Software di irrigazione

In questa pagina verranno trattati i software per la progettazione di impianti di irrigazione e altri strumenti alternativi. Al giorno d’oggi i tecnici impegnati nella progettazione degli impianti di irrigazione fanno ricorso a strumenti come abachi, grafi, tabelle, fornite dai produttori di materiali per l'irrigazione nei loro cataloghi. Vengono sviluppati anche fogli elettronici e diverse aziende propongono dei software per progettare impianti di irrigazione, che sono tuttavia basati su algoritmi approssimati che in genere sono nati per piccoli progetti di impianti di irrigazione per verde pubblico e giardinaggio, e che fanno uso di ipotesi semplificative valide solo per piccoli impianti di irrigazione. Pertanto, tali strumenti, ed anche i software di irrigazione proposti da terze parti, risultano inadeguati per impieghi professionali e per la progettazione di impianti per l’irrigazione di grandi dimensioni. In sintesi il progetto degli impianti di irrigazione si basa oggi su:

metodi empirici, lenti e laboriosi, che consistono nel testare direttamente in campo il materiale irriguo da adottare nell’impianto di irrigazione;
abachi/grafi o tabelle fornite dai produttori di materiali per l'irrigazione nei loro cataloghi;
tediose procedure matematiche che considerano solo condizioni standard e poco realistiche attraverso l’utilizzo di fogli elettronici semplici o sofisticati;
software per irrigazione basati su algoritmi approssimati, in genere nati per piccoli progetti di verde pubblico e giardinaggio, che sono supportati da ipotesi semplificative più valide per piccoli impianti di irrigazione e meno adatti per gli impieghi professionali e per la progettazione di impianti di irrigazione di grandi dimensioni per i quali è stato esteso l'utilizzo; tali software di progettazione di impianti di irrigazione, basati su criteri di calcolo imprecisi, sono più dedicati al disegno CAD degli impianti di irrigazione che ad un progetto completo e professionale corredato ad un calcolo idraulico affidabile.

Esistono anche altri metodi che mettono insieme le equazioni classiche dell'idraulica, ma non considerano le caratteristiche di funzionamento idraulico dell'erogatore risultando poco precisi, oppure troppo dispendiosi in termini di risorse informatiche e difficilmente implementabili in un software per l’irrigazione.

	Rapidità progettazione	Precisione risultato	Elevata efficienza irrigua	Rapido input dati	Archivio materiale irriguo
METODI EMPIRICI
ABACHI E TABELLE
PROCEDURE SbS (Fogli elettonici)
ALTRI SOFTWARE
IRRIPRO

Progetto di un impianto di irrigazione: uso di abachi, grafi e tabelle.

Il progetto di un impianto di irrigazione può essere eseguito con l’uso di abachi, grafi e tabelle, predisposti direttamente dalle ditte di produzione di materiale per l’irrigazione, e che riportano per il tipo di prodotto adottato (condotte ed erogatori) il massimo sviluppo planimetrico ammissibile in determinate condizioni di pressione, portata e pendenza del terreno. Ad esempio per un’ala erogatrice tali cataloghi riportano lo sviluppo massimo ammissibile in lunghezza quando viene utilizzato un certo diametro della condotta e un certo erogatore.

Essi non contemplano le diverse pendenze (che si ipotizzano orizzontali o sub-orizzontali), e neanche l’interazione con le altre parti di cui è composto l’impianto di irrigazione (che può avere 5 come 200 ali erogatrici), inoltre i risultati riportati sono validi solo per una ben determinata pressione di alimentazione. Tali assunzioni comportano conseguenze negative, sia sull’uniformità di distribuzione delle portate erogate che sull’efficienza dell'impianto di irrigazione stesso, prodotte da un funzionamento in fase di esercizio dell’impianto di irrigazione differente da quello previsto in fase di progetto. Ovviamente ci si può avvalere di questi strumenti di dimensionamento solo con riferimento al materiale di irrigazione prodotto dalla stessa ditta. Si determina quindi una situazione di incertezza per il libero professionista che, nel progetto di un impianto di irrigazione, volendo fare un confronto tra soluzioni proposte dalle diverse ditte non riesce a districarsi tra le molteplici metodologie di dimensionamento.

