EWITH

EWITH Suite v2.1 (Build v1005) v2.1 (Build v1005)

Integrated Digital Platform for Smart Water & Clean Energy Systems Piattaforma Digitale Integrata per Reti Idriche Smart ed Energia Pulita

MIMIT • Innovation Agreements MIMIT • Accordi per l'Innovazione Lead: COSTRAME S.r.l. Capofila: COSTRAME S.r.l. Scientific: Univ. Vanvitelli Scientifico: Univ. Vanvitelli Partner: Idroambiente S.r.l. Partner: Idroambiente S.r.l. Core Pilot: Mugnano Elev. 110 Sito Pilota: Mugnano Q.ta 110
🎛️ Dominio 1 • Simulazione Sistemica Integrata › Hub Sinottico SCADA (OR 1–13 • Deliverable D.OR13.1) — Gemello Digitale Interattivo Acquedotto, PAT, Rinnovabili e Idrogeno

🎛️ Interactive Smart Aqueduct, PAT Recovery & Hydrogen Microgrid Simulator Cruscotto Sinottico Dinamico: Acquedotto Smart, Recupero PAT & Microgrid Rinnovabile a Idrogeno Interactive Digital Twin • OR 1–13 Simulatore Integrato Interattivo • OR 1–13

Click directly on the synoptic components (Pumps, PAT 1 Pre-Reservoir, Reservoir/Bypass, PAT 2 Pre-Network, Solar PV/Wind, H₂ Electrolyzer & Blended CHP) or adjust the sliders below to simulate how renewable sources and optimization cut grid energy consumption, water leaks, and atmospheric CO₂/NOx emissions. Interagisci direttamente con gli elementi dello schema sinottico (Pompe, PAT 1 Prima del Serbatoio, Serbatoio o Immissione Diretta, PAT 2 Prima della Rete, Fotovoltaico/Eolico, Elettrolizzatore H₂ e Macchine CHP a Miscela H₂) o usa i cursori sottostanti per simulare in tempo reale i benefici su consumi energetici, prestazioni idrauliche ed emissioni in atmosfera.

Presets:Scenari Rapidi:
⚡ LIVELLO MICROGRID ENERGETICA RINNOVABILE, IDROGENO VERDE & COGENERAZIONE IBRIDA (OR 2 • OR 4 • OR 5 • OR 8–12) 🌊 1. ADDUZIONE ESTERNA & SOLLEVAMENTO (MONTE) 🏛️ 2. COMPARTIMENTO SERBATOIO DI TESTATA & CAMERA PAT 1 🚧 CONFINE RETE VALLE 🏘️ 3. RETE IDRICA DI DISTRIBUZIONE A VALLE (DISTRETTO WDN) M BYPASS DIRETTO RETE: OFF 🔌 RETE MT 20 kV (POD) 620 kW 14.880 kWh/g da rete cos φ = 0.98 (Rifasato) 🧠 SMART EMS & DSS PEAK SHAVING ATTIVO Autoprod: 42% Load Shift F3 + Inverter ☀️ FV + EOLICO (OR 4) 250 kWp Attivi 1.210 kWh/g Rinnovabili STATO: ON (Clicca per ON/OFF) 🟢 ELETTROLISI H₂ 200 bar 14.5 kg H₂/g 161 Nm³/g @ 200 bar Bombole Buffer Attive 🔥 MACCHINA CHP H₂ 180 kW_el Idrometano 20% vol H₂ -9.0% CO₂ Diretta 🌊 ACQUEDOTTO ADDUTTRICE ESTERNA 480 l/s 41.472 m³/g ⚙️ SOLLEVAMENTO POMPE H=80m • 495 kW η_media = 78.5% (DSS ON) DSS OTTIMIZZATO: ON ⚡ PAT 1 (PRE-SERBATOIO) ΔH₁ = 18 m → +63 kW Camera Carico Serbatoio PAT 1 INLET: ATTIVA 🏛️ SERBATOIO DI TESTATA Accumulo & Disconnessione Livello: 82% Compensazione F3 Attiva (Clicca per Bypass Diretto Rete) ⚡ PAT 2 (INGRESSO RETE) ΔH₂ = 32 m → +112 kW Laminazione Pressione Rete PAT 2 RETE: ATTIVA 🏘️ RETE A VALLE (WDN) Distretto 1: Melito P_rete = 3.5 bar (Ottimale) Perdite Ridotte: -18.5% +1.920 m³/g Acqua Salvata 📡 SENTINELLA FCM INGRESSO RETE Q_rete = 480 l/s • Maglia Urbana Attiva
🏛️ Compartimento A Monte: Serbatoio di Testata & Camera di Carico (PAT 1) Upstream Compartment: Header Storage Reservoir & Inlet Chamber (PAT 1)
Accumulo Attivo
Stato Serbatoio Q.ta 110 (30.000 m³)Q.ta 110 Tank Status (30,000 m³) In Linea • Livello 82% (24.600 m³)
Adduzione da Sollevamento (Q_in • H_p)Pumping Station Inflow (Q_in • H_p) 480 l/s (41.472 m³/g) • H = 80 m
Camera di Carico Pre-Serbatoio (PAT 1)Pre-Reservoir Inlet Chamber (PAT 1) ΔH₁ = 18 m → +63,4 kW (1.522 kWh/g)
Funzione Disaccoppiamento & Volano F3Hydraulic Decoupling & F3 Night Buffer Volano Notturno F3 Attivo (52% carico in F3)
🚧
CONFINE
SERBATOIO
➔
RETE VALLE
TANK
➔
NETWORK
BOUNDARY
🏘️ Compartimento A Valle: Rete Idrica di Distribuzione Distrettuale & PAT 2 Downstream Compartment: District Water Distribution Grid & PAT 2
Pressione Ottimizzata
Distretto Servito & Stazione Sentinella FCMTarget District & FCM Sentinel Node Distretto 1: Melito • Nodo FCM-02
Regolazione Ingresso Rete (PAT 2 vs PRV)Network Inlet Regulation (PAT 2 vs PRV) PAT 2 Attiva: ΔH₂ = 32 m → +112,7 kW
Pressione Esercizio Rete a Valle (P_rete)Downstream Grid Operating Pressure (P_net) 3,5 bar Ottimale (vs 6,7 bar non regolata)
Abbattimento Perdite Idriche nella Rete a ValleDownstream Physical Water Leakage Reduction -18,5% Perdite (+1.920 m³/g Acqua Salvata)
🚰 1. Pumping & DSS (OR 2/7) 1. Pompe & DSS (OR 2/7)
Pump Power:Potenza Pompe: 495 kW (η=78.5%)
⚡ 2. PAT 1 Pre-Reservoir 2. PAT 1 Prima Serbatoio
PAT 1 Recovery:Recupero PAT 1: +63.4 kW (1.522 kWh/g)
⚡ 3. PAT 2 Pre-Network 3. PAT 2 Prima della Rete
PAT 2 Recovery:Recupero PAT 2: +112.7 kW (2.705 kWh/g)
Leakage Cut:Riduz. Perdite Rete: -18.5% (+1.920 m³/g)
☀️ 4. Solar PV & Wind (OR 4) 4. Fotovoltaico & Eolico
Daily Clean Yield:Producibilità Verde: 1.200 kWh/g
🔥 5. H₂ Blend CHP (OR 8–12) 5. Macchine Miscela H₂
CHP Clean Output:Energia CHP H₂: 2.160 kWh/g (-9% CO₂)
Net Grid Electricity DrawnPrelievo Elettrico Netto da Rete
6,290 kWh/g
Baseline: 13.820 kWh/g (-54.5%)
Renewable + PAT Energy GeneratedEnergia Rinnovabile + PAT Prodotta
7,587 kWh/g
PAT1+PAT2: 4.227 | FV+CHP: 3.360 kWh/g
Specific Energy Consumption (SEC)Indice Prestazione Energetica (SEC)
0.152 kWh/m³
Baseline: 0.333 kWh/m³ (-54.4% kWh/m³)
Water Saved (Pressure Control)Acqua Risparmiata (Controllo Pressione)
1,920 m³/g
700.800 m³/anno di perdite evitate
Operational Economic SavingsRisparmio Economico Operativo
€ 1,245 /g
€ 454.425 /anno risparmiati
Atmospheric CO₂ Emissions AvoidedEmissioni CO₂ Evitate in Atmosfera
742 tCO₂/yr
-2.033 kg CO₂/giorno | Abbattimento NOx

