Monitoraggio affidabile del livello di riempimento nel l’industria carbonifera

Monitoraggio affidabile del livello di riempimento nel l’industria carbonifera

Le miniere sotterranee e le miniere a cielo aperto sono conosciute per le loro difficili condizioni di lavoro. Questo vale anche per la tecnologia adottata. Occorrono, pertanto, strumenti di misurazione resistenti e affidabili per monitorare il livello delle acque freatiche.

In Australia si trova il dieci percento dei depositi di carbone di tutto il mondo. In qualità di principali esportatori di carbone l’industria carbonifera è uno dei settori economici più importanti del continente. L’estrazione della materia prima, però, non è priva di pericoli. I gestori di una miniera a cielo aperto dell’Australia si sono rivolti alla STS alla ricerca di un trasmettitore di pressione per il monitoraggio del livello di riempimento fino a 400 metri di profondità.

Le operazioni minerarie hanno un forte impatto sulle acque freatiche. Le falde acquifere presenti nelle vicinanze delle miniere di carbone si prosciugano,con conseguente abbassamento del cono di depressione. Tale abbassamento modifica le naturali condizioni idrologiche sotterranee, dando luogo a percorsi con minor resistenza. Il risultato è che l’acqua penetra nella miniera a cielo aperto e nei lavori in sotterraneo. Per questo motivo l’acqua che scorre ininterrottamente deve essere pompata via dagli scavi di continuo al fine di garantire un’estrazione facile e sicura della materia prima.

Per monitorare il livello della falda freatica e controllare le pompe impiegate per il drenaggio dell’acqua, i gestori della miniera hanno avuto bisogno di un trasmettitore di pressione per il monitoraggio del livello di riempimento che rispondesse alle loro esigenze. Era richiesto un campo di misurazione della pressione da 0 fino a 40 bar (400 mH2O) di pressione ambientale, nonché un cavo lungo 400 metri. La soluzione fino a quel momento offerta dalla STS, l’ATM.ECO/N/EX, arrivava però solo fino a 25 bar e la lunghezza del cavo era di 250 metri.

Dal momento che la STS è specializzata in soluzioni per la misurazione della pressione personalizzate per il cliente, non si è trattato di una sfida insormontabile. Prontamente è stato sviluppato il trasmettitore di pressione a sicurezza intrinseca per il livello di riempimento ATM.1ST/N/Ex, che rispecchia esattamente i requisiti di pressione ed è dotato di un cavo in teflon lungo 400 metri. Anche la precisione convince con il suo 0,1 percento. Per lo sviluppo del nuovo trasmettitore di pressione la STS ha scelto un cavo in teflon per un pressa cavo sigillato e un tubo di ventilazione aperto (il PUR sarebbe troppo flessibile per questo utilizzo). Inoltre si può avvitare un peso di bilanciamento per garantire una posizione di misurazione dritta e stabile. L’ancoraggio del cavo in acciaio inossidabile, anch’esso avvitabile, aiuta a scaricare la tensione sul cavo elettrico. Il dispositivo, come già rivela il nome, dispone della certificazione EX per l’impiego in aree a rischio esplosione.

L’ATM.1ST/N/Ex con ancoraggio del cavo (a sinistra) e peso di bilanciamento (a destra), entrambi avvitabili.

 In qualità di esperti in trasmettitori di pressione personalizzati, la STS è stata in grado di consegnare l’ATM.1ST/N/Ex in meno di tre settimane. 

