L’acqua pulita è uno dei bisogni fondamentali dell’umanità e quelli di noi che vivono in le aree urbane di solito ricevono la nostra acqua da una sorta di sistema pubblico centralizzato. La gestione di un sistema idrico è una delle principali responsabilità che ha implicazioni per la salute e la sicurezza pubblica. Nelle aree urbane densamente popolate, una fornitura di acqua pulita e abbondante è una necessità assoluta, non solo per bere, ma anche per i servizi igienico-sanitari e antincendio. E non è solo qualcosa di cui abbiamo bisogno ogni tanto; l’acqua è una necessità costante sia di giorno che di notte, nei fine settimana, nei giorni festivi e in qualsiasi momento intermedio. Quindi, il compito di trovare abbastanza acqua, renderlo sicuro da usare e quindi distribuirlo in modo affidabile ai clienti del sistema quasi senza tempi di inattività è un compito monumentale che richiede molte infrastrutture. E probabilmente il componente più visibile di un sistema idrico pubblico è il serbatoio di stoccaggio sopraelevato, noto anche come torre dell’acqua. Sono Grady e questa è Public Works, la mia serie di video sulle infrastrutture e il mondo creato dall’uomo che ci circonda.

Supponiamo che tu sia il proprietario di un sistema idrico pubblico . Hai trovato una fonte d’acqua in quantità sufficiente per i tuoi clienti, hai trovato un modo per pulirla in modo che sia sicura per loro da usare e ora è il momento di inviare l’acqua per la sua strada. Ci sono alcuni modi in cui possiamo portare l’acqua da un luogo all’altro. Uno di questi è solo portarlo lì. Che sia sul dorso di un animale, su un camion o su una bottiglia nello zaino, trasportiamo fisicamente l’acqua tutto il tempo. Ma di solito non è il modo più efficiente. La prima infrastruttura dedicata al convogliamento dell’acqua è stata il canale aperto. Che si tratti di un fosso, un canale o un acquedotto, l’acqua viene trasportata per gravità, a volte su distanze molto lunghe. Utilizziamo ancora canali aperti per trasportare l’acqua per l’irrigazione e il drenaggio, ma presentano anche alcuni svantaggi. L’acqua è esposta a inquinamento e contaminazione, i canali dividono in due il terreno, rendendo difficile il passaggio, e l’acqua può fluire solo in aree di elevazione inferiore rispetto a dove è iniziata. E quest’ultimo è un grande svantaggio, soprattutto se stai cercando di fornire acqua a un’area con colline o montagne. Quindi la maggior parte dei sistemi idrici pubblici oggi si basa su tubi per la distribuzione.

Il semplice fatto di mettere un tappo su un canale aperto ci consente di sfruttare la pressione per spostare i fluidi dove vogliamo andare. Proprio come gli elettroni in un filo fluiscono da alta a bassa tensione, un fluido in un tubo fluirà da alta a bassa pressione. Quindi, se aumenti la pressione a un’estremità di un tubo, puoi inviare la tua acqua pulita ovunque tu voglia che vada. E come si alza la pressione dell’acqua? Con una pompa. Una pompa è un dispositivo che muove i fluidi. In alcuni casi una pompa solleva letteralmente il fluido a un’elevazione maggiore, ma nella maggior parte dei casi una pompa trasmette energia a un fluido aumentandone la pressione. E le pompe, soprattutto le dimensioni delle pompe che servono intere città, sono costose. Quindi, se hai il compito di scegliere la dimensione della pompa di cui hai bisogno per il tuo sistema idrico pubblico, cosa fai? Forse misuri la quantità di acqua che la città utilizza in un dato giorno e selezioni una pompa che possa corrispondere a quella portata. Vediamo come funzionerebbe.

