I307
R
7.57
km 11.68
km 14.28 km
Campo-pozzi Impianto di rilancio
PPWM
Capponi et al., 2023

WF
RM
V3
V2
V1
stub
I302
I365
I303
I304
PT
I30
7
R
PPWM

WF
RM
stub
I302
I365
I303
I304
PT
I30
7
R
Test #0: valvole completamente aperte
IL SISTEMA DI TELECONTROLLO NON
RILEVA ALCUN CAMBIAMENTO di
PRESSIONE!!!
PPWM

WF
RM
V3
V2
V1
stub
I302
I365
I303
I304
PT
I30
7
R
PPWM
0 2 4 6 8 10 12
t (s)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
H
RM,3
(m)
tV3
F
HR
t
I304
t
V2
2tV3
t
DC
2t
DC
𝐶𝑅 =
∆𝐻𝑅
2𝐹
χ = 46311
V3
cambio di diametro
= 0.16
inizio
transitori
Test 3: la valvola V3 è per il gestore completamente
chiusa

STUDIO DEL SISTEMA
Caratteristiche geometriche, Condizioni di funzionamento, Accessibilità 1
SCELTA DEL TRANSITORIO DI PROVA 2
PREDISPOSIZIONE DEL SISTEMA 3
DEFINIZIONE DELLA PROCEDURA DI PROVA 4
ESECUZIONE DELLE PROVE 5
ANALISI DELLE PROVE 6
DIAGNOSI DEL SISTEMA 7
EVENTUALI INTERVENTI DI RIPARAZIONE/MANUTENZIONE 8
Attività di pertinenza del WEL Attività di pertinenza dell’ente gestore
Attività di pertinenza del WEL e dell’ente gestore
TRASFERIMENTO TECNOLOGICO E FORMAZIONE
• Installazione degli strumenti e dei dispositivi
• Training on job per la periodica ripetizione del transitorio di prova e la sua interpretazione
10
MONITORAGGIO
DEL SISTEMA
4b
FASE
I
FASE
II
FASE
III
DEFINIZIONE DEL TRANSITORIO DI PROVA E ACQUISIZIONE DEL COMPORTAMENTO DI RIFERIMENTO DEL
SISTEMA
9
Procedura
per la
diagnosi di
una condotta
di adduzione

CONCLUSIONI
• Testare sistemi di condotte mediante transitori permette di localizzare anomalie come perdite, ostruzioni, valvole
in linea e deterioramento delle pareti.
• In impianti in esercizio la validità della tecnica è stata mostrata
➢ in Scozia in una condotta danneggiata è stata localizzata una perdita con un errore del 2%.
➢ nel sistema di adduzione/distribuzione di Milano, gestita da MM, è stata rilevata una perdita. A causa della
complessità del sistema e della presenza da un’unica sezione di misura, la posizione esatta della perdita
non può essere identificata univocamente.
➢ nella condotta di adduzione di Trento, gestita da NovaReti, è stata localizzata con successo una perdita.
➢ nella condotta di adduzione vicino Milano, gestita da CAP, è stata valutata la tenuta di 3 valvole di linea.
➢ nella condotta di adduzione sottomarina di Trieste, gestita da Acegas, sono state localizzate tre
deterioramenti della parete.
• Un sistema idrico funziona in modo analogo a un sistema nervoso, e un test transitorio si può paragonare a
un'elettromiografia in questo contesto. Questo strumento può essere utilizzato similmente a come un medico
valuterebbe la salute di un sistema. Tuttavia, per migliorare l'accuratezza della diagnosi, è essenziale definire
chiaramente le caratteristiche del sistema inizialmente e utilizzare più punti di misurazione.

Visita il nostro sito:
per conoscerci meglio…
welabpg
Prof.ssa Ing. Silvia Meniconi
T. +39 075 5853893
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILE ED AMBIENTALE
UNIVERSITÁ DEGLI STUDI DI PERUGIA
Via G, Duranti, 93 – Perugia (PG)
silvia.meniconi@unipg.it
Water Engineering Laboratory

Scuola di Alta Formazione 25/01-MENICONI Silvia

Scuola di Alta Formazione 25/01-MENICONI Silvia

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Scuola di Alta Formazione 25/01-MENICONI Silvia

Similar to Scuola di Alta Formazione 25/01-MENICONI Silvia (20)

More from Servizi a rete

More from Servizi a rete (20)

Scuola di Alta Formazione 25/01-MENICONI Silvia