- un sistema di allarme avanzato che consente di risparmiare acqua e risorse umane.
Il cambiamento climatico e la carenza di personale qualificato dominano l’agenda sociale e anche i fornitori di acqua devono affrontare queste sfide: l’acqua è preziosa, più che mai durante i periodi di caldo. Le perdite devono quindi essere individuate rapidamente e le perdite d’acqua devono essere contenute. Tuttavia, il monitoraggio della rete, il rilevamento delle perdite e la riparazione richiedono elevate risorse di personale. Il potenziale del rilevamento automatico delle perdite apre una via d’uscita da questo dilemma.
L’estate scorsa, caratterizzata dalla siccità, ha messo a dura prova l’approvvigionamento di acqua potabile in molte località. I comuni e i fornitori hanno invitato al risparmio idrico, i divieti di prelievo e le restrizioni all’uso erano nell’aria. Secondo molti studi, gli effetti striscianti del cambiamento climatico sulle risorse idriche sotterranee disponibili sono già evidenti. Secondo l’Agenzia federale tedesca per l’ambiente (Umweltbundesamt), oltre il 70% dell’acqua potabile in Germania proviene dalle acque sotterranee.
Per questo è ancora più importante ridurre al minimo i tempi di perdita nella rete di distribuzione dell’acqua. Tuttavia, il metodo comune ha spesso una lunga latenza tra il verificarsi di una perdita e la sua localizzazione e richiede molto personale. L’industria delle forniture deve lottare contro la carenza di lavoratori qualificati ancor più di altri settori. Due dati che lo dimostrano: nello Stato libero della Baviera, ci sono solo 60 apprendisti per ogni 3.300 fornitori di acqua, che completeranno la loro formazione come tecnici dell’approvvigionamento idrico nel 2018. “Molto al di sotto della domanda”, ha dichiarato in primavera alla radio bavarese Jörn-Helge Möller, amministratore delegato della sede bavarese dell’Associazione tedesca dei professionisti del gas e dell’acqua.
Con Enigma3m, Esders GmbH offre una procedura che automatizza in larga misura il rilevamento delle perdite. Sulla base di logger qualificati e dati GIS (Geographic Information System), i rumori di perdita che si verificano vengono correlati di notte tramite il cloud computing. Il fornitore riceve così ogni mattina un quadro affidabile della situazione nella sezione di rete esaminata e può agire immediatamente. Se i registratori di rumore correlati Enigma3m vengono esposti in modo proattivo per monitorare le sezioni di rete a rischio, spesso le perdite possono essere individuate e riparate entro 24 ore. In questo modo, il metodo consente di risparmiare risorse, acqua e personale. Inoltre, ha già dato prova di sé nella pratica, ad esempio in un test pilota scientificamente accompagnato con 33 logger Enigma3m presso l’IWB, l’azienda elettrica pubblica del cantone di Basilea, città in Svizzera.
La procedura standard per la localizzazione delle perdite è solitamente un processo in cinque fasi: una prima prelocalizzazione con un microfono a contatto è seguita da una seconda prelocalizzazione con un registratore di rumore, che delimita ulteriormente l’area danneggiata. Nella terza fase, la posizione esatta del danno viene individuata con un correlatore in superficie. I rumori di perdita registrati in diversi punti del sistema di tubazioni sono correlati tra loro. La posizione esatta della perdita viene calcolata in base alle differenze temporali con cui il suono raggiunge i rispettivi punti di contatto. In quarto luogo, dopo che la perdita è stata confermata da un microfono a terra, è possibile riparare il danno. È probabile che si verifichino altre perdite più piccole in prossimità di rotture di tubi causate da sollevamenti, assestamenti o attività di costruzione, i cui rumori di perdita sono stati sovrapposti al danno riparato fino a quel momento. Nella quinta fase viene effettuato un controllo completo di follow-up. La maggior parte dei fornitori lavora su base ad hoc: se si sospetta una perdita, i registratori di rumore vengono sospesi e raccolti e riletti dopo la registrazione. L’esperienza dimostra che i fornitori stimano da 15 a 20 ore di lavoro per la spesa del personale dalla prima perdita sospetta al punto di localizzazione. Tuttavia, un numero sempre maggiore di fornitori sta iniziando a monitorare le aree a rischio in modo regolare e permanente attraverso l’installazione di logger permanenti. I dati del logger vengono poi raccolti periodicamente tramite una lettura remota. A tal fine, i dipendenti devono percorrere regolarmente l’area monitorata in auto (“soluzione drive-by”).
Il monitoraggio nell’ambito della gestione delle perdite idriche della IWB di Basilea è stato simile a quello descritto sopra. La rete di distribuzione idrica è suddivisa geograficamente in cinque zone di pressione: nelle zone da due a cinque, con circa 80 chilometri di rete di tubature, i registratori di rumore sono stati esposti una volta all’anno e, dopo la registrazione, sono stati raccolti e letti manualmente. Nella zona 1, con una distanza di rete di circa 420 chilometri, i logger sono stati installati in modo permanente e letti trimestralmente tramite “drive-by”. “Nel peggiore dei casi, cioè se il danno si verifica poco dopo la lettura regolare, ciò significa periodi di perdita, dal momento in cui si verifica la perdita fino a quando l’azienda di approvvigionamento idrico ne viene a conoscenza, fino a tre mesi nella zona 1 e fino a un anno nelle zone da 2 a 4”, spiega Michael Gauer, che ora lavora come ingegnere impiantista nel dipartimento di gestione delle perdite idriche della IWB. Per la sua tesi di master presso l’Università di Scienze Applicate della Svizzera nordoccidentale FHNW Muttenz, intitolata “Valutazione delle perdite idriche e monitoraggio delle perdite”, nell’estate 2018 Gauer ha valutato la sensibilità di quattro diversi sistemi di rilevamento delle perdite con la trasmissione a distanza dei dati sul rumore. A tal fine, sono state utilizzate in parte perdite reali o sono state simulate perdite con diversi livelli di rumore presso gli idranti sotterranei. Inoltre, è stato sviluppato un catalogo di criteri con 16 sottocategorie tecniche ed economiche per la valutazione standardizzata dei sistemi.
