Progettazione di cisterne per l'acqua potabile

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Aggiornato - 10 dicembre 2025

La progettazione di cisterne per l'acqua potabile comporta diversi fattori fisici che devono essere presi in considerazione se si vuole ottenere la qualità dell'acqua potabile e la capacità di pompaggio desiderate con il minor sforzo possibile.

Analisi dell'acqua e valori limite

In primo luogo, deve essere effettuata un'analisi di laboratorio di ciascuna fonte idrica, attraverso la quale i valori dell'acqua vengono confrontati con i valori limite applicabili, al fine di poter adottare misure specifiche per rispettarli, se necessario:

• Acrilammide 0,10 μg/l
• Antimonio 10 μg/l
• Arsenico 10 μg/l
• Benzene 1,0 μg/l
• Benzo(a)pirene 0,010 μg/l
• Bisfenolo A 2,5 μg/l
• Boro 1,5 mg/l
• Bromato 10 μg/l
• Cadmio 5,0 μg/l
• Clorato 0,25 mg/l
• Clorito 0,25 mg/l
• Cromo 25 μg/l
• Rame 2,0 mg/l
• Cianuro 50 μg/l
• 1,2-dicloroetano 3,0 μg/l
• Epicloroidrina 0,10 μg/l
• Fluoruro 1,5 mg/l
• Acidi aloacetici (HAA) 60 μg/l
• Piombo 5 μg/l
• Mercurio 1,0 μg/l
• Microcistina-LR 1,0 μg/l
• Nichel 20 μg/l
• Nitrato 50 mg/l
• Nitrito 0,50 mg/l
• Pesticidi 0,10 μg/l
• Pesticidi totali 0,50 μg/l
• PFAS totali 0,50 μg/l
• Somma di PFAS 0,10 μg/l
• Idrocarburi policiclici aromatici 0,10 μg/l
• Selenio 20 μg/l
• Tetracloroetene e tricloroetene 10 μg/l
• Trialometani totali 100 μg/l
• Uranio 30 μg/l
• Cloruro di vinile 0,50 μg/l

Durezza dell'acqua

La durezza dell'acqua rappresenta il contenuto di carbonato di calcio (CaCO₃) in mmol/l, ppm O mg/l (1 mmol/l = 1 ppm/l = 1 mg/l) Ioni alcalino-terrosi secondo il sistema internazionale di unità di misura SI (Sistema Internazionale di Unità), indicato anche in °dH (la durezza tedesca 1 °dH corrisponde a 0,1783 mml/l).

• acqua dolce -> meno di 8,4 °dH, corrispondente a meno di 1,5 mmoll
• medio -> 8,4 ... 14 °dH, corrispondenti a 1,5 ... 2,5 mmol/l
• Acqua dura -> superiore a 14 °dH, corrispondente a più di 2,5 mmol/l

La durezza dell'acqua si riflette, tra l'altro, nei depositi di calcare nelle tubature, sulle superfici bagnate dall'acqua e nel consumo di una maggiore quantità di detersivo quanto più l'acqua è calcarea, cioè più dura.

Addolcimento dell'acqua

L'addolcimento dell'acqua può essere effettuato in due modi: 

