L’acqua e l’insieme dei servizi a essa correlati sono elementi fondamentali per il benessere dei cittadini, la sostenibilità ambientale e la crescita economica. Monitoraggi regolari e azioni tempestive sono decisivi per sviluppare appropriate strategie di gestione della risorsa idrica e perseguire i 17 obiettivi di sviluppo sostenibile dell’ONU (Sustainable Development Goals – SDGs), in particolare il Goal 6 (“Garantire a tutti la disponibilità e la gestione sostenibile dell’acqua e delle strutture igienico sanitarie”) e il Goal 14 (“Conservare e utilizzare in modo sostenibile gli oceani, i mari e le risorse marine per uno sviluppo sostenibile”). Dall’analisi dei dati in campo nazionale, in media il 42% di tutta l’acqua estratta in Italia diventa una perdita e non raggiunge la destinazione prevista. In alcune province d’Italia questo valore raggiunge addirittura l’80% di anno in anno.
Le difficoltà di intervento per la riduzione di dette perdite risiedono nella criticità della localizzazione delle stesse, con conseguente aumento dei costi per l’utenza e per i bilanci dei gestori. La possibilità di individuare con precisione il punto di perdita determina un sostanziale abbattimento di tali costi di manutenzione, e un notevole risparmio di tempo nell’eseguire la riparazione o l’intervento di manutenzione, migliorando l’efficienza della rete. Inoltre, la disponibilità di informazioni in tempo reale, di dati aggiornati relativi al funzionamento degli impianti diventano altresì di grande interesse nel caso di applicazioni industriali in cui gli aspetti riguardanti la sicurezza sono di primaria importanza e nell’ottica di una gestione basata su elementi (dati) aggiornati e certi.
Il progetto MEDITECH mira alla realizzazione, come obiettivo, di sistemi di tubazione intelligenti realizzati con processi di produzione scalabili a livello industriale, che integrano un sistema di sensori diffusi che consentono il monitoraggio dei flussi e dello stato delle tubazioni.
I processi di produzione attualmente disponibili presso i partner aziendali e presso il partner UNIPA sono già utilizzati commercialmente. Tuttavia, questi sistemi non presentano al momento l’integrazione con la parte sensoristica. Il partner EKSO, limitatamente alla tecnologia di risanamento condotte senza scavo, ha sviluppato al livello TRL 5 i sistemi di sensing. Nel progetto SmartPipe si utilizzeranno ed integreranno quindi tecnologie mature (i processi) con sistemi di sensing avanzati per ottenere dei prototipi che, alla fine del progetto, saranno a livello TRL7 perché testati in ambiente industrialmente rilevante.
Inoltre, SmartPipe garantirà la sicurezza dei dati, implementando meccanismi di sicurezza end-to-end (dalla generazione alla distribuzione/fruizione) differenziando inoltre la visibilità (accesso) del dato in funzione del soggetto (e.g., addetto sala controllo o manutentore potranno essere autorizzati all’accesso a differenti dati) grazie all’utilizzo di tecniche innovative di cifratura basate su attributi (e nel particolare CP-ABE, Ciphertext Policy Attribute Based Encryption). In questo modo SmartPipe potrà garantire in maniera flessibile non solo la confidenzialità dei dati, ma anche un accesso controllato al singolo dato. Al fine di garantire un’efficiente esecuzione di tali algoritmi di cifratura anche su eventuali dispositivi meno performanti da un punto di vista computazionale, come ad esempio i sensori integrati, SmartPipe, combinerà tali algoritmi con tecniche di cifratura più veloci (e.g., AES).
Infine, l’adozione di algoritmi di analisi specifici e avanzati forniti dal consorzio MEDITECH garantirà un efficace gestione e analisi della rete idrica per l’implementazione di strategie di monitoraggio e per il rilevamento di perdite tramite analisi predittiva. Nel particolare verranno, inoltre, utilizzati i moduli per la costruzione automatica multi-obiettivo di Reti Neurali Artificiali per la modellazione dei dati, e per la costruzione di modelli matematici a partire dai dati raccolti utilizzando tecniche di Regressione Polinomiale Evolutiva.