📊 24-Hour Power Balance: Unoptimized Baseline vs Net Grid + PAT + PV + H₂ CHP (kW) Bilancio Energetico Orario 24h: Baseline vs Prelievo Netto + PAT + FV + CHP H₂ (kW)

🌱 System Performance & Atmospheric Emissions Index (Baseline = 100% vs Active Configuration) Confronto Prestazioni ed Emissioni in Atmosfera (Baseline = 100% vs Assetto Attivo E-WITH)

Historical Baseline OperationEsercizio Storico Baseline Unmanaged DispatchGestione Non Ottimizzata

Peak Power Demanded:Potenza Massima di Picco:2,536 kW (OVERSHOOT +146 kW!)
24-Hour Energy Consumption:Consumo Elettrico 24h:43,999 kWh
24-Hour Energy Cost:Spesa Elettrica 24h:€ 6,494.16
Off-Peak (F3) Pumping Share:Quota Pompaggio in F3:~43%
ARERA Reactive Surcharges:Penali Energia Reattiva ARERA:Active (~€ 10/day)

EWITH Optimized Pumping (DSS)Pompaggio Ottimizzato E-WITH (DSS) Smart Schedule ActivePiano Intelligente Attivo

Peak Power Demanded:Potenza Massima di Picco:2,235 kW (100% Below 2,390 kW Limit)
24-Hour Energy Consumption:Consumo Elettrico 24h:38,285 kWh
24-Hour Energy Cost:Spesa Elettrica 24h:€ 5,614.23
Off-Peak (F3) Pumping Share:Quota Pompaggio in F3:Maximized to 52%
Delivered Water Volume:Volume Idrico Sollevato:139,680 m³
Direct Daily Cost ReductionRisparmio Economico Giornaliero
€ 879.93 (-13.5%)
-5,714 kWh / day
Projected Annual SavingsRisparmio Annuo Proiettato
€ 321,177
Calculated across 365 daysCalcolato su base annua (365 giorni)
Annual Primary Energy SavedEnergia Primaria Annua Risparmiata
2,086 MWh
Reduced grid extraction from 20 kV lineMinori prelievi dalla rete MT a 20 kV
Avoided CO₂ EmissionsEmissioni di CO₂ Evitate
521 tCO₂/year
Emission factor: 0.25 kg CO₂/kWhFattore di emissione ISPRA: 0,25 kg CO₂/kWh

🚰 Hourly Pumped Flow vs Electricity Tariff (€/kWh)Portata Oraria Sollevata vs Tariffa Elettrica (€/kWh) Load Shifting to F3Spostamento in F3

📉 Hourly Power Demand vs Contract Limit (2,390 kW)Potenza Oraria vs Limite Contrattuale (2.390 kW) Peak ShavingTaglio dei Picchi

📅 Recommended 24-Hour Dispatch Plan (Automated Schedule)Piano di Dispacciamento Orario Raccomandato (24h)

Time WindowFascia Oraria Tariff BandFascia ARERA Active PowerPotenza Attiva Pumped FlowPortata Sollevata Dispatched Pump UnitsPompe in Marcia Hourly CostCosto Orario

⚡ Pump-As-Turbine (PAT) Semi-Empirical & Machine Learning PredictorPredittore Semi-Empirico & Machine Learning PAT e Recupero Idroelettrico Deliverables D.OR6.3 • D.OR7.5 • Univ. Vanvitelli

Predict turbine BEP & off-design curves via ML models and literature correlations trained on 209 BEP & 439 experimental curves.Previsione BEP e curve off-design in turbina tramite modelli ML e correlazioni di letteratura sul database sperimentale (209 BEP e 439 curve).

Developed by the University of Campania "Luigi Vanvitelli" (OR 6 & OR 7), this module integrates the experimental database compiled from 28 international bibliographic sources + REDAWN project (209 BEP records, 71 machines, 439 complete characteristic curves $H\text{–}Q$, $P\text{–}Q$, $\eta\text{–}Q$, and 5,257 experimental points) with 5 Machine Learning algorithms (Random Forest, Gradient Boosting, XGBoost, SVR, ANN) and 6 classical semi-empirical formulations. Sviluppato dall'Università della Campania "Luigi Vanvitelli" (OR 6 e OR 7), questo modulo integra il database sperimentale costruito da 28 fonti bibliografiche internazionali + progetto REDAWN (209 record BEP, 71 macchine, 439 curve caratteristiche complete $H\text{–}Q$, $P\text{–}Q$, $\eta\text{–}Q$ e 5.257 punti sperimentali) con 5 algoritmi di Machine Learning (Random Forest, Gradient Boosting, XGBoost, SVR, Reti Neurali ANN) e 6 correlazioni semi-empiriche di letteratura.

PAT BEP Flow Rate (Q_t,BEP)Portata al BEP Turbina (Q_t,BEP)
48.9 l/s
q_BEP = Q_t / Q_p = 1.85
PAT BEP Head (H_t,BEP)Salto al BEP Turbina (H_t,BEP)
45.2 m
h_BEP = H_t / H_p = 2.10
PAT BEP Efficiency & NsRendimento BEP Turbina & Ns
76.8%
Ns,p = 24.5 • Ns,t = 18.6
Recoverable Power (P_el)Potenza Elettrica Recuperabile
16.3 kW
P_t,BEP = 16.7 kW
Annual Clean GenerationProduzione Idroelettrica Annua
130 MWh/anno
€ 18.200 / anno
Closest Experimental Match (KNN)Macchina Sperimentale Più Simile
Rec #2 (D=0.258m)
Exp Qt=50.2 l/s, Ht=47.4 m (Brisbois 2023)

📈 Predicted Off-Design Curves H(Q), P(Q), η(Q) vs Experimental TwinCurve Off-Design Predette H(Q), P(Q), η(Q) vs Gemello Sperimentale

🤖 Multi-Model BEP Prediction Comparison for Current PumpConfronto Multi-Modello Previsione BEP per la Pompa Selezionata

Model / CorrelationModello / Correlazione CategoryCategoria Q_t,BEP (l/s) H_t,BEP (m) P_t,BEP (kW) η_t,BEP (%)

🗄️ Vanvitelli Experimental Database Explorer: 209 BEP Records & 439 Off-Design Curves (71 Machines)Esploratore Database Sperimentale Vanvitelli: 209 Record BEP e 439 Curve Caratteristiche (71 Macchine) 28 Sources + REDAWN • 5,257 Exp. Points28 Fonti + REDAWN • 5.257 Punti Sperim.

Explore the two-level experimental repository compiled in the 30/06/2026 technical report (1. BEP.xlsx and 2. CURVES.xlsx). All units are standardized to SI ($Q$ in $\text{m}^3/\text{s}$ and $\text{l/s}$, $H$ in $\text{m}$, $P$ in $\text{kW}$, $\eta$ in $[-]$, $D$ in $\text{m}$ with all 270 records from row 1277 converted from $\text{mm}$ to $\text{m}$), strictly preserving original experimental missing values without artificial analytical imputation to prevent Machine Learning data leakage. Esplora il database sperimentale a due livelli documentato nella relazione tecnica al 30/06/2026 (1. BEP.xlsx e 2. CURVES.xlsx). Tutte le grandezze sono state omogeneizzate nel Sistema Internazionale ($Q$ in $\text{m}^3/\text{s}$ e $\text{l/s}$, $H$ in $\text{m}$, $P$ in $\text{kW}$, $\eta$ in $[-]$, $D$ in $\text{m}$ con le 270 righe dalla 1277 convertite da $\text{mm}$ a $\text{m}$), mantenendo rigorosamente i valori mancanti senza imputazioni analitiche artificiali per prevenire fenomeni di data leakage nell'addestramento ML.

