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Acque sotterranee Archives - Switzerland (IT)
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Monitoraggio affidabile delle acque sotterranee e di superficie in Romania

Monitoraggio affidabile delle acque sotterranee e di superficie in Romania

Serve un sistema di controllo completo con funzioni di allarme per eseguire misure precise del livello dell’acqua, elaborare prognosi affidabili per l’approvvigionamento di acqua potabile e prevedere le alluvioni. Insieme al suo partner MDS Electric Srl, la STS ha realizzato in Romania un sistema completo per la gestione delle acque sotterranee e di superficie.

La Romania ricava gran parte dell’acqua potabile dalle acque di superficie, come il Danubio, e dalle risorse idriche sotterranee. Una corretta gestione delle risorse naturali è,dunque, di grande importanza.

Per garantire la fornitura di acqua potabile e proteggersi dalle alluvioni, il paese ha investito in un’ampia infrastruttura di misurazione idrica.

Immagine 1: punto di misurazione delle acque sotterranee

In collaborazione con il partner rumeno MDS Electric Srl, nel corso degli ultimi anni sono stati installati oltre 700 datalogger e più di 350 sistemi di trasmissione dei dati in tutto il paese – incluse le zone più remote. Per questo motivo si è investito principalmente in strumenti di misura a batteria, che monitorano sia la situazione in tempo reale dei fiumi dell’area del Danubio, sia le risorse idriche sotterranee del paese.

Soluzioni di misura per applicazioni specifiche 

Si tratta di un’impresa complessa: infatti, ogni sonda ad immersione utilizzata e ogni sistema di trasmissione dei dati richiede una diversa valutazione e gestione per soddisfare le proprie condizioni. Tra l’altro, è indispensabile disporre anche di una funzione automatica di allarme nel caso vengano superati i valori limite stabiliti.

Il monitoraggio permanente del livello dell’acqua nei punti di interconnessione importanti per la fornitura dell’acqua potabile, nonché dei fiumi dell’area del Danubio, dipende da una serie di requisiti:

  • una trasmissione dei dati automatica e sicura tramite il protocollo M2M
  • funzione di allarme automatica in caso di superamento dei valori limiti
  • monitoraggio del livello e della temperatura dell’acqua, nonché, in alcuni casi, monitoraggio della temperatura ambientale
  • una soluzione server con funzioni di visualizzazione, valutazione ed elaborazione dei dati rilevati e della banca dati integrata
  • facile installazione e manutenzione
  • servizio clienti locale

Per la realizzazione di questo progetto di vasta portata, la STS ha scelto i registratori di livello DL/N 70 e WMS/GPRS/R/SDI-12 per la misurazione della pressione e della temperatura, o – a seconda delle esigenze – il trasmettitore di dati digitale DTM.OCS.S/N con interfaccia Modbus, per garantire una misurazione del livello dell’acqua altamente precisa con curva caratteristica dello 0,03 % nei punti critici.

In collaborazione con il partner locale MDS Electric Srl, la STS è riuscita a realizzare un unico sistema completo per il monitoraggio del livello delle acque. Ogni area di installazione è stata valutata in loco da esperti della MDS Electric Srl e della STS al fine di installare in ogni singolo punto di misurazione la soluzione più adeguata. Anche la stabilità a lungo termine della tecnologia di misura della pressione impiegata è garantita. Il trasmettitore Modbus DTM.OCS.S/N si distingue per un’eccellente stabilità a lungo termine con un errore totale di meno dello  0,1% annuo. Grazie al basso consumo energetico e al design resistente, questo sensore svolge il suo lavoro per anni sostanzialmente senza bisogno di riparazioni.

