Capitolo 4 : Verifica e ottimizzazione dello stato attuale

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Capitolo 4 : verifica ed ottimizzazione dello stato attuale - 55 -

Capitolo 4 :

Verifica e ottimizzazione dello

stato attuale

4.1 Introduzione

In questo capitolo ci proponiamo di analizzare il comportamento dell’acquedotto in tutte le sue parti, andando a trovare i possibili malfunzionamenti e quindi a proporre le opportune modifiche.

Lo scenario considerato è quello attuale, relativo all’anno 2006.

4.2 La capacità del serbatoio richiesta allo stato attuale

Attualmente il volume utile del serbatoio urbano è di 603 m3, con una altezza utile di

3 m e un diametro di 16 m.

4.2.1 La capacità di compenso

Un serbatoio ed una vasca di accumulo in genere, deve avere la capacità di accumulare i volumi d'acqua necessari a compensare, nel tempo, le fluttuazioni dei consumi rispetto alla costanza della portata dell’adduttrice.

Durante i periodi in cui la portata in ingresso è maggiore di quella in uscita, il, serbatoio si va riempiendo, mentre, quando è maggiore la portata in uscita si va vuotando.

La determinazione del Volume o Capacità di compenso Cc da assegnare al serbatoio affinché la domanda d'acqua risulti soddisfatta, è governata dalla equazione di continuità idraulica:

( ) ( ) c a u dV q t q t dt − =

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Capitolo 4 : verifica ed ottimizzazione dello stato attuale - 56 - ( ) a q t = portata dell'adduzione ( ) u

q t = portata richiesta dalla rete, variabile nel tempo

Considerato i sotto-periodi di durata ti durante i quali qu(t) >qa, si determina la capacità

necessaria alla compensazione con la semplice relazione:

(

)

0 ( ) ( ) i t c u a V =

∫

q t −q t dt

Le reti di distribuzione urbana devono essere dimensionate per la portata Qhmax di

punta oraria che si ha nel corso dell’anno, mentre la condotta adduttrice può essere dimensionata anche per una portata inferiore, assegnando al serbatoio una certa capacità di compenso, che sia in grado di sopperire, in determinati intervalli di tempo, alla maggiore richiesta della rete rispetto alla portata in arrivo.

La condotta adduttrice può essere dimensionata per una portata Q =

ϕ

Q variabile tra

quella media annua Q e quella di punta oraria Q_h_max =α _hQ per cui il coefficienteφ

risulta variabile tra 1 e α_h. All’aumentare della portata di dimensionamento

dell’adduttrice, e quindi del coefficiente ϕ, la capacità di compenso che deve avere il

serbatoio diminuisce, fino ad annullarsi perϕ α= _h non essendo in questo caso

necessaria alcuna funzione di compenso. Il volume di compenso viene in genere espresso in termini di consumo medio annuo, per cui si ha:

( ) 86400

V =ψ ϕ Q

La funzioneψ ϕ( ) è decrescente all’aumentare di ϕ. Tale funzione è stata costruita per punti, ossia calcolando il valore di ψ ϕ( )in corrispondenza di alcuni valori di ϕ. Il calcolo di ϕ è stato eseguito da ricercatori, come Conti, Arredi e Marchetti, sulla base delle variazioni di consumo annue, mensili e giornaliere da loro stessi ipotizzate in funzione quindi del tipo di centro abitato:

ϕϕϕϕ _{tipo A}Città _{tipo B}Città _{tipo C}Città ϕϕϕϕ _{tipo A}Città _{tipo B}Città _{tipo C}Città

1,00 40,5 22,5 18,0 1,45 0,103 1,05 9,3 1,50 0,257 1,10 22,5 10,5 3,6 1,55 0,041 1,15 15,0 6,0 1,60 0,362 0,170 1,18 0,94 1,70 0,00 1,20 9,0 1,80 0,245 0,053 1,25 1,37 2,00 0,132 0,00 1,30 1,87 2,10 0,082 1,40 0,140 2,50 0,00 Tabella 4-1

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E’ quindi possibile tracciare per punti la curva rappresentativa della funzione ψ ϕ( )

relativa al tipo di centro abitato di media importanza considerato:

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 1 1.5 2 2.5 3 f f f f y (f ) y (f ) y (f ) y (f )

Figura 4-1 : funzione ψ ϕ( ) per città di media importanza (Tipo A)

Nel caso in esame ipotizzando che la portata verso il pensile di Castelfranco di Sotto non abbia bisogno di compenso in quanto costante ma poiché è pari ad una aliquota della portata immessa nell’adduttrice si ha:

1 1.92 add csf Q Q Q

ϕ

= − = 1 16 sec csf l

Q = portata verso il pensile

30.59 sec

l

Q = fabbisogno medio annuo

74.75 sec

add

l

Q = portata immessa nell’adduttrice dalla stazione di sollevamento

Dal grafico di figura 3-4 si ricava ψ ϕ( ) =0.2 e quindi un volume di compenso

3

528.59 c

V = m , minore del volume utile del serbatoio.

