La seguente serie di calcoli di verifica riguarda la rete di cui ai capitoli 1) e 2) alla quale sono però state apportate le modifiche necessarie per trasformarla in rete ideale.

Le sue caratteristiche sono:
· rete magliata unificata destinata sia all´alimentazione dell´utenza che a quella notturna del serbatoio di compenso;
· centrale di sollevamento con pompaggio diretto in rete a pressione e portata variabili (quindi con pompe a giri variabili) dotata di proprio serbatoio del tipo a terra e destinato a compensare la quasi totalità delle portate giornaliere. La pompa varia in continuazione la velocità di rotazione in modo che la pressione ai nodi rappresentativi della rete (nel caso specifico il nodo n. 118) coincida con quella del grafico preimpostato per tutta la giornata tipo e con un prefissato valore massimo di portata chiamato soglia di intervento. In altri termini la centrale, all´aumentare o diminuire della richiesta di rete, regola pressione e portata per seguirne il fabbisogno ma con una pregiudiziale data dal limite massimo di portata (soglia prefissata e tarabile) che non deve essere in nessun caso superato.
· serbatoio per la residua compensazione in rete ed a terra, ubicato in posizione baricentrica rispetto ai consumi, alimentato dalla stessa rete e munito di proprio impianto di risollevamento a portata e pressione variabili (quindi anch´esso con pompe a giri variabili). La regolazione del serbatoio ha luogo in fase di riempimento mediante modulazione della valvola di immissione con asservimento dell´invaso ad un grafico giornaliero preimpostato dei livelli in vasca da assumere ora per ora ed in fase di svuotamento con asservimento del numero di giri della pompa al grafico preimpostato della pressione ai nodi indicato al paragrafo precedente. Il risollevamento entra in funzione solo allorquando la pressione ai nodi, non più sorretta dalla centrale principale la cui portata ha raggiunto il valore di soglia, tende a scendere al di sotto dei valori preimpostati.
· impianto di telecontrollo e telecomando atto ad effettuare in automatico le regolazioni dei sollevamenti in funzione delle pressioni ai nodi rilevate e trasmesse in continuo, la regolazione dell´immissione d´acqua in serbatoio di compenso in funzione di una predefinita curva giornaliera dei livelli da assumere ora per ora ed in genere il controllo di funzionamento dell´insieme acquedottistico.


Poiché la rete che qui si vuol verificare riassume tutte le caratteristiche positive che con il presente lavoro si vogliono propugnare, ci si è dilungati nell´esaminare il suo funzionamento idraulico nelle varie e disparate condizioni paragonandone i risultati con quelli di una rete analoga ma di tipo tradizionale con serbatoi pensili di compensazione ed impianto di produzione funzionante a portata fissa pari a quella media giornaliera. Il confronto è quindi effettuato con un sistema acquedottistico di tipo classico avente il minore dispendio energetico possibile anche se, come spiegato, non attuabile nella realtà dell´esercizio. Per consentire anche un raffronto realistico dei consumi energetici si sono indicati nelle colonne 9/II e 10/II i dati di funzionamento relativi ad un acquedotto di tipo tradizionale identico a quello classico suddetto ma dotato, come di norma, di una centrale di pompaggio a pressione fissa e pari a quella massima necessaria per l´ora di punta e con regolazione della pressione di mandata ottenuta strozzando la valvola di uscita e quindi dissipando il carico in eccesso.
La serie di calcoli è riepilogata nella tabella II, mentre la loro rappresentazione grafica forma l´oggetto delle fig. da n. 9 a n. 12. Nella tabella sono replicati nelle colonne n. 1/II e n. 6/II i dati delle col. 6/I e 7/I già esaminate per facilitare il confronto dei risultati.
Per una visione completa del funzionamento della rete vengono esaminate molte possibilità di utilizzazione della capacità di compenso giornaliero del suo serbatoio: da quella minima (nessun volume di compenso da parte del serbatoio di rete) a quella massima con immissione in rete dell´intero volume utile e quindi con totale compensazione della portata da parte del serbatoio.
Tra i due estremi esistono infinite possibilità intermedie definite dalla soglia di pompaggio massimo che si può preimpostare.
Le prime verifiche riguardano l´ipotesi in cui tutta l´utenza è alimentata dalla centrale costretta, in tal caso, a seguire le portate richieste dalla stessa Nella pratica tale funzionamento sarebbe ottenuto fissando un valore di soglia più elevato della portata massima degli utenti cioè superiore a 1350 l/s. I risultati sono i seguenti.