Ulteriori vantaggi del DTM.OCS.S/N in sintesi:

  • campo di misura della pressione: 200mbar…25bar
  • curva caratteristica: ≤ ± 0.15 / 0.05 / 0.03% FS
  • temperatura di funzionamento: -40… 85°C
  • temperatura del fluido : -5…80°C
  • interfaccia: RS485 con Modbus RTU (protocollo standard)
  • facile implementazione nel sistema esistente
  • facile regolazione della pendenza della curva e dell’offset
Siti contaminati: per la decontaminazione delle acque sotterranee servono sonde di livello resistenti

Siti contaminati: per la decontaminazione delle acque sotterranee servono sonde di livello resistenti

Che si tratti di vecchie discariche, discariche di carbone, ex siti militari o raffinerie, ciò che resta è il terreno contaminato e questo rappresenta un pericolo per l’uomo e l’ambiente. Per la bonifica di questi posti servono sonde di livello resistenti alle sostanze pericolose aggressive spesso presenti in queste aree.

I siti contaminati non sono caratterizzati solo da alterazioni del terreno nocive per la salute e per l’ambiente. In mancanza di misure di sicurezza (come nel caso delle vecchie discariche) e a seconda delle caratteristiche del terreno, con le piogge le sostanze pericolose penetrano fino a raggiungere le acque sotterrane. In base al tipo di utilizzo è possibile riscontrare una serie di varie sostanze pericolose, tra cui: 

  • composti di metalli pesanti: rame, piombo, cromo, nichel, zinco e arsenico (semimetallo)
  • sostanze organiche: fenoli, oli minerali, benzene, idrocarburi clorurati (CHC), idrocarburi aromatici (IPA)
  • sali: cloruri, solfati, carbonati

La decontaminazione del rifornimento idrico 

Quando si parla di bonifica di siti contaminati, oltre alla pulizia del suolo sono fondamentali anche il controllo e la depurazione delle acque sotterranee. Senza l’utilizzo di sonde di livello affidabili in grado di resistere alle condizioni avverse, tutto questo non è possibile. 

Il processo di decontaminazione si svolge solitamente come segue: le acque sotterranee contaminate vengono pompate in superficie e trattate. L’acqua di risciacquo filtrata ottenuta viene quindi restituita alla fonte di contaminazione. Per fare in modo che l’acqua di risciacquo non fluisca verso uno dei siti non a contatto con la fonte di contaminazione, si utilizzano impianti idraulici attivi per l’infiltrazione sicura. L’acqua viene versata nel terreno tramite vari pozzi durante il vero e proprio processo di decontaminazione. Le condizioni di pressione che si generano formano, per così dire, una barriera facendo in modo che l’acqua di risciacquo confluisca nella fonte di contaminazione. Per guidare e monitorare questo processo servono delle sonde di livello. 

Immagine 1: svolgimento di un processo di decontaminazione

Naturalmente, le sonde di livello sono utilizzate anche al termine dei lavori di bonifica. Dopo la fine dei lavori, infatti, i siti in questione vengono monitorati ancora per molto tempo al fine di verificare eventuali cambiamenti evidenti del livello dell’acqua o della direzione del flusso. 

Inoltre, le sonde di livello sono naturalmente utilizzate anche in caso di applicazioni attive potenzialmente dannose per l’ambiente. Le discariche recenti sono costruite come una piscina impermeabile. Il livello dell’acqua sotto la discarica viene abbassato in modo che, in caso di perdite, l’acqua non possa finire nelle aree adiacenti. Anche qui occorre monitorare i rispettivi livelli d’acqua tramite le sonde di livello.  

Sonde di livello in acque contaminate: requisiti elevati 

Gli utenti che operano nel settore delle bonifiche dei siti contaminati devono procedere molto attentamente nella scelta della sonda di livello adatta. A causa del numero elevato di sostanze che possono essere disciolte in acqua, non esiste una soluzione che funzioni in modo affidabile per ogni situazione. Occorre considerare diversi aspetti che illustriamo brevemente qui di seguito: 

I materiali 

Corpo esterno 

Nella maggior parte delle applicazioni un acciaio inossidabile di buona qualità, come quello utilizzato dalla STS, è sufficiente a proteggere la cella di misura dalle sostanze aggressive. Se c’è contatto con acqua salata bisogna optare per un corpo in titanio. Nel caso in cui si prevedono effetti galvanici occorre scegliere una sonda di livello in PVDF.

