Studio dell’idrovora di Villa Luporini

Il calcolo della portata sollevata dalle pompe idrovore (Qp) ha richiesto la conoscenza dei

dati geometrici della stazione di sollevamento, delle curve caratteristiche delle pompe e del livello liquido istantaneo rilevato nella vasca di aspirazione. Mentre l’ultimo di tali valori può essere misurato direttamente per mezzo di un misuratore di livello ad ultrasuoni, le proprietà geometriche dell’impianto e le curve caratteristiche delle pompe idrovore sono valutabili esclusivamente attraverso un’analisi preliminare.

La geometria della stazione di sollevamento è stata ricavata da elaborati grafici, come quello riportato in figura 6.1, validi soprattutto a livello qualitativo, e da rilievi eseguiti sull’impianto stesso, i quali hanno permesso di rilevare con maggior precisione le grandezze utili per l’elaborazione.

Figura 6.1 Sezione della stazione di sollevamento di Villa Luporini

Dalla sezione riportata è possibile osservare come avviene il sollevamento delle acque in arrivo alla vasca di aspirazione. La condotta di mandata è costituita da una tubazione in acciaio DN800, la cui lunghezza è pari a 8 metri. Tali caratteristiche hanno permesso la valutazione delle perdite distribuite, calcolate tramite la formula di Gaukler-Strickler:

/ = 0

⋅

⋅

32

⋅

⋅

In cui k [m1/3_{/s] rappresenta il coefficiente di scabrezza della tubazione, assunto pari a 85}

m1/3_{/s, valore solitamente adottato per tubazioni di acciaio in servizio, con rivestimenti}

69 Per quanto riguarda la valutazione delle perdite concentrate è stata utilizzata la formula:

/ = 3

⋅

2

2

⋅

In cui il coefficiente kc dipende dalle caratteristiche della singolarità presente; in questo

caso il valore complessivo del coefficiente, che tiene conto della presenza dell’imbocco, della curva a 90o _{e dello sbocco nella vasca di raccolta acque, viene considerato pari a 2.}

La realizzazione della curva caratteristica dell’impianto è stata, infine, completata valutando la prevalenza geodetica (Hg), vale a dire il dislivello presente tra il pelo libero

dell’acqua contenuta nella vasca ed il punto di sbocco della condotta di mandata (punto centrale della tubazione), la quale risulta variabile in funzione del livello liquido in vasca, misurato per mezzo di un dispositivo ad ultrasuoni.

A questo punto, essendo note le perdite di carico totali (distribuite e concentrate) corrispondenti a qualsiasi valore di portata, è stato possibile individuare il punto di funzionamento dell’impianto corrispondente ad ogni prevalenza geodetica. Per fare ciò, naturalmente, è necessario disporre della curva caratteristica delle pompe di tipo sommergibile presenti nell’idrovora.

6 Studio delle modalità di dosaggio nelle idrovore

70

Figura 6.2 Curva caratteristica delle pompe sommergibili, evidenziata in giallo

(modello Amacan PA4 700-470)

Prendendo in considerazione diverse prevalenze geodetiche di riferimento, tenendo conto delle perdite di carico totali lungo il percorso, è stato possibile determinare i corrispondenti punti di funzionamento andando ad individuare graficamente i punti di intersezione tra le due curve, quella caratteristica dell’impianto, avente concavità verso l’alto, e quella caratteristica delle pompe; nella figura 6.2 è riportata la curva d’impianto nel caso di prevalenza geodetica pari a 300 cm, la quale ha permesso di ottenere il relativo punto di funzionamento. Ciò ha consentito di ricavare la relazione che lega la portata liquida sollevata e la corrispondente prevalenza geodetica, che nel caso dell’idrovora di Villa Luporini assume la seguente forma:

96_{/ℎ" = −2,19}

⋅

Quest’ultima relazione è stata implementata, quindi, all’interno dell’algoritmo di calcolo ed ha permesso la valutazione della portata pompata (Qp) durante gli intervalli di

funzionamento delle pompe.

Oltre al calcolo della corretta portata delle pompe idrovore, è stato necessario valutare attentamente le caratteristiche geometriche della vasca di aspirazione al fine di valutare in maniera ottimale la portata di afflusso Qin.

71 Per raggiungere tale obiettivo sono state individuate le sezioni orizzontali bagnate in corrispondenza di ogni livello liquido rilevato dall’apposito sensore. In tal senso è stata riposta molta attenzione nella valutazione degli ulteriori volumi, oltre a quelli presenti in vasca, invasati nei canali affluenti alla stazione, i quali vengono rigurgitati durante la fase di riempimento della vasca stessa, vale a dire negli intervalli in cui le pompe non sono in funzione. Tali valori vengono assunti come un ulteriore aumento della sezione orizzontale bagnata oltre quella data dalla sola vasca di aspirazione. Questo accorgimento si è reso necessario allo scopo di evitare una eventuale sottostima dei volumi totali invasati, che potrebbe essere causa di un errato dosaggio di agente disinfettante.

In figura 6.3 viene riportata una rappresentazione grafica della vasca di aspirazione dell’impianto di Villa Luporini, la quale ha permesso di ottenere la scala livelli liquidi-sezioni orizzontali implementata nell’algoritmo di calcolo:

6 Studio delle modalità di dosaggio nelle idrovore

72

Figura 6.3 Pianta e sezione della vasca di aspirazione della stazione di sollevamento di Villa Luporini

In aggiunta agli elaborati grafici risulta conveniente specificare che il canale di arrivo delle acque, il quale riempiendosi causa un aumento rilevante del volume invasato, è costituito da uno scatolare in calcestruzzo di dimensioni pari a 150cm×100cm e avente pendenza dell’1,5%. Inoltre la porzione di fondo inclinata della vasca forma un angolo di 78o _{con la}

verticale.

