IT202100021107A1 - Sistema per la simulazione delle condizioni operative di un acquedotto - Google Patents
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Description
Descrizione di Brevetto per Invenzione Industriale avente per titolo:
?SISTEMA PER LA SIMULAZIONE DELLE CONDIZIONI OPERATIVE DI UN ACQUEDOTTO?.
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un sistema per la simulazione delle condizioni operative di un acquedotto.
Spesso gli impianti idraulici destinati alla collettivit?, come acquedotti, fognature e grandi impianti di irrigazione, comprendono vasche per l?acqua disposte ad altezze diverse e collegate tra loro tramite tubazioni, pompe, sistemi di controllo, ecc.; in pratica tra le vasche ? presente un salto geodetico, spesso intorno a 150 metri, in cui l?acqua scorre per gravit? dalle vasche superiori a quelle inferiori.
Negli ultimi anni, al fine di minimizzare i costi sostenuti dai gestori di questi impianti per l?acquisto di energia elettrica dalla rete, sono state proposte soluzioni tecniche che prevedono il recupero di una parte dell?energia potenziale dell?acqua, cio? che prevedono lo sfruttamento dei salti geodetici o piezometrici, anche se di modesta entit?, generalmente corrispondenti a 150 metri, per la produzione di energia elettrica in situ.
A questo scopo, gli impianti idraulici vengono dotati di circuiti idroelettrici provvisti di apposita componentistica, come ad esempio turbine e generatori elettrici.
Tuttavia, non ? sempre possibile fruttare al massimo l?energia potenziale dell?acqua in quanto le condizioni dell?acquedotto non sono prevedibili. Infatti, generalmente, negli acquedotti i valori di portata e pressione del flusso d?acqua non sono costanti ma variano sia stagionalmente che a causa di particolari condizioni metereologiche. Ne consegue che, la componentistica del circuito idroelettrico e i relativi parametri impostati al momento dell?installazione non si rivelano i pi? performanti e, quindi, non consentano la massima produzione di corrente elettrica.
I gestori dell?impianto si ritrovano, cos?, a sfruttare una tecnologia che non soddisfa appieno le aspettative o, addirittura, a dover affrontare ulteriori spese al fine di perfezionarla, determinando nell?intero settore un disinteresse in tale perfezionamento tecnologico.
Il compito principale della presente invenzione ? quello di escogitare un sistema per la simulazione delle condizioni operative di un acquedotto che consenta di dotare gli impianti di componentistica idonea alle specifiche caratteristiche del flusso d?acqua circolante.
Un altro scopo del presente trovato ? quello di escogitare un sistema per la simulazione delle condizioni operative di un acquedotto che permetta di sfruttare in modo ottimale il flusso d?acqua al fine di massimizzare la produzione di energia elettrica a prescindere dalle condizioni meteorologiche e/o stagionali.
Un ulteriore scopo del presente trovato ? quello di escogitare un sistema per la simulazione delle condizioni operative di un acquedotto che consenta ridurre spese superflue da parte dei gestori dell?impianto.
Altro scopo del presente trovato ? quello di escogitare un sistema per la simulazione delle condizioni operative di un acquedotto che consenta di superare i menzionati inconvenienti della tecnica nota nell?ambito di una soluzione semplice, razionale, di facile ed efficace impiego e dal costo contenuto.
Gli scopi sopra esposti sono raggiunti dal presente sistema per la simulazione delle condizioni operative di un acquedotto avente le caratteristiche di rivendicazione 1.
Altre caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, di un sistema per la simulazione delle condizioni operative di un acquedotto, illustrata a titolo indicativo, ma non limitativo, nelle unite tavole di disegni in cui:
la figura 1 ? una rappresentazione schematica del sistema secondo il trovato per la simulazione delle condizioni operative di un acquedotto.
Con particolare riferimento a tali figure, si ? indicato globalmente con 1 un sistema per la simulazione delle condizioni operative di un acquedotto. Il presenta sistema 1 ? destinato a simulare le condizioni di un acquedotto ma anche di impianti fognari, impianti di irrigazione, e simili.
Altres?, il presente sistema pu? anche essere applicato alla simulazione delle condizioni di acquedotti.
In altre parole, il sistema 1 ? un acquedotto miniaturizzato.
Il sistema 1 secondo il trovato comprende almeno una struttura di supporto e almeno un circuito idroelettrico 2 alloggiato all?interno della struttura di supporto e configurato per simulare condizioni operative di un acquedotto. Il circuito idroelettrico 2 comprende:
- almeno un condotto di alimentazione 3 di un flusso d?acqua in pressione; - almeno un dispositivo a turbina 4 fluidodinamicamente collegato al condotto di alimentazione 3 e provvisto di almeno una girante configurata per ruotare attorno ad un relativo asse per effetto del passaggio del flusso d?acqua;
- almeno un condotto di scarico 5 del flusso d?acqua, fluidodinamicamente collegato al dispositivo a turbina 4; e
- almeno un generatore 6 di corrente elettrica associato al dispositivo a turbina 4 e atto a generare corrente elettrica in funzione del moto rotativo della girante.
Il circuito idroelettrico 2 comprende anche mezzi valvolari associati ad almeno il condotto di alimentazione 3 e configurati per variare almeno una tra la portata e la pressione del flusso d?acqua in ingresso al dispositivo a turbina 4.
La variazione della portata e/o della pressione del flusso d?acqua determina, inevitabilmente, una variazione del moto rotativo della girante e, conseguentemente, della produzione di corrente elettrica da parte del generatore 6.
Il circuito idroelettrico 2 comprende, inoltre, mezzi sensori associati ad almeno il condotto di alimentazione 3 e configurati per rilevare almeno uno tra un dato di portata e un dato di pressione del flusso d?acqua in ingresso al dispositivo a turbina 4.
Il sistema 1 comprende poi almeno un?unit? elettronica 8 di elaborazione e controllo operativamente collegata al circuito idroelettrico 2 e configurata per elaborare un dato di efficienza del generatore 6 in funzione di almeno uno tra il dato di portata rilevato e il dato di pressione rilevato.
Il sistema 1 permette, quindi, di variare i parametri di portata e pressione del flusso d?acqua mediante i mezzi valvolari e di comparare e valutare l?efficienza del generatore 6 sulla base di esse.
In questo modo ? possibile individuare la componentistica ideale necessaria alla realizzazione dell?acquedotto stesso al fine di massimizzare la produzione di corrente elettrica.
Infatti, generalmente, negli acquedotti i valori di portata e pressione del flusso d?acqua non sono costanti ma variano sia stagionalmente che a causa di particolari condizioni metereologiche.
Il sistema 1 permette, quindi, di simulare le possibili e variabili condizioni alle quali ? soggetto un acquedotto,
Vantaggiosamente, la struttura di supporto ? movimentabile al suolo.
Pi? in dettaglio, la struttura di supporto comprende una piattaforma sulla quale ? installato il circuito idroelettrico 2.
La struttura di supporto pu? comprendere organi di movimentazione, come ad esempio ruote, o pu? essere movimentata mediante apposti mezzi di trasporto.
In accordo con una preferita forma di attuazione, la struttura di supporto ? del tipo di un container all?interno del quale ? installato il circuito idroelettrico 2.
Grazie alla struttura di supporto, il sistema 1 ? agevolmente trasportabile e trasferibile da un acquedotto ad un altro.
Il dispositivo a turbina 4 comprende una pompa predisposta per funzionare come una turbina. Tali dispositivi sono caratterizzati da dimensioni inferiori rispetto alle turbine tradizionali e presentano un costo maggiormente contenuto.
Non si esclude, tuttavia, che il dispositivo a turbina possa comprendere una turbina tradizionale.
Il dispositivo a turbina 4 pu? essere di tipo centrifugo, radiale, assiale, monostadio, multistadio, a flusso misto, ecc.
Vantaggiosamente, il dispositivo a turbina 4 ? associato removibilmente al circuito idroelettrico 2.
Il sistema 1 pu?, quindi, prevedere l?installazione di differenti dispositivi a turbina 4 al fine di individuare quello maggiormente performante in funzione dei dati di portata e/o pressione.
Il generatore 6 ? accoppiato al dispositivo a turbina 4 in modo diretto o mediante riduttore.
Il generatore 6 pu? essere di tipo sincrono o asincrono ? pu? produrre corrente elettrica continua o alternata.
Il generatore 6 ? dotato di un inverter a frequenza fissa o variabile a seconda che il generatore 6 sia configurato per produrre corrente continua o alternata. L?inverter consente di regolare il moto del generatore 6, e conseguentemente della girante.
Utilmente, il circuito idroelettrico 2 comprende almeno un serbatoio di accumulo 9 configurato per fornire acqua al condotto di alimentazione 3 e per ricevere acqua dal condotto di scarico 5.
Il serbatoio di accumulo 9 consente, dunque, di simulare le condizioni di un acquedotto a prescindere dalla possibilit? di collegare il circuito idroelettrico stesso ad una sorgente d?acqua.
Non si escludono, tuttavia, forme di attuazione in cui il sistema 1 ? privo del serbatoio di accumulo 9 e in cui il circuito idroelettrico 2 viene direttamente collegato all?acquedotto.
Vantaggiosamente, il circuito idroelettrico 2 comprende almeno un dispositivo di pompaggio 10 associato al condotto di alimentazione 3, interposto tra il serbatoio di accumulo 9 e il dispositivo a turbina 4 e atto a variare la pressione del flusso d?acqua in ingresso al dispositivo a turbina 4. Nel serbatoio di accumulo 9, l?acqua ha una predefinita energia potenziale che determina una predefinita pressione e portata del flusso d?acqua in ingresso al dispositivo a turbina 4.
Pi? in dettaglio, il serbatoio di accumulo 9 pu? essere disposto alla medesima quota rispetto al dispositivo a turbina 4 (in tal caso l?energia potenziale ? sostanzialmente nulla) oppure essere disposto ad una quota superiore (in tal caso l?energia potenziale ? maggiore di zero) in modo da creare un naturale sbalzo geodetico che conferisce al flusso d?acqua una certa pressione e portata.
Il dispositivo di pompaggio 10, quindi, consente di aumentare la pressione e la portata del fluido rispetto ai valori iniziali.
Il circuito idroelettrico 2 pu? anche comprendere almeno un primo circuito di by-pass 11 fluidodinamicamente collegato al serbatoio di accumulo 9 e al condotto di alimentazione 3 a valle del dispositivo di pompaggio 10 rispetto alla direzione di avanzamento D del flusso d?acqua nel circuito idroelettrico 2.
Il primo circuito di by-pass 11 permette di deviare il flusso d?acqua, evitando il dispositivo di pompaggio 10, ad esempio nel caso in cui si desideri sfruttare unicamente lo sbalzo geodetico tra il serbatoio di accumulo 9 e il dispositivo a turbina 4.
A tale scopo, i mezzi valvolari comprendono almeno una valvola di apertura/chiusura 7 associata al primo circuito di by-pass 11.
La valvola di apertura/chiusura 7 ? ad azionamento manuale, sebbene non si escluda la possibilit? di prevedere una valvola ad azionamento automatizzato.
Utilmente, il circuito idroelettrico 2 comprende almeno un secondo circuito di by-pass 12 fluidodinamicamente collegato al condotto di alimentazione 3, a monte del dispositivo a turbina 4, e al condotto di scarico 5, a valle del dispositivo a turbina 4, rispetto alla direzione di avanzamento D.
Il secondo circuito di by-pass 12 permette di deviare il flusso d?acqua, evitando il dispositivo a turbina 4, nel caso sia necessario sostituire quest?ultimo o effettuare interventi manutentivi.
A tale scopo, i mezzi valvolari comprendono almeno una tra:
- una prima valvola di regolazione 13 associata al condotto di alimentazione 3 a monte del dispositivo a turbina 4 rispetto alla direzione di avanzamento D; e
- una seconda valvola di regolazione 14 associata al secondo circuito di by-pass 12.
Nella forma di attuazione mostrata nelle figure, i mezzi valvolari comprendono sia la prima valvola di regolazione 13 che la seconda valvola di regolazione 14.
Le valvole di regolazione 13, 14 sono preferibilmente ad azionamento automatico. Non si esclude, tuttavia, che le valvole di regolazione 13, 14 possano essere ad azionamento manuale.
I mezzi valvolari possono opportunamente comprendere anche altri tipi di valvole, a seconda delle specifiche esigenze del gestore dell?acquedotto. Come sopra esposto, il circuito idroelettrico 2 comprende mezzi sensori. I mezzi sensori comprendono almeno un sensore di portata 15 associato al condotto di alimentazione 3 e configurato per rilevare almeno un dato rappresentativo della portata del flusso d?acqua in ingresso al dispositivo a turbina 4.
I mezzi sensori comprendono anche almeno un sensore di pressione 16 associato al condotto di alimentazione 3 e configurato per rilevare almeno un dato rappresentativo della pressione del flusso d?acqua in ingresso al dispositivo a turbina 4.
Opportunamente, i mezzi sensori possono comprendere anche almeno un sensore di pressione accessorio 17 associato al condotto di scarico 5 e configurato per rilevare almeno un dato rappresentativo della pressione del flusso d?acqua in uscita dal dispositivo a turbina 4.
I mezzi sensori possono utilmente comprendere anche sensoristica di altro tipo, come ad esempio sensori di temperatura, a seconda delle specifiche esigenze del gestore dell?acquedotto.
L?unit? elettronica 8 e, quindi, configurata per elaborare i dati rilevati dai mezzi sensori in combinazione con la quantit? di corrente elettrica prodotta e con le caratteristiche tecniche del generatore 6 e/o del dispositivo a turbina 4 per determinare il dato di efficienza.
Vantaggiosamente, l?unit? elettronica 8 ? programmabile da parte di un operatore con almeno uno tra almeno un dato di portata predefinito e almeno un dato di pressione predefinito ed ? configurata per elaborare un dato di efficienza del generatore 6 in funzione di almeno uno tra il dato di portata predefinito e il dato di pressione predefinito.
In altre parole, i dati di portata e/o pressione possono essere rilevati mediante i mezzi sensori e/o inseriti manualmente da parte dell?operatore.
L?unit? elettronica 8 ?, quindi, del tipo di un PLC usufruibile dall?operatore. Il sistema 1 comprende anche mezzi di ricetrasmissione 18 operativamente collegati all?unit? elettronica 8 e ad un?unit? di controllo remota 19 e configurati per trasmettere dati tra l?unit? elettronica 8 e l?unit? di controllo remota 19.
I mezzi di ricetrasmissione 18 comprendono, ad esempio, dispositivi di trasmissione ad onde radio o dispositivi di comunicazione cablata.
L?unit? di controllo remota 19 ? ad esempio un computer, un tablet o simili. Si ? in pratica constatato come l?invenzione descritta raggiunga gli scopi proposti e in particolare si sottolinea il fatto che il sistema per la simulazione delle condizioni operative di un acquedotto secondo il trovato consente di dotare gli impianti di componentistica idonea alle specifiche caratteristiche del flusso d?acqua circolante nell?acquedotto stesso.
Inoltre, il presente sistema permette di sfruttare in modo ottimale il flusso d?acqua al fine di massimizzare la produzione di energia elettrica a prescindere dalle condizioni meteorologiche e/o stagionali.
Infine, il presente sistema consente di dotare gli impianti idraulici di componentistica idonea gi? al momento dell?installazione del circuito idroelettrico, riducendo eventuali spese superflue da parte dei gestori dell?impianto.
Claims (10)
1) Sistema (1) per la simulazione delle condizioni operative di un acquedotto, caratterizzato dal fatto di comprendere:
- almeno una struttura di supporto;
- almeno un circuito idroelettrico (2) alloggiato all?interno di detta struttura di supporto e configurato per simulare condizioni operative di un acquedotto, detto circuito idroelettrico (2) comprendendo:
- almeno un condotto di alimentazione (3) di un flusso d?acqua in pressione;
- almeno un dispositivo a turbina (4) fluidodinamicamente collegato a detto condotto di alimentazione (3) e provvisto di almeno una girante configurata per ruotare attorno ad un relativo asse per effetto del passaggio di detto flusso d?acqua;
- almeno un condotto di scarico (5) di detto flusso d?acqua, fluidodinamicamente collegato a detto dispositivo a turbina (4);
- almeno un generatore (6) di corrente elettrica associato a detto dispositivo a turbina (4) e atto a generare corrente elettrica in funzione del moto rotativo di detta girante;
- mezzi valvolari associati ad almeno detto condotto di alimentazione (3) e configurati per variare almeno una tra la portata e la pressione di detto flusso d?acqua in ingresso a detto dispositivo a turbina (4); e - mezzi sensori associati ad almeno detto condotto di alimentazione (3) e configurati per rilevare almeno uno tra un dato di portata e un dato di pressione di detto flusso d?acqua in ingresso a detto dispositivo a turbina (4);
- almeno un?unit? elettronica (8) di elaborazione e controllo operativamente collegata a detto circuito idroelettrico (2) e configurata per elaborare un dato di efficienza di detto generatore (6) in funzione di almeno uno tra detto dato di portata rilevato e detto dato di pressione rilevato.
2) Sistema (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta struttura di supporto ? movimentabile al suolo.
3) Sistema (1) secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto circuito idroelettrico (2) comprende almeno un serbatoio di accumulo (9) configurato per fornire acqua a detto condotto di alimentazione (3) e per ricevere acqua da detto condotto di scarico (5).
4) Sistema (1) secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto circuito idroelettrico (2) comprende almeno un dispositivo di pompaggio (10) associato a detto condotto di alimentazione (3), interposto tra detto serbatoio di accumulo (9) e detto dispositivo a turbina (4) e atto a variare la pressione di detto flusso d?acqua in ingresso a detto dispositivo a turbina (4).
5) Sistema (1) secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto circuito idroelettrico (2) comprende almeno un primo circuito di by-pass (11) fluidodinamicamente collegato a detto serbatoio di accumulo (9) e a detto condotto di alimentazione (3) a valle di detto dispositivo di pompaggio (10) rispetto alla direzione di avanzamento (D) di detto flusso d?acqua in detto circuito idroelettrico (2).
6) Sistema (1) secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto circuito idroelettrico (2) comprende almeno un secondo circuito di by-pass (12) fluidodinamicamente collegato a detto condotto di alimentazione (3) a monte di detto dispositivo a turbina (4) e a detto condotto di scarico (5) a valle di detto dispositivo a turbina (4) rispetto alla direzione di avanzamento (D) di detto flusso d?acqua in detto circuito idroelettrico (2).
7) Sistema (1) secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi valvolari comprendono almeno una valvola di apertura/chiusura (7) associata a detto primo circuito di by-pass (11).
8) Sistema (1) secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi valvolari comprendono almeno una tra:
- una prima valvola di regolazione (13) associata a detto condotto di alimentazione (3) a monte di detto dispositivo a turbina (4) rispetto alla direzione di avanzamento (D) di detto flusso d?acqua in detto circuito idroelettrico (2); e
- una seconda valvola di regolazione (14) associata a detto secondo circuito di by-pass (12).
9) Sistema (1) secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta unit? elettronica (8) ? programmabile da parte di un operatore con almeno uno tra almeno un dato di portata predefinito e almeno un dato di pressione predefinito ed ? configurata per elaborare un dato di efficienza di detto generatore (6) in funzione di almeno uno tra detto dato di portata predefinito e detto dato di pressione predefinito.
10) Sistema (1) secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di ricetrasmissione (18) operativamente collegati a detta unit? elettronica (8) e ad un?unit? di controllo remota (19) e configurati per trasmettere dati tra detta unit? elettronica (8) e detta unit? di controllo remota (19).
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