Donatore di vita, elemento di distruzione o semplicemente bevuta rinfrescante in estate, l’elemento acqua determina la vita quotidiana sulla Terra in molti modi. A causa della sua importanza è essenziale un monitoraggio sicuro di questo elemento.
Quello che non può essere misurato, non può neanche essere gestito in modo efficiente. Dalla fornitura di acqua dolce, passando per il trattamento e lo stoccaggio dell’acqua potabile, la misurazione del consumo d’acqua, il trattamento delle acque reflue fino all’idrometria, senza dei parametri di ingresso corretti non è possibile eleborarla e pianificarla in modo efficiente. Per comprendere la complessa infrastruttura idrometrica odierna sono disponibili una serie di strumenti e processi. Un classico della misura del livello dell’acqua è sicuramente l’idrometro per cui bisogna applicare un’accuratezza del +/- 1 cm e che, naturalmente, funziona ancora completamento in modo “analogico”: deve, dunque, essere ispezionato visivamente e senza la possibilità di trasmettere elettronicamente i dati. Una trasmissione da remoto dei dati misurati è resa oggi disponibile da strumenti molto più avanzati e precisi: le sonde di pressione piezoresistive per la misurazione del livello nelle acque sotterranee e di superficie.
Misura del livello con i sensori di pressione
I sensori di pressione per la misura del livello vengono installati sul fondo dell’acqua da monitorare. Generalmente, al contrario degli idrometri, non è possibile ispezionarli senza bagnarsi, ma questo non è affatto necessario. Le sonde di livello piezoresistive, infatti, sono state sviluppate per soddisfare le esigenze di oggi in termini di automatizzazione e controllo dei processi. Tra queste rientra ovviamente il poter misurare i livelli delle acque senza l’intervento dell’uomo, cosa che permette in primo luogo un monitoraggio continuo in luoghi difficili da raggiungere.
Le sonde di livello idrostatico rilevano la pressione idrostatica sul fondo dell’acqua. La pressione idrostatica è proporzionale all’altezza della colonna del liquido e, inoltre, è dipendente dalla densità del liquido e dalla forza di gravità. Secondo il principio di Pascal si ha così la seguente formula di calcolo:
p(h) = ρ * g * h + p0
p(h) = pressione idrostatica
ρ = densità del liquido
g = accelerazione terreste
h = altezza della colonna del liquido
Considerazioni importanti per un monitoraggio del livello di riempimento senza difficoltà
Poiché le sonde di livello piezoresistive sono posizionate sul fondo dell’acqua, sono protette dalle influenze in superficie. Né la schiuma, né i detriti possono influenzare le misurazioni. Naturalmente le sonde devono essere adatte alle condizioni previste sott’acqua. In acqua salata, ad esempio, è preferibile una sonda di livello con corpo in titanio. Se si prevede l’effetto galvanico la scelta migliore è uno strumento di misura in PVDF. Nella maggior parte delle acque dolci è più che sufficiente un acciaio inossidabile di alta qualità. Inoltre, è indispensabile una messa a terra delle sonde di livello sufficiente per prevenire, ad esempio, i danni derivati dai fulmini (per saperne di più leggi qui).
Le sonde di livello moderne: tutti i dati in un unico dispositivo
Le sonde di livello piezoresistive possono essere impiegate per il monitoraggio del livello di riempimento in acque aperte come i laghi, nelle falde freatiche, così come nei serbatoi chiusi. Quando si tratta di acque aperte, si lavora con sonde di pressione relativa. Con questi dispositivi la compensazione della pressione atmosferica avviene tramite un capillare all’interno del cavo della sonda di pressione. Nei serbatoi si utilizza solitamente un sensore di pressione differenziale, poiché bisogna considerare lo strato di gas che preme sul liquido.
Dal momento che le sonde di livello piezoresistive svolgono il proprio compito fondamentalmente in modo autonomo e possono essere ottimizzate anche per pressioni molto elevate, è possibile effettuare misurazioni in profondità molto basse. Teoricamente non ci sono quasi limiti di profondità, se non che il cavo della sonda di pressione deve essere sufficientemente lungo.
Immagine 1: esempi di sonde di livello per la misurazione della pressione idrostatica
A parte il fatto che non ci sono quasi limiti per quanto riguarda la profondità, questi strumenti di misura moderni sono anche estremamente versatili. In fin dei conti non è solo il livello delle acque ad essere di interesse per l’uomo. Quando si parla di monitoraggio delle acque freatiche è di grande importanza anche la qualità dell’acqua. La purezza di un serbatoio di acque sotterranee può ad esempio essere calcolato anche tramite la sua conducibilità: minore è la conducibilità, più pura è l’acqua (per saperne di più leggi qui). Oltre ai sensori di conducibilità, oggi le sonde di livello sono disponibili anche con la misurazione della temperatura integrata. In questo modo le sonde di livello piezoresistive permettono una vasta gamma di compiti di monitoraggio e nella maggioranza dei casi sono senza dubbio da preferire agli idrometri.