Tutti i dispositivi valutati inviano i dati sul rumore registrati durante la notte tramite il servizio mobile. In due sistemi, tuttavia, è necessario creare e mantenere una rete indipendente tra il logger e l’unità di trasmissione dati per la radio proprietaria a corto raggio. Ciò richiede installazioni fuori terra, ad esempio sulle facciate delle case e sui lampioni, che sono costose e purtroppo spesso oggetto di vandalismo. Inoltre, se i logger vengono spostati in un’altra area di monitoraggio, l’intera infrastruttura di comunicazione deve essere reinstallata. Gli altri due sistemi, tra cui Enigma3m, accedono autonomamente alla rete mobile locale e inviano i risultati delle misure direttamente dalla calotta sotto il pavimento al server. La scheda SIM di roaming integrata nell’Enigma3m si collega automaticamente alla rete mobile con la migliore copertura nel luogo in cui si trova il logger, aumentando ulteriormente l’affidabilità e l’efficacia del monitoraggio. Il monitoraggio della rete di IWB, ad esempio, offriva cinque diverse reti mobili tra cui scegliere. La rete mobile autosufficiente rende l’intero sistema molto flessibile. Può quindi essere spostato in un’altra sezione di rete in modo rapido e con uno sforzo gestibile.
Due dei sistemi testati emettono un allarme quando viene superato un livello di rumore critico. Tuttavia, sono esclusivamente guidati dal livello: il superamento di un livello di rumore sufficiente/definito fa scattare un allarme, per cui l’utente correla i dati sul rumore attivando manualmente il processo. Svantaggio: in caso di perdite silenziose, a causa delle dimensioni della perdita o della distanza dal logger, il livello di rumore critico non viene raggiunto e la perdita continua “sotto traccia”. Gli altri due sistemi, tra cui Enigma3m di Esders, sono basati sulla correlazione: correlano automaticamente i suoni registrati su un server web. Il server Esders non si limita a unire i dati relativi al suono e alle correlazioni. Prima della misurazione, i dati della condotta vengono importati automaticamente dal sistema informativo geografico (GIS) dell’azienda. Il server può quindi lavorare con i piani dei tubi memorizzati e le informazioni sulle proprietà dei materiali, le larghezze nominali e i diametri dei tubi. Le successive modifiche strutturali possono essere facilmente aggiunte digitalmente utilizzando la funzione “Disegna tubo” o completate con un aggiornamento dal GIS aggiornato. Più il GIS è accurato e dettagliato, più Enigma3m è in grado di effettuare correlazioni precise. Enigma3m correla fino a sette notti con tre intervalli di misurazione ciascuno per eliminare rumori di disturbo o prelievi d’acqua casuali di grandi dimensioni durante una misurazione.
I sistemi con correlazione automatica hanno mostrato i risultati migliori nello studio. Hanno localizzato le perdite correlando i dati sul rumore entro un metro. La precisione media delle correlazioni dei punti di Enigma3m è stata di 0,39 centimetri per le perdite reali, che è ben al di sotto del mezzo metro. Inoltre, Enigma3m correla i dati di rumore registrati sempre indipendentemente dal volume. Pertanto, a Basilea sono state localizzate anche piccole perdite simulate con un livello di rumore relativamente basso.
Il disegno di ricerca di Michael Gauer distingue tra criteri principali e secondari, con pesi diversi. I criteri principali sono stati la precisione delle correlazioni, le funzioni di correlazione, l’interpretabilità dei risultati delle correlazioni e la percentuale di rilevamento delle perdite del rispettivo sistema, ovvero quante perdite reali e simulate sono state trovate dal sistema. Nella valutazione complessiva, i registratori acustici correlati Enigma3m di Esders hanno fornito i risultati migliori. Ciò è dovuto principalmente ai tassi di rilevamento delle perdite significativamente più elevati dei dispositivi Esders e all’elevata precisione della correlazione puntuale, pari in media a 0,39 metri. Un ulteriore valore aggiunto è l’interfaccia utente intuitiva del portale web Enigma3m per il monitoraggio di pressione, portata e perdite nella rete idrica. “L’applicazione web riduce il sistema alle funzioni essenziali, accelerando così la curva di apprendimento”, afferma Michael Gauer.
Gli scavi per la riparazione delle perdite hanno potuto essere avviati in loco a Basilea dopo un breve periodo di messa in sicurezza con un correlatore mobile e un microfono a terra. Quindi, Enigma3m riduce la procedura a cinque fasi sopra descritta alle due fasi di correlazione automatica e di localizzazione dei punti in loco; il controllo successivo dell’ambiente di perdita è garantito da un monitoraggio permanente. Rispetto alle 16-20 ore di lavoro menzionate in precedenza, le perdite possono essere localizzate digitalmente e individuate in breve tempo all’inizio della giornata lavorativa. La conferma in loco tramite correlatore mobile e microfono a terra è stata effettuata in 90 minuti, per cui il tempo necessario per la localizzazione dei punti è stato al massimo di tre ore, a seconda della distanza.