Requisiti del servizio

Come anticipato in precedenza, il servizio TI-LeD richiede l’utilizzo di noise loggers che siano in grado di operare sia in “modalità noise logger” che in “modalità correlazione”. In “modalità noise logger” il sensore rileva (in fasce orarie prestabilite e ad intervalli regolari definiti dall’impostazione del passo di campionamento) l’intensità del rumore che si propaga lungo la condotta idrica. Quando il valore rilevato superi una certa soglia, il

Davide Pellegrino _[38/146] sensore invierà (via radio: 169 MHz con protocollo WM-bus) un messaggio di allarme contenente l’intensità misurata, che indica la probabilità di una perdita sul tratto di rete idrica monitorato. Tale modalità consente la pre-localizzazione di una perdita.

In “modalità correlazione” i sensori lavorano a coppie: ciascun sensore registra la firma

del rumore che si propaga lungo la condotta e la invia (via radio: 169 MHz con protocollo

WM-bus) al server di elaborazione. Quest’ultimo, correlando il segnale acustico ricevuto da un noise logger con quello rilevato da un altro sensore ad esso adiacente lungo la condotta monitorata, riesce a localizzare una perdita.

Pertanto la prima ipotesi di progetto consiste nella possibilità di variare da remoto la

modalità operativa dei sensori (via radio: 169 Mhz con protocollo WM-bus) scegliendo tra

le due appena descritte. Si noti come, a meno della frequenza e del protocollo di comunicazione, tale ipotesi trovi riscontro nei sensori ZoneScan 820 già presenti sul mercato.

Inoltre bisogna considerare che un parametro critico nel progetto di una rete di noise

loggers è la distanza massima alla quale possono essere posti tra loro i sensori affinché

riescano a rilevare una perdita. Tale distanza è influenzata dalla velocità di propagazione lungo le condotte del rumore prodotto da una perdita. In particolare, a parità di sensibilità del sensore utilizzato, maggiore è la velocità, maggiore potrà essere la distanza. Il fattore che maggiormente influenza la velocità di propagazione del rumore è il

materiale delle condotte. In generale infatti, una condotta metallica (per esempio ghisa o

acciaio) conduce meglio il rumore rispetto ad una condotta in materiale plastico (per esempio polietilene, polipropilene o pvc). La seguente tabella dà un’idea di quelli che sono gli ordini di grandezza della velocità rispetto al materiale [11]:

MATERIALE DELLE

CONDOTTE VELOCITÀ DI PROPAGAZIONE DEL RUMORE

Metallico 1200 m/s

Plastico 250 m/s

Tabella 3.2 – Ordini di grandezza della velocità di propagazione del rumore rispetto al materiale delle condotte

Altri fattori che influenzano la velocità di propagazione del rumore sono:

 il diametro delle condotte;

 la pressione all’interno delle condotte;

 il numero di diramazioni, il numero di giunzioni ed il numero di prese d’utenza presenti tra due sensori posti consecutivamente lungo la condotta da monitorare. Considerando condotte dello stesso materiale, la relazione tra questi fattori e la velocità di propagazione del rumore può essere sintetizzata come segue [12][13][14][15]:

VARIAZIONE DEL FATTORE

D’INFLUENZA VARIAZIONE DELLA VELOCITÀ DI PROPAGAZIONE DEL RUMORE

















Davide Pellegrino _[39/146] Legenda:  aumento diminuzione

Tabella 3.3 – Andamento della velocità di propagazione del rumore al variare dei fattori che la influenzano Ovviamente nel definire la distanza reciproca alla quale disporre i noise loggers bisogna tener presente anche il tipo di misura da effettuare e quindi il livello di precisione richiesto per rilevare una perdita. Infatti, per fare pre-localizzazione è sufficiente individuare l’area di una probabile perdita. Diversamente, per fare localizzazione e quindi individuare il punto esatto di una perdita, è necessaria una maggiore precisione nella misura. È questo il motivo per cui, come si vedrà nel seguito, la distanza reciproca richiesta per fare pre- localizzazione è generalmente maggiore di quella necessaria per fare localizzazione. Infine, poiché il principio di funzionamento di un noise logger si basa sulla rilevazione delle vibrazioni che si propagano lungo le condotte, un altro fattore che influenza le misure è il

rumore ambientale (per esempio dovuto ad impianti industriali). Ciò può a sua volta

influenzare la definizione della distanza reciproca tra i sensori.

Risulta quindi chiaro che, a seconda del tipo di misura da effettuare, non è possibile definire in assoluto un valore per la distanza reciproca massima alla quale disporre i sensori, ma può essere indicato solo un range di valori all’interno del quale scegliere la distanza opportuna in relazione alle caratteristiche della rete idrica e del contesto considerati.