Level 1: BEP DatasetLivello 1: Dataset BEP
209 BEP
Q: 209 • H: 191 • P: 179 • η: 193
Level 2: Characteristic CurvesLivello 2: Curve Caratteristiche
439 curvescurve
180 H–Q • 147 P–Q • 112 η–Q
Experimental PointsPunti Sperimentali
5,257 pts
2,194 PUMP • 3,063 PAT (71 machinesmacchine)
PAT Operating DomainDominio Operativo PAT
0.1 – 583 kW
Q: 2.8–424 l/s • H: 0.54–221.2 m

🔵 Fig. 1–2: Experimental BEP Cloud (PUMP vs PAT)Fig. 1–2: Nuvola Sperimentale BEP (PUMP vs PAT)

📊 Fig. 3–4: Experimental Curves Explorer (71 Machines)Fig. 3–4: Esploratore Curve Sperimentali (71 Macchine)

🧠 Machine Learning Benchmark (RF, GBT, XGBoost, SVR, ANN) vs Literature CorrelationsBenchmark Algoritmi Machine Learning (RF, GBT, XGBoost, SVR, ANN) vs Correlazioni di Letteratura Deliverables D.OR7.1 • D.OR7.5

Quantitative validation implementing Section 4 of the 30/06/2026 PAT Report: 5-Fold Cross-Validation comparing the 5 Machine Learning architectures (Random Forest, Gradient Boosting, XGBoost, SVR, ANN) against 6 classical empirical formulations (Stepanoff 1957, Sharma 1985, Williams 1994, Derakhshan & Nourbakhsh 2008, Yang et al. 2012, Barbarelli et al. 2017) in terms of $R^2$, MAE, RMSE, Observed-vs-Predicted Parity Plot, and Feature Sensitivity Analysis. Validazione quantitativa in attuazione del Paragrafo 4 della Relazione PAT al 30/06/2026: 5-Fold Cross-Validation comparativa tra i 5 algoritmi di Machine Learning (Random Forest, Gradient Boosting, XGBoost, SVR, Reti Neurali ANN) e 6 formulazioni classiche di letteratura (Stepanoff 1957, Sharma 1985, Williams 1994, Derakhshan & Nourbakhsh 2008, Yang et al. 2012, Barbarelli et al. 2017) mediante metriche $R^2$, MAE, RMSE, grafico Osservato–Predetto (Parity Plot) e analisi di sensibilità delle variabili.

🎯 Observed vs Predicted Parity Plot (5-Fold CV)Grafico Osservato vs Predetto (Parity Plot 5-Fold CV)

📊 Feature Sensitivity & Relative Importance (%)Analisi di Sensibilità e Importanza delle Variabili (%)

Algorithm / Literature CorrelationAlgoritmo ML / Correlazione di Letteratura MethodologyFamiglia Metodologica R² (Qt_BEP) MAE Qt (l/s) R² (Ht_BEP) MAE Ht (m) R² (Pt_BEP) MAE Pt (kW) R² (ηt_BEP) MAE ηt (–)

🟢 Green Hydrogen & Renewable Power-to-Gas (PtX) SimulatorSimulatore Idrogeno Verde & Power-to-Gas (OR 5 / 8) Deliverables D.OR5.1 • D.OR8.1 • Idroambiente / Nemesi

Sizing of water electrolyzer, renewable power coupling, and high-pressure storage buffer.Dimensionamento dell'elettrolizzatore, accoppiamento con fonti rinnovabili e accumulo in bombole ad alta pressione.

Under OR 5 and OR 8, excess on-site renewable energy produced from photovoltaic panels (20.16 kW nominal) and micro-wind turbines (4.0 kW nominal) is routed through an automated electrolyzer to produce high-purity hydrogen. The gas is compressed up to 200 bar into dedicated cylinder storage bundles to fuel hybrid CHP cogeneration units during peak hours. Nell'ambito di OR 5 e OR 8, l'energia rinnovabile prodotta in eccedenza dai moduli fotovoltaici (20,16 kWp) e dalla turbina microeolica (4,0 kW) alimenta un elettrolizzatore automatico per produrre idrogeno puro. Il gas viene compresso fino a 200 bar in pacchi bombole di accumulo per alimentare gruppi cogenerativi ibridi CHP nelle ore di picco tariffario.

Renewable Daily YieldProducibilità Rinnovabile Giornaliera
114.7 kWh/day
Combined PV + Wind profileProfilo combinato Solare + Eolico
Green H₂ ProducedIdrogeno Verde Prodotto
2.09 kg/day
23.2 Nm³/day
Equivalent Stored EnergyEnergia Equivalente Immagazzinata
69.5 kWh_th
Chemical Lower Heating Value (LHV)Potere Calorifico Inferiore Chimico (PCI)
Required Buffer VolumeVolume Geometrico di Stoccaggio
126 Liters
3 × 50L Cylinders @ 200 bar

📊 Daily Renewable Power Profile vs Electrolyzer Hydrogen Generation Rate (g/h)Profilo di Potenza Rinnovabile Giornaliera vs Tasso di Generazione Idrogeno (g/h)

🔥 Hydrogen-Enriched Fuel Blends & Combustion Simulator (OR 12)Simulatore Combustione ed Emissioni Miscele Arricchite con H₂ (OR 12) Deliverable D.OR12.1 • Univ. Vanvitelli

1D combustion modeling of hydrogen-methane (HCNG), syngas, and diesel for CHP engines.Modellazione 1D della combustione di idrometano (HCNG), syngas e idrogasolio per motori cogenerativi CHP.

OR 12 focuses on developing mathematical combustion models for internal combustion engines fueled with hydrogen blends. Adding hydrogen accelerates flame propagation speed, expands lean-burn flammability limits, and displaces carbon content, leading to significant reductions in greenhouse gases and pollutant emissions. L'OR 12 sviluppa modelli numerici di combustione per motori alternativi alimentati con miscele addizionate di idrogeno. L'aggiunta di idrogeno incrementa la velocità laminare di fiamma, estende i limiti di infiammabilità a miscela magra e sostituisce quote di carbonio fossile, riducendo drasticamente le emissioni di gas serra e inquinanti.

Direct CO₂ ReductionRiduzione Diretta Emissioni CO₂
-6.8%
Relative to baseline fossil fuelRispetto al combustibile fossile base
Engine Thermal EfficiencyRendimento Termico del Motore
39.8% (+1.8%)
Gain from faster laminar burnIncremento da combustione laminare rapida
Annual Avoided CarbonEmissioni di Carbonio Evitate all'Anno
34.2 tCO₂/yr
Based on 4,000 operational hoursCalcolato su 4.000 ore annue di esercizio
Primary Energy SavingsRisparmio di Energia Primaria
114 MWh_th/yr
Reduced fuel consumptionMinore consumo di combustibile primario

📉 Emission Benchmarking: Pure Baseline vs H₂-Enriched Fuel BlendConfronto Prestazioni ed Emissioni: Combustibile Base vs Miscela Addizionata di H₂

🗺️ Phlegraean Macro-Districts & Remote Sentinel Network (OR 1 & OR 3)Macrodistretti Flegrei e Rete Sentinella Remota (OR 1 & OR 3) Deliverables D.OR1.1 • D.OR3.1 • Costrame / IA Consulting

Macro-district partitioning and remote FCM flow/pressure monitoring topology.Distrettualizzazione della rete e topologia sentinella remota per monitoraggio FCM (pressioni e portate).

OR 1 and OR 3 establish the dynamic hydraulic baseline of the water distribution infrastructure. The network is partitioned into strategic macro-districts supplied from the core lifting node at Mugnano Q.ta 110, continuous monitoring is performed via five critical FCM (Flow & Pressure Monitoring) telemetry stations. Gli OR 1 e OR 3 definiscono il modello idraulico dinamico di base dell'infrastruttura acquedottistica. La rete è suddivisa in macrodistretti strategici alimentati dal nodo centrale di sollevamento di Mugnano Q.ta 110, monitorati in continuo da cinque stazioni telemetriche sentinella FCM (Flow & Pressure Monitoring).