Nel giorno di massimo consumo (n. 2/II fig. 9) la centrale varia la pressione di pompaggio fino a raggiungere, nell´ora di punta, i 137 msm circa. Il bilancio energetico denuncia un dispendio superiore a quello con serbatoi pensili del 5% (v. n. 1/II fig. 6) e rilevanti perdite di carico che la rete deve sopportare per il trasporto delle portate di punta. Nei giorni di consumo medio (600 l/s v. col. 8/II fig. 12) la pressione massima di pompaggio si abbassa fino a 100 msm con un dispendio energetico pari a quello che si avrebbe con la corrispondente soluzione con serbatoi pensili (v. n. 6/II fig. 7).
Da quanto precede risulta che per portate rilevanti è conveniente utilizzare al massimo i serbatoi di rete e diminuire quindi la portata innalzata dalla centrale durante le ore di punta mentre per i consumi medio-bassi la soluzione migliore è quella con l´intera portata sollevata direttamente dalla centrale evitando totalmente il risollevamento da parte del serbatoio in rete.

E´ fuori di dubbio che la soluzione più razionale non può essere che quella mista che soddisfa ambedue le condizioni e quindi con serbatoi in rete che intervengono solo quando la portata totale (cioè il consumo dell´utenza) supera una certa soglia critica. Quando ciò non avviene tutta la portata è sollevata dal solo impianto di produzione (regolazione "a soglia prefissata").
Visto il funzionamento della rete senza intervento dei serbatoi si passa ora ad esaminare l´efficacia di quest´ultimi iniziando con modesti volumi di utilizzazione per passare via via a più marcati valori fino a giungere alla utilizzazione del volume massimo di compensazione. Nella pratica tale regolazione avviene fissando via via valori sempre inferiori di soglia fino a giungere al suo valore minimo cioè pari alla portata media del giorno di massimo consumo, nell´esempio 900 l/s. Soluzione con soglia prefissata a 1120 l/s (v. n. 3/II fig. 10).

La centrale segue le richieste dell´utenza per portate inferiori o pari a 1120 l/s mentre il serbatoio rimane pieno. Quando tale valore viene superato, la centrale mantiene la sua portata sempre al valore di soglia (1120 l/s ottenuto variando in continuazione la pressione di pompaggio) mentre ha inizio lo svuotamento del serbatoio di compenso che, tramite risollevamento, immette in rete tutte le portate di integrazione necessarie per coprire il fabbisogno di punta dell´utenza.

Nel giorno di massimo consumo l´intervento complessivo del serbatoio è minimo e cioè pari a soli mc 1600 ma consente di abbassare la pressione massima di pompaggio portandola a 119 msm contro i 137 msm che si avrebbero senza di esso (v. n. 2/II precedente). Si vede come la sua utilizzazione, anche se modesta, permette di ottenere un notevole beneficio nella pressione di esercizio riportandola entro valori appropriati. Per quanto riguarda invece i consumi energetici non si ottiene alcun beneficio rispetto alla soluzione precedente (stesso dispendio energetico dovuto alla necessità di dissipare il carico durante il riempimento del serbatoio e di risollevare durante le ore di punta l´acqua precedentemente accumulata nel serbatoio).