Analizzando infatti la documentazione tecnica raccolta, emerge che al variare del materiale delle condotte, la distanza massima alla quale disporre i noise loggers che effettuano esclusivamente la pre-localizzazione deve rispettare i vincoli in Tabella 3.4 [12]:

MATERIALE DELLE

CONDOTTE DISTANZA RECIPROCA TRA I SENSORI

Metallico 300 ÷ 500 m

Plastico 50 ÷ 300 m

Tabella 3.4 – Pre-localizzazione mediante noise loggers: intervalli in cui scegliere la distanza reciproca tra i sensori

Invece, nel caso di sensori che effettuano la localizzazione, i vincoli diventano quelli mostrati in Tabella 3.5 [11][14]:

MATERIALE DELLE

CONDOTTE DISTANZA RECIPROCA TRA I SENSORI

Metallico 150 ÷ 250 m

Plastico 50 ÷ 150 m

Tabella 3.5 – Localizzazione mediante noise loggers: intervalli in cui scegliere la distanza reciproca tra i sensori In entrambe le tabelle il limite stringente in fase di progetto è rappresentato dal massimo di ciascun intervallo, sebbene in alcuni casi particolari, su reti con condotte metalliche e particolari condizioni ambientali, sia stato segnalato il superamento di questo limite [13]. Inoltre, osservando i massimi degli intervalli omologhi nelle due tabelle, si nota un

dimezzamento della distanza reciproca tra i sensori nel passaggio dalla pre-localizzazione

Davide Pellegrino _[40/146] Ciò è dovuto al fatto che, per fare localizzazione, due noise loggers, posti consecutivamente lungo la tubazione da monitorare (A e B in Figura 3.5), devono operare secondo quanto previsto dalla “modalità correlazione” ed ascoltare lo stesso tratto di

condotta.

Figura 3.5 – Zone d’ascolto di noise loggers che fanno localizzazione

La localizzazione, infatti, viene effettuata attraverso la correlazione dei segnali acustici registrati da A e B: qualora ai due segnali corrisponda la stessa firma spettrale, il correlatore (che nel caso del TI-LeD è implementato nel server di elaborazione) ricava il

ritardo di propagazione (Td) con il quale il rumore arriva al sensore che, tra i due, è il più lontano dalla perdita (B in Figura 3.6).

Figura 3.6 – Schema di funzionamento della correlazione per il servizio TI-LeD

A partire da Td, conoscendo la distanza tra i sensori (D) e la velocità di propagazione del rumore lungo la condotta (v, assegnata in base alle caratteristiche del tratto di rete considerato), il correlatore stima la distanza della perdita dal sensore A (L) attraverso la formula in Figura 3.6 [11][15].

Diversamente, per fare solo pre-localizzazione, è sufficiente che due noise loggers, posti consecutivamente lungo la tubazione da monitorare (A e B in Figura 3.7), operino secondo quanto previsto dalla “modalità noise logger” ed ascoltino tratti diversi ma

Davide Pellegrino _[41/146] Figura 3.7 – Zone d’ascolto di noise loggers che fanno pre-localizzazione

Quindi, a parità di zona d’ascolto del sensore sia in “modalità noise logger” che in “modalità correlazione”(si veda Figura 3.5 e Figura 3.7), è chiaro che per fare pre-

localizzazione è sufficiente disporre i noise loggers ad una distanza doppia (2D) rispetto a

quella richiesta per fare localizzazione (D).

Questo discorso non solo spiega quanto espresso dai valori in Tabella 3.4 e Tabella 3.5, ma rappresenta l’idea sulla quale si basa lo schema a doppia maglia del servizio TI-LeD. Infatti, a partire dalla prima ipotesi di progetto e assumendo che ciascun sensore abbia pari zona d’ascolto in entrambe le sue modalità operative, è possibile ritenere che: per implementare il servizio TI-LeD occorre disporre alternatamente lungo la rete idrica sensori

di maglia larga e sensori di maglia stretta ad una distanza massima D pari a quella richiesta per fare localizzazione.

Quest’ultima affermazione costituisce la seconda ipotesi di progetto: ne risulta che due

noise loggers consecutivi appartenenti alla maglia larga saranno sempre disposti a

distanza massima 2D, sufficiente per fare pre-localizzazione operando in “modalità noise

logger”.

Figura 3.8 – Rappresentazione grafica della seconda ipotesi di progetto

Qualora sia necessario fare localizzazione in una certa area, l’attivazione in “modalità correlazione” sia dei sensori di maglia larga che di quelli di maglia stretta presenti nell’area d’interesse ripristinerà la distanza D necessaria per fare localizzazione.