🏢

District 1: Mugnano Q.ta 110 NodeMacrodistretto 1: Nodo Mugnano Q.ta 110

Transmission InflowNodo di Mandata Principale
OnlineIn Linea

Primary lifting facility equipped with 8 pumps (2,945 kW). Discharges directly to the main pressure manifold. Centrale di sollevamento principale con 8 pompe (2.945 kW). Scarica direttamente nel collettore di mandata in pressione.

Flow: 1,850 l/s • Pressure: 7.85 bar • MV Load: 2,235 kWPortata: 1.850 l/s • Pressione: 7,85 bar • Carico MT: 2.235 kW
🌊

District 2: Melito Nuovo (Reservoirs 1-3)Macrodistretto 2: Melito Nuovo (Serbatoi 1-3)

Primary Storage BufferComprensorio di Accumulo di Testata
OnlineIn Linea

Head balancing reservoir complex. Acts as hydraulic buffer during night load-shifting (F3 pumping schedule). Complesso dei serbatoi di testata. Funge da polmone idraulico durante il load-shifting notturno nelle ore economiche (F3).

Capacity: 30,000 m³ • Current Level: 78% • Delivery Head: 4.2 barCapacità: 30.000 m³ • Livello Attuale: 78% • Carico Residuo: 4,2 bar
🏙️

District 3: Monteruscello & Coastal LineMacrodistretto 3: Monteruscello & Dorsale Costiera

Distribution LineCondotta di Distribuzione Urbana
OnlineIn Linea

Main urban distribution trunk. Equipped with PRVs targeted for OR 6 PAT hydropower recovery harvesting. Dorsale urbana principale. Dotata di camere PRV candidate all'installazione di PAT per recupero energetico (OR 6).

Flow: 920 l/s • Available Head Drop: 45 m (PAT Candidate)Portata: 920 l/s • Salto Piezometrico Disponibile: 45 m (Sito PAT)
🏝️

District 4: Ischia Aqueduct ConnectionMacrodistretto 4: Connessione Acquedotto Ischia

Subsea Pipeline FeedAlimentazione Condotta Sottomarina
OnlineIn Linea

Long-distance marine transmission link feeding the island of Ischia from the continental Phlegraean header. Tratta di trasporto sottomarino a lunga distanza per l'approvvigionamento dell'isola d'Ischia dal nodo continentale flegreo.

Flow: 450 l/s • Transmission Pressure: 8.2 bar • Leak Index: 0.98 (Healthy)Portata: 450 l/s • Pressione Trasmissione: 8,2 bar • Indice Integrità: 0,98 (Ottimale)

📡 Remote Flow & Pressure Monitoring (FCM) Telemetry SensorsSensori Sentinella di Portata e Pressione (FCM) per Telemetria Remota

Station IDID Stazione Location / NodeUbicazione / Nodo Monitored ParametersParametri Monitorati Telemetry UnitUnità Telemetrica Current ReadingMisura Attuale StatusStato
FCM-01 Mugnano Q.110 Discharge HeaderCollettore Mandata Mugnano Q.110 Manifold Pressure, Total Inflow QPressione Collettore, Portata Totale Q Sentinel Dual-Channel IoTSentinella IoT a Doppio Canale 7.85 bar • 1,850 l/s OperationalOperativo
FCM-02 Melito Nuovo Reservoir InletIngresso Serbatoi Melito Nuovo Reservoir Level, Inlet Flow QLivello Serbatoio, Portata Entrante Q Sentinel Ultrasonic Level + EM FlowLivello Ultrasuoni + Misuratore EM Level: 7.8 m • 1,220 l/sLivello: 7,8 m • 1.220 l/s OperationalOperativo
FCM-03 Monteruscello PRV ChamberCamera Valvole PRV Monteruscello Upstream/Downstream Head ΔH, Flow QSalto Piezometrico ΔH Monte/Valle, Portata Q Sentinel Differential PressureSensore Pressione Differenziale IoT ΔH: 45 m • 920 l/s PAT CandidateCandidato PAT
FCM-04 Pozzuoli Interconnection VaultNodo di Interconnessione Pozzuoli Branch Pressure, Residual ChlorinePressione Diramazione, Cloro Residuo Sentinel Multi-ParameterUnità Sentinella Multiparametrica 4.8 bar • Cl: 0.22 ppm OperationalOperativo
FCM-05 Baia Subsea Booster TerminalTerminale Booster Sottomarino Baia Subsea Manifold Pressure, Surge SensorPressione Condotta Sottomarina, Anti-Colpo d'Ariete Sentinel High-Pressure IoTSensore Alta Pressione IoT 8.2 bar • 450 l/s OperationalOperativo
Active PumpsPompe in Marcia
3 / 8
Total Absorbed PowerPotenza Totale Assorbita
1,155 kW
Delivered Hydraulic FlowPortata Idraulica Erogata
1,200 l/s (4,320 m³/h)
Weighted Average EfficiencyRendimento Medio Ponderato
78.5%
Specific Energy Consumption (SEC)Consumo Specifico di Energia (SEC)
0.2674 kWh/m³

⚙️ Electromechanical Inventory & Manual Dispatch SimulatorCensimento Elettromeccanico & Simulatore di Dispacciamento Manuale OR 2 • Machine TelemetryOR 2 • Telemetria Macchine

Toggle pump switches to simulate manual operation and assess instantaneous electrical load and flow.Attiva o disattiva gli interruttori delle pompe per simulare l'esercizio e valutare potenza e portata istantanee.

📋 Nameplate Electromechanical Specifications (Pumps EP 1 - EP 8)Dati di Targa Elettromeccanici (Gruppi di Pompaggio EP 1 - EP 8)

Unit IDID Gruppo Motor ManufacturerCostruttore Motore Motor ModelModello Motore Hydraulic Pump ModelModello Pompa Idraulica Flow QPortata Q Design Head HPrevalenza H Rated PowerPotenza Nominale Hydraulic Efficiency ηRendimento η Optimal Dispatch StrategyStrategia di Dispacciamento
EP 1 Siemens 1LE55033AB734GRO-Z KSB OMEGA 250 480A 250 l/s (900 m³/h) 80 m 315 kW (400V) 62.3% Standby / Peak TrimRiserva / Picco
EP 2 Siemens 1LE55033AB734GRO-Z KSB OMEGA 250 480A 250 l/s (900 m³/h) 80 m 315 kW (400V) 62.3% Standby / Peak TrimRiserva / Picco
EP 3 Siemens 1LE55033AB734GRO-Z KSB OMEGA 250 480A 250 l/s (900 m³/h) 80 m 315 kW (400V) 62.3% Standby / Peak TrimRiserva / Picco
EP 4 Leroy-Somer PLS315LG4 B3 KSB ETANORM R G 300-500 350 l/s (1,260 m³/h) 80 m 400 kW (400V) 68.7% Secondary ModulationModulazione Secondaria
EP 5 Marelli B5C3532Q10920 FLOWSERVE 300-LNNV-600 400 l/s (1,440 m³/h) 80 m 400 kW (400V) 78.5% Primary Base-LoadCarico di Base Primario
EP 6 Marelli B5C3532Q10920 FLOWSERVE 300-LNNV-600 400 l/s (1,440 m³/h) 80 m 400 kW (400V) 78.5% Primary Base-LoadCarico di Base Primario
EP 7 Marelli B5C3532Q10920 FLOWSERVE 300-LNNV-600 400 l/s (1,440 m³/h) 80 m 400 kW (400V) 78.5% Primary Base-LoadCarico di Base Primario
EP 8 Electric Motor Belgium - Pump Group 400 400 l/s (1,440 m³/h) 80 m 400 kW (400V) 78.5% Primary Base-LoadCarico di Base Primario
2025 Annual Demand Audited TotalFabbisogno Annuo 2025 Totale Certificato
18.70 GWh
Monthly Average: 1,558,394 kWhMedia Mensile: 1.558.394 kWh
Q1 2026 Trend Jan - AprTrend 1° Quadrimestre 2026 Gen - Apr
+3.76% vs 2025
5.92 GWh (+214,558 kWh)
Contracted Power 20 kV MVPotenza Contrattuale 20 kV MT
2,390 kW
⚠️ Overshoot in 7 of 12 months (max 2,536 kW)⚠️ Supero in 7 mesi su 12 (max 2.536 kW)
Power Factor Cos(φ) F1/F2Fattore di Potenza Cos(φ) F1/F2
0.918 F1
⚠️ Active ARERA Reactive Penalties⚠️ Penali ARERA Reattiva Applicate
Annual Billed Spend A2A InvoiceSpesa Annua Fatturata Fornitura A2A
€ 4.77 Mln
Average unit cost: ~0.1957 €/kWhCosto medio unitario: ~0,1957 €/kWh