Ad oggi il serbatoio riesce a svolgere il compito di compenso giornaliero delle portate in uscita.

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4.2.2 La capacità di riserva

La capacità del serbatoio associata ad interruzioni dell’adduzione dell’acquedotto per fatti accidentali o ad interruzioni per le operazioni di normale manutenzione è detta

Volume o Capacità di Riserva Vr. Le situazioni più critiche si verificano proprio negli

eventi di natura straordinaria, in quanto gli interventi di manutenzione sono programmati ed effettuati nei periodi di minor consumo. LA capacità di riserva va quindi fissata in base alla probabilità del verificarsi di rotture che sono tanto più probabili quanto più lunga è l’adduttrice e quanto più e vecchia.

Valutazioni circa i tempi necessari per le riparazioni (accessibilità dei luoghi, disponibilità di persone, mezzi e materiali) portano a considerare,generalmente, sufficienti 8 ÷ 12 ore. Pertanto, è consuetudine assumere la capacità di

riserva Vr pari al flusso in detto periodo della portata media del giorno dei maggiori

consumi Qgmax. max 1 1 2 3 r g V =_ ÷ _V   max 48.9442 sec g l

Q = portata media nel giorno di massimi consumi

3 max max 24 3.6 4228 g g V = Q ⋅ = m 3 max 1 1409 3 r g V = V = m

L’attuale volume del serbatoio non sarebbe quindi sufficiente a soddisfare la capacità di riserva calcolata. Possiamo però, vista la modesta lunghezza dell’adduttrice (3950m), considerare tempi di individuazione e riparazione dei guasti molto brevi e quindi fare a meno del volume di riserva.

4.2.3 La capacità antincendio

Per centri abitati di una certa importanza possiamo ricorrere alla formula proposta da Conti per il calcolo della capacità antincendio:

6 19.71 sec i l Q = ⋅ N = 10.788

N = popolazione in migliaia di abitanti previsti all’anno 2006

Ammessa una durata del servizio di 5 ore si ha che il volume antincendio Vi è :

3

5 3.6 354.73

i i

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In genere possiamo ritenere che il Vr possa essere comprensivo anche del Vi

essendo molto improbabile avere una rottura dell’adduttrice e contemporaneamente lo svilupparsi di un incendio.

Nel caso in esame non avendo a disposizione nessuna capacità di riserva un eventuale incendio comporterebbe la riduzione o persino la cessazione del servizio nelle aree limitrofe.

4.3 La rete di distribuzione

Analizziamo adesso il comportamento della rete di distribuzione con particolare attenzione alle quota piezometriche in riferimento alle condizioni minime di servizio da rispettare:

• Nell’ora di massimo consumo la quota piezometrica in ogni punto della

rete deve essere,più elevata di almeno 10m rispetto al piano di gronda degli edifici della zona.

• Nella situazione di minimo consumo, la quota piezometrica non deve

superare i 70 m su piano stradale.

• La massima oscillazione del carico durante l’esercizio i 15m o in casi

del tutto eccezionali i 20m.

4.3.1 L’assegnazione della domanda alla zona industriale

Nel Capitolo 1 abbiamo brevemente analizzato quelle che sono le attività presenti nella zona industriale senza però addentrarci nel merito.

I fabbisogni industriali sono relativi alla richiesta d’acqua da parte degli addetti per uso personale, al consumo proprio dei processi produttivi e a vari altri usi come ad esempio il servizio di innaffiamento ecc.

Dalla letteratura tecnica abbiamo indicazioni circa il fabbisogno idrico per addetto relativamente a piccole industrie impegnate nel terziario e pari a 50 -100 l/g*addetto. Data l’impossibilità di avere indicazioni precise sul numero di addetti impegnati nelle varie industrie, per stimare un valore attendibile del consumo d’acqua della zona ci riferiamo ai dati forniti dall’ente gestore e già utilizzati nella fase di taratura del modello idraulico.

