Garantire la qualità dell’acqua potabile diventa particolarmente delicato quando un grande serbatoio urbano deve essere sottoposto a manutenzione o riqualificazione, perché in queste situazioni una parte dell’impianto resta in servizio per non interrompere l’erogazione, mentre il resto viene isolato, svuotato o riconfigurato. È proprio in questa fase, fatta di valvole chiuse temporaneamente, compartimenti messi fuori linea e percorsi idraulici alterati, che il comportamento dell’acqua all’interno della vasca cambia in modo difficile da prevedere a occhio; e poiché le città non possono permettersi di sospendere la distribuzione per giorni, gli enti gestori hanno bisogno di capire in anticipo, con precisione, come le modifiche provvisorie influenzino ciò che esce dai rubinetti.
La risposta tecnologica a questa esigenza arriva dalla fluidodinamica computazionale, nota con l’acronimo CFD (Computational Fluid Dynamics), una metodologia che ricostruisce in forma virtuale il movimento dell’acqua dentro il serbatoio risolvendo numericamente le equazioni che governano il moto dei fluidi. Costruire un gemello digitale di una vasca significa, in concreto, riprodurre la sua geometria in un modello tridimensionale, suddividere il volume interno in una griglia di celle di calcolo e poi seguire, istante per istante, come la massa d’acqua entra, si mescola, ristagna o defluisce; il risultato è una rappresentazione dinamica che mostra velocità, traiettorie e tempi di permanenza in ogni punto, livelli di dettaglio che le sole prove sul campo non riescono a restituire.
L’esercizio di simulazione, che ha reso evidente l’utilità di questo approccio, ha preso in esame un serbatoio composto da quattro compartimenti interconnessi, ricostruito attraverso il solutore open source OpenFOAM, una piattaforma fluidodinamica diffusa tanto in ambito accademico quanto industriale. Il modello digitale è stato fatto funzionare lungo un ciclo operativo di ventiquattro ore, in modo da abbracciare l’intera oscillazione giornaliera della domanda: le ore notturne, quando i consumi calano e l’acqua tende a sostare più a lungo nei volumi di riserva; le punte mattutine e serali, quando i prelievi aumentano e il ricambio si fa rapido. Riprodurre un giorno intero, e non un singolo istante, è ciò che permette di cogliere i fenomeni lenti, quelli che maturano nell’arco di molte ore e che proprio per questo sfuggono alle misure puntuali.
Per tradurre in numeri la freschezza dell’acqua, simulazioni di questo tipo seguono l’età idraulica del fluido, vale a dire il tempo che ciascuna porzione d’acqua trascorre all’interno della vasca prima di essere distribuita; tecnicamente, il fenomeno si rappresenta trasportando uno scalare passivo, una sorta di tracciante virtuale, attraverso il campo di velocità calcolato.
L’esito più significativo riguarda la formazione di zone di ristagno, regioni della vasca in cui, a causa della configurazione provvisoria adottata durante i lavori, l’acqua circola pochissimo e finisce per sostare ben oltre i tempi fisiologici. Il problema, in apparenza solo idraulico, ha ricadute dirette sulla salubrità: dove l’acqua ristagna, il disinfettante residuo, tipicamente il cloro, si consuma progressivamente e la sua concentrazione scende sotto le soglie che tengono sotto controllo la carica microbica; con il calo della protezione chimica aumenta la probabilità di ricrescita batterica, di peggioramento di sapore e odore e, più in generale, di un’acqua che arriva all’utenza in condizioni meno controllate. Le simulazioni rendono visibili queste sacche di acqua invecchiata prima ancora che si traducano in un problema misurabile a valle, indicando con esattezza in quale compartimento e in quale finestra oraria il rischio si concentra.
Disponendo del gemello digitale, i tecnici possono provare numerose configurazioni alternative senza toccare l’impianto fisico: valutano quale compartimento conviene isolare per primo, come temporizzare le fasi del cantiere, dove posizionare ingressi e uscite provvisori, quali manovre sulle valvole mantengono un ricambio sufficiente in ogni angolo della vasca. Ogni scenario viene esaminato sullo schermo, confrontato con gli altri e scartato o adottato in base a parametri oggettivi, prima che una sola goccia venga movimentata nel serbatoio reale; il margine di errore si riduce e le decisioni poggiano su evidenze quantitative invece che sull’esperienza pregressa.
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