Progetto di un impianto di irrigazione: uso di fogli elettronici.

Nel caso in cui vengono usati fogli elettronici, la progettazione degli impianti di irrigazione viene eseguita o attraverso metodologie semplificate (e quindi approssimate) o rigorose e in questo caso molto costose in termini di risorsa umana, di tempo impiegato e solo applicabili su impianti di irrigazione di piccola-piccolissima scala. Infatti se si volesse tenere conto di tutte le mutue interazioni tra le varie parti dell’impianto di irrigazione sarebbe necessario costruire delle tabelle di calcolo troppo complesse da realizzare e non gestibili. Tali procedure inoltre non sono mai state automatizzate, pertanto il foglio di calcolo deve essere predisposto ogni volta che viene progettato un nuovo impianto di irrigazione. A titolo di esempio se si volesse progettare un piccolo impianto d’irrigazione, destinato a servire un settore irriguo di un ettaro di estensione in cui si pianifica l’inserimento di 10.000 punti di erogazione dell’acqua, il calcolo rigoroso con foglio elettronico, presupporrebbe la scrittura di 30.000 equazioni, che renderebbe ardua tale impresa anche al più scrupoloso dei progettisti.

Progetto di un impianto di irrigazione: i software di irrigazione.

I software per l’irrigazione più avanzati oggi presenti sul mercato risultano essere poco accessibili al grande pubblico, costituito dalla maggior parte di tecnici che si occupano di progettazione di impianti di irrigazione. Il più delle volte risultano eccessivamente costosi, con un interfaccia macchinosa e molto difficili da usare. In genere hanno una gestione dell’input laboriosa e forniscono risultati poco pratici nella gestione dell’installazione reale dell’impianto di irrigazione. La maggioranza dei software di irrigazione studiano in modo approssimato la soluzione: considerando solo le equazioni di continuità e del moto e non la terza equazione che caratterizza il funzionamento degli erogatori. Inoltre tali applicazioni calcolano solo le perdite di carico continue (dovute all’attrito del fluido contro le pareti delle condotte e che determinano variazioni di pressione lungo le varie parti costituenti l’impianto) e non considerano le perdite di carico localizzate (che influenzano pesantemente le variazioni di pressione lungo le ali erogatrici) determinate dalla numerosa presenza di apparecchi erogatori che provocano continui restringimenti e allargamenti della sezione di passaggio dell’acqua.

Altra componente che viene trascurata è l’energia cinetica posseduta dal fluido in movimento, il che comporta, soprattutto quando le portate convogliate nelle condotte sono elevate, delle semplificazioni che aumentano ulteriormente il livello di approssimazione dei risultati. Sempre nel caso di questi software per l’irrigazione il calcolo avviene isolando il ramo di condotta che si vuole calcolare dal resto della rete di irrigazione (che non viene computata nel suo complesso) e quindi trascurando inopportunamente le mutue interazioni tra le varie parti della rete di irrigazione. L'adozione di una serie di ipotesi semplificative determinano sostanziali differenze tra le grandezze (in termini di pressione e portata) calcolate in fase di progetto e quelle ottenute in campo durante il funzionamento dell'impianto, comportando evidenti ripercussioni sull’uniformità delle portate erogate e quindi sulla resa qualitativa e quantitativa delle produzioni agricole. I software di progettazione per impianti di irrigazione presenti attualmente sul mercato permettono solo il calcolo di reti di irrigazione con un numero di nodi di diversi ordini di grandezza relativamente piccolo. In molte applicazioni i criteri di convergenza utilizzati si basano sul minimo costo e questo non garantisce l'uniformità di distribuzione dell'acqua. Essi utilizzano l’equazione del moto imponendo la velocità e non considerano l'equazione caratteristica (che riporta le caratteristiche dell'apparecchio erogatore utilizzato). Il criterio della velocità utilizzato spesso si basa sull’ipotesi non vera che la velocità si mantenga costante in tutto lo sviluppo delle ali erogatrici e in tutte le condotte dell’impianto di irrigazione, mentre nella realtà essa è variabile notevolmente lungo la direzione in cui muove l’acqua, da un valore massimo di qualche metro al secondo fino a zero. I risultati di questo approccio sono quindi approssimati. In definitiva tutti questi strumenti comportano diverse problematiche e limiti:

