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Regolazione degli scarichi tramite controllo in tempo reale della rete

Panoramica sugli approcci tradizionali nella progettazione dei sistemi di drenaggio urbano, che sono di tipo statico. I sistemi sono progettati per un evento prefissato e possono rispondere in maniera ottimale soltanto a tale evento. La gestione statica non è efficiente per quanto concerne gli invasi e gli scarichi.

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Atti di convegni o presentazioni contenenti case history
Intervento al convegno Metodi di controllo dell'impatto ambientale delle reti fognarie, Bologna 2014

Pubblicato
da Alessia De Giosa
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Estratto del testo
Regolazione degli scarichi tramite controllo in tempo reale della rete DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING AND ARCHITECTURE
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Alberto Campisano Sistemi idraulici urbani: tra sostenibilità ambientale e cambiamenti climatici Bologna Fiere '' H2O 2014 '' 24 Ottobre 2014 DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING AND ARCHITECTURE
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Introduzione Ad esempio: - progetto di una vasca volano assumendo un evento di fissato tempo di ritorno ' Approcci tradizionali nella progettazione dei sistemi di drenaggio urbano sono di tipo ''statico''. I sistemi sono
progettati per un evento prefissato e possono rispondere
in maniera ottimale soltanto a tale evento. ' Normalmente senza alcun feed-back di campo basato su osservazioni/misure di ciò che sta accadendo nella rete. Introduzione DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING AND ARCHITECTURE
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' La gestione statica non è efficiente per quanto
concerne gli invasi e gli scarichi ' Circa metà della capacità di invaso totale del sistema
rimane inutilizzata durante eventi di piena (Schilling,
1996). Controllo in tempo reale dei sistemi di drenaggio urbano DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING AND ARCHITECTURE
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' Riduzione degli allagamenti ' Riduzione degli scarichi in tempo di pioggia ' Aumento della flessibilità del sistema a reagire in
scenari inattesi Obiettivo: eliminare/ridurre il verificarsi di problemi in
parti della rete mentre in altre parti esiste ancora
capacità di invaso non utilizzata: DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING AND ARCHITECTURE
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Sistema di drenaggio urbano Regolatori/ attuatori Sensori Sistema di Controllo Strategie di RTC Obiettivi di RTC Procedure di RTC Controllo in tempo reale (RTC) Il controllo dinamico della rete può ottenersi mediante
tecniche di RTC sulla base di specifiche strategie miranti
al raggiungimento di obiettivi operativi. Ciclo di controllo: 6 DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING AND ARCHITECTURE
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Livelli di controllo e informazione: ' Controllo locale: il regolatore è controllato sulla base di misure locali al sito della regolazione (livello idrico, portata, parametri di qualità); ' Controllo remoto: il regolatore è controllato sulla base di misure in punti remoti della rete; ' Controllo remoto globale: una stazione centrale riceve le misure da punti remoti della rete e coordina tutti i regolatori sulla base di una strategia globale. ' con o senza previsione di pioggia Livelli di controllo Esempi di sistemi di RTC in funzione nel mondo DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING AND ARCHITECTURE
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'' USA: Boston, Chicago, Cleveland, Detroit, Milwaukee, Minneapolis, Philadelphia, San Francisco, Seattle,
Washington, Wilmington; '' Canada: Montreal, Toronto, Vancouver, Quebéc City;
'' Japan: Osaka, Tokyo;
'' The Netehrlands: Amsterdam, Eindhoven, Rotterdam, Utrecht; '' UK: Birmingham, Liverpool, Newcastle;
'' France: Bordeaux, Marsiglia, Nancy, Parigi / Sein St. Denis;
'' Germany: Amburgo, Brema, Monaco, Berlino;
'' Switzerland: Berna, Zurigo.
'' Austria: Vienna. Componenti principali dei sistemi di RTC DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING AND ARCHITECTURE
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1. Misuratori: livello (!), portata, precipitazione, concentrazione di inquinanti vari. 2. Regolatori: per il controllo di livelli, portate e concentrazioni. 3. Unità di controllo: PC, PID, PLCs, sistemi SCADA, etc.
4. Sistemi di trasmissione: linee telefoniche dedicate, GSM, sistemi radio, microonde, etc. Dispositivi di monitoraggio, regolazione e controllo: Requisiti: - Capacità di funzionamento in continuo
- Trasmissione remota
- Robustezza dei componenti (ambiente fognario ''ostile')
- Manutenzione semplice 9 Regolatori a paratoia mobile all''interno di canali fognari
principali o all''uscita di vasche per il controllo dell''invaso a
monte (Marsalek and Schilling, 1998; Charron, 2001). Canale o vasca Paratoia mobile Qe Qu Unità di controllo Esempio di RTC. Attivazione di capacità di invaso in linea DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING AND ARCHITECTURE