In tutti gli altri giorni il consumo energetico migliora. Ad esempio nel giorno di consumi medi (v. n. 8/II fig. 12) esso è pari alla soluzione con serbatoi pensili (v. n. 6/II fig. 7) e quindi estremamente contenuto.
Si esamina ora il funzionamento della rete con una soglia massima di funzionamento della centrale fissata a 1000 l/s. L´intervento del serbatoio, nel giorno di massimo consumo, comincia a diventare importante (mc. 5930) mentre la centrale limita la sua portata ai 1000 l/s di soglia (v.n. 4/II). Rispetto alla soluzione con serbatoi pensili si ottiene una maggior impiego di energia pari soltanto all´uno per cento.
Il più marcato intervento del serbatoio provoca un appiattimento della pressione di pompaggio che, nel giorno di consumo max (v. n. 4/II), varia da un massimo di 111 msm ad un minimo di 76 msm. Nel giorno di consumo medio ( funzionamento identico a quello sopra esaminato v. n. 8/II fig. 12 ) la pressione di pompaggio, pur non verificandosi alcun intervento del serbatoio di compenso, si abbassa ulteriormente rientrando tra un massimo di 100 msm raggiunti per un breve periodo alle ore 9 circa ed un minimo di 62 msm durante le ore notturne.
Passiamo all´esame del funzionamento con una soglia prefissata pari alla media del giorno di massimo consumo. E´ questa la regolazione ottimale degli impianti in quanto consente, a parità di alimentazione dell´utenza, la maggior economia di energia di sollevamento. Il dispendio energetico è addirittura inferiore a quello della soluzione (non attuabile nella realtà) con serbatoi pensili e centrale di sollevamento portata costante per tutta la giornata.
Infatti durante tutte le 24 ore del giorno di massimo consumo la centrale solleva la portata media (nell´esempio 900 l/s) e pertanto la rete può effettuare il trasporto dei necessari volumi d´acqua con le perdite di carico minime (v. n. 5/II fig 11). Tutta la capacità utile del serbatoio viene utilizzata per effettuare la totale compensazione giornaliera delle portate. La pressione di pompaggio della centrale principale è quasi livellata essendo di giorno pari a 102-105 msm e di notte a 87 msm circa. Il serbatoio di compenso, tramite il suo impianto di pompaggio, risolleva un volume di 11200 mc ad una pressione massima di 103 msm per un breve periodo alle ore 9 e poi a circa 78 msm dalle ore 10 alle 20 circa. La rete viene utilizzata anche durante la notte per addurre, oltre alla portata richiesta dall´utenza, anche il volume d´acqua da accumulare nel serbatoio.
Nel giorno di consumo medio (600 l/s) si ha lo stesso funzionamento dei casi precedenti con la centrale principale che immette da sola tutta la portata non essendo mai superata la soglia preimpostata di 900 l/s e ciò ha luogo con una pressione variabile da 100 a 62 msm (v. n. 8/II fig. 12).
Risultato finale della regolazione in esame (soglia pari alla media giornaliera) è un consumo energetico nelle 24 ore estremamente contenuto essendo pari a quello che si avrebbe con rete dotata di serbatoi pensili.
Per dimostrare come tale risultato nella reale gestione sia veramente interessante, si sono tracciati i grafici di funzionamento giornaliero dell´ acquedotto di cui alle verifiche precedenti nelle varie giornate dell´anno tipo. Sono state scelte quattro giornate con portate gradualmente decrescenti di 100 l/s da quella di consumo massimo (900 l/s), a quella di consumo corrispondente alla media annua (600 l/s). Si è supposto, come consigliato sopra, di mantenere fissa e pari alla media del giorno di consumo massimo (900 l/s) in ogni condizione di esercizio e di consumo giornaliero la soglia di pompaggio dell´impianto principale determinando il volume di utilizzazione del serbatoio di rete nei vari casi.