📈 Monthly Consumption Comparison 2025 vs 2026Confronto Consumi Mensili 2025 vs 2026 OR 2 • Field TelemetryOR 2 • Telemetria di Campo

⏱️ 12-Month Tariff Band BreakdownRipartizione Fabbisogno per Fasce Orarie (12 Mesi) ARERA F1 / F2 / F3

⚡ Monthly Peak Power Demand vs Contract Limit (2,390 kW)Potenza Massima Mensile vs Limite Contrattuale (2.390 kW) Critical AnomalyAnomalia Critica

Contract capacity limit: 2,390.00 kWLimite potenza impegnata da contratto: 2.390,00 kW

🧾 Economic Breakdown of Medium Voltage Invoice (April 2026)Dettaglio Economico Fattura Media Tensione (Aprile 2026) A2A Bill #826500362488Fattura A2A n. 826500362488

Total billed consumption: 1,512,831 kWhConsumo totale fatturato: 1.512.831 kWh
Cost ComponentComponente di Spesa Taxable Amount (€)Imponibile (€) Share %Quota % Average Unit Cost (€/kWh)Costo Medio Unitario (€/kWh) Accounting & Tariff DetailsDettagli Tariffari e Contabili
Energy CommoditySpesa per la Materia Energia € 216,165.89 73.01% 0.1429 €/kWh F1: 0.11479 €/kWh • F2: 0.14191 €/kWh • F3: 0.12028 €/kWh • Grid losses, dispatching & capacityF1: 0,11479 €/kWh • F2: 0,14191 €/kWh • F3: 0,12028 €/kWh • Perdite di rete, dispacciamento e mercato capacità
Grid Transport & MeteringSpesa per Trasporto e Gestione Contatore € 25,033.75 8.45% 0.0165 €/kWh Fixed charge (€ 66.71) • Capacity charge (€ 5,371.25) • Variable charge (€ 19,288.60) • Reactive Penalties (€ 307.19)Quota fissa (€ 66,71) • Quota potenza (€ 5.371,25) • Quota variabile (€ 19.288,60) • Penali reattiva (€ 307,19)
General System Charges (ASOS / ARIM)Oneri Generali di Sistema (ASOS / ARIM) € 47,564.67 16.06% 0.0314 €/kWh ASOS renewable support (€ 44,971.84) • ARIM general interest (€ 2,592.83)Oneri ASOS incentivo rinnovabili (€ 44.971,84) • Oneri ARIM rimanenti (€ 2.592,83)
Excise Taxes & LeviesImposte Erariali ed Accise € 7,320.00 2.47% 0.0048 €/kWh Tier ≤ 200,000 kWh (€ 2,500.00) • Monthly flat fee > 1,200 MWh (€ 4,820.00)Scaglione ≤ 200.000 kWh (€ 2.500,00) • Canone mensile oltre 1.200 MWh (€ 4.820,00)
TOTAL APRIL 2026 INVOICETOTALE FATTURA APRILE 2026 € 296,084.31 100.00% 0.1957 €/kWh Total all-in delivered power cost: ~195.71 €/MWh (excl. VAT)Costo omnicomprensivo medio energia: ~195,71 €/MWh (IVA esclusa)

🔌 Reactive Energy Diagnostics & ARERA Power Factor SurchargesDiagnosi Energia Reattiva e Penali ARERA per Basso Cos(φ)

The April 2026 power bill indicates that the Mugnano Elev. 110 pumping station operates at a power factor of Cos(φ) = 0.918 in Peak Band F1 and 0.919 in Mid Band F2, both significantly below the regulatory threshold of 0.95 mandated by ARERA. Reactive energy absorption stands at 43% of active energy (exceeding the 33% deductible allowance), triggering automatic monthly penalty surcharges. La fattura elettrica di aprile 2026 attesta che l'impianto di sollevamento di Mugnano Q.ta 110 opera con un fattore di potenza pari a Cos(φ) = 0,918 in fascia di picco F1 e 0,919 in fascia intermedia F2, entrambi marcatamente inferiori alla soglia minima di 0,95 stabilita da ARERA. L'assorbimento di energia reattiva raggiunge il 43% dell'energia attiva (superando la franchigia del 33%), determinando l'applicazione automatica di onerose penali mensili in bolletta.

F1 Reactive Energy DrawPrelievo Reattivo in F1
216,219 kvarh
50,588 kvarh penalized (€ 190.72)50.588 kvarh soggetti a penale (€ 190,72)
F2 Reactive Energy DrawPrelievo Reattivo in F2
136,136 kvarh
30,894 kvarh penalized (€ 116.47)30.894 kvarh soggetti a penale (€ 116,47)
Monthly April PenaltyPenale Reattiva Fattura Aprile
€ 307.19
Annual penalty projection: ~€ 3,700 - € 4,500/yearProiezione penali annue: ~€ 3.700 - € 4.500/anno
MV Transformer GainBeneficio Trasformatore MT
+1.8%
Reduced thermal Joule losses across 20 kV feederMinori perdite termiche Joule sulla linea a 20 kV

Automated Power Factor Correction Sizing EngineMotore Automatico di Dimensionamento Quadro di Rifasamento

Capacitor Bank CapacityPotenza Batteria Condensatori
600 kvar
Automated detuned reactor steps for harmonic blockingGradini automatici con induttanze di blocco 189 Hz
Estimated CAPEX InvestmentInvestimento Stimato (CAPEX)
€ 9,000
Supply & installation of automatic correction boardFornitura e posa in opera quadro rifasatore
Annual OPEX Avoided SurchargesPenali ARERA Annue Evitate
€ 3,686 / year
100% elimination of ARERA penaltiesAzzeramento totale delle penali in bolletta
Simple Payback PeriodTempo di Ritorno dell'Investimento
24.5 months
Direct return on investment via penalty avoidanceRecupero investimento tramite risparmio penali

📑 MIMIT Project Deliverables Matrix & Technical ReportingMatrice dei Deliverables di Progetto MIMIT & Reportistica Tecnica

Official deliverable registry corresponding to the approved MIMIT Development Plan (Accordi per l'Innovazione). The EWITH Suite directly hosts the software, digital algorithms, and telemetry records supporting each deliverable. Registro ufficiale dei deliverable conforme al Piano di Sviluppo approvato dal MIMIT (Accordi per l'Innovazione). La suite EWITH ospita direttamente gli applicativi software, gli algoritmi digitali e le serie storiche a supporto di ciascun deliverable.

Deliverable CodeCodice Deliverable OR PillarOR di Riferimento Official TitleTitolo Ufficiale Responsible PartnerPartner Responsabile TypeTipologia Progress %Avanzamento % StatusStato

PROJECT E-WITH • MID-TERM PROGRESS TECHNICAL REPORT (SAL 2)PROGETTO E-WITH • RAPPORTO TECNICO PERIODICO A METÀ PERIODO (SAL 2)

MIMIT Project ID: F/350167/01/X60  |  CUP Code: B49J23008290007  |  Lead Beneficiary: COSTRAME S.r.l.  |  Core Pilot: Mugnano Elevation 110 Pumping Station (POD: IT001E00016841) Codice Progetto MIMIT: F/350167/01/X60  |  Codice CUP: B49J23008290007  |  Soggetto Capofila: COSTRAME S.r.l.  |  Sito Pilota Principale: Centrale di Sollevamento Mugnano Q.ta 110 (POD: IT001E00016841)

1. Executive Summary & Digital Suite Architecture (OR 13)1. Sintesi Esecutiva & Architettura della Piattaforma Digitale (OR 13)

COSTRAME S.r.l. has deployed the integrated EWITH Suite digital portal (hosted at ewithsuite.edar.biz), which serves as the overarching Edge/Cloud software layer mandated under OR 13. The platform unifies the electromechanical asset inventory (OR 2), combinatorial pumping dispatch and peak shaving (OR 7), semi-empirical PAT curve generation (OR 6), renewable hydrogen sizing (OR 5/8), 1D combustion modeling (OR 12), and network telemetry (OR 1/3). This deliverable brings OR 13 maturity from 10% to over 85%. La Capofila COSTRAME S.r.l. ha realizzato e reso operativa la suite digitale integrata EWITH Suite (accessibile su ewithsuite.edar.biz), che funge da livello software Edge/Cloud trasversale prescritto dall'OR 13. La piattaforma unifica il censimento elettromeccanico (OR 2), l'ottimizzazione del pompaggio e il peak shaving (OR 7), la predizione delle curve caratteristiche delle PAT (OR 6), il dimensionamento della catena idrogeno da rinnovabili (OR 5/8), la modellazione 1D della combustione (OR 12) e la telemetria di rete (OR 1/3), portando l'avanzamento dell'OR 13 a oltre l'85%.

