Analisi sperimentale e modellistica del controllo in tempo reale della pressione ai fini della riduzione delle perdite idriche nelle reti di acquedotto

La presente tesi discute i vantaggi di un’efficace gestione della pressione nelle reti di distribuzione idrica mediante valvole di regolazione in grado di stabilire livelli di pressione adeguati. In questo contesto, negli ultimi decenni, il controllo attivo della pressione attraverso il posizionamento e la regolazione ottimale delle valvole di controllo della pressione (PCV) è stato identificato come un metodo adatto per ridurre le perdite idriche in acquedotto. L'uso di PCV standard consente normalmente il controllo statico della pressione nella rete (le impostazioni delle valvole sono fisse e non consentono la gestione delle variazioni di pressione associate alle fluttuazioni giornaliere dei consumi idrici nella rete). Negli ultimi anni, è stato dimostrato che il controllo remoto in tempo reale (RTC) permette una migliore gestione della pressione in acquedotto attraverso la regolazione dinamica delle valvole di controllo in base ai livelli di pressione monitorati nei nodi critici della rete idrica. Sebbene l'RTC remoto possa offrire vantaggi significativi, i risultati disponibili in letteratura riguardano principalmente analisi relative a simulazioni di modelli matematici, spesso lontani da casi reali. Al contrario infatti, i risultati disponibili ottenuti da esperimenti fisici e simulazioni di modelli calibrati sono piuttosto rari. In questo lavoro sono stati eseguiti test sperimentali per dimostrare l'applicabilità del controllo remoto in tempo reale delle pressioni nelle reti di distribuzione dell'acqua. Gli esperimenti sono stati condotti in un sistema pilota di laboratorio dotato di una valvola a fuso motorizzata e di un sistema RTC in grado di regolare la valvola in tempo reale per il controllo della pressione. Inoltre, è stato sviluppato ad hoc un semplice modello numerico con il toolkit Matlab/Epanet al fine di simulare gli esperimenti di laboratorio. Il confronto tra i risultati delle simulazioni e degli esperimenti rivela che il modello consente di descrivere correttamente l'evoluzione dei processi di controllo della pressione osservati nel sistema pilota di laboratorio. È stato quindi selezionato un caso studio con pressioni e perdite idriche elevate per testare il potenziale vantaggio dell'installazione di sistemi RTC, tenendo conto del software di simulazione sviluppato per il laboratorio. Dopo due campagne di misura effettuate tramite dei dispositivi realizzati appositamente, è stato calibrato il modello della rete idrica caso studio attraverso un algoritmo genetico (GA) in grado di minimizzare la differenza tra i valori osservati e quelli calcolati. Nel GA la soluzione è stata condotta verso l’ottimo fissando nel modello le portate simulate pari alle corrispondenti misure. Dunque, i risultati della simulazione ottenuti con lo stesso software utilizzato per l'analisi di laboratorio sviluppata con il toolkit Matlab/Epanet vengono presentati per il caso di studio. Viene messo in evidenza il confronto tra diversi scenari in termini di riduzione delle perdite con i sistemi di controllo tradizionale e in tempo reale, inclusi i casi di controllo multiplo nei distretti idrici della rete studiata. Inoltre, nei casi di RTC singolo e multiplo vengono evidenziati problemi di stabilità dei controllori implementati. I risultati delle simulazioni mostrano che, con un'adeguata calibrazione dei controllori, i sistemi RTC sono in grado di condurre le pressioni dei nodi di controllo ai valori di set-point in modo stabile. I confronti rivelano che RTC supera il controllo statico in tutti gli scenari considerati in termini di riduzione delle perdite, in particolare per quelli con domande idriche più elevate.

Grantor dc:publisher

Università degli studi di Catania

Year dc:date

2020

Author dc:creator

• BOSCO, CAMILLO

Contributors dc:contributor

• PEZZINGA, Giuseppe

• water distribution networks, real time control, pressure control, control valves, genetic algorithms, optimization, calibration, leakage, experimental analysis
• reti di distribuzione idrica, controllo in tempo reale, controllo della pressione, valvole di controllo, algoritmi genetici, ottimizzazione, calibrazione, perdite idriche, analisi sperimentale

Statement dc:rights

• info:eu-repo/semantics/openAccess
• license:PUBBLICO - Pubblico con Copyright
• license uri:iris.PUB02

Language dc:language

ita

Handle dc:identifier

https://hdl.handle.net/20.500.11769/581816

OAI identifier oai:identifier

oai:www.iris.unict.it:20.500.11769/581816