I dati di funzionamento possono essere così riassunti:

Riportando i dati in grafico (v. fig. 13.1) si constata come la percentuale di utilizzazione del serbatoio di rete, massima per il giorno di consumo elevato (corrispondente a 1.5 volte quello medio annuo) nel quale viene utilizzato per la compensazione tutto il volume di invaso (punto a), decresce rapidamente fino ad un valore pari a solo il 10% circa di tale volume per consumi pari a 1.2 volte quello medio (punto c) e per azzerarsi quando i consumi corrispondono al consumo medio annuo (punto d). Per consumi ancora inferiori non si ha alcuna utilizzazione del serbatoio. I dati, integrati da quelli di frequenza statistica media annua dei consumi conducono a risultati veramente strabilianti. La curva rappresentativa delle percentuali di utilizzazione del serbatoio (v. fig.13.2) ha un andamento quasi parallelo e molto vicino agli assi con accentuato punto di flesso ubicato in corrispondenza dei 35 giorni dell´anno a consumo più elevato. Se ne deduce che per una metà dell´anno l´utilizzazione del serbatoio è nulla, per altri 148 giorni circa essa rimane bassissima mentre le alte percentuali sono tutte concentrate nei rimanenti 35 giorni durante i quali, essendo superato il punto di flesso, passa dal 10% al 100%. L´intervento sostanziale del serbatoio di compenso in rete è, quindi, limitato mediamente a sole 35 giornate all´anno mentre per circa le 330 giornate rimanenti i consumi avranno un valore pari o inferiori a 1.17 volte la media giornaliera annua ed il serbatoio sarà utilizzato per soli 1000 mc. pari al 9% del volume totale, oppure per volumi ancora inferiori.
Se nel diagramma citato si considera l´area indicata con tratteggio e compresa tra gli assi fondamentali e la curva delle percentuali di utilizzazione del serbatoio, e che rappresenta l´utilizzazione totale annua del serbatoio, si vede come essa corrisponda appena al 6% della utilizzazione massima del serbatoio stesso (100% per 365 giorni).