Le caratteristiche dell’ATM.1ST/N/Ex in breve: 

  • Campo di misurazione della pressione: 1…250 mH2O
  • Curva caratteristica: ≤ ± 0.1 % FS
  • Errore totale: ≤ ± 0.30 %FS (-5…50 °C)
  • Temperatura di funzionamento: -5…80 °C
  • Temperatura del fluido: -5…80 °C
  • Segnale di uscita: 4…20 mA
  • Materiali: acciaio inossidabile, titanio
  • Compensazione elettronica
  • Disponibile qualsiasi collegamento di processo
Progetto di ricerca DeichSCHUTZ per la protezione delle dighe: misurazioni attendibili per fiumi asciutti

Progetto di ricerca DeichSCHUTZ per la protezione delle dighe: misurazioni attendibili per fiumi asciutti

Quando si verificano delle forti inondazioni le speranze delle persone interessate sono rivolte alle dighe: se reggeranno o meno. Una rottura delle dighe come quella verificatasi durante l’alluvione del 2013 a Fischbeck (Sassonia-Anhalt) ha causato enormi danni nelle zone interne del paese che ancora oggi persistono. DeichSCHUTZ, il progetto di ricerca in corso presso l’Università di Brema, si occupa di un innovativo sistema di protezione delle dighe che potrebbe evitare cedimenti di questo genere.

Nella sola Germania, le dighe proteggono le aree vicine ai fiumi per migliaia di chilometri. Secondo l’attuale livello tecnologico le dighe vengono costruite con tre zone. Le singole zone vengono costantemente realizzate con crescente permeabilità dal lato dell’acqua verso il lato a contatto con il terreno, offrendo in questo modo un buon drenaggio del corpo della diga durante un evento alluvionale. Tuttavia, in Germania ci sono ancora tante dighe vecchie realizzate con struttura omogenea, come la diga di Fischbeck che ha ceduto nel giugno del 2013 con l’esondazione dell’Elba. A differenza delle dighe a 3 zone, le dighe costruite con il vecchio sistema sono particolarmente cedevoli nel caso di piene di lunga durata. S’infiltra l’acqua negli argini e il livello freatico continua ad aumentare nel corpo della diga con il perdurare del ristagno dell’acqua. Più il livello freatico cresce, più materiale del letto del fiume si trova sotto carico. In questo modo la diga perde il peso necessario a contrastare la pressione dell’acqua. 

La stabilizzazione di una diga a rischio cedimento richiede un dispendio di materiali e di personale enorme, richiede inoltre tempo, cosa che manca in caso di inondazioni.Sono pertanto necessarie procedure di sicurezza efficaci in termini di impiego di personale, materiali e tempo, come l’impiego di sacchi di sabbia ai lati interni della diga. 

Innovativo sistema mobile di protezione delle dighe

Christopher Massolle dell’istituto di ingegneria idraulica dell’Hochschule di Brema ha sviluppato una soluzione in grado di ridurre significativamente l’impiego di tempo e di persone. Con il progetto di ricerca DeichSCHUTZ promosso dal Ministero federale tedesco per l’Istruzione e la Ricerca (BMBF) stanno lavorando ad un innovativo sistema mobile di protezione delle dighe per stabilizzare le dighe durante eventi alluvionali. In questo progetto viene impiegata anche la tecnica di misurazione della STS. 

Per collaudare il sistema mobile di protezione delle dighe è stata costruita una diga di prova nell’area della scuola tecnicaTHW a Hoya (Bassa Sassonia). È stato realizzato un bacino a forma di U con una capacità di 550 metri cubi di acqua,alla cui fine si trova una diga:

Come si può vedere dal video, sul lato sinistro della diga sono stati inseriti diversi tubi. In questi tubi si trovano sonde di livello di precisione ATM/N della STS. Nel progetto sperimentale il bacino è stato riempito con acque sotterranee. In condizioni realistiche l’acqua sale ad un’altezza di 3 metri entro 30 ore. Durante questo intervallo di tempo le sonde di livello ATM/N misurano l’evoluzione del livello freatico. Grazie ad un campo di misura della pressione da 1 a 250 mH2O su un errore totale di ≤ ± 0.30%FS (-5 fino a 50°C) il tutto avviene con una precisione al centimetro. Una volta che il livello freatico non aumenta ulteriormente, sull’argine sul lato dell’acqua viene installato il sistema mobile di protezione delle dighe per impedire un’ulteriore penetrazione delle acque freatiche. Il corpo della diga continua a prosciugarsi e l’entità della conseguente modifica della falda freatica viene misurata con le sonde di livello impiegate. Con i risultati delle misurazioni ottenuti è dunque possibile controllare la funzionalità del sistema di protezione.