- Costruzioni civili. Sviluppo di sistemi digitali per il monitoraggio ed il controllo delle opere civili nelle fasi di realizzazione e di esercizio.
Nel progetto SmartPipe si utilizzeranno ed integreranno tecnologie TRL9 (i processi) con sistemi di sensing a TRL5 per ottenere dei prototipi che, alla fine del progetto, saranno a livello TRL7 perché testati in ambiente industrialmente rilevante.
- ICT and Services. Convergenza di Industrial IoT e Big Data Analytics a supporto della Smart Manufacturing & Maintenance.
Il sistema raccoglie e legge informazioni che consentono una gestione più efficace e puntuale dei carichi idrici all’interno dell’infrastruttura, non solo per quanto concerne la manutenzione (Analytics for management and maitenance).
- ICT and Services. Smart Supply Chain Management.
La piattaforma permette una efficace manutenzione predittiva quindi una migliore gestione di tutta la supply chain, anche in presenza di interventi di emergenza.
Il progetto SmartPipe oltre agli aspetti meramente industriali di produzione di innovativi tubi in compositi sensorializzati, mira a sviluppare l’utilizzo di reti intelligenti anche nell’ambito della gestione delle risorse idriche.
Attualmente, sono in fase di sviluppo diversi progetti con lo stesso obiettivo che, però, hanno come base comune l’utilizzo di sensori puntuali (es. uso di idrofoni, misuratori di flusso, ecc.) piuttosto che continui. Inoltre, questi sistemi sono caratterizzati dall’essere applicati ex-post sui sistemi esistenti con un aggravio dei costi di installazione.
Il progetto SmartPipe mira invece ad innovare il settore prevedendo la parte sensoristica applicata direttamente a tubi e giunti e con la caratteristica di un sensing distribuito che effettua un monitoraggio costante dei flussi e dello stato delle tubazioni, consentendo di eseguire un’analisi predittiva di eventuali perdite o carenze e facilitare gli interventi manutentivi sui tratti interessati, a vantaggio di una gestione più efficiente, sicura e responsabile delle infrastrutture e degli impianti, generando benefici trasversali:
- Benefici economici. Minori costi di riparazione.
Le i sensori delle SmartPipe rilevano una serie di dati ed informazioni collettati ed integrati attraverso una piattaforma software che ne esegue l’analisi fornendo un monitoraggio dei parametri. Un sistema che supporta un management efficiente dell’infrastruttura consentendo di attuare interventi di manutenzione predittiva, riparazioni efficienti e veloci, anche in emergenza, prevenendo il generarsi di ulteriori danni e limitando agli interventi necessari. Inoltre una rete manutenuta risulta più efficiente e meno onerosa. - Efficienza interventi. Minori attività invasive.
Le perdite vengono rilevate e localizzate in maniera puntuale, in maniera da poter intervenire limitatamente alla tratta interessata. I tubi, progettati e realizzati in materiale composito, sono risanati ricorrendo alle Teconologie No-Dig che consentono la riparazione e la sostituzione senza effettuare scavi a cielo aperto. Si riducono i numeri di interventi e si riducono i livelli di disagi in superficie generati tradizionalmente, con un minore impatto sul normale svolgimento di attività economiche e sociali e sull’ambiente. - Benefici ambientali. Riduzione di sprechi e perdite.
Il monitoraggio costante dei flussi e di tutti gli altri parametri, come portata, pressione, temperatura e stato della condotta, consentono di rilevare immediatamente un’eventuale lesione e quindi dispersione dei flussi trasportati. È possibile così prevenire sprechi idrici e ridurre gli inquinamenti dovuti dalle infiltrazioni di fluidi tossici, a vantaggio dell’ambiente e della sostenibilità economica. - Modernizzazione reti. Realizzazioni ex novo o retrofitting.
Il tubo “intelligente” può essere utilizzato sia per la messa in opera di reti ex novo, quanto per il retrofitting di reti già in essere e di parti di esse, consentendo di modernizzare anche quei tratti ormai obsoleti e da cui si propagano le perdite che affliggono il sistema idrico italiano, soprattutto nel bacino del Mediterraneo