il rischio di risultati non corretti;
maggiori costi e sprechi: spesso si tende a sovradimensionare per ragioni di sicurezza le parti di un impianto e l’utilizzo delle risorse idriche non è efficiente;
produzione agricola limitata dal fattore irriguo non ottimizzato;
contenziosi giudiziari, spesso accaduti tra l’azienda agricola dove viene installato l’impianto di irrigazione e il professionista o la ditta che opera l’installazione.

Progetto di un impianto di irrigazione: IrriPro.

Il software per il progetto degli impianti di irrigazione IrriPro grazie al suo “cuore di calcolo” che fa uso delle equazioni fondamentali dell'idraulica, riesce ad analizzare le reti di irrigazione con un metodo nuovo e rigoroso. La formulazione delle equazioni classiche dell’idraulica utilizzate nell'algoritmo non da spazio a forme di empirismo progettuale e a ipotesi semplificative che allontanano il risultato finale da quello atteso. Il software, utilizza infatti un algoritmo di calcolo che risolve le equazioni che governano il moto delle correnti in pressione (equazioni di continuità ed equazione del moto) a partire dalle condizioni idrauliche e geometriche al contorno, dalla distribuzione plano-altimetrica della rete di irrigazione, nonché dalle caratteristiche idrauliche e geometriche delle condotte e degli apparecchi erogatori installati.

IrriPro consente inoltre, anche nel caso di impianti di microirrigazione, di valutare le perdite di carico di tipo continuo lungo la condotta, e di tipo localizzato causate dagli apparecchi erogatori installati lungo le ali erogatrici. Tali perdite vengono solitamente trascurate dai progettisti in fase di dimensionamento idraulico degli impianti, anche se è ormai unanimemente riconosciuto dalla comunità scientifica che possono rappresentare una elevata percentuale (compreso tra il 30% e il 50%) delle perdite di carico complessive e pertanto devono essere tenute in conto in un calcolo idraulico corretto e rigoroso, così come riconosciuto dalla comunità tecnica e scientifica internazionale. Infine viene considerato pure il carico cinetico. IrriPro è un software di progetto per impianti di irrigazione capace di calcolare tutti i parametri idraulici (portata, velocità, pressione, perdita di carico continue e localizzate, uniformità di distribuzione) in ogni punto della rete di irrigazione, rappresentare l’andamento di ogni parametro fisico e progettare tutti i tipi di impianti di irrigazione (reti di irrigazione per aspersione a pioggia o microirrigazione) di qualsiasi complessità e grandezza in modo facile, potente e innovativo. Il software presenta un wizard, per l’inserimento dei dati, semplice ed intuitivo che accompagna efficacemente il tecnico attraverso le funzionalità del programma, dal rilievo al calcolo, fino alla presentazione dei risultati così da coprire tutte le fasi della progettazione. L’ambiente user-friendly, che lo rende alla portata di tutti, permette un utilizzo rapido, con tempi ridotti di apprendimento, e di ottenere risultati precisi attraverso procedure semplici e veloci. Attraverso l’utilizzo di IrriPro il professionista ha pertanto la possibilità di:

realizzare una rete di irrigazione su qualsiasi terreno;
garantire l'efficienza degli impianti;
far risparmiare acqua e fertilizzanti;
aumentare la qualità e la quantità delle produzioni e quindi della redditività dell’azienda agricola;
far risparmiare circa il 5-10% sui costi di installazione dell’impianto.

