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Monitoraggio quali-quantitativo delle acque reflue: dispositivi
Umberto Sanfilippo
Politecnico di Milano – DICA Sez. SIACentro Studi Idraulica Urbana (CSDU)
Convegno di Formazione «Monitoraggio e controllo in tempo reale
dei sistemi di Fognatura»Ecomondo – Fiera di Rimini
Monitoraggio quali-quantitativo delle acque reflue: dispositivi - U. Sanfilippo
2Sommario
1. Strumenti di misura della portata;
2. Strumenti di misura dei parametri di qualità:
a) Misure di tipo continuo,
b) Misure di tipo discontinuo;
3. Stazioni di misura integrate;
4. Problemi d'installazione e di gestione.
Monitoraggio quali-quantitativo delle acque reflue: dispositivi - U. Sanfilippo
31. Strumenti di misura della portata
Aste idrometriche associate a scale delle portate:• In condizioni di corrente
in moto uniforme, • In condizioni di corrente
in moto permanente;
Monitoraggio quali-quantitativo delle acque reflue: dispositivi - U. Sanfilippo
41. Strumenti di misura della portata
Idrometri a galleggiante associate a scale delle portate:
• In condizioni di corrente in moto uniforme,
• In condizioni di corrente in moto permanente;
Monitoraggio quali-quantitativo delle acque reflue: dispositivi - U. Sanfilippo
51. Strumenti di misura della portata
Sonde a ultrasuoni o radar associate a scale delle portate:
• In condizioni di corrente in moto uniforme, • In condizioni di corrente in moto permanente;
Monitoraggio quali-quantitativo delle acque reflue: dispositivi - U. Sanfilippo
61. Strumenti di misura della portata
Sonde di pressione associate a scale delle portate:• In condizioni di corrente in moto uniforme, • In condizioni di corrente in moto permanente;• Varie tipologie:
� Gorgogliatori a bolle(sonde di pressione pneumatiche);
� Sonde di pressione a membrana;� Trasduttori di pressione:
� Capacitivi,� Induttivi,� Piezoelettrici,� Piezoresistivi,� Resisitivi;
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71. Strumenti di misura della portata
Misure di livello associate a scale delle portate:• Vantaggi:
� Semplicità d’installazione,� Relativa economicità;
• Svantaggi:� Richiedono accurate e complesse tarature,
a rigore da ripetersi periodicamente;� Per le aste idrometriche non è possibile la telelettura;� Le sonde a ultrasuoni non possono essere sommerse;� Elevate incertezze nel caso di condotti a forte pendenza.
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81. Strumenti di misura della portata
Dispositivi idraulici:• Stramazzi
in parete sottile:
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91. Strumenti di misura della portata
Dispositivi idraulici:• Stramazzi in parete grossa (stramazzi a larga soglia):
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101. Strumenti di misura della portata
Dispositivi idraulici:• Misuratori a risalto (venturimetri),
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111. Strumenti di misura della portata
Dispositivi idraulici:• Bocche a battente di altezza piccola rispetto all’affondamento:
Hg
Vh
g
VH ∆+++=++= 0
20
20
22
21
HgAQ ⋅⋅⋅⋅µ= 2
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121. Strumenti di misura della portata
Dispositivi idraulici:• Vantaggi:
� Leggi di funzionamento già note dalla teoria dell’Idraulica (foronomia)� Standardizzazione;
• Svantaggi:� Ingombri,� Perdite geodetiche richieste,� Difficili da implementare in condotte a forte pendenza;� Richiedono comunque una misura di livello.
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131. Strumenti di misura della portata
Misuratori magnetici:• per correnti a superficie libera;• per correnti in pressione.
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141. Strumenti di misura della portata
Misuratori area-velocity a ultrasuoni a effetto Doppler:• A sonda singola:
data logger
portataemettitore e sonda
bolle d’aria e solidi sospesi ultrasuoni incidenti
ultrasuoni riflessi
La velocità è proporzionale alla variazione di frequenza fra gli ultrasuoni emessi e quelli riflessi, mentre il sensore di pressione nel misuratore fornisce indirettamente l’area (essendo nota a priori la relazione tra altezza d’acqua e area)
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151. Strumenti di misura della portata
Misuratori area-velocity a ultrasuoni a effetto Doppler:• A sonda singola:
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161. Strumenti di misura della portata
Misuratori area-velocity a ultrasuoni a effetto Doppler:• A sonda multipla:
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171. Strumenti di misura della portata
Misuratori area-velocity a ultrasuoni a effetto Doppler:• A sonda multipla:
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181. Strumenti di misura della portata
Misuratori area-velocity a ultrasuoni a effetto Doppler:• Vantaggi:
� Buona accuratezza,� Spostabili con relativa facilità;
• Svantaggi:� Gli strumenti di registrazione (data logger)
vanno adeguatamente protetti,� Vulnerabili all’occlusione
della sonda (tipicamente sacchetti e stracci);
� Posizionamento e fissaggio della sonda sul fondo spesso non agevole;
� Misure non affidabili per bassi tiranti idrici.