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- Manufatto di scarico: sfioratore laterale con luce di fondo Paratoie mobili Sfioratore Paratoia fissa Capacità di invaso attivate Luce di fondo to the TP Al WWTP - Paratoie mobili a monte dello scaricatore per attivare capacità di invaso in linea Esempio di RTC. Attivazione di capacità di invaso in linea ' Set point Ysetpoint = 80% dell''altezza max del canale ' Variabile controllata = livello a monte della singola paratoia DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING AND ARCHITECTURE
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Controllo locale a set point fisso Kp= proporzionale e(t)= errore =Ym-Ysetpoint e(t) Sulla base di misure di livello a monte della paratoia l''unità di
controllo calcola l''errore di regolazione (cioè la deviazione
dal setpoint) Ym Ysetpoint P, I, D Qe Qu ( ) ( ) ( ) ( ) dt t de K d e K t e K t a d t i p + + = ' ' 0 ' ' ' velocità di reazione ' riduzione oscillazioni ' raggiungimento setpoint Ki = integrale Kd= derivativo parameters DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING AND ARCHITECTURE
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Calibrazione della controller 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 0 600 1200 1800 2400 3000 3600 Temp o (s) Y m , H p (m) Y a Set point e Time Y, a ( m ) K p= 0.1 DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING AND ARCHITECTURE
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Calibrazione della controller 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 0 600 1200 1800 2400 3000 3600 Tempo (s) Y m , H p (m) Y a Set point Time Y, a ( m ) K p= 1.0 DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING AND ARCHITECTURE
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Esempio di RTC. Attivazione di capacità di invaso in linea No control RTC 1 paratoia RTC 2 paratoie DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING AND ARCHITECTURE
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treatmax Q 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 (min) t 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0 20 40 60 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 Entrante treatmax Q Scaricata Trattata treatmax Q Esempio di RTC. Benefici 0.0 0.4 0.8 1.2 0.0 0.4 0.8 1.2 0.0 0.4 0.8 1.2 0 20 40 60 (min) t Entrante Scaricata Trattata No control RTC 1 paratoia RTC 2 paratoie DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING AND ARCHITECTURE
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Esempio di RTC. Benefici Controllo globale remoto 17 ' Strategia: utilizzo uniforme delle capacità di invaso del sistema S1 S2 SN Sav= (S1+ S2+'+ SN)/N Sav ei = (Sav-Si) e1 Sav eN e2 DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING AND ARCHITECTURE
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18 Ad esempio: ' Scaricare solo se tutte le capacità di invaso sono già
utilizzate al massimo ' Utilizzare gli invasi solo per le frazioni più inquinate
dell''evento di piena ' Evitare lo svuotamento delle vasche durante le fasi di
sfioro e di sovraccarico all''impianto di trattamento Altre possibili strategie per il controllo degli scarichi DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING AND ARCHITECTURE
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Strategia: Controllo in tempo reale globale predittivo (con
uso di radar meteorologico accoppiato a misuratori a terra Esempio di RTC globale. Québec City. DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING AND ARCHITECTURE
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Obiettivo: ridurre il rischio ambientale associato agli scarichi
di piena nel S. Lawrence River Strategia: Controllo coordinato degli impianti di
sollevamento per l''invaso uniforme in tutte le parti della
rete (Versant-Sud and Affluent) e miglioramento delle
prestazioni del WWTP Architettura del sistema : a
tre livelli gerarchici Esempio di RTC globale. Québec City. DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING AND ARCHITECTURE
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Portate all''impianto in scenario di RTC e confronto con lo
scenario di gestione statica della rete (evento del 13 agosto,
1999) Esempio di RTC globale. Québec City. DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING AND ARCHITECTURE
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Riduzione dei volumi di sfioro nel St. Lawrence River in
scenario di RTC (evento del 13 agosto, 1999). 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 Suète Jones Dijon Versant- Sud tunnel Junction chamber Affluent tunnel WWTP Totale V o lu me sversat o ( m 3) Controllo globale predittivo Controllo statico Esempio di RTC globale. Québec City. Risultato nei primi 3 anni di
funzionamento: riduzione del
volume di sfioro pari all''80% Considerazioni finali / trend futuri DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING AND ARCHITECTURE
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' Semplici tecniche di RTC (controllo locale) sono
largamente adottate al giorno d''oggi a scala mondiale. ' Implementazione di strategie più sofisticate in
crescita (vincoli ambientali sempre più stringenti): - RTC quantitativo (volumi) è un approccio ormai maturo con tecnologia disponibile sul mercato. - RTC qualitativo (concentrazioni) è invece in fase di sviluppo. 24 Grazie ! Gently provided by W. Schilling


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