Il progettista viene supportato nella ricerca delle modifiche da apportare per migliorare la progettazione, in quanto dispone di strumenti di analisi e di diagnostica necessari alla valutazione delle conseguenze di ogni scelta progettuale.

Perchè progettare impianti di irrigazione

L’agricoltura è il settore che maggiormente sfrutta le risorse idriche di una nazione (più del 70% in Italia).

L’irrigazione è il fattore più determinante in agricoltura perché assicura il maggior incremento in quantità e qualità nella produzione, più degli stessi trattamenti adottati per il terreno e per le piante. Per ottenere un sistema di irrigazione efficiente e massimizzare la produttività del raccolto il progetto è l’elemento chiave.

Le più diffuse tecniche di irrigazione sono quella a pioggia e la microirrigazione. In particolare la microirrigazione riesce a raggiungere i maggiori vantaggi in termini di efficienza, consumi idrici e produttività agricola.

Ma questa tecnica così avanzata ha un tallone d’Achille: richiede una progettazione degli impianti di irrigazione attenta e rigorosa. Per ottenere il massimo beneficio dall’irrigazione è assolutamente necessario che l’acqua distribuita raggiunga uniformemente ogni erogatore (per dare ad ogni pianta la stessa quantità di acqua). Oggi troppo spesso ci siamo imbattuti in impianti di bassa qualità che comportano:

eccesso di acqua e fertilizzanti in certe parti e mancanza in altre
condizioni diverse di crescita tra le piante, differente grandezza, maturazione e qualità dei frutti (con problemi per la raccolta)
sotto o sovradimensionamento delle condotte.

L’agricoltore tende in genere a soddisfare le esigenze delle piante alle quali arriva meno acqua, rischiando di sovrairrigare di conseguenza le altre, sprecando acqua che scorre in superficie o percola in profondità, danneggiando la coltivazione e consumando più energia per il pompaggio.Per un impianto che presenta il 70% di efficienza un terzo dell’acqua non viene utilizzata dalle radici delle piante.

I tecnici in genere non hanno gli strumenti necessari per progettare e verificare l’impianto in maniera corretta e accurata, si affidano molto spesso a programmi di disegno che individuano il percorso delle condotte, calcolano le quantità di condotte ed erogatori da utilizzare e non valutano la qualità dell’irrigazione. Il progetto idraulico di un impianto deve essere invece finalizzato al raggiungimento dei massimi valori di uniformità, il fattore che influenza maggiormente la risposta produttiva delle colture.Per progettare correttamente un impianto e raggiungere la giusta qualità dell'irrigazione occorre ottenere un'uniformità di distribuzione maggiore del 90%. Inoltre, volendo rispettare un criterio più restrittivo di ammissibilità progettuale, si deve contenere la variazione di portata di tutti i punti dell'impianto in un range del 10% della portata nominale.

Anche utilizzando gli erogatori auto-compensanti l’impianto deve comunque rientrare all’interno di un intervallo di pressione per rispettare i limiti di funzionamento. Inoltre tali apparecchi, oltre ad avere una minore vita utile, hanno maggiori costi e richiedono più attenzioni.

Nella progettazione di un impianto di irrigazione entrano in gioco molte variabili quali le dimensioni e le pendenze del terreno da irrigare, le caratteristiche dell’impianto e dell’erogatore usato. Tutti questi fattori e criteri progettuali hanno conseguenze importanti nel comportamento dell’impianto a cui il disegno da solo non può rispondere.Occorre quindi usare uno strumento capace di affrontare il difficile compito di una reale progettazione.