Per far risaltare il risparmio energetico offerto dalla soluzione a soglia ottimale (900 l/s) si è anche verificato quale sarebbero i risultati ottenibili modificando la soglia fino a farla coincidere di giorno in giorno con la portata media del giorno medesimo. A prima vista sembrerebbe questa la soluzione ideale in quanto, in tale ipotesi, la rete dovrebbe effettuare, in ogni giornata tipo, il trasporto delle sole portate medie lasciando al serbatoio il compito di integrare la portata immessa in rete per coprire le punte di consumo. Si riscontra invece un peggioramento della situazione con consumi energetici che, ad esempio nella giornata di consumo medio (v. n. 7/II ) e cioè 600 l/s superano del 3% quelli ottenibili con la soglia elevata (v. n. 8/II fig. 12). Risultati ancora peggiori si riscontrerebbero, ovviamente, nelle giornate di consumo inferiore che, come più volte citato, si verificano con grande frequenza durante l´anno.
Come indicato i raffronti energetici sono effettuati con un acquedotto di tipo tradizionale munito di serbatoi pensili di compenso e con un funzionamento puramente ipotetico della centrale principale considerata come atta a sollevare ed immettere in rete, in tutti i casi in esame, la portata media giornaliera variando con continuità la propria pressione di pompaggio (colonna n. 1/II fig. 6). La realtà è ben lontana da tale ipotesi semplificativa essendo gli acquedotti classici dotati, nella maggior parte dei casi, di vasca di carico in testa alla rete e, come tali, da considerarsi a pressione di pompaggio fissa. Nelle colonne 9/II e 10/II si sono riportati anche i dati di funzionamento di un acquedotto di questo tipo mettendo in rilievo gli inconvenienti che esso presenta.
In pratica si è supposto di modificare lo schema acquedottistico della colonna n. 1/II sostituendo la centrale a pressione variabile con una a pressione fissa per qualunque condizione di esercizio. La quota di pompaggio e quindi l´ubicazione altimetrica della vasca di carico, definite dal funzionamento critico della rete e cioè dell´ora di punta, risultano pari a 114 msm e di conseguenza la pressione di esercizio, adeguata nel brevissimo periodo di richiesta massima dell´utenza (ora di punta) e solo in quello, diventa sovrabbondante per tutto il tempo rimanente durante il quale l´inutile carico residuo deve, per consentire il funzionamento dei serbatoi di rete, venir dissipato o mediante regolazione della valvola posta al piede della vasca o mediante funzionamento a canaletta della prima parte della tubazione di uscita dalla stessa con tutti gli inconvenienti che derivano dall´immissione di aria in condotta. Questo fatto si traduce in un notevole dispendio energetico che, nell´esempio di tabella, raggiunge il 10% nel giorno di consumo massimo e ben il 42% in quello di consumo medio per essere ancora percentualmente più elevato nei giorni di consumo ancora inferiore.
L´immagine del tutto positiva che si aveva dell´acquedotto tradizionale con la sua vasca di carico che garantisce e stabilizza la pressione di partenza di tutta la rete, con i serbatoi pensili di rete che con i loro grandi volumi d´acqua in quota garantiscono la corretta alimentazione dell´utenza in ogni condizione di esercizio, esce malconcia dalla serie di risultati che precedono. Si tratta, nella realtà spesso incognita, di una rete inutilmente sovradimesionata che, in quanto tale, deve dissipare continuamente l´esuberanza di carico. In alcuni acquedotti, per evitare tale dissipazione, si mantiene, anche durante i periodi di bassi consumi, tutta la pressione data dalla vasca di carico con la logica conseguenza che i serbatoi, fatta eccezione per le giornate di consumo massimo, rimangono sempre pieni o quasi pieni e quindi ha luogo, durante tali periodi, una spesa energetica ancora maggiore cui si aggiunge l´ulteriore inconveniente di una eccessiva e dannosa pressione in rete (la pressione si avvicina all´idrostatica). La realtà è molto spesso ancora peggiore: la pressione non raggiunge tali massimi per il semplice motivo che di notte l´aumento della pressione di rete fa crescere vertiginosamente le fughe d´acqua dovute alle piccole rotture fino a farle raggiungere volumi così elevati (l´acqua dissipata annualmente nel terreno può superare il 50% del totale prodotto!) che anche durante tale periodo la portata d´acqua immessa in rete si mantiene elevata.
Risultano evidenti i vantaggi che presenta la rete ideale propugnata nel presente lavoro. Si ribadisce quì che essa garantisce una adeguata pressione di consegna dell´acqua all´utenza in ogni condizione di esercizio. Ciò significa che nei periodi critici, come ad esempio l´ora di punta del giorno di massimo consumo, anche gli utenti più lontani sono alimentati con pressione adeguata mentre nei periodi di bassi consumi come possono essere quelli notturni delle basse stagioni viene abbassata la pressione di consegna evitando in tal modo inutili e costose sovrappressioni fonte, oltre che di dispendio energetico, di maggiori perdite i rete. Si può affermare che la differenza sostanziale fra le reti classica e quella ideale consiste nel fatto che la prima è composta da un sistema rigido la cui gestione è strettamente vincolata alle sue caratteristiche costruttive e soltanto a quelle. Come tale, deve sempre funzionare alla sua massima potenzialità con tutti gli inconvenienti che ne conseguono: dispendio energetico, frequente ed inutile esuberanza di carico idraulico, impossibilità di adeguarsi a maggiori ed imprevedibili richieste dell´utenza se non tramite esecuzione di nuove opere. La gestione della rete ideale, al contrario, è estremamente elastica essendo funzione diretta dell´utenza e dei suoi fabbisogni di cui può seguire puntualmente tutte le variazioni con la massima economia energetica di sollevamento garantendo, al tempo stesso, una pressione di consegna sempre ottimale. E´ possibile far fronte alle eventuali maggiori ed imprevedibili richieste senza esecuzione di nuove opere ma semplicemente con una maggiore spesa energetica di sollevamento.
Esaurito l´esame del comportamento generale della rete ideale si è evidenziato il suo funzionamento nei momenti salienti delle giornate di massimo consumo ed in quella di consumo medio annuo riportando sugli schemi planimetrici (che per brevità si omettono) i risultati dei calcoli di verifica e ricavando da essi il profilo idraulico nelle varie condizioni di funzionamento (v. fig. n. 14) da cui si possono trarre, a conferma dei concetti esposti sopra, importanti conclusioni.