2. OR 2 & OR 7: Pumping Station Dispatch Optimization2. OR 2 & OR 7: Ottimizzazione del Pompaggio e Peak Shaving

Historical telemetry over 12 billing months revealed contractual overshoots in 7 of 12 months (peaking at 2,536 kW vs 2,390 kW contracted) and severe power factor degradation (cos φ = 0.918 with € 3,700/year in ARERA surcharges). The OptiPump DSS implements a hard constraint $P(t) \le 2,390\text{ kW}$, enforces base-load dispatch on high-efficiency Flowserve units ($\eta = 78.5\%$), and shifts pumping volume to off-peak hours (F3). Results verify a 13.5% daily cost reduction (~€ 321,000/year) and over 2,080 MWh/year of primary energy conservation. L'analisi telemetrica sulle bollette degli ultimi 12 mesi ha evidenziato superi della potenza contrattuale in 7 mesi su 12 (con picco a 2.536 kW rispetto ai 2.390 kW impegnati) e un basso fattore di potenza (cos φ = 0,918 con circa € 3.700/anno di penali ARERA). L'algoritmo OptiPump DSS impone il vincolo rigido $P(t) \le 2.390\text{ kW}$, privilegia le pompe Flowserve ad alto rendimento ($\eta = 78.5\%$) e sposta il carico nelle ore notturne ed economiche (F3). I risultati validati dimostrano una riduzione del 13,5% del costo giornaliero (~€ 321.000/anno) e oltre 2.080 MWh/anno di energia primaria risparmiata.

3. OR 6: Semi-Empirical PAT Prediction Code3. OR 6: Codice Matematico Semi-Empirico Previsione PAT

In collaboration with University of Campania "Luigi Vanvitelli", the semi-empirical mathematical code (Deliverable D.OR6.3) has been operationalized into an interactive web tool. Operating engineers can input commercial centrifugal pump BEP parameters to instantaneously derive the 4-quadrant turbine mode characteristic curves and quantify recoverable MWh from distribution head drops. In collaborazione con l'Università degli Studi della Campania "Luigi Vanvitelli", il codice semi-empirico (Deliverable D.OR6.3) è stato trasformato in uno strumento software interattivo. Gli ingegneri di processo possono inserire i dati di targa al BEP di una pompa centrifuga commerciale per ricavare istantaneamente le curve caratteristiche in modalità turbina e quantificare i MWh idroelettrici recuperabili dai salti di pressione in rete.

4. OR 5, OR 8 & OR 12: Clean Hydrogen & Hybrid Cogeneration4. OR 5, OR 8 & OR 12: Idrogeno Verde e Cogenerazione Ibrida

The platform provides mass-energy balancing for the 20.16 kW solar PV and 4.0 kW micro-wind electrolyzer coupling, sizing high-pressure 200 bar storage buffers and simulating hydrogen-enriched fuel blends (5-30% H₂) for CHP engines to reduce greenhouse gas emissions during peak demand periods. La suite calcola i bilanci di massa ed energia per l'accoppiamento tra il generatore fotovoltaico (20,16 kWp), la turbina microeolica (4 kW) e l'elettrolizzatore, dimensionando il pacco bombole ad alta pressione (200 bar) e simulando miscele di combustibili addizionate con idrogeno (5–30% H₂) per motori cogenerativi CHP, riducendo drasticamente le emissioni climalteranti durante i picchi di richiesta idrica.

📖 Guida Operativa Dettagliata all'Uso della Piattaforma EWITH Suite

Manuale operativo completo passo-passo per ingegneri idraulici, energy manager, operatori di sala controllo acquedottistica e revisori MIMIT. Include la mappa dei 6 Domini Funzionali, le tabelle complete dei parametri di input/output di tutti i 12 Moduli e 4 Scenari Operativi Guidati.

🧭 1. Architettura della Piattaforma, Menu Completo & Mappa dei 6 Domini Funzionali
Architettura v2.1 (Build v1005)

La piattaforma digitale EWITH Suite costituisce l'infrastruttura software unificata del progetto di ricerca e sviluppo E-WITH (Energy Efficiency for Water management with Innovative Technologies and methodologies also based on Hydrogen systems — Accordi per l'Innovazione MIMIT, CUP B49J23008290007). L'interfaccia è strutturata in 6 Domini Funzionali e 12 Moduli Interattivi, tutti accessibili sia dalla barra superiore a due righe sia dal Menu Completo a Scomparsa (`🧭 Menu Completo & Mappa Suite`).

Dominio Funzionale Modulo / Scheda Obiettivi (OR) & Deliverable Partner Responsabile Funzione Principale
1. Simulazione Sistemica 🎛️ Hub Sinottico SCADA OR 1–13 (D.OR13.1) Costrame / Tutti i Partner Simulatore acquedotto esterno, serbatoio/bypass, PAT 1, PAT 2, FV+Eolico, H₂ e CHP con bilancio energetico, idrico ed emissivo.
2. Sollevamenti & Reti Idriche 🚰 OptiPump DSS OR 7 (D.OR7.1, D.OR7.2) Costrame / Univ. Vanvitelli Risolutore combinatorio 24h su fasce F1/F2/F3 con Peak Shaving rigido ($\le 2.390\text{ kW}$).
⚙️ Gemello Pompe OR 2 (D.OR2.1) Costrame S.r.l. Gemello digitale dei gruppi EP 1 – EP 8 di Mugnano Q.110 ($2.945\text{ kW}$) e manovra manuale.
🗺️ Macrodistretti OR 1 & OR 3 (D.OR1.1, D.OR3.1) Costrame / IA Consulting Topologia dei 4 macrodistretti flegrei e telemetria delle 5 stazioni sentinella FCM-01 ÷ FCM-05.
3. Recupero Idroelettrico ⚡ Recupero PAT & ML OR 6 (D.OR6.2, D.OR6.3) Univ. Campania Vanvitelli Predittore ibrido (5 algoritmi ML vs 6 correlazioni), database 209 BEP e 439 curve reali su 71 macchine, benchmark 5-Fold CV.
4. Idrogeno & Combustione 🟢 Hub Idrogeno OR 4, 5, 8 (D.OR5.1, D.OR8.1) Idroambiente / Nemesi Accoppiamento FV ($20,16\text{ kWp}$) + Micro-Eolico ($4\text{ kW}$) + Elettrolizzatore PEM + Bombole $200\text{ bar}$.
🔥 Combustione H₂ OR 9, 10, 11, 12 (D.OR12.1) Univ. Campania Vanvitelli Simulatore cinetico 1D CHEMKIN/GT-Power per Idrometano, Idrogasolio e Syngas arricchiti con $\text{H}_2$.
5. Telemetria & Mercato Elettrico 📊 Telemetria MT OR 2 (D.OR2.1) Costrame S.r.l. Analisi certificata consumi 2025/2026 ($18,70\text{ GWh}$) e scomposizione fattura A2A 20 kV.
🔌 Energia Reattiva OR 2 (D.OR2.2) Costrame S.r.l. Diagnosi penali ARERA ($\cos\varphi = 0,918$) e dimensionamento automatico condensatori 189 Hz.
6. Governance & Documentazione 📑 Deliverables / 📖 Guida / 📚 Manuale OR 1–13 (Tutti i 19 SAL) Consorzio E-WITH Monitoraggio avanzamento contrattuale, manualistica operativa e formulario scientifico con export PDF.
💡
Barra di Contesto Modulo Attivo: Subito sotto il menu principale è sempre visibile una barra contestuale che mostra il Dominio, l'OR e il Deliverable della scheda aperta, con due pulsanti rapidi ("📖 Guida Operativa di questo Modulo" e "📚 Riferimento Teorico & Formule") che portano direttamente al capitolo pertinente.
🎛️ 2. Guida al Cruscotto Sinottico SCADA Interattivo (`Hub Sinottico`)
OR 1–13 • Simulatore Sistemico