Immagine 1: sonda di livello ATM/NC resistente chimicamente con corpo esterno in PVDF

Cavo della sonda 

Molto più critica della scelta di un corpo esterno adeguato è – secondo la nostra esperienza – la scelta del cavo della sonda. Per via dei processi di diffusione striscianti, il processo di deterioramento non risulta subito evidente. Spesso, anche in presenza di danni, dall’esterno non è possibile accorgersene. Pertanto, occorre prestare particolare attenzione quando si consultano le tabelle di resistenza: solitamente, infatti, riportano poche informazioni sui cavi delle sonde. Al centro di un cavo della sonda si trova un piccolo tubo di aerazione che serve per la compensazione della pressione relativa. Se il materiale del cavo non è resistente al cento per cento, gli elementi possono diffondersi attraverso la guaina del cavo e raggiungere il chip del sensore tramite il foro di aereazione. 

A seconda dei materiali previsti, gli utenti della STS possono ricorrere a cavi in PE, PUR o FEP. Quest’ultimo può essere impiegato anche in caso di temperature molto elevate fino a 110 °C.  

L’installazione 

Posa dei cavi 

Le vecchie discariche o i siti industriali sono ambienti difficili. Non sono solo le sostanze pericolose a compromettere la funzionalità delle sonde di livello impiegate. È necessario stare attenti che il rivestimento del cavo non venga danneggiato da carichi meccanici (ad es. detriti). Inoltre, anche i punti di sfregamento e piegatura devono essere evitati. Si consiglia dunque l’uso di speciali rivestimenti protettivi, come quelli offerti anche dalla STS. 

Serracavo 

La resistenza alla compressione delle sonde di livello varia da produttore a produttore. Di standard tutte le sonde della STS sono resistenti alla compressione fino a 250 metri e fino a questa profondità il cavo è progettato anche per i normali carichi della trazione. Tuttavia, in caso di condizioni di installazione difficili, gli utenti devono prendere in considerazione l’uso di un serracavo. 

Fissaggio 

In caso di utilizzo in acqua corrente o in serbatoi con agitatori, la sonda può essere fornita o di un filetto G ½ all’uscita del cavo (montaggio su tubo) o di un raccordo a compressione (15 mm). 

Protezione contro le esplosioni 

Nelle applicazioni in cui sono previste diverse sostanze pericolose, è indispensabile prestare attenzione anche alla protezione contro le esplosioni. Informazioni a tal riguardo sono fornite dalla direttiva ATEX relativa agli standard internazionali.

Misura della pressione idrostatica con le sonde di livello piezoresistive

Misura della pressione idrostatica con le sonde di livello piezoresistive

Donatore di vita, elemento di distruzione o semplicemente bevuta rinfrescante in estate, l’elemento acqua determina la vita quotidiana sulla Terra in molti modi. A causa della sua importanza è essenziale un monitoraggio sicuro di questo elemento.

Quello che non può essere misurato, non può neanche essere gestito in modo efficiente. Dalla fornitura di acqua dolce, passando per il trattamento e lo stoccaggio dell’acqua potabile, la misurazione del consumo d’acqua, il trattamento delle acque reflue fino all’idrometria, senza dei parametri di ingresso corretti non è possibile eleborarla e pianificarla in modo efficiente. Per comprendere la complessa infrastruttura idrometrica odierna sono disponibili una serie di strumenti e processi. Un classico della misura del livello dell’acqua è sicuramente l’idrometro per cui bisogna applicare un’accuratezza del +/- 1 cm e che, naturalmente, funziona ancora completamento in modo “analogico”: deve, dunque, essere ispezionato visivamente e senza la possibilità di trasmettere elettronicamente i dati. Una trasmissione da remoto dei dati misurati è resa oggi disponibile da strumenti molto più avanzati e precisi: le sonde di pressione piezoresistive per la misurazione del livello nelle acque sotterranee e di superficie. 