• Scambiatore di ioni (in questo caso, l'acqua viene fatta passare attraverso un filtro a resina saturo di ioni di sodio, in cui gli ioni di calcio e magnesio disciolti nell'acqua vengono scambiati con gli ioni di sodio della resina.
  A seconda della portata, gli scambiatori di ioni prima o poi si saturano di ioni calcio e magnesio e devono essere risciacquati e rigenerati con una soluzione salina comune altamente concentrata (NaCl). In questo modo possono assorbire nuovamente gli ioni di calcio e magnesio e rilasciare di conseguenza gli ioni di sodio.
  A seconda del volume di produzione, tali sistemi richiedono grandi quantità nel corso di un anno. Tipo EN 973 Un sale certificato di elevata purezza con una purezza superiore al 99,5 %.
  Lo svantaggio è l'arricchimento dell'acqua con sodio, che contrasta con l'idea di acqua potabile „a basso contenuto di sodio“. E, naturalmente, i costi ricorrenti per il sale di rigenerazione e i relativi costi di manutenzione.
• Osmosi inversa, pressando l'acqua ad alta pressione attraverso pori filtranti di 0,00001 µm. Lo svantaggio, tuttavia, è che l'acqua risultante non contiene più minerali e deve quindi essere rimineralizzata per essere utilizzabile dall'organismo umano.
  Gli svantaggi sono i costi ricorrenti per la membrana osmotica (cartuccia filtrante) e l„“acqua" prodotta durante l'osmosi inversa, che può arrivare fino a 50% di consumo idrico aggiuntivo.
• Distillazione, che si traduce in un'acqua priva di contenuto minerale e quindi controproducente per la salute umana.
  Un ulteriore svantaggio è rappresentato dall'elevato consumo energetico.
• Cristallizzazione dei semi, in cui un catalizzatore (riempito di microsfere di ceramica o polimero appositamente rivestite a cui si agganciano e cristallizzano ioni di calcio e carbonato) converte la calcite che causa i depositi di calcare in cristalli di aragonite aghiformi che non aderiscono più.
  L'acqua contiene ancora tutti i minerali, compreso il „calcare“ sotto forma di cristalli di aragonite).
  Quest'acqua può essere completamente utilizzata dall'organismo.
  Questi dispositivi hanno una durata di vita di oltre dieci anni, a seconda della portata e del dimensionamento. Vengono inseriti nella linea di alimentazione principale della rete idrica domestica dopo il contatore dell'acqua.
  

Tecnologie di cristallizzazione dei semi

La durezza dell'acqua non cambia con nessuna delle seguenti tecnologie. Tuttavia, i depositi di calcare si riducono notevolmente, poiché il CaCO₃ è già legato in micro o finissimi nanocristalli stabili.

TAC

Cristallizzazione assistita da modelli - Il supporto del nucleo di cristallizzazione è un mezzo solido, ad esempio una resina o un granulato. Su di essi si formano cristalli di carbonato di calcio al passaggio dell'acqua, che si staccano immediatamente dal supporto e vengono trasportati via con l'acqua.
Ideale per basse portate, poiché la formazione di microcristalli richiede più tempo rispetto ai nanocristalli nel processo NAC.

NAC

Cristallizzazione assistita da nucleazione - è sostanzialmente identico al processo TAC, ma qui si producono nano-cristalli anziché microcristalli. Ciò significa che il numero di particelle è maggiore e i cristalli più piccoli.
Ciò è vantaggioso se è richiesta una portata elevata, poiché il tempo di contatto con il fluido è quindi più breve e la formazione dei cristalli è più rapida rispetto al processo TAC grazie al sistema.

MAC

Cristallizzazione assistita dai media - riassume entrambi i processi, TAC e NAC, sotto un unico termine. Il termine MAC viene solitamente utilizzato quando vengono impiegate tecnologie proprietarie che differiscono dalle normali tecnologie di processo TAC/NAC.

Fornitore di sistemi con cristallizzazione del seme

Come sempre, è importante separare il grano dalla pula, ovvero quale produttore non solo dichiara, ma anche dimostra il funzionamento dei suoi prodotti con i relativi certificati di centri di prova e/o studi indipendenti.

Come già accennato, il tempo di contatto dell'acqua che scorre è funzionalmente significativo, per cui le schede tecniche dei singoli prodotti devono essere valutate separatamente rispetto a questo criterio e il sistema complessivo deve essere adattato di conseguenza.