È mezzanotte nella tua città e la maggior parte dei tuoi clienti dell’acqua sta dormendo. Oltre ai clienti industriali che funzionano 24 ore su 24, 7 giorni su 7, le richieste di acqua sono minime e la tua pompa non ha problemi a soddisfarle. Ma intorno alle 5 del mattino, i sistemi di irrigazione automatizzati iniziano a entrare in azione. Intorno alle 6 del mattino, le persone iniziano a svegliarsi, a fare la doccia, a lavarsi i denti, a cucinare la colazione, tutte cose che richiedono acqua. Non ci vuole molto prima che la richiesta d’acqua superi la capacità della pompa. Quasi subito, la tua nuova pompa non è in grado di soddisfare la tua richiesta di sistema, perché era dimensionata solo per la media. La domanda di acqua nelle grandi aree urbane può variare in modo significativo nel corso di una giornata normale, con la richiesta oraria di punta (di solito al mattino o alla sera) a volte fino a 5 volte la domanda giornaliera media. Quindi, se stai cercando di soddisfare le esigenze idriche dei tuoi clienti utilizzando solo pompe, invece di una sola, potresti aver bisogno di un massimo di cinque pompe (o una pompa enorme che può fare il lavoro di 5). E non solo, dovrai continuamente accendere e spegnere le pompe per soddisfare la domanda variabile, aumentando l’usura della tua attrezzatura. Ed è qui che entra in gioco lo stoccaggio. Aggiungiamo una torre dell’acqua al sistema e riproviamo questo esperimento.

È mezzanotte e la domanda è bassa, ma la pompa è in funzione completamente aperto. Invece dell’acqua che scorre dai clienti, scorre nella tua torre dell’acqua, riempiendo il serbatoio lentamente ma inesorabilmente. Quando arriva il mattino e la domanda inizia ad aumentare, il microinfusore continua a funzionare. Non è in grado di soddisfare la domanda da sola, ma l’acqua immagazzinata nel serbatoio sta facendo la differenza. Tutti i tuoi clienti ricevono l’acqua di cui hanno bisogno.Quando le persone iniziano la giornata, la domanda scende di nuovo al di sotto della media. Ma la pompa continua a funzionare e il flusso extra va nel serbatoio. La domanda inizia di nuovo a salire quando i residenti della città iniziano a cucinare la cena, fare il bagno e annaffiare le piante. Tutto questo consumo extra di acqua drena nuovamente il serbatoio prima che la maggior parte delle persone vada a letto e il ciclo ricomincia.

È abbastanza facile vedere come lo stoccaggio renda più efficiente il sistema idrico . Riduce i picchi e le valli della domanda di acqua non solo sulle pompe ma su tutta l’infrastruttura a monte, compreso l’impianto di trattamento dell’acqua e l’approvvigionamento di acqua grezza. Senza lo stoccaggio, tutte queste strutture dovrebbero essere dimensionate per i picchi di domanda, aumentando il loro costo. Con uno storage sufficiente, le pompe e altre infrastrutture possono essere dimensionate per le esigenze medie, risparmiando non solo sui costi, ma anche sulla complessità, perché non è necessario prevedere i cambiamenti nella domanda e rispondere di conseguenza. A volte quei picchi e quelle valli sono prevedibili, ma a volte non lo sono. Alcune delle maggiori richieste di acqua nelle aree urbane provengono dagli incendi. Senza una forza antincendio e acqua sufficiente per rifornirli, gli incendi possono bruciare senza controllo nelle aree urbane dense. In effetti, molti dei disastri più mortali della storia sono stati gli incendi nelle città prima dei moderni sistemi idrici. Ora la maggior parte dei comuni e dei regolamenti edilizi hanno requisiti minimi per la quantità di acqua che deve essere disponibile per i vigili del fuoco. E avere l’acqua immagazzinata e pronta, come in una torre dell’acqua, fa molto per poter rispondere a un’emergenza.

