Il ruolo delle valvole di regolazione nella gestione di acquedotti, possibilità presenti e sviluppi futuri

In recent decades, attention to hydraulic systems has increased considerably. The age of the plants and the poor management of the water resource leads to high losses, with a huge impact both on the environment and on the economy. Focusing particularly on the supply networks, one can easily guess the importance of adequately managing pressures and flow rates. In the case of an excess of injected flow, water is wasted, while if the flow rate is not sufficient, the utilities are not satisfied or the quality of the water can be damaged as groove is set in some sections of the plant. At the same time, high pressures cause fluid leaks and significant stress states, requiring frequent maintenance. Furthermore, dangerous situations can occur due to the overpressure generated and therefore water hammering. For low pressures instead they compromise the correct conveying of the fluid and can even lead to infiltrations in critical points. To avoid these unpleasant cases, they are installed along the valve pipes, different depending on the function required. The choice of the valve to be installed is essential to have a smart management of the network and therefore to avoid criticality of the systems, always guaranteeing the availability required by the users and the quality of the product, minimizing maintenance interventions and reducing costs. Research in this field is increasingly oriented to the design of efficient and low cost regulation valves with a particular eye towards the energy impact. It is precisely in this perspective that GreenValve is introduced, a valve designed and patented by Professor Stefano Malavasi of the Polytechnic of Milan. This valve differs from the others mainly due to its ductility, can regulate any aspect of interest, and for its ability to produce energy through a turbine implanted inside the valve body. Despite the related project the GreenValve is still under development and improvement, this valve is already considered ready to be immersed in the market and then transferred from the laboratory to reality. This thesis has a twofold objective, on the one hand analyzing the GreenValve market so as to be able to compare it with existing products and also be able to identify a price that makes it competitive and on the other to demonstrate through numerical analysis how it is actually an advantage to install a GreenValve on a real network. For the first part, market research was carried out by identifying a leading company in the sector and analyzing all the products and the possibilities it offers. For the second, the network of the Sant’Antonino district (RE) was used to show how passing from the current management, carried out with a common PRV, to GreenValve would obtain considerable advantages in economic terms.

Negli ultimi decenni l’attenzione verso gli impianti idraulici è aumentata notevolmente. L’età datata degli impianti e la pessima gestione della risorsa idrica porta ad elevate perdite, con un ingente impatto sia ambientale che economico. Concentrandosi in modo particolare sulle reti di adduzione si può facilmente intuire l’importanza di gestire adeguatamente pressioni e portata. Nel caso di un eccesso di portata immessa si hanno sprechi di acqua, mentre se la portata non è sufficiente non vengono soddisfatte le utenze o si può danneggiare la qualità dell’acqua in quanto si instaura del moto a canaletta in alcuni tratti dell’impianto. Allo stesso modo pressioni elevate causano perdite di fluido e significativi stati di sforzo, necessitando frequenti manutenzioni. Inoltre si possono avere situazioni pericolose per la tenuta dell’impianto dovuti al generarsi di forti sovrappressioni e quindi colpi d’ariete. Per basse pressioni invece compromettono il corretto convogliamento del fluido e possono portare addirittura ad infiltrazioni in punti critici. Per evitare questi casi spiacevoli vengono installate lungo le condotte delle valvole, diverse a seconda della funzione che si richiede. La scelta della valvola da installare è fondamentale per avere una gestione smart della rete e quindi per evitare criticità agli impianti, garantire sempre la disponibilità richiesta dalle utenze e la qualità del prodotto, minimizzare gli interventi di manutenzione e ridurre i costi. La ricerca in questo campo è sempre più orientata alla progettazione di valvole di regolazione efficienti e di basso costo con un occhio particolare verso l’impatto energetico. Proprio in questa prospettiva si inserisce la GreenValve, valvola ideata e brevettata dal professor Stefano Malavasi del Politecnico di Milano. Questa valvola si differenzia dalle altre principalmente per la sua duttilità, può regolare qualsiasi aspetto interessi, e per la sua capacità di produrre energia attraverso una turbina impiantata all’interno del corpo valvola. Nonostante il progetto relativo la GreenValve è ancora in fase di sviluppo e miglioramento, questa valvola è già ritenuta pronta per essere immersa sul mercato e quindi trasferirsi dal laboratorio alla realtà. Questa tesi ha un duplice obiettivo, da una parte analizzare il mercato relativo alla GreenValve in modo da poterla confrontare con i prodotti già esistenti e poter anche individuare un prezzo che la renda competitiva e dall’altra dimostrare attraverso analisi numeriche come effettivamente sia un vantaggio installare una GreenValve su una rete reale. Nella prima parte è stata effettuata una ricerca di mercato individuando un’azienda leader nel settore e analizzando tutti prodotti e le possibilità che offre. Nella seconda è stata invece utilizzata la rete del distretto di Sant’Antonino (RE) per dimostrare come passando dall’attuale gestione, effettuata con una comune PRV, alla GreenValve si otterrebbero notevoli vantaggi in termini economici.