0 0 .2 0 .4 0 .6 0 .8 1Q (m³/s)
EVEN T 278 0 0
7 0 0
6 0 0
5 0 0
4 0 0
3 0 0
2 0 0
1 0 0
0
Relationship betw een w ater dep th h and discharge Q in section F2
h (mm)
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191. Strumenti di misura della portata
Misuratori area-velocity radar a effetto Doppler:
Sensore radar di velocità Sensore si livello a ultrasuoni Legame area-livello noto+ +
portata = velocità × area
⇓
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201. Strumenti di misura della portata
Misuratori area-velocity radar a effetto Doppler:• Vantaggi:
� Dispositivo all’asciutto;� Relativa facilità di montaggio e smontaggio.
• Svantaggi:� Misure non affidabili
per bassi tiranti idrici.� Costo (attualmente) elevato, nell’ordine del doppio di quelli a
ultrasuoni a effetto Doppler;
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211. Strumenti di misura della portata
Misuratori di portata elettromagnetici per tubazioni in pressione (condotte di mandata a valle di sollevamento):
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221. Strumenti di misura della portata
Misuratori di portata a ultrasuoni a tempo di volo per tubazioni in pressione (condotte di mandata a valle di sollevamento):
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232. Strumenti di misura dei parametri di qualità
a) Misure di tipo continuo:Torbidimetri:
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242. Strumenti di misura dei parametri di qualità
a) Misure di tipo continuo:Conducimetri:
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252. Strumenti di misura dei parametri di qualità
a) Misure di tipo continuo:Misuratori di pH (piaccametri):
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262. Strumenti di misura dei parametri di qualità
a) Misure di tipo continuo:Sonde di ossigeno disciolto (o «Dissolved Oxygen», DO):
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273. Stazioni di misura integrate
Sonde multiparametriche:• Misurano contemporaneamente
uno o più dei seguenti parametri:� Torbidità,� pH,� Conducibilità,� Temperatura,� DO;� …
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282. Strumenti di misura dei parametri di qualità
b) Misure di tipo discontinuo:Campionatori a bottiglie (poi portate in laboratori di analisi biochimiche):
• BOD,• COD,• SS,• TOC• pH,• N e P• ecc.
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292. Strumenti di misura dei parametri di qualità
Il settore di attuale e futuro sviluppo: rilevazione microinquinanti:• Tema di grande attualità;• Normative in divenire;• Misure in continuo;• Misure in discontinuo;• Elevato numero di possibili microinquinanti da scansire,
di natura anche molto diversa fra loro;• Sensori di natura innovativa o basati su tecnologie già in parte
note (ad esempio sensori a fluorescenza).
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303. Stazioni di misura integrate
Laboratori mobili da campo:
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313. Stazioni di misura integrate
Laboratori mobili da campo:• Vantaggi:
� Stazioni di misura totali per la misura di pressoché tutte le grandezze sia quantitative che qualitative,
� Idonei per campagne di misura a spot su varie sezioni anche di una stesso sistema di drenaggio,
� Trasportabilità;
• Svantaggi:� Costi altissimi;� Destinate a usi particolari e per brevissimi periodi.
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324. Problemi d'installazione e di gestione
Problemi d’installazione (1/2):• Definizione degli obiettivi e della estensione del monitoraggio;• Individuazione dei parametri da misurare;• Scelta ottimale della posizione in rete ove collocare la stazione di
monitoraggio o le stazioni di monitoraggio;� Ricerca fonti inquinanti � brevissima durata
(pochi giorni);� Calibrazione modelli afflussi-deflussi � breve durata
(da alcune settimane a qualche mese);� Sorveglianza e monitoraggio� lunga durata o permanenti;
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334. Problemi d'installazione e di gestione
Problemi d’installazione (2/2):• Collocazione accessibile ma al contempo protetta da:
� Possibili danneggiamenti in caso di eventi di piena con elevate velocità e/o elevati tiranti idrici,
� Vandalismi e furti.
• Alimentazione elettrica:� da rete, purché accessibile nelle vicinanze, � da batterie, purché di capacità sufficiente,� con pannelli solar, purché producano energia sufficiente;
• Linee di comunicazione per telecontrollo e teletrasmissione dati.
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344. Problemi d'installazione e di gestione
Problemi di gestione:• Formazione e aggiornamento del personale;• Pulizia e manutenzione;• Sorveglianza;• Assicurazione contro danni e furto;• Validazione e analisi preliminare dei dati;• Formato e archiviazione dei dati• Protezione dei dati sensibili nei confronti di terzi;• Sicurezza degli operatori;• Rimozione sicura;• Consuntivo costi-benefici.
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35
Grazie per l’attenzione
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