Nella tabella 6.1 vengono riportati i valori delle sezioni orizzontali bagnate in funzione dei livelli rilevati, con la relativa descrizione; i valori intermedi tra quelli presenti in tabella sono stati determinati mediante interpolazione lineare.

Livello rilevato sul fondo vasca [cm] Sezione orizzontale bagnata [m2_] Descrizione 0,00 36,90 Fondo vasca

135,00 78,48 Fondo del piano inclinato al termine della zona trapezoidale 185,00 87,12 Fondo piano inclinato a bordo vasca

204,00 87,12 Fondo dello scatolare all’arrivo in vasca (presenza di un gradino alla fine dello scatolare di altezza 19 cm)

350,00 233,12 Fondo dello scatolare a monte (quota 350 cm sul fondo vasca)

Tabella 6.1 Scala livelli liquidi-sezioni orizzontali bagnate

Avendo definito, quindi, tutte le caratteristiche proprie dell’impianto di Villa Luporini, è stato possibile verificare i dosaggi effettuati dal sistema di telecontrollo durante il periodo

73 preso in esame, e contestualmente realizzare un algoritmo in grado di eliminare eventuali inesattezza precedentemente presenti.

Nelle figure 6.4, 6.5, 6.6 si riportano i grafici dei volumi affluiti (Waff), dei volumi pompati

(Wp) e dei volumi affluiti determinati in base alle portate calcolate dal sistema di

telecontrollo precedentemente ad eventuali correzioni (Wscada). Sono, inoltre, indicate le

concentrazioni di dosaggio, calcolate a partire dai volumi liquidi sopra indicati e dai volumi di agente disinfettante dosati. L’elaborazione è stata eseguita per ciascuno dei giorni appartenenti al periodo analizzato, dal 18/04/2017 (dal 04/05/2017 per i dati relativi al dosaggio di PAA) fino al 29/05/2017; vengono riportati i grafici di alcuni dei giorni ritenuti più rappresentativi:

Figura 6.4 Grafico ottenuto dall’elaborazione dei dati relativi al 17/05/2017 per il confronto fra i volumi e la

6 Studio delle modalità di dosaggio nelle idrovore

74

Figura 6.5 Grafico ottenuto dall’elaborazione dei dati relativi al 23/05/2017 per il confronto fra i volumi e la

verifica del dosaggio di PAA

Figura 6.6 Grafico ottenuto dall’elaborazione dei dati relativi al 25/05/2017 per il confronto fra i volumi e la

verifica del dosaggio di PAA

L’analisi dei risultati ottenuti, sinteticamente riassunti nei grafici riportati in precedenza, ha permesso di fare osservazioni significative:

75

− Il valore della concentrazione Cscada di PAA, calcolato da Wscada e Wdos, è risultato

congruente con la concentrazione impostata, pari a 1 mg/l. Ciò ha confermato la correttezza del calcolo delle portate di dosaggio in funzione della portata liquida affluente calcolata dal sistema di telecontrollo prima della presente elaborazione;

− I valori dei volumi Waff e Wp sono risultati congruenti tra loro per la totalità dei

giorni analizzati; ciò ha confermato l’esattezza del loro calcolo e conseguentemente quella dell’algoritmo realizzato;

− I valori dei volumi Wscada sono risultati notevolmente inferiori ai valori di Waff e Wp;

ciò ha messo in evidenza la sottostima da parte del sistema di telecontrollo, prima della realizzazione della presente verifica, dei valori di portata effettivamente affluiti in vasca.

Dall’ultimo dei punti appena esposti è possibile comprendere che la sottostima delle portate in arrivo non ha consentito un corretto dosaggio di acido peracetico all’interno della vasca. Infatti, a causa di tale imprecisione di calcolo nel sistema di telecontrollo, i dosaggi effettivamente attuati durante il primo periodo sono risultati generalmente pari al 40-50% del dosaggio prefissato, vale a dire pari circa a 0,4-0,5 mg/l di PAA.

Tale inesattezza è da attribuirsi ad una verosimile sottostima dei volumi invasati nei canali affluenti alla vasca della stazione di Villa Luporini durante le fasi di riempimento della stessa a causa del loro rigurgito.

All’interno dell’algoritmo di calcolo proposto si è tenuto conto della problematica appena descritta, in modo da ottenere una stima quanto più possibile esatta della portata

affluita, e quindi del dosaggio di PAA attuato in sua funzione. Ciò è stato possibile implementando la scala livelli liquidi-sezioni orizzontali bagnate descritta in precedenza, la quale ha permesso una valutazione ottimale dei volumi invasati nella condotta in arrivo.

In conclusione, l’osservazione e la successiva correzione dell’imprecisione presente nel sistema di telecontrollo, durante il primo periodo di dosaggio di acido peracetico

nell’ambito dell’idrovora di Villa Luporini, ha permesso la realizzazione di un algoritmo di calcolo capace di rimuovere tale inesattezza, di garantire una corretta valutazione della portata affluente (Qin) e, in conseguenza, di ottenere un esatto dosaggio di PAA.

6 Studio delle modalità di dosaggio nelle idrovore

76