Una tecnologia satellitare che rivisita una tecnica di scoperta dell’arte dell’Ottocento

La gestione della perdita della risorsa acqua è ora una priorità assoluta per le aziende idriche in Italia, a seguito di una nuova norma entrata in vigore il 1° gennaio 2018. Secondo l’Autorità di Regolazione per Energia, Reti e Ambiente (ARERA), entità indipendente che promuove la concorrenza e l’efficienza in diversi settori di utilità, per le water utilities italiane è ora necessario avere un programma per implementare soluzioni che aiutino a soddisfare la qualità dei livelli di servizio, e la conservazione dell’acqua attraverso il contenimento delle perdite idriche è un macro-indicatore.

In Italia, gli acquedotti denunciano mediamente il 40% di perdita idrica, che rappresenta circa 3,45 miliardi di metri cubi (m3) di acqua persa ogni anno, con un costo per gli utenti di $ 4,74 miliardi o € 5,5 miliardi in mancati guadagni. Le perdite d’acqua possono derivare da una perdita fisica del sistema idrico o da perdite apparenti attribuite a letture dei contatori non accurate o al consumo non autorizzato.

La partnership formata dalla israeliana Utilis Corp., che ha brevettato la tecnologia di ricerca perdite, e 2f Water Venture ha già rappresentato un successo comprovato nel Belpaese, con oltre 20 progetti di prelocalizzazione delle perdite completati che probabilmente beneficeranno di una nuova attenzione del governo impegnato sul tema dell’efficienza idrica. 2f Water Venture, con sede a Padova, distribuisce prodotti innovativi per il mercato del servizio idrico integrato, concentrandosi in particolare sulla prelocalizzazione delle perdite nelle reti di acqua potabile. L’azienda fa parte della rete d’impresa Integrated Watercare Solutions (IWS).

 

Le origini storiche

La metodologia satellitare di rilevazione delle perdite di Utilis utilizza una tecnologia simile a quella utilizzata dagli analisti delle antichità, ma per uno scopo diverso: individuare le perdite di acqua non superficiale nelle condotte idriche. Nel 1870, lo storico Giovanni Morelli pubblicò alcuni dei primi articoli che descrivevano la metodologia utilizzata per attribuire dipinti a determinati artisti. L’utilizzo dell’illuminazione con luce visibile posizionata ad angolo acuto produce ombre che rivelano sottili caratteristiche superficiali che possono essere interpretate. Questo approccio si è evoluto utilizzando la radiazione di diverse lunghezze d’onda per ispezionare le antichità.

Quando un materiale viene illuminato dalla radiazione incidente, parte del flusso viene riflessa e parte penetra nella superficie, a seconda della lunghezza d’onda. La fluorescenza ultravioletta (UV) è stata utilizzata per analizzare i substrati di vernice e i metodi di imaging a infrarossi, grazie alla loro lunghezza d’onda più lunga, sono utilizzati per guardare ulteriormente in profondità, sotto la superficie. La radiazione X mostra un’elevata capacità di penetrazione dei materiali e questa tecnica può anche rilevare le caratteristiche strutturali nelle alterazioni di scultura e pittura. Queste tecniche di rilevamento a distanza non invasive vengono ora utilizzate per sbirciare al di sotto della superficie terrestre per cercare le perdite nelle condutture dell’acqua.

 

Radar satellitare

Nel 2013, Lauren Guy, fondatore di Utilis, ha iniziato a esplorare l’uso delle onde elettromagnetiche per rilevare diversi fenomeni sulla terra, tra cui:

  • Spettro infrarosso per l’analisi del fenotipo della flora;
  • Infrarosso a onde corte per la misurazione della temperatura;
  • Sensori multispettrali per il monitoraggio dell’inquinamento atmosferico.

Le microonde sono il metodo di scelta quando si cerca l’acqua per via della sua sensibilità ai materiali con costanti dielettriche elevate. L’azienda ha sviluppato l’algoritmo utilizzato per interpretare le immagini riflesse dal satellite e successivamente ha creato un prodotto commercialmente disponibile alla fine del 2015, che è stato poi implementato in tutto il mondo.


Fig. 1 – Il grafico sopra mostra i livelli di prestazione e gli obiettivi di miglioramento conseguenti che stabiliscono in modo specifico quanto le water utilities devono ridurre le perdite di acqua in base allo stato corrente del sistema. La designazione della classe di sistema è al centro del grafico e gli obiettivi di rendimento sono nella colonna di destra. Se un impianto idrico ha una perdita di acqua generale e lineare bassa, è nella classe A e deve mantenere questo punteggio in futuro. Se l’utility ha grandi perdite d’acqua, deve ridurre la perdita del 2, 4, 5 o 6% della perdita lineare, secondo la tabella qui sopra.

Utilis utilizza immagini satellitari radar in banda L per identificare le probabili localizzazioni di perdite. Il radar, noto anche come radio detection e ranging, è un sistema di rilevamento di oggetti che utilizza le onde elettromagnetiche nel dominio radio o microonde per determinare il raggio, l’angolo o la velocità degli oggetti. I segnali radar sono fortemente riflessi da materiali con una notevole conduttività elettrica, soprattutto dalla terra bagnata. I segnali radar satellitari illuminano l’area di interesse, e il segnale riflesso viene rimbalzato e raccolto dal satellite. Queste immagini possono essere elaborate per omettere il “rumore” e per separare le differenti tipologie di acqua potabile sotterranea. Il servizio di Utilis è quindi quello di rilevare la conseguenza delle perdite, cioè il terreno umido, al posto della perdita in sé.