In questo caso si distinguono positivamente i seguenti produttori:

• ScalaStop - support@scalestopplus.com
  Test indipendenti del Università statale dell'Arizona e DVGW (W512 del 2013) dimostrano l'efficacia con 99% in ogni caso
• Tecnologia dell'acqua - info@watertechgroup.com
  pubblicizza il suo prodotto A prova di scala con un'efficacia del 99,9 per cento
• Aqon puro - info@aqon-pure.com
  dimostra l'efficacia del suo sistema con due studi: la Hohenstein Innovazioni gGmbH e la GSA (Collegamento 1, Collegamento 2, Collegamento 3)
• Watts - info@wattsindustries.it
  offre una gamma di prodotti con il nome Un flusso su
• Lavaggio dei cristalli - clean@crystalwash.fr
  è limitato a una Efficacia specifica da 88 ... 97 % e si riferisce all'efficienza del processo TAC generalmente riconosciuta dal DVGW-W512
  

Rendimento della sorgente

Nel caso di una perforazione di pozzo esistente o pianificata, i parametri portata e tasso di estrazione sono elementari, insieme ad altri parametri, nel calcolo della quantità di acqua freatica da estrarre nell'unità di tempo. La spiegazione, compreso il calcolo, può essere trovata in modo molto chiaro su questo sito sito web.

L'estrazione di acqua da un fiume è spesso soggetta ad autorizzazione ed è limitata in termini di quantità.

Selezione della pompa di alimentazione

Una pompa per pozzi profondi viene utilizzata per pompare acqua sotterranea da profondità comprese tra 8 e 90 metri. Si noti che la prevalenza di estrazione e la profondità della pompa (profondità di aspirazione) si sommano alla prevalenza totale di mandata.

ApplicazioneEsempio:

Profondità della pompa (filtro di aspirazione) 20 m + punto di estrazione più alto 30 m = 50 m è la prevalenza totale della pompa del pozzo profondo.

Tuttavia, oltre alla pura differenza di altezza, occorre tenere conto anche delle perdite per attrito nel percorso del tubo (rugosità del tubo, dei raccordi, ecc. = prevalenza dinamica). Queste devono essere aggiunte di conseguenza quando si sceglie la pompa.

Assumendo una capacità della pompa di 3.000 l/h (Q = 3/3600 m³/s = 0,0008333333333333333 m³/s), utilizzando ad esempio un tubo PE/HDPE DN65 (D = 0,0752) con una rugosità secondo la scheda tecnica di ε = 1,5 µm = 1,5 × 10-⁶ m, la viscosità cinematica dell'acqua di ≈ 1-10^-6 m²/s, e una densità ρ = 1000 kg/m³ e velocità del flusso di g = 9,81 m/s², nonché la considerazione degli equivalenti dei raccordi, ecc. calcolando 1,2 volte la lunghezza del tubo di 200 m, corrispondente a 240 m e a un dislivello da superare di H_s 50 m (prevalenza statica) con un'accelerazione media dovuta alla gravità di g = 9,81 m/s² (come costante), si ottiene il seguente calcolo:

• Sezione trasversale DN65
  A = ( π ⋅ D² ) : 4 = ( π ⋅ 0,0752 ² ) : 4 = 0,004417865 m²
• Velocità del flusso
  v = Q : A = 0,0008333333333333333 m³/s : 0,004417865 m² = 0,1886280807 m/s
• Numero di Reynolds (numero caratteristico, basso = flusso laminare, alto = flusso turbolento)
  Re = υD : v = ( 0,1886280807015056 ⋅ 0,0752 ) : ( 1⋅10-6 m²/s ) = 14147,10605261292 m²/s
• Coefficiente di attrito del tubo (Swamee-Jain)
  f = 0,25 : [ log₁₀ ( (ε : ( 3,7 ⋅ D )) + ( 5,74 : Re^0,9 ) ) ]²
  f = 0,25 : [ log₁₀ ( 5,405405405405405 × 10^-6 + 0,000728728 ) ]²
  f = 0,25 : [ log₁₀ ( 0,0007341334054054 ) ]²
  f = 0,25 : [ -3,134490 ]²
  f = 0,25 : 9,825866 = 0,028256663933258565
• Perdita di attrito del tubo (Darcy-Weisbach)
  h_f  = f ⋅ ( L : D ) ⋅ ( v² : 2g )
  h_f  = f ⋅ ( 240 : 0,075 ) ⋅ ( 0,1886280807015056² : 2 ⋅ 9,81 )
  h_f  = f ⋅ ( 3.200 ) ⋅ ( 0,001813634 m )
  h_f  = 0,028256663933258565 ⋅ 5,803629 = ≈ 0,1639776104 m
• Perdita di stampaggio equivalente
  (fommel identico, invece di L (lunghezza del tubo) L_eq (set con 10 m)
  h_eq = f ⋅ ( L_eq : D ) ⋅ ( v² : 2g ) = ≈0,0068324004 m
• Testa totale
  H_morto = H_s + h_f  + h_eq
  H_morto = 50,0 m + 0,1639776104 m + 0,0068324004 m = ≈50,1708100 m
• Pressione all'uscita della pompa
  p = ρgH_morto
  p = 1000⋅9,81⋅50,1708100108 = 492175,6462064206 Pa
  p = 492175,6462064206 Pa : 10.000 = 4,921756462064206 bar
• Capacità della pompa idraulica
  P_h = ρgQH_morto
  P_h = 1000 ⋅ 9,81 ⋅ 0,0008333333333333333 ⋅ 50,1708100108 = 410,1463718386839 W
• Potenza del motore elettrico P_motore con efficienza η = 0,65
  P_motore= Ph : η
  P_motore= 410,1463718386839 : 0,65 = 630,9944182133598 W