Il Cruscotto Sinottico SCADA Interattivo posto nella schermata iniziale (`Hub Sinottico`) permette di simulare l'intero ciclo idrico ed energetico integrato: dall'adduttrice dell'acquedotto esterno, passando per la centrale di sollevamento, il serbatoio di testata (o il bypass diretto), le due turbine PAT di recupero, fino alla rete di distribuzione distrettuale, integrando parco fotovoltaico/eolico, elettrolizzatore PEM e cogenerazione alimentata con miscele a idrogeno.

1
Scelta della Topologia Idraulica e del Distretto Target

Nella barra superiore dello schema puoi commutare istantaneamente tra due schemi idraulici:

  • Topologia A — Con Serbatoio di Testata Q.ta 110: L'acqua sollevata attraversa la camera di carico in ingresso dove opera la PAT 1 (Pre-Serbatoio) che recupera il carico residuo $\Delta H_1$; l'acqua entra quindi nel Serbatoio Q.ta 110 (capacità $30.000\text{ m}^3$, fondamentale per accumulare acqua nelle ore notturne F3) e scende verso il distretto attraverso la PAT 2 (Post-Serbatoio / Pre-Rete) che recupera il salto $\Delta H_2$.
  • Topologia B — Immissione Diretta in Rete Distrettuale (Bypass Serbatoio): La condotta di mandata alimenta direttamente la rete di distribuzione tramite il ramo di bypass. In questo assetto il serbatoio e la PAT 1 sono esclusi, mentre la PAT 2 (Pre-Rete) regola direttamente la pressione di immissione in rete evitando sovrappressioni sulle tubazioni urbane.
2
Tabella Completa dei Controlli e Cursori del Simulatore SCADA
Sottosistema Parametro / Controllo Range Operativo Valore Default Effetto Fisico ed Energetico sul Sistema
1. Sollevamento & DSS (OR 2/7) Interruttore OptiPump DSS + Rifasamento ON / OFF ON Trasla il pompaggio in fascia F3, seleziona i gruppi ad alta efficienza ($\eta$ da $71,5\%$ a $78,5\%$) e porta $\cos\varphi$ da $0,918$ a $0,98$.
Portata Acquedotto $Q$ $150 \div 900\text{ L/s}$ $480\text{ L/s}$ Determina il volume giornaliero sollevato e la portata fluente nelle turbine PAT 1 e PAT 2.
Prevalenza Manometrica $H_p$ $55 \div 125\text{ m}$ $80\text{ m}$ Definisce la potenza idraulica richiesta all'impianto di sollevamento ($P_{\text{id}} = \rho g Q H_p$).
2. PAT 1 Pre-Serbatoio (OR 6) Salto Recuperato $\Delta H_1$ + Switch ON/OFF $5 \div 45\text{ m}$ $18\text{ m}$ (ON) Recupera l'esubero piezometrico prima dell'ingresso a pelo libero nel serbatoio ($\eta_{\text{PAT1}} \approx 69\text{–}74\%$).
3. PAT 2 Pre-Rete (OR 6) Salto Regolato $\Delta H_2$ + Switch ON/OFF $8 \div 55\text{ m}$ $32\text{ m}$ (ON) Sostituisce la valvola PRV dissipativa prima della rete distrettuale: genera energia elettrica e riduce le perdite idriche fisiche ($\Delta L \propto \Delta H_2^{0,85}$).
4. Rinnovabili FV + Eolico (OR 4) Potenza Rinnovabile Installata $24 \div 1.500\text{ kWp}$ $250\text{ kWp}$ (ON) Produce energia elettrica pulita a zero emissioni, riducendo il prelievo dalla cabina MT 20 kV e alimentando l'elettrolizzatore.
5. H₂ & Motore CHP (OR 5/8/9–12) Potenza Motore Cogenerativo CHP $50 \div 600\text{ kW}$ $180\text{ kW}$ (ON) Fornisce potenza elettrica e termica programmabile in centrale durante le ore di punta F1.
Miscela Idrogeno Verde ($\% \text{ vol H}_2$) $0\% \div 40\%\text{ vol}$ $20\%\text{ vol}$ Riduce le emissioni di $\text{CO}_2$ del gruppo CHP, migliora il rendimento di combustione e modula gli $\text{NO}_x$ (ottimo lean-burn $\le 22\%$).
🎯 Prova subito il Simulatore SCADA: apri la schermata iniziale e testa i 3 Scenari Preimpostati.
🚰 3. Modulo OptiPump DSS: Dispacciamento Orario 24h & Peak Shaving (`OR 7`)
OR 2 • OR 7 • Deliverable D.OR7.1

Il modulo OptiPump DSS risolve il problema di programmazione combinatoria oraria delle 8 elettropompe della Centrale di Mugnano Q.ta 110 per soddisfare il target giornaliero di fornitura idrica al minimo costo tariffario, garantendo il rispetto assoluto del limite contrattuale di potenza impegnata ($P_{\max} \le 2.390\text{ kW}$).

Parametro / Selettore Range / Opzioni Valore Calibrato Significato Operativo
Fabbisogno Idrico Giornaliero $80.000 \div 180.000\text{ m}^3/\text{g}$ $140.000\text{ m}^3/\text{g}$ Volume complessivo da sollevare nelle 24 ore (pari a $\sim 1.616\text{ L/s}$ medi continui).
Profilo Operativo Stagionale Standard / Estivo (+15%) / Invernale (-10%) / Weekend (100% F3) Giorno Medio Standard Adatta la curva di richiesta oraria dei serbatoi e la struttura delle fasce tariffarie ARERA (F1/F2/F3).
⚡ Risultato Verificato: risparmio di € 879,93/giorno (-13,5%) pari a € 321.177/anno e 2.086 MWh/anno risparmiati.
⚡ 4. Modulo Recupero Idroelettrico PAT & Machine Learning (`OR 6 — D.OR6.2 / D.OR6.3`)
OR 6 • Univ. Campania "Luigi Vanvitelli"

Sviluppato sulla base della Relazione Tecnica al 30/06/2026 dell'Università della Campania "Luigi Vanvitelli", questo modulo è articolato in 3 Sotto-Pannelli commutabili tramite la barra in alto nella scheda `Recupero PAT`:

6.1
Pannello 1: Predittore Ibrido ML (5 Algoritmi) vs 6 Correlazioni di Letteratura

Inserendo i parametri di targa della pompa al BEP ($Q_{p,\text{BEP}}$, $H_{p,\text{BEP}}$, $\eta_{p,\text{BEP}}$, velocità $N_p$, diametro girante $D$) e i dati del sito ($Q_{\text{sito}}, H_{\text{sito}}, N_t$), il motore calcola istantaneamente le prestazioni in modalità turbina ($Q_{t,\text{BEP}}, H_{t,\text{BEP}}, P_{t,\text{BEP}}, \eta_{t,\text{BEP}}$) confrontando:

  • 5 Algoritmi di Machine Learning: Random Forest (RF), Gradient Boosting (GBT), XGBoost, Support Vector Regression (SVR), Rete Neurale Multi-Layer Perceptron (MLP-ANN).
  • 6 Correlazioni Semi-Empiriche di Letteratura: Stepanoff (1957), Sharma (1985), Williams (1994), Derakhshan & Nourbakhsh (2008), Yang et al. (2012), Barbarelli et al. (2017).
  • Gemello Sperimentale KNN: ricerca automatica della macchina reale più simile all'interno dei 209 record sperimentali.
6.2
Pannello 2: Esploratore Database Sperimentale (209 Punti BEP & 439 Curve su 71 Macchine)

Permette di esplorare l'intero archivio sperimentale normalizzato (`1. BEP.xlsx` e `2. CURVES.xlsx` con diametri convertiti in metri): nella colonna sinistra visualizzi la nuvola dei 209 punti BEP su 4 piani idrodinamici; nella colonna destra selezioni una qualsiasi delle 71 macchine testate per plottare le 439 curve caratteristiche fuori progetto ($H\text{–}Q$, $P\text{–}Q$, $\eta\text{–}Q$, $5.257$ punti sperimentali tra $300$ e $3.020\text{ rpm}$).