Nei progetti di rilevamento delle perdite che utilizzano la metodologia Utilis, il processo inizia quando 2f Water Venture e la water utility cliente identificano l’area di interesse (AOI) che deve essere analizzata dall’immagine satellitare. Il satellite viaggia sulla stessa posizione sulla terra ogni 14 giorni. L’immagine catturata copre un’area di 72 km per 56 km. All’interno di questa AOI si trova il sistema delle condutture dell’acqua da indagare. L’immagine satellitare viene acquisita e analizzata insieme ai dati sui percorsi delle condutture forniti dalle utilities per identificare le possibili posizioni delle perdite (Figura 2).  Il risultato di output è una mappa basata su GIS che mostra i punti di interesse (POI), considerati anche probabili punti di perdita (Figura 3).

 

Fig. 2 – 3 – I dati forniti da Utilis della rete acquedottistica vengono utilizzati insieme alle immagini satellitari (Figura 3) per indicare i punti di interesse (POI) che sono ubicazioni di probabili perdite (Figura 4).

Le squadre di rilevamento perdite vengono quindi inviate sul campo per verificare e localizzare le perdite attraverso le tradizionali metodologie acustiche. Il vantaggio nell’uso di Utilis è che le squadre sul campo sono inviate ad ispezionare specifiche aree in cui ci sono potenziali perdite piuttosto che ispezionare l’intera rete d’acquedotto. Nel 2017, 2F Water Venture ha realizzato 18 progetti, ispezionando oltre 35.000 chilometri di rete idrica. Per il 2018 è previsto il raddoppio del carico di lavoro.

In genere, lavorare con un cliente inizia con un progetto pilota per dimostrare l’efficacia tecnica e la proposta di valore della metodologia per raggiungere obiettivi prefissati. Di solito sono una o due immagini satellitari e successive ispezioni sul campo. Una volta che un progetto pilota ha dimostrato la sua utilità, la water utility entrerà in un contratto di servizio a lungo termine costituito da più immagini su un arco temporale di più anni.

 

I progetti forniscono risultati positivi

I risultati raggiunti da 2f Water Venture in tre progetti con Water Utilities Italiane, sintetizzati nella Tabella 1, si confrontano molto positivamente con altri progetti in tutto il mondo. Utilis ha completato oltre 100 progetti in tutto il mondo dal 2016. Le squadre di rilevamento delle perdite sul campo che utilizzano le preloclizzazioni di Utilis sono in genere in grado di individuare 2-3 perdite al giorno, rispetto alle 5,2 perdite al giorno riscontrate in questo raggruppamento di attività.

 

Water Utility POI investigati Perdite Perdite per POI Giorni lavorati Perdite al giorno POI investigati al giorno
WU1 57 34 0,6 9 3,8 6,3
WU2 61 66 1,08 9 5,5 5,1
WU3 36 26 0,72 8 3,25 4,5
             
Combinati 154 126 0,82 26 4,2 5,9

 

Le tradizionali squadre di ricerca delle perdite sul campo individuano circa 1 perdita trovata per giorno. 2F Water Venture ha ottenuto risultati straordinari in base a questa metrica prestazionale, oltre 2 volte il miglioramento rispetto al rilevamento perdite medio di Utilis e oltre 4 volte il miglioramento rispetto al metodo di ricerca tradizionale. In media, le squadre dirette da Utilis trovano circa 0,6 perdite per indagine sul sito. In alcuni POI non si trovano perdite e in altri POI si possono trovare più perdite. In circa il 10% dei siti identificati da Utilis, si trova infatti più di una perdita all’interno della zona da investigare. In questo gruppo di studio, è stato esibito un alto livello di prestazioni poiché 2f Water Venture ha riscontrato circa 0,9 perdite per visita in loco. Questo risultato è superiore del 50% rispetto alla frequenza tipica rilevata in altri progetti diretti da Utilis.

Il protocollo diretto da Utilis è una combinazione dei POI dell’immagine satellitare e della capacità della squadra sul campo di rilevamento delle perdite da identificare acusticamente e correlare alla perdita prelocalizzata. La mappa dei POI consente alla squadra di campo di concentrare il proprio tempo ed energia su meno del 5% della lunghezza totale del sistema, riducendo al minimo il tempo sul campo e massimizzando le perdite rilevate. Il costo per riparare una perdita è sempre lo stesso, indipendentemente da come viene trovata. Abbassando i costi e il tempo per trovare le perdite si riduce il costo complessivo della ricerca di perdite idriche.

Un componente critico della metodologia diretta da Utilis è che la squadra sul campo segua effettivamente un protocollo di verifica delle perdite focalizzato sulle migliori pratiche. La formazione dei tecnici di ricerca perdite è molto importante, così come lo è l’esperienza nell’uso

della strumentazione di rilevazione acustica. Se i tecnici sul campo hanno una buona esperienza riguardo l’utilizzo della mappa Utilis relativa ai POI e nella gestione dell’attrezzatura per l’ascolto sul campo, il successo nel trovare le perdite aumenta. Dal 2016, le prestazioni di 2f Water Venture in questi tipi di progetti sono migliorate da 0,4 perdite per sito esaminate nel 2016 a 0,8 perdite per POI esaminate finora nel 2018. A volte trovare perdite idriche è più arte che scienza.

 

 

L’articolo originale Remote imaging reaches beyond antiquities è stato scritto da Paul Gagliardo, Senior Technical Fellow a Utilis Corp. e pubblicato sul numero di settembre/ottobre 2018 della rivista statunitense World Water.


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