I metodi software based

La letteratura esistente mostra che il tipo principale di tecnologia di leak detection software-based è costituito dal monitoraggio delle condotte mediante implementazione di algoritmi sempre più aggiornati in grado di prevedere, con una bassa incertezza, il punto in cui ha luogo la perdita.

Il monitoraggio con i sistemi software based utilizza alcuni algoritmi che aiutano a riconoscere delle anomalie nel comportamento idraulico della rete. Questi sono per lo più basati su tecniche che sfruttano il fenomeno dei transitori per localizzare le perdite in rete. Infatti, una perdita è un fenomeno idraulico che ha una specifica localizzazione. È evidente che la sua presenza può essere rilevata idraulicamente e che un'onda di pressione transitoria è un veicolo ideale con cui scoprire dove si trova.

Nei sistemi idraulici, un metodo comune per la generazione di un'onda utilizza i fenomeni di colpo d'ariete (Thorley, 2004). La scelta della misura e le caratteristiche dei transitori generati dipendono però dalla tecnica utilizzata per le analisi.

Con eventuali improvvisi cambiamenti nelle condizioni di flusso o pressione si genera un’onda di pressione che si propaga nella condotta, è il caso per esempio della chiusura o l'apertura di una valvola o della disattivazione di una pompa, che può essere alterata da qualsiasi cambiamento nella struttura fisica del sistema, come una variazione di sezione o una giunzione.

In generale, l'onda viene in parte riflessa, in parte trasmessa e alcune di esse possono essere anche assorbite, alterando così il flusso e la pressione di risposta del sistema.

Nel frattempo, la velocità con cui l'onda viaggia dipende dalle caratteristiche del tubo e del fluido. Come risultato, ogni sistema di distribuzione acqua avrà comportamento transitorio differente, che dipende dai vari dispositivi al suo interno.

Generalmente, quando si verifica una perdita la differenza di pressione tra l'esterno e l'interno del tubo provoca perdita improvvisa del liquido e la pressione del punto di fuga scende improvvisamente creando una rarefazione d’onda (pressione negativa) nella

59 Capitolo 1 conduttura. I transitori si propagano per tutta la rete e, quindi, possono essere utilizzati per trasportare le informazioni di perdite o funzioni all'interno del sistema.

Oltre al suo basso costo potenziale e alla natura non intrusiva, questa tecnica consente di localizzare le perdite a grandi distanze da un punto di misura (per quanto sia attualmente possibile).

Alcune tecniche di lettura basate sui transitori idraulici per il rilevamento delle perdite sono descritte di seguito: Silva et al. (1996), Ligget e Chen (1994), Covas e Ramos (1999), Vitkovsky (2000), Brunone e Ferrante (1999, 2001, 2003, 2007).

L’obiettivo principale di tutti i metodi di rilevamento delle perdite attraverso l’analisi dei transitori è lo stesso: estrarre il più possibile l'informazione dalla traccia misurata nel transitorio per rilevare e localizzare la presenza di una perdita.

Come accennato, una perdita influenza il transitorio aumentandone il suo tasso di smorzamento (Wang, 2002) e la creazione di segnali riflessi nella traccia risultante (Jönsson, 1995, 2001).

1.3.3.1 Il metodo di Silva

Una tecnica il rilevamento di perdite basata sui transitori è stata sperimentalmente condotta da Silva (1996). Il sistema di calcolo è stato sviluppato sulla base del monitoraggio della pressione di un'onda di pressione indotta dalla perdita. La metodologia è stata sperimentata con l’ausilio di quattro trasduttori di pressione collegati ad un computer simulando le perdite in diverse posizioni lungo la condotta. La posizione della perdita può essere trovata stimando il tempo di arrivo dell'onda negativa ai trasduttori e la conoscenza della velocità dell'onda. Tale metodologia, nota come “metodo onda di rarefazione”, implica la rilevazione del picco a bassa pressione generata dalla rottura del tubo. Lo svantaggio di tale metodologia è l'esistenza di rumori di fondo, che rendono difficile rilevare esattamente il picco del segnale di pressione di una forma sconosciuta che identifica la perdita.

1.3.3.2 Il metodo di Covas e Ramos

Covas e Ramos (1999) hanno fatto uso di un’analisi basata sui transitori identificando la prima onda riflessa dalla perdita dallo smorzamento di pressione e le oscillazioni prodotte in regime transitorio. Hanno utilizzato il metodo delle caratteristiche MOC (Wylie e Streeter, 1983) nella simulazione matematica. Il loro approccio si basa sull'analisi temporale della prima onda riflessa e sull' analisi di frequenza delle variazioni

Capitolo 1 60 di pressione al fine di identificare la posizione della perdita e la frequenza associata ad essa.

Entrambi gli approcci sono appropriati per la localizzazione di perdite per singole tubazioni.

1.3.3.3 I metodi di Brunone Ferrante

Brunone et al. (1999) hanno utilizzato una prova in regime transitorio per il rilevamento di perdite in tubazioni. Nella metodologia, la posizione della perdita è determinata osservando la sequenza delle onde di pressione riflesse e dalla velocità del suono. La metodologia è valutata sia per la modellazione numerica, sia per gli esperimenti di laboratorio.

Successivamente, nel 2001 gli stessi Autori hanno ripreso lo studio considerando misure sperimentali basate su onde di pressione instabili generate dalla chiusura di una valvola a monte.

Più recentemente, nel 2003 e nel 2007, gli stessi Autori hanno proposto delle metodologie basate sull'uso di analisi wavelet per rilevare singolarità locali a causa della presenza di una perdita nel segnale transitorio misurato.

1.3.3.4 Il metodo di Ligget e Chen

Lo studio di Ligget e Chen (1994) è stato il primo in cui si è proposta l'Analisi Transitoria Inversa (ITA) per il rilevamento di perdite. Il metodo ITA per il rilevamento di perdite proposto utilizza la regressione ai minimi quadrati tra le tracce di pressione dei transitori modellati e misurati.

1.3.3.5 Il metodo di Vitkovsky et al.

Vitkovsky et al. (2000) riferiscono l'uso di una tecnica di ottimizzazione combinatoria. Il loro metodo impiega algoritmi genetici (GA) in combinazione con l'analisi dei transitori per rilevare le perdite nel sistema di distribuzione dell'acqua tramite modellazione numerica.

In questa metodologia gli algoritmi genetici risultano essere un potente strumento di ricerca per trovare le soluzioni ottimali e utilizzare i principi base evolutivi. Lo svantaggio di questo metodo, però, è il lento tasso di convergenza per sistemi di distribuzione idrica grandi e complessi e il conseguente alto costo computazionale.

calibrazione

61 Capitolo 2

Capitolo 2: