Dalla tecnologia IoT, soluzioni efficaci per difendere le risorse idriche
La gestione sostenibile delle risorse idriche è essenziale per la sicurezza idrica, energetica, e per proteggere gli ecosistemi e le comunità. La tecnologia IoT può aiutare.
La gestione sostenibile delle risorse idriche è essenziale per garantire la sicurezza idrica, energetica, e per proteggere gli ecosistemi e le comunità dalle conseguenze del cambiamento climatico. Le condotte idriche possono essere soggette a diversi rischi che possono causare problemi di sicurezza, di efficienza e di perdita di acqua.
Possiamo monitorare questi fattori ? Dobbiamo. Ciò che è possibile, ma soprattutto indispensabile, è prevenire problemi strutturali e ridurre i costi di manutenzione grazie a una diagnostica più precisa, mentre il monitoraggio remoto continuo può aiutare ad identificare tempestivamente la variazione dei parametri di sicurezza e funzionamento di una condotta migliorandone l’efficienza.
Nell’era della digitalizzazione e della sostenibilità ambientale, le infrastrutture idriche si trovano di fronte a una sfida trasformativa: l’adozione di piattaforme IoT (Internet of Things) potenziate dall’Intelligenza Artificiale (AI). Questo approccio innovativo non solo migliora la gestione e il monitoraggio delle reti idriche ma offre anche un nuovo livello di efficienza e sostenibilità.
Monitor. Predict. Control.
Monitor. Predict. Control. è il mantra di ogni infrastruttura efficiente. E’ anche quello di Sensorworks, azienda italiana specializzata in soluzioni software end-to-end innovative per il monitoraggio
in real-time, il controllo e la manutenzione predittiva di grandi infrastrutture ad uso civile. Un servizio indispensabile in ogni città che voglia definirsi ‘smart’ e ‘ circolare.
Delle numerose soluzioni IoT sviluppate da Sensorworks, quelle relative all’acqua sono particolarmente interessanti. Sarà perché il cambiamento climatico e la siccità che affliggono il nostro paese rendono il tema particolarmente caldo, ma crediamo fortemente che la tecnologia possa offrire risposte veloci ed efficaci alla gestione delle risorse idriche, come segnalavamo già in questo articolo
Gestione sostenibile delle risorse idriche
L’acqua è un elemento essenziale per la sopravvivenza dell’essere umano e per il pianeta. Il nostro corpo è costituito per circa il 60% di acqua, che è necessaria per molte funzioni biologiche vitali.
L’acqua è una risorsa critica per l’agricoltura e la produzione alimentare. Molte specie animali hanno bisogno di acqua per sopravvivere. E’ utilizzata per la produzione di energia in molte parti del mondo. Ad esempio, le centrali idroelettriche sfruttano l’energia cinetica dell’acqua per generare elettricità.
Il riscaldamento globale e il cambiamento climatico stanno causando una varietà di impatti idrologici, tra cui l’aumento del livello del mare, l’acidificazione degli oceani, la riduzione dei ghiacciai e il cambiamento dei modelli di precipitazione. Questi impatti stanno minacciando la sicurezza idrica, l’agricoltura, la produzione di energia e l’ecosistema, e stanno anche aumentando il rischio di eventi climatici estremi come alluvioni, siccità e tempeste.
La gestione sostenibile delle risorse idriche è essenziale per garantire la sicurezza idrica, alimentare ed energetica, e per proteggere gli ecosistemi e le comunità costiere dalle conseguenze del cambiamento climatico.
Come monitorare le risorse idriche: focus sulle infrastrutture
Una condotta idrica è un sistema di tubi e valvole che trasporta acqua da una fonte di approvvigionamento, come un fiume o un serbatoio, a un sistema di distribuzione idrica, come una rete idrica urbana o una centrale idroelettrica. La struttura di una condotta idrica può variare a seconda delle specifiche esigenze di trasporto dell’acqua.
Riporto alcuni elementi:
- Tubature: sono il componente principale di una condotta idrica e sono solitamente realizzate in materiali come acciaio, ghisa, PVC o polietilene ad alta densità. Le tubazioni sono disponibili in varie dimensioni, che dipendono dalla portata dell’acqua e dalla pressione richiesta.
- Giunti: sono utilizzati per collegare le diverse sezioni di tubazioni. I giunti possono essere di tipo meccanico, che utilizzano bulloni e dadi, o di tipo ad incastro, che utilizzano il calore o la pressione per unire le sezioni di tubazioni.
- Valvole: sono utilizzate per controllare il flusso di acqua attraverso le tubazioni. Ci sono diversi tipi di valvole, tra cui valvole a sfera, valvole a farfalla e valvole a ghigliottina.
- Pompe: sono utilizzate per spingere l’acqua attraverso la condotta idrica. Le pompe possono essere alimentate elettricamente o tramite un motore a combustione interna.
- Serbatoi: sono utilizzati per immagazzinare l’acqua e regolare la pressione all’interno della condotta idrica. I serbatoi possono essere costruiti sopra il livello del suolo o interrati.
- Misuratori di flusso: sono utilizzati per misurare la quantità di acqua che fluisce attraverso la condotta idrica. Ci sono diversi tipi di misuratori di flusso, tra cui misuratori di pressione differenziale, misuratori ad ultrasuoni e misuratori di portata elettromagnetici.
Una condotta idrica è una struttura complessa composta da tubazioni, giunti, valvole, pompe, serbatoi, misuratori di flusso e altri elementi. Una buona progettazione e manutenzione della condotta idrica è essenziale per garantire l’efficienza e la sicurezza del sistema di distribuzione idrica.
Quali rischi corrono le nostre condotte idriche
Quali sono i fenomeni che maggiormente incidono sulla sicurezza strutturale di una condotta idrica? Le condotte idriche possono essere soggette a diversi rischi che possono causare problemi di sicurezza, di efficienza e di perdita di acqua. Alcuni dei rischi principali associati alle condotte idriche includono:
- Corrosione: le condotte idriche in metallo possono essere soggette alla corrosione a causa dell’esposizione all’acqua, all’aria e ad altri elementi. La corrosione può causare perdite d’acqua e ridurre la durata delle tubature
- Rottura: le condotte idriche possono rompersi a causa dell’usura, della pressione dell’acqua, della deformazione del suolo, dell’instabilità del terreno o di eventi atmosferici come terremoti o alluvioni
- Congelamento: le condotte idriche possono rompersi a causa del congelamento dell’acqua all’interno delle tubazioni durante i periodi di bassa temperatura
- Impatti e scavi: le condotte idriche possono essere danneggiate durante lavori di scavo o da impatti accidentali
- Invecchiamento: le condotte idriche hanno una vita utile limitata e possono diventare fragili e porose con il tempo, il che può causare perdite d’acqua
- Furto di acqua: le condotte idriche possono essere vulnerabili al furto di acqua, che può causare perdite economiche e rischi per la salute pubblica
Per ridurre i rischi associati alle condotte idriche, è importante effettuare controlli regolari e manutenzione, monitorare la pressione dell’acqua, utilizzare materiali di alta qualità e tecnologie innovative.
IoT per gestire le risorse idriche
Possiamo monitorare tutti questi fattori di rischio? Dobbiamo.
Una diagnostica di precisione – abilitata anche da IoT – è indispensabile per prevenire i problemi strutturali e ridurre i costi di manutenzione. Il monitoraggio remoto continuo resta valido perché può aiutare ad identificare tempestivamente la variazione dei parametri di sicurezza e di funzionamento di una condotta, migliorandone l’efficienza.
Uno dei componenti chiave per il monitoraggio di questi fattori può essere quindi rappresentato da una piattaforma di Internet of Things (IoT), che funge da hub centrale per la raccolta dei dati, misure, acquisiti dalla strumentazione installata (monitor), l’analisi dei dati (predict), l’attivazione dei sistemi di sicurezza o di regolazione della pressione ad esempio (control).
Le piattaforme IoT utilizzano spesso l’intelligenza artificiale (AI) e algoritmi di apprendimento automatico per analizzare i dati e identificare modelli e tendenze, e possono quindi aiutare a prevedere con largo anticipo l’insorgere di fenomeni di degrado e prendere decisioni basate sui dati prima di arrivare alla rottura e, quindi, al disservizio e al danno.
In pratica: una piattaforma di smart IoT può mitigare questi rischi fornendo funzionalità avanzate di monitoraggio continuo e analisi dello stato di salute, attraverso:
- Analisi in tempo reale: la piattaforma di IoT permette di raccogliere e analizzare i dati in tempo reale sulle condizioni di una condotta idrica. Parliamo di monitoraggio real-time di parametri come il rumore in condotta, la pressione o cedimenti del terreno.
- Prevenzione dei problemi: i dati raccolti dalla piattaforma di IoT possono essere utilizzati per identificare e prevedere le perdite. L’analisi dei rumori in condotta con il metodo della cross-correlazione delle informazioni acquisite tra due o più logger installati su una condotta serve ad identificare una perdita in corso.
- Monitoraggio remoto: il monitoraggio di una condotta idrica può essere effettuato da remoto tramite la piattaforma di IoT, eliminando la necessità di inviare personale sul posto.
- Migliore decisione basata sui dati: la raccolta e l’analisi dei dati forniti dalla piattaforma di IoT possono aiutare a prendere decisioni informate sulla manutenzione, la gestione e la sicurezza della condotta idrica.
Misurare e monitorare le perdite
La perdita idrica da una tubazione avviene normalmente per una corrosione causata da correnti vaganti, da un cedimento della tubazione di natura fisica, da una scorretta saldatura dei tubi o per errata giunzione fisica degli stessi; la fuoriuscita dell’acqua dal foro creatosi produce per laminazione un rumore che può avere delle diverse caratteristiche qualitative e quantitative dovute a diverse variabili le principali delle quali sono:
- Pressione di esercizio
- Materiale
- Tipo di frattura
- Distanza tra punto di ascolto e perdita
- Ambiente esterno
Allo stato attuale, la ricerca perdite è sperimentata seguendo diverse tipologie di approcci messi in campo da diversi gestori di reti idriche:
- Pre-localizzazione delle perdite idriche, con l’uso del satellite
- Distrettualizzazione
- Ispezione con gas tracciante
- Indagine geofonica
- Metodo acustico
L’analisi acustica può avere una serie di vantaggi che ne fanno un approccio piuttosto diffuso per la manutenzione predittiva. Grazie al suono che un sistema produce, è infatti possibile studiare lo stato dello stesso senza condurre un’ispezione invasiva o addirittura senza che ci sia necessariamente contatto tra l’apparecchio che registra il suono e il sistema da monitorare. Il suono è una vibrazione che si propaga come un’onda acustica, possiede alcune proprietà caratteristiche: la frequenza, ampiezza, velocità (della fase) e direzione.
Il metodo acustico prevede l’utilizzo di più vibrofoni installati lungo la condotta idrica. Il vantaggio è l’applicazione di questa tipologia di sensori senza alcun intervento sulla rete, quindi senza creare disservizio.
Questo metodo ha come obiettivo l’individuazione di perdite su condotte in ghisa e/o plastica, l’identificazione dell’evoluzione, del peggioramento, della rottura con conseguenza sugli sversamenti in falda, l’implementazione di un sistema di soglie dinamiche per la segnalazione delle anomalie a seguito del verificarsi di una perdita, con ottimizzazione dei falsi positivi
Il rumore (frequenza) provocato dalla fuoriuscita di acqua dalla falla si propaga verso la superficie del terreno e lungo il tubo stesso, pertanto il mezzo di propagazione del rumore terreno e tubo sarà fondamentale per la trasmissione qualitativa e quantitativa dello stesso.
La posizione della perdita viene rilevata tramite il metodo della mutua correlazione, ovvero posti due sensori a contatto con la tubazione, conoscendo la lunghezza della tubazione tra i due sensori, il materiale e il diametro della tubazione, il punto di perdita viene individuato utilizzando la differenza dei tempi di ricezione ossia dei tempi impiegati dal segnale acustico a raggiungere i due sensori posti a cavallo del punto di perdita.
Con il metodo della mutua-correlazione è possibile identificare non solo la presenza di perdita ma anche il punto in cui questa è presente con un’approssimazione nell’ordine dei 5 metri.
Empatizzare con gli oggetti grazie all’IoT
Questo approccio che sfrutta l”empatia per gli oggetti’ è la visione che ispira il lavoro di Sensorworks. Sensoworks si occupa di capire – e di aiutare i suoi clienti a capire – lo stato di salute di questi “oggetti”, a partire dall’enorme quantità di dati che comunicano. In questo modo, è possibile prevenire facilmente guasti o problemi.
L’empatia è un processo bidirezionale, implica la comprensione e la risposta ai bisogni dell’altro. Saranno sempre gli esseri umani a dover essere consapevoli delle implicazioni etiche, legali e morali dell’uso della tecnologia, e agire di conseguenza.
Empatizzare con gli oggetti attraverso l’uso della tecnologia può avere un impatto significativo sulla società creando infrastrutture e sistemi più efficienti, affidabili e sostenibili.
fonti:
immagine di copertina: Jouni Rajala via Unsplash
autrice: Barbara Marcotulli
Maker Faire Rome – The European Edition, promossa dalla Camera di Commercio di Roma e organizzata dalla sua Azienda speciale Innova Camera, si impegna da ben nove edizioni a rendere l’innovazione accessibile e fruibile con l’obiettivo di non lasciare indietro nessuno offrendo contenuti e informazioni in un blog sempre aggiornato e ricco di opportunità per curiosi, maker, startup e aziende che vogliono arricchire le proprie conoscenze ed espandere il proprio business, in Italia e all’estero.
Seguici, iscriviti alla nostra newsletter: ti forniremo solo le informazioni giuste per approfondire i temi di tuo interesse