Misura del livello con i sensori di pressione 

I sensori di pressione per la misura del livello vengono installati sul fondo dell’acqua da monitorare. Generalmente, al contrario degli idrometri, non è possibile ispezionarli senza bagnarsi, ma questo non è affatto necessario. Le sonde di livello piezoresistive, infatti, sono state sviluppate per soddisfare le esigenze di oggi in termini di automatizzazione e controllo dei processi. Tra queste rientra ovviamente il poter misurare i livelli delle acque senza l’intervento dell’uomo, cosa che permette in primo luogo un monitoraggio continuo in luoghi difficili da raggiungere. 

Le sonde di livello idrostatico rilevano la pressione idrostatica sul fondo dell’acqua. La pressione idrostatica è proporzionale all’altezza della colonna del liquido e, inoltre, è dipendente dalla densità del liquido e dalla forza di gravità. Secondo il principio di Pascal si ha così la seguente formula di calcolo: 

p(h) = ρ * g * h + p0 

p(h) = pressione idrostatica

ρ = densità del liquido

g = accelerazione terreste

h = altezza della colonna del liquido

 

Considerazioni importanti per un monitoraggio del livello di riempimento senza difficoltà 

Poiché le sonde di livello piezoresistive sono posizionate sul fondo dell’acqua, sono protette dalle influenze in superficie. Né la schiuma, né i detriti possono influenzare le misurazioni. Naturalmente le sonde devono essere adatte alle condizioni previste sott’acqua. In acqua salata, ad esempio, è preferibile una sonda di livello con corpo in titanio. Se si prevede l’effetto galvanico la scelta migliore è uno strumento di misura in PVDF. Nella maggior parte delle acque dolci è più che sufficiente un acciaio inossidabile di alta qualità. Inoltre, è indispensabile una messa a terra delle sonde di livello sufficiente per prevenire, ad esempio, i danni derivati dai fulmini (per saperne di più leggi qui). 

Le sonde di livello moderne: tutti i dati in un unico dispositivo 

Le sonde di livello piezoresistive possono essere impiegate per il monitoraggio del livello di riempimento in acque aperte come i laghi, nelle falde freatiche, così come nei serbatoi chiusi. Quando si tratta di acque aperte, si lavora con sonde di pressione relativa. Con questi dispositivi la compensazione della pressione atmosferica avviene tramite un capillare all’interno del cavo della sonda di pressione. Nei serbatoi si utilizza solitamente un sensore di pressione differenziale, poiché bisogna considerare lo strato di gas che preme sul liquido. 

Dal momento che le sonde di livello piezoresistive svolgono il proprio compito fondamentalmente in modo autonomo e possono essere ottimizzate anche per pressioni molto elevate, è possibile effettuare misurazioni in profondità molto basse. Teoricamente non ci sono quasi limiti di profondità, se non che il cavo della sonda di pressione deve essere sufficientemente lungo.

Immagine 1: esempi di sonde di livello per la misurazione della pressione idrostatica

A parte il fatto che non ci sono quasi limiti per quanto riguarda la profondità, questi strumenti di misura moderni sono anche estremamente versatili. In fin dei conti non è solo il livello delle acque ad essere di interesse per l’uomo. Quando si parla di monitoraggio delle acque freatiche è di grande importanza anche la qualità dell’acqua. La purezza di un serbatoio di acque sotterranee può ad esempio essere calcolato anche tramite la sua conducibilità: minore è la conducibilità, più pura è l’acqua (per saperne di più leggi qui). Oltre ai sensori di conducibilità, oggi le sonde di livello sono disponibili anche con la misurazione della temperatura integrata. In questo modo le sonde di livello piezoresistive permettono una vasta gamma di compiti di monitoraggio e nella maggioranza dei casi sono senza dubbio da preferire agli idrometri.

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