Potresti pensare, andiamo Grady . Questa non è una novità. Lo storage è la soluzione secolare a qualsiasi situazione in cui l’offerta non corrisponde alla domanda. E, sì, potrebbe non essere niente di straordinario immagazzinare l’acqua in un grande serbatoio. Ma le torri d’acqua non sono solo grandi serbatoi, sono grandi serbatoi rialzati dal suolo. E questo perché le torri dell’acqua non immagazzinano solo l’acqua; immagazzinano anche energia. I sistemi di distribuzione dell’acqua si basano sulla pressione per portare l’acqua dove va. Se ti sei mai fatto la doccia con una bassa pressione dell’acqua, sai quanto può essere frustrante, perché non riesci a togliere abbastanza acqua dal rubinetto. Anche la pressurizzazione di un sistema idrico è importante per la salute pubblica. Senza una pressione sufficiente nei tubi, i contaminanti potrebbero penetrare nel sistema attraverso rubinetti o piccole perdite. La maggior parte dei sistemi idrici riceve la pressione dalle pompe e ci vuole molta energia per mantenerla. Quindi, avere la capacità di immagazzinare non solo l’acqua stessa, ma anche l’energia che le è stata impartita dalle pompe è importante. In alcune zone, dove i costi dell’elettricità variano in base alla domanda, è possibile far funzionare le pompe di notte quando l’elettricità è a buon mercato per riempire la torre dell’acqua. Quindi, lasciare le pompe spente durante il giorno quando l’elettricità è più costosa, consentendo solo alla torre di pressurizzare il sistema e servire i clienti. Anche lo stoccaggio dell’energia in questo modo viene effettuato su scala più ampia per aiutare con l’affidabilità della rete elettrica, ma questo è un argomento per un altro video. Lo stoccaggio elevato è utile anche durante un’interruzione di corrente, poiché mantiene il sistema pressurizzato anche quando le pompe sono fuori servizio.

Ma quanto devono essere elevati? Potresti sapere che la pressione all’interno di uno specchio d’acqua è correlata alla profondità. Più vai in profondità, maggiore è la pressione. Proprio come in una piscina o nell’oceano, un sistema di distribuzione dell’acqua ha la stessa relazione tra profondità e pressione. Capita di essere confinato all’interno di una serie di tubi. Quindi, puoi immaginare un sistema di distribuzione dell’acqua come un oceano virtuale sotto il quale viviamo tutti, e la superficie dell’acqua in serbatoi di stoccaggio elevati rappresenta la superficie dell’oceano virtuale. Immaginare un sistema idrico in questo modo rende facile vedere la sfida di fornire acqua ai clienti alla giusta pressione. Se le nostre città fossero piatte, sarebbe piuttosto semplice. Tutti gli edifici si troverebbero alla stessa profondità nell’oceano virtuale. Ma la maggior parte delle aree ha almeno una certa quantità di rilievo topografico. I clienti a bassa quota si trovano sul fondo dell’oceano virtuale, dove le pressioni possono essere troppo alte. Potresti pensare che questa sia una buona cosa, ma i tubi idraulici e gli elettrodomestici sono classificati solo per determinate pressioni, quindi il superamento di tali valori può causare gravi danni. A volte gli edifici a bassa quota saranno dotati di valvole speciali per ridurre la pressione. I clienti ad altitudini elevate si troveranno vicino alla superficie dell’oceano virtuale, con una pressione dell’acqua molto bassa. Come ho già detto, questo può non solo essere frustrante, ma anche portare alla contaminazione del sistema. Per risolvere questa sfida, molte grandi città mantengono sistemi di distribuzione separati chiamati zone di pressione, ciascuna con la propria torre dell’acqua, per servire i clienti a diverse altezze all’interno della città.

Ma , cosa succede se hai bisogno di servire i clienti a diverse altezze nella stessa posizione?Gli edifici alti, come i grattacieli, possono avere un’adeguata pressione dell’acqua ai piani inferiori, mentre i piani superiori possono salire vicino alla superficie o addirittura sopra l’oceano virtuale nel sistema di distribuzione dell’acqua. Quindi, invece di fare affidamento sulla pressione dell’acqua della città, la maggior parte degli edifici alti utilizza le proprie pompe per fornire acqua ai piani superiori. E alcune città, come New York, richiedono persino che ogni edificio abbia il proprio serbatoio di stoccaggio sopraelevato.

Non tutte le città utilizzano torri d’acqua. Alcuni hanno l’intera fornitura d’acqua a un’altitudine più elevata, riducendo al minimo la necessità di aggiungere pressione al sistema. E a volte ha più senso affidarsi solo alle pompe per mantenere il sistema attivo e funzionante. Dopotutto, le torri dell’acqua non sono economiche, occupano un bel po ‘di spazio e possono consentire all’acqua di ristagnare se non circola abbastanza. Ma, con l’approvvigionamento idrico pubblico, l’affidabilità è fondamentale. Ed è passato molto tempo da quando la gravità è stata messa offline da un temporale, quindi i serbatoi di stoccaggio sopraelevati (in qualche forma o modo) sono sicuramente qui per restare. Grazie per aver guardato e fammi sapere cosa ne pensi!