Si nota innanzitutto come le forti escursioni della pressione di partenza che si verificano passando da una condizione all´altra, non provocano alcun inconveniente all´utenza in quanto non interessano la rete di distribuzione vera e propria ma solo il suo primo tratto (nodi 1 - 101) nel quale non ci sono prelievi. Si tratta, nell´esempio e molto spesso anche nella realtà, di una condotta singola di collegamento della rete magliata con l´impianto di produzione posto fuori del centro da servire e che, come tale, per portate di una certa entità necessita di notevoli carichi idraulici. D´altro canto non conviene abbondare eccessivamente nel dimensionamento di tale tubazione considerato che i periodi di portata elevata sono statisticamente poco frequenti e che pertanto, come risulta anche dai conteggi sopra riportati, il consumo energetico annuo risulta comunque contenuto.
La rete magliata, al contrario, conferma le sue ottime caratteristiche effettuando il trasporto di grandi portate d´acqua con modeste perdite di carico e quindi senza grandi variazioni della pressione di consegna. La centrale funziona alla massima pressione manometrica (100-105 msm) soltanto nei momenti di effettivo bisogno quali sono ad esempio, nel giorno di consumo massimo il periodo che va dal consumo medio giornaliero (900 l/s) a quello di punta (1350 l/s) e nel giorno di consumo medio annuo, la sola ora di punta (900 l/s). Durante tutti gli altri periodi, ivi compreso anche quello di riempimento del serbatoio nel giorno di consumo massimo, la centrale è in grado di far fronte ai fabbisogni con una pressione media e medio-bassa.
In particolare per consumi pari circa alla media annua (600 l/s) ed anche per il riempimento notturno del serbatoio nei giorni di massimo consumo, è sufficiente una pressione di pompaggio di 80-85 msm mentre per tutti i periodi di bassi consumi notturni la pressione si abbassa fino a circa 65 msm. Tutto ciò si traduce in evidenti economie nell´energia consumata annualmente per il sollevamento.
Nel territorio abitato le pressioni sono livellate essendo concentrate, in tutti i casi esaminati, compresi quelli estremi, in due fasce (v. zone tratteggiate nella fig. 14): quella del funzionamento diurno nella quale di ha una pressione assoluta massima di msm 84 ed una minima di 70 msm., quella del funzionamento notturno con pressione da m. 52 a m. 65. La pressione di consegna nel nodo 118, assunto come rappresentativo della rete, è di m 70 di giorno e m. 60 di notte come da diagramma prefissato.

Per quanto riguarda il funzionamento delle condotte di rete, dall´esame dei risultati dei calcoli, si è rilevato come tutti i tronchi concorrano solidalmente al trasporto dei richiesti volumi d´acqua che pertanto ha luogo, in ogni condizione di funzionamento, con perdite di carico estremamente contenute. Ciò si evidenzia particolarmente durante la notte del giorno di max consumo quando, con consumi quasi nulli dell´utenza e con il serbatoio di rete in fase di riempimento, anche le condotte più lontane dalla centrale, invertendo la direzione di moto dell´acqua, riescono ad addurre, nonostante la loro ubicazione idraulicamente sfavorevole, notevoli volumi d´acqua al serbatoio stesso.
In definitiva si può affermare che, nella rete dell´esempio, il carico idraulico disponibile viene sempre utilizzato in modo ottimale, con perdite di carico contenute e non senza garantire una corretta consegna dell´acqua all´utenza.