Utilizzo della geomorfometria per le analisi idro-geomorfologiche in un bacino di ricerca del Mediterraneo

Utilizzo della geomorfometria per le analisi idro-geomorfologiche in un bacino di ricerca del Mediterraneo

Sommario

Lo scopo di questo articolo è applicare una procedura geomorfometrica object-based per definire le aree che contribuiscono al deflusso delle acque e sostenere un’analisi idro-geomorfologica su un bacino di ricerca di 3-km2 del Mediterraneo (Italia meridionale).

Con un’attività di monitoraggio durata tre anni sono stati raccolti e registrati dati sulla portata e sulla conducibilità elettrica su base quotidiana e sub-oraria. Le analisi chimografiche sui della Hydro 10 hanno rivelato una forte risposta idrologia stagionale nel bacino, diversa da quella dei temporali che si verificano nei periodi di piogge e di siccità. Queste analisi ci hanno permesso di definire i segni idro-chimografici distintivi legati ad un aumento della portata delle inondazioni, cosa che coinvolge progressivamente vari componenti di deflusso (flusso di base, flusso sommerso e flusso superficiale) e una crescente area che contribuisce al deflusso. Indagini sul campo e misurazioni della falda acquifera/del deflusso delle acque effettuate durante un evento temporalesco selezionato ci hanno permesso di identificare e mappare 15 specifiche aree fonte di deflusso con unità geomorfologiche omogenee, precedentemente definite come tipi idro-geomorfi (punti di primavera, infiltrazioni diffuse lungo il canale principale, infiltrazioni lungo i corridoi ripariali, deflusso diffuso dai versanti ed estrazione concentrata dalle cavità colluviali). Seguendo le procedure precedentemente proposte e utilizzate dagli autori per eseguire una mappatura geomorfologica object-based, sono state effettuate una segmentazione idro-geomorfologicamente orientata ed una classificazione con un pacchetto eCognition (Trimble, Inc). La migliore concordanza con la mappatura geomorfologica expert-based è stata ottenuta con profilo ponderato e somma di curvatura piana di 20 ad intervalli di diverse dimensioni. Unendo l’analisi-idrochimica e la mappatura degli idro-geomorfotipi object-based, la variabilità delle aree di contribuzione è stata modellata graficamente per l’evento selezionato verificatosi durante la stagione di piogge, utilizzando i valori di registro sull’accumulazione del flusso che meglio si adattano alle aree di contribuzione. I risultati ci hanno permesso di indentificare il componente di deflusso sull’idro-chimografo per ogni passaggio di tempo e di calcolare un contributo di deflusso specifico da ogni idro-geomorfotipo. Potrebbe essere utile applicare questo tipo di approccio ai 25 bacini simili dell’Ecoregione Mediterraneo costituiti da zone dominate da piogge, zone con foreste e zone non carsiche.

Leggi l’intera ricerca di studio

Source: Domenico Guida1, Albina Cuomo (1), Vincenzo Palmieri (2)
(1) Department of Civil Engineering, University of Salerno, Fisciano, 84084, Italy
(2) ARCADIS, Agency for Soil Defense of the Campania Region, 5 Naples, Italy

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
Prevedere i rischi naturali: misura del livello dei laghi glaciali

Prevedere i rischi naturali: misura del livello dei laghi glaciali

I ghiacciai delle Alpi sono in continuo cambiamento. Con lo scioglimento dei ghiacciai che si verifica in primavera e in estate, possono crearsi dei laghi di cui bisogna monitorare costantemente il livello per poter individuare in tempo un’inondazione. Questo richiede sensori di pressione, sonde di livello e data logger affidabili.

