IWA Water Loss Task Force

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“IWA Water Loss Task Force”
Water 21 – Articolo n. 4
Pratiche e Tecniche per la Rilevazione delle Perdite
Un Approccio Pratico
In questo quarto articolo della serie speciale di Water21 elaborata dalla IWA Task Force per
le Perdite Idriche, Richard PILCHER illustra i progressi conseguiti nell’ambito delle pratiche e
tecniche per la riduzione delle perdite nelle reti pubbliche di distribuzione idrica.
Lo scopo di questa serie d’articoli “Un Approccio Pratico per la Riduzione delle Perdite
Idriche” è stato illustrato recentemente da Ken Brothers, Presidente della Water Loss Task
Force, nel numero di Giugno 2003 di Water21.
Obiettivo del Gruppo “Pratiche e Tecnologie per la Rilevazione delle Perdite” è quello di
descrivere le tecnologie disponibili e quelle emergenti, e di illustrare la stato di avanzamento
della ricerca a proposito delle pratiche migliori (e dei “pacchetti” di equipaggiamento) per il
monitoraggio, la valutazione e la riduzione delle perdite idriche.
Il presente articolo sottolinea l’importanza del programma di controllo attivo delle perdite
all’interno di una strategia di gestione della domanda. L’individuazione efficiente delle perdite
visibili e non-visibili in un sistema di distribuzione idrica e la pronta e tempestiva riparazione
delle stesse rappresentano due delle quattro tecniche di base per la gestione delle perdite.
Le quattro tecniche di gestione delle perdite
Sin dalla costruzione dei primi sistemi, alla distribuzione idrica è stata sempre associata
un’attività di controllo delle perdite. I Romani, infatti, erano consapevoli del fatto che una
buona parte dell’acqua destinata alla fornitura non raggiungeva la destinazione desiderata.
Sesto Giulio Frontino, Commissario per la Fornitura Idrica di Roma, faceva uso di mezzi
rudimentali per la valutazione delle perdite nel sistema. Sebbene fosse comune la presenza
di collegamenti illegali alla rete, era evidente che le perdite idriche per rottura delle condotte
rappresentasse un problema serio, così come lo è oggi per i sistemi di distribuzione sparsi
per il mondo.
Lo lotta per la riduzione ed il controllo delle perdite è un’attività senza fine ma
fortunatamente, per gli ingegneri idraulici di oggi sono state sviluppate una grande varietà di
attrezzature e di tecniche per assistere loro nell’espletamento delle quattro attività di base
per la gestione delle perdite. Julian Thorton ha illustrato in maniera esauriente la gestione
della pressione nel precedente articolo della serie pubblicato nell’Ottobre 2003. Il presente
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articolo parlerà di due delle altre tre attività rimanenti – il controllo attivo delle perdite e la
qualità/tempestività delle riparazioni.
Gestione
della
Pressione
UARL
Rapidità e Qualità
delle Riparazioni
Controllo Attivo
delle Perdite
Perdite Reali
Potenzialmente
Recuperabili
Gestione,
Manutenzione,
Riabilitazione
di Tubazioni
e Assets
Figura 1 - Le quattro tecniche fondamentali per la Gestione delle Perdite
La riduzione delle perdite idriche per mezzo del controllo delle perdite diventa fondamentale
nel mondo d’oggi e molte aziende hanno sviluppato delle strategie per ridurre le perdite ad
un livello economicamente accettabile. Il diagramma in Figura 1 mostra che le perdite idriche
di un sistema si possono ridurre fino ad un livello minimo, denominato con l’acronimo UARL
(Perdite Reali Annuali Inevitabili – Unavoidable Annual Real Losses), rappresentato dal
rettangolo più piccolo. Queste strategie comprendono inevitabilmente il Controllo Attivo delle
Perdite (ALC). L’ALC può essere descritto come una strategia attiva per la riduzione delle
perdite idriche attraverso il rilevamento delle perdite non visibili da parte d’ingegneri esperti e
di tecnici capaci di utilizzare l’attrezzatura specialistica disponibile, ovviamente seguito dalla
pronta riparazione delle perdite stesse.
Prima di esaminare le attrezzature e le tecniche utilizzate da ingegneri e tecnici, vanno
elencati i fattori principali che influenzano le perdite:
•
Le condizioni delle infrastrutture;
•
La pressione di esercizio;
•
Il numero dei collegamenti di servizio;
•
La lunghezza delle condotte principali;
•
Il numero annuale di nuove perdite (segnalate e non segnalate);
•
I tempi medi di efflusso delle perdite segnalate e non segnalate.
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La frequenza con la quale si verificano nuove perdite segnalate e non segnalate dipende
dalle condizioni complessive delle infrastrutture e dalla maniera in cui è gestita la pressione.
A secondo del tipo di terreno, ci sarà sempre una percentuale di perdite e rotture non visibili
in superficie, cioè di perdite non-visibili che vanno tuttavia rilevate.