Poiché tali dati si riferiscono ad un giorno tipo, possiamo ipotizzare che la proporzionalità trovata tra il portata media giornaliera del solo settore industriale e la

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portata media giornaliera complessiva dei due distretti, sia costante. Pertanto si ha: . . 2.284 / 0.09585 23.828 / z ind g tot Q l s p Q l s

= = = dati relativi alla taratura

Quindi nota la portata media nel giorno di massimo consumo relativa all’anno 2006,

48.9442

g

l Q

s

= , si calcola la portata media del settore zona industriale – Cardeto :

. 0.09585 48.9442 4.6915 z ind g l l Q p Q s s = ⋅ = ⋅ =

Il valore di portata trovato, viene ripartito in uguale misura sui nodi del settore.

4.3.2 La simulazione

Nell’ eseguire la simulazione della rete attraverso il programma “Epanet 2.0”, abbiamo utilizzato quali coefficienti orari delle portate, quelli proposti in letteratura e relativi a città di media importanza.Non abbiamo inoltre, fatto distinzione tra i diversi diagrammi di consumo che si potrebbero avere nei vari settori con particolare riferimento a quello della zona industriale. I coefficienti adottati, se confrontati con quelli ricavati dai consumi effettivi, risultano peggiorativi.

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Capitolo 4 : verifica ed ottimizzazione dello stato attuale - 61 - Pressure 5.00 20.00 50.00 90.00 m

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Figura 4-3 : piano piezometrico ore 2:00

Si procede con l’analisi del diagramma relativo all’ora di massimo consumo.

Per quanto riguarda il distretto basso abbiamo vaste zone del settore Montecalvoli basso-Sud Usciana con una piezometrica minore o uguale a 5 metri di carico rispetto al piano di campagna. Nella restante parte del distretto la pressione è più elevata

mantenendosi in un range tra i 5 mH2O e i 20 mH2O; valore comunque, non ancora

sufficientemente elevato.

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valore minimo di 20 mH2O fino ad arrivare a valori superiori a 90 mH2O.

Questa situazione così variegata, è spiegabile dall’orografia del terreno che presenta forti variazioni di quota rispetto alla posizione del serbatoio di alimentazione.

Nelle ore notturne la distribuzione delle pressioni migliora notevolmente nel distretto basso, mentre in quello alto si ha un peggioramento con un aumento generalizzato

del carico che in alcuni punti supera i 100 mH2O.

È necessario quindi intervenire su entrambi i distretti. Per maggiori dettagli sugli interventi è possibile vedere, tavola 3.

4.3.3 Le proposte di intervento

Gli interventi da apportare al distretto alto sono volti esclusivamente a limitare la pressione.

Ciò può essere fatto inserendo in punti strategici della rete, alcune valvole di riduzione della pressione che indipendentemente dal valore del carico di monte garantiscono una pressione costante a valle.

Per quanto riguarda il distretto basso un primo intervento facilmente eseguibile è quello di tarare le tre clyton a valori di pressione nelle ore di maggior consumo più elevati degli attuali, in modo da garantire una migliore distribuzione delle pressioni. Questo intervento non è comunque da solo sufficiente ad avere quote piezometriche in grado di rispettare le condizioni di minimo servizio.

Analizzando la tipologia delle costruzioni presenti, al più aventi due soli piani con l’eccezione di pochi fabbricati che ne presentano 3 o 4 , stabiliamo una quota minima

del carico piezometrico rispetto al livello strdale di almeno 15m mH2O.

È necessario quindi intervenire direttamente sulla rete, sostituendo alcune delle condotte alimentatrici principali con altre nuove di diametro maggiore e completando contemporaneamente la costruzione di una seconda maglia.

Il primo tratto di condotta da sostituire è quello che dal pozzettone va verso la frazione di Ponticelli.

A tal scopo si utilizza un una tubazione in ghisa sferoidale con rivestimento interno in malta cementizia del diametro nominale pari a 100 ed uno spessore secondo quanto riportato nella NORMA ISO 2531/74 pari 6.1mm.

L’altro importante intervento da effettuare è il collegamento, lungo la strada provinciale Francesca, delle frazioni di Ponticelli con Montecalvoli Basso.

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Anche in questo caso si utilizza una tubazione in ghisa sferoidale del diametro nominale DN150 e spessore 6.3 mm.

Questa nuova condotta viene prolungata fino a collegarsi alla clayton in località Cardato, che attinge acqua dall’adduttrice che va verso il pensile della rete di Castelfranco di Sotto.

Nella figura sottostante è riportata la planimetria della zona soggetta all’intervento descritto.

Il nuovo tratto di condotta è rappresentato mediante il colore Magenta:

Figura 4-4 : planimetria dell’intervento proposto

A seguito degli interventi proposti otteniamo i seguenti risultati per quanto riguarda la pressione:

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