L’azienda svizzera Geopraevent, attiva a livello internazionale,sviluppa, installa e gestisce sistemi di allarme e monitoraggio di elevata qualità per diversi rischi naturali, tra cui valanghe, frane e inondazioni. Gli impianti sono progettati e realizzati individualmente a seconda del compito e delle condizioni locali. Attualmente sono operativi in tutto il mondo più di 60 sistemi di allarme e monitoraggio. Quando si tratta di catastrofi naturali, date le conseguenze potenzialmente gravi, non ci sono margini di errore: la tecnologia utilizzata deve funzionare per anni in modo stabile. Per questo motivo, ogni sistema è collegato ai server della Geopraevent per garantirne un corretto funzionamento. 

Misura del livello dei laghi glaciali della Plaine Morte 

Questo vale anche per l’impianto commissionato nel 2011 per il monitoraggio del ghiacciaio della Plaine Morte nelle Alpi Bernesi. In primavera, non appena le temperature si innalzano, il ghiacciaio comincia a sciogliersi (vedi il video). Dall’acqua di scioglimento si formano ogni anno tre laghi (il lago Faverges, Vatseret e Strubel), che continuano a crescere nei mesi estivi per poi di nuovo svuotarsi.

Il pericolo per il vicino comune di Lenk, che ha commissionato il progetto, deriva principalmente dal lago Faverges. Come gli altri due laghi, questo lago esiste solo nelle stagioni più calde dell’anno. Dopo la sua puntuale formazione annuale derivata dallo scioglimento della neve e del ghiacciaio, nei mesi successivi l’acqua si riscalda e cerca uno sbocco attraverso il ghiaccio. A poco a poco, questo canale di deflusso si scioglie a sua volta, il che significa che la portata aumenta costantemente. Nell’agosto 2014, ad esempio, 20 metri cubi di acqua al secondo si sono riversati sul Trüebach in direzione Lenk. Dopo che il lago glaciale si svuota, il ciclo ricomincia la primavera successiva con l’inizio del disgelo. 

Per prevedere l’inondazione del lago glaciale e mettere in atto le dovute misure di protezione, è stato installato un sistema di monitoraggio da parte della Geopraevent in grado di fornire un preallarme di uno o due giorni. Per realizzare questo progetto si è ricorso anche alla tecnologia dei sensori della STS per via, tra l’altro, delle eccezionali caratteristiche in termini di stabilità a lungo termine. 

Allarme di inondazione del lago glaciale tramite SMS 

Per riuscire a valutare costantemente il pericolo derivato dai laghi glaciali in modo realistico, sono state installate in tutto quattro stazioni di misura : una in ognuno dei tre laghi e una nel Trüebach, dove l’acqua scorre verso il comune di Lenk in caso di svuotamento del lago. 

Il livello dell’acqua dei tre laghi glaciali viene monitorato mediante sensori di pressione. Per farlo gli strumenti di misura sono stati immersi con un elicottero nel punto più profondo di ciascun lago. Le sonde di livello ATM/N/T sono collegate con un cavo ai datalogger fissati su un rialzo. I datalogger impiegati in questo caso sono alimentati a energia solare. I dati raccolti vengono trasmessi alla Geopraevent tramite rete radiomobile. Se il data logger trasmette livelli dell’acqua in calo, è un chiaro segno che il lago in questione si sta svuotando.

Stazione di misurazione sul ghiacciaio Plaine Morte (Immagine: Geopraevent)

In aggiunta alla misura del livello del lago, un radar monitora il riempimento del Trüebach. Questa stazione di misura supplementare serve a verificare se effettivamente il lago glaciale si sta svuotando in direzione del paese. Poiché il Trüebach si sviluppa lungo una gola, il radar di misura del livello, anch’esso collegato mediante un cavo a un data logger, è fissato a una corda d’acciaio tesa sopra la gola. 

Non appena nei laghi e nel Trüebach si registrano dati inferiori o superiori ai valori limite prefissati, i responsabili per il comune di Lenk vengono automaticamente informati con un SMS e possono così avviare le misure necessarie per proteggere il paese dall’inondazione.

Iscriviti alla nostraNewsletter

Iscriviti alla nostra mailing List per ricevere le ultime notizie e gli aggiornamenti dal nostro team.

Ti sei iscritto con successo!