Come avveniva la rilevazione delle perdite 100 anni fa
Per molti anni gli ingegneri ed i tecnici andavano di casa in casa alla ricerca di segni evidenti
di perdite da condotte interrate o da collegamenti all’utenza. Il metodo si affidava all’uso di un
bastone di legno che veniva appoggiato sulle condotte, sulle valvole o sugli idranti,
permettendo agli ispettori di auscultare il rumore dovuto alle perdite idriche provenienti dal
sistema di distribuzione idrico. Il suono della perdita veniva trasmesso dalla condotta
all’orecchio dell’ispettore attraverso il bastoncino, in maniera analoga a quello che avviene
quando un dottore ausculta il battito del cuore attraverso uno stetoscopio. L’identificazione
della posizione della perdita usando questo metodo tradizionale era un’operazione a costi
ragionevolmente bassi, con un tasso di riuscita moderato quando si trattava di condotte
metalliche, mentre, con condotte non metalliche, tale approccio comportava numerosi scavi,
spesso inutili e costosi.
Individuazione delle zone di perdita
Il sistema appena descritto richiedeva molto tempo, senza essere tuttavia sufficientemente
efficiente, poiché spesso i tecnici impegnati nella ricerca perdite le ricercavano laddove non
ve n’erano. Nel tentativo di risolvere il problema della rilevazione delle perdite si distinsero
due attività: l’individuazione delle zone di perdita e la localizzazione dei singoli punti di
perdita. L’individuazione delle zone di perdita consiste nell’identificazione delle aree di
presunta perdita, cui viene attribuito un ordine di priorità per poter rendere più agevole la
successiva individuazione esatta dei singoli punti di perdita. L’uso di piccole zone
temporanee è stata la tecnica tradizionalmente usata fino agli anni ‘80, attraverso la quale
venivano misurate le portate entranti in una piccola area utilizzando un singolo contatore
temporaneamente installato per permettere l’identificazione delle perdite. Lo “step testing”
era, ed è tuttora utilizzato da parte di alcuni gestori nelle piccole zone temporanee.
Attraverso quest’attività l’area è suddivisa per mezzo della chiusura sistematica delle valvole
durante il periodo di minimo deflusso notturno. I dati di portata sono quindi analizzati per
determinare le aree di perdita sospette. La localizzazione esatta delle perdite è in seguito
effettuata nella sezione della zona che presentava flussi notturni elevati.
La tipica zona temporanea copriva una piccola area del sistema di distribuzione ed è stata
sostituita, in molte aziende, dal Distretto di Misura (District Meter Area - DMA). Un DMA è
un’area caratterizzata da 500-3000 collegamenti, dove le portate idriche possono essere
analizzate e misurate al fine di determinare il livello di perdita. Questa attività prende il nome
di monitoraggio delle perdite, e per essere davvero efficace andrebbe introdotta sia per le
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attività di localizzazione delle aree di perdita che per la localizzazione esatta dei punti di
perdita. La tecnica richiede la presenza di contatori di portata da installare in punti strategici
lungo l’intero sistema distributivo, ciascuno dei quali registrerà le portate di un determinato
distretto con confini definiti e permanenti, appunto il DMA. In molti casi, le piccole zone
temporanee per la localizzazione delle aree di perdita sono divenute sotto-distretti di un
DMA.
Negli anni ‘90, la localizzazione delle aree di perdita per mezzo dello “step test” è stata
largamente rimpiazzata dall’ ”acoustic logging”. Questo sistema non richiede lavoro notturno
e la chiusura di varie parti del sistema distributivo. I logger acustici sono utilizzati per definire
l’area globale (generalmente un DMA o una parte di DMA) in cui sono localizzate le perdite e
possono essere utilizzati per tutti i tipi di rete distributiva. Vengono installati sui pezzi speciali
lungo le condotte per mezzo di magneti e sono programmati per la rilevazione delle
caratteristiche sonore delle perdite. Attraverso la registrazione e l’analisi dell’intensità e
frequenza dei suoni, ciascun logger indica la probabile presenza (o assenza) di una perdita. I
logger acustici possono essere installati in maniera permanente all’interno di una rete oppure
possono essere dislocati in determinati punti per determinati periodi di tempo, per esempio
per due notti consecutive.
La localizzazione esatta della perdita
I bastoncini usati per la rilevazione delle perdite sono entrati nell’era elettronica a metà degli
anni ‘60, prendendo il nome di geofoni. Tali attrezzi venivano posizionati a terra,
amplificando i suoni provenienti da una perdita al fine di facilitarne la rilevazione. Questi
attrezzi erano di varie misure e forme; uno dei più popolari fu la cosiddetta “zampa di
elefante”, che era estremamente sensibile ed era in grado di identificare ogni rumore di
perdita ed il punto esatto della perdita.