Nominalmente, una pompa di circa 630 W fornisce la potenza necessaria. In pratica, con un aumento dell'80% come riserva di sicurezza, si ipotizza una potenza di circa 1,1 kW.

Valvole

Se ogni cisterna della rete deve essere separabile singolarmente, il che ha senso in caso di lavori di manutenzione o di perdite, è necessaria una valvola di intercettazione e di non ritorno, nonché una valvola di scarico o di lavaggio per ogni cisterna.

Le valvole motorizzate devono avere la possibilità di essere azionate manualmente (in caso di emergenza).

Tutti i componenti devono essere progettati in conformità ai requisiti WRAS/DVGW per l'acqua potabile (sede in EPDM e membrana in NBR). Le flange di montaggio per il collegamento degli attuatori devono essere progettate in conformità alla norma ISO 5211, le flange del motore in conformità alla norma ISO5211 F05/F07.

Il tasso di perdita deve essere Classe VI che significa tenuta assoluta (senza bolle), cioè un tasso di perdita pari a zero. Tutte le valvole con sede in (PTFE) / EPDM soddisfano questo requisito.
Le sedi metalliche raggiungono solo la classe IV: è consentito un tasso di perdita di 10 ml/min alla pressione di prova.

La scelta tra il funzionamento degli attuatori a 230 V CA o a 24 V CC (batteria) è dettata dalla necessità di garantire l'operatività automatica anche in caso di interruzione dell'alimentazione pubblica.
Tutti i componenti elettrici dei sistemi esposti alle intemperie devono essere conformi a IP65 (a tenuta di polvere, protezione contro i getti d'acqua), migliore IP67 (a tenuta di polvere, protezione contro l'immersione di breve durata).

Le valvole motorizzate devono essere dotate di interruttori di fine corsa, idealmente di un controllo tramite 0 ... 10 V, o 4 ... 20 mA se si devono controllare posizioni diverse da quella aperta/chiusa. 20 mA se si devono controllare posizioni diverse da quella aperta/chiusa.

Misura di livello

I sensori a ultrasuoni e di pressione sono adatti per il monitoraggio del livello. Mentre i sensori di pressione, posizionati sul fondo della cisterna, sono costantemente esposti all'acqua, la misurazione a ultrasuoni è priva di contatto: il sensore viene montato sul o sotto il coperchio della cisterna ed è quindi rapidamente accessibile.

I sensori industriali a ultrasuoni emettono una corrente di 4 ... 20 mA, che genera una tensione dipendente dal valore misurato tramite un convertitore UI calibrato (da corrente a tensione), che viene valutato da un microcontrollore e visualizzato come valore misurato, convertito in litri, metri cubi o percentuali.

Tuttavia, i prezzi dei sensori a ultrasuoni stanno aumentando di pari passo con l'aumento della gamma, raggiungendo le quattro cifre di euro. I sensori con una distanza di misurazione fino a 2,2 metri sono circa il 200 Euro, che limita la profondità della cisterna a circa 2 metri se non si vuole sforare il budget.