Alla fine degli anni ‘70 vi fu un miglioramento nell’attività di localizzazione dei punti di perdita
con lo sviluppo del correlatore di suoni dovuti alle perdite. Simile alle attrezzature tradizionali
di rilevazione sonora, il correlatore si affidava ai rumori generati da una perdita lungo le
tubazioni interrate. La differenza più grande stava nella maniera attraverso la quale il suono
veniva rilevato. I sensori venivano posizionati in due punti, per esempio in corrispondenza di
due valvole agli estremi di una condotta su cui si sospettava la perdita. La differenza nei
tempi di arrivo del suono ad ogni sensore, sommato alla conoscenza dei materiali della
tubazione, al diametro e alla lunghezza, permettevano di individuare il punto preciso della
perdita. E’ pratica comune quella di ricontrollare il tratto sanato dopo l’intervento di
riparazione, per assicurarsi che non ci siano ulteriori perdite nella zona. Nei venti anni a
seguire, il correlatore si sviluppò, passando dalla dimensione di una grande cassaforte, che
richiedeva il lavoro di due uomini per mezza giornata per trovare una perdita, ad un attrezzo
della dimensione di un palmo della mano, che consente di rilevare perdite nel giro di pochi
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minuti piuttosto che di ore. Nel 2002 è stato sviluppato un correlatore digitale che offre i
seguenti vantaggi rispetto al suo predecessore:
•
prestazioni di localizzazione delle perdite eccellente con tutti i tipi di materiali
(specialmente la plastica) e di diametri;
•
facilità e rapidità d’uso, specialmente per gli operatori con meno esperienza;
•
nessuna interferenza o perdita di dati nella trasmissione digitale radio.
Nel primo anno del ventunesimo secolo è stato sviluppata una combinazione tra il logger
acustico ed il correlatore. Questo sistema ha il vantaggio di ridurre il tempo d’attesa tra il
momento d’identificazione del rumore di una perdita e il momento d’individuazione del punto
della perdita, riducendo di conseguenza il tempo durante il quale la rottura produce la perdita
d’acqua e conseguentemente il costo della riparazione.
L’Evoluzione della Tecnologia di Rilevamento delle Perdite
Il radar di terra (GPR) è un attrezzo sviluppato di recente, utilizzato principalmente per la
localizzazione e il controllo delle condotte, dei cavi e di altri oggetti interrati. Le perdite idriche
possono essere individuate attraverso l’osservazione di terreno smosso o di cavità attorno
alla tubazione. Esso è in grado di localizzare le perdite laddove la correlazione dei suoni è
resa difficile dalla presenza di rumori prodotti da pompe o da valvole per la riduzione della
pressione.
Le perdite lungo i collegamenti domestici e lungo le condotte di diametro più piccolo,
specialmente quelle non-metalliche, possono essere rilevate utilizzando le tecniche
d’iniezione di un gas tracciante. La perdita è localizzata immettendo nel tubo del gas
tracciante (principalmente idrogeno industriale) che uscirà nuovamente dal tubo nel punto
della perdita e che verrà rilevato in maniera precisa da una sonda posta in superficie. Il gas
tracciante ha la capacità di penetrare rapidamente tutti i tipi di materiali.
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Le Nuove Tecnologie
E’ stato recentemente sviluppata una forma avanzata di localizzatore delle perdite che
utilizza una rete sensoria in superficie per la rilevazione e l’ottimizzazione dei suoni dovuti
alle perdite. Lo strumento invia nel terreno un segnale portante in radio frequenza, e ne
intercetta il suono riflesso. L’acqua che fuoriesce da una perdita produce una modulazione di
fase e di ampiezza del segnale riflesso che viene rilevato dall’interferometro. Ciò dovrebbe
aiutare l’operatore nell’individuazione esatta del punto di perdita. Sono ancora in corso delle
prove, ma finora i risultati indicano che esso può essere utile nella prevenzione dei “dry
holes”, ossia degli scavi realizzati in zone in cui erroneamente si riteneva ci fosse una
perdita.
Inoltre, si stanno oggi sviluppando tecniche per migliorare la rilevazione delle perdite lungo le
condotte non-metalliche e si stanno adattando alcune tecniche esistenti per impiegarle in
particolari circostanze.
La Riparazione delle Perdite
Le pratiche e le tecniche per la localizzazione delle perdite hanno fatto molti progressi negli
ultimi anni, con il risultato che sono stati notevolmente ridotti i tempi di rilevazione dei punti di
perdita. Diventa quindi fondamentale eseguire nel più breve tempo possibile una buona
riparazione al fine di massimizzare i risparmi ed anche, naturalmente, ridurre i disagi
all’utenza. E’ importante sviluppare obiettivi specifici per quanto riguarda la qualità e i tempi
d’esecuzione delle riparazioni, che vanno rivisti e ridefiniti progressivamente nel tempo.
Il prossimo articolo della serie
John Morrison, Leader del Gruppo “Distretti di Misura” della IWA Task Force per le Perdite
Idriche, illustrerà l’approccio pratico alla “Gestione e Progetto dei Distretti di Misura”
La Water Loss Task Force è interessata ad una vostra partecipazione. Contattate Ken
Brothers, Presidente della WLTF per ulteriori informazioni e per la scelta del gruppo a:
[email protected]
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