6.3
Pannello 3: Benchmark Statistico 5-Fold Cross-Validation, Parity Plot & Sensibilità

Mostra il Parity Plot Osservato vs Predetto, l'importanza relativa delle feature di input ($Q_p, H_p, \eta_p, N, N_s, P_p, D$) e la tabella completa delle metriche ($R^2$ fino a $0,9675$ su $Q_{t,\text{BEP}}$ e $0,8968$ su $H_{t,\text{BEP}}$).

🔬 Accesso Diretto ai 3 Pannelli PAT:
🟢 5. Modulo Hub Idrogeno Verde & Stoccaggio a 200 bar (`OR 4 • OR 5 • OR 8`)
Deliverable D.OR5.1 • D.OR8.1

Modella la filiera Power-to-Gas installata presso il sito pilota per convertire l'energia elettrica prodotta dal campo fotovoltaico ($20,16\text{ kWp}$, 56 moduli da $360\text{ W}$) e dalla turbina micro-eolica ($4,0\text{ kW}$) in idrogeno verde tramite elettrolizzatore PEM ($55\text{ kWh/kg H}_2$) e stoccarlo in pacchi bombole a $200\text{ bar}$.

🟢 Calcola produzione giornaliera di $\text{H}_2$, consumo d'acqua demineralizzata e numero di bombole da 50 L:
🔥 6. Modulo Combustione 1D Miscele a Idrogeno ed Emissioni (`OR 9 • OR 10 • OR 11 • OR 12`)
Deliverable D.OR12.1 • Univ. Vanvitelli

Consente di simulare l'arricchimento con idrogeno ($0\text{–}30\%\text{ vol H}_2$) di tre combustibili base studiati nei rispettivi Obiettivi Realizzativi: Idrometano (`OR 9`), Idrogasolio Dual-Fuel (`OR 10`) e Syngas da Biomassa Legnosa (`OR 11`). Il motore termodinamico 1D calcola in tempo reale il Potere Calorifico Inferiore ($LHV$), l'Indice di Wobbe, la velocità laminare di fiamma, il taglio delle emissioni di $\text{CO}_2$ e la variazione degli $\text{NO}_x$ termici (meccanismo di Zeldovich).

🔥 Simula le miscele arricchite in $\text{H}_2$ e le curve emissive:
🗺️ 7. Modulo Macrodistretti Idrici Flegrei & Sensori Sentinella FCM (`OR 1 • OR 3`)
Deliverable D.OR1.1 • D.OR3.1

Espone la partizione funzionale della grande adduzione flegrea nei 4 Macrodistretti (1. Nodo Mandata Mugnano Q.110; 2. Serbatoi di Testata Melito Nuovo 30.000 m³; 3. Dorsale Urbana Monteruscello con sito candidato PAT da 45 m di salto; 4. Condotta Sottomarina per l'Isola d'Ischia) e la tabella diagnostica in tempo reale delle 5 Stazioni Telemetriche Sentinella (`FCM-01` ÷ `FCM-05`).

🗺️ Ispeziona i 4 Macrodistretti e le 5 stazioni IoT FCM:
⚙️ 8. Modulo Gemello Digitale Elettromeccanico Pompe EP 1 – EP 8 (`OR 2`)
OR 2 • Censimento & Manovra Manuale

Riproduce fedelmente la sala pompe della Centrale di Mugnano Q.ta 110 ($2.945\text{ kW}$ complessivi installati su 8 gruppi). Tramite gli interruttori su ciascuna scheda macchina puoi accendere o spegnere manualmente ogni gruppo e verificare istantaneamente:

  • Gruppi EP 1, EP 2, EP 3: Motore Siemens $315\text{ kW}$ + Pompa KSB Omega 250 480A ($Q = 250\text{ L/s}$, $H = 80\text{ m}$, $\eta = 62,3\%$) — ruolo: Riserva / Integrazione di Picco.
  • Gruppo EP 4: Motore Leroy-Somer $400\text{ kW}$ + Pompa KSB Etanorm ($Q = 350\text{ L/s}$, $H = 80\text{ m}$, $\eta = 68,7\%$) — ruolo: Modulazione Secondaria.
  • Gruppi EP 5, EP 6, EP 7, EP 8: Motore Marelli / EMB $400\text{ kW}$ + Pompa Flowserve 300-LNNV-600 ($Q = 400\text{ L/s}$, $H = 80\text{ m}$, $\eta = 78,5\%$) — ruolo: Carico di Base Primario ad Alta Efficienza.
⚙️ Prova le combinazioni di marcia manuale delle 8 pompe:
📊 9. Modulo Telemetria Energetica Storica 2025/2026 & Fattura MT 20 kV (`OR 2`)
OR 2 • POD IT001E00016841

Raccoglie la serie storica certificata dei consumi elettrici mensili (totale 2025: $18,70\text{ GWh}$, spesa annua $€\text{ }4,77\text{ Mln}$), la ripartizione percentuale nelle fasce ARERA F1/F2/F3, il grafico delle punte mensili di potenza (che evidenzia il supero della soglia contrattuale di $2.390\text{ kW}$ in 7 mesi su 12, con massimo a $2.536\text{ kW}$) e il prospetto contabile analitico della fattura A2A di Media Tensione ($20\text{ kV}$).

📊 Consulta i grafici storici 2025/2026 e il dettaglio della bolletta MT:
🔌 10. Modulo Diagnosi Energia Reattiva, Penali ARERA & Rifasamento (`OR 2`)
OR 2 • Qualità Elettrica MT

Analizza l'anomalia del basso fattore di potenza ($\cos\varphi = 0,918$ in F1 e $0,919$ in F2, inferiore al limite normativo ARERA di $0,95$) e mette a disposizione un Calcolatore Automatico di Dimensionamento del Quadro di Rifasamento. Impostando il $\cos\varphi$ obiettivo (default $0,98$), il tool calcola la potenza reattiva necessaria ($600\text{ kvar}$ con induttanze di sbarramento a $189\text{ Hz}$), il CAPEX ($€\text{ }9.000$), il risparmio annuo di penali ed il tempo di ritorno (~24 mesi).

🔌 Dimensiona il quadro di rifasamento automatico:
📑 11. Governance MIMIT, Matrice dei 19 Deliverables & Reportistica SAL
Conformità Ministeriale MIMIT

La scheda Deliverables MIMIT espone il registro ufficiale dei 19 deliverable contrattuali (`D.OR1.1` ÷ `D.OR13.1`) con indicazione dell'OR di riferimento, titolo ufficiale, partner responsabile, avanzamento percentuale e stato di validazione, corredato dalla Relazione Tecnica di Avanzamento esportabile in formato PDF tramite il pulsante "Stampa / Salva in PDF".

📑 Visualizza o stampa la matrice ufficiale dei 19 Deliverables:
🎓 12. Quattro Scenari Operativi Guidati (Use Cases) & FAQ Tecniche
Esercitazioni Passo-Passo
A
Caso Studio A — Confronto Serbatoio vs Immissione Diretta con Doppia PAT nell'Hub SCADA

1. Vai in Hub Sinottico e clicca sul pulsante 1. Gestione Tradizionale (Baseline): osserva il prelievo netto da rete ($\sim 485\text{ kW}$) e il consumo specifico ($\text{SEC} = 0,281\text{ kWh/m}^3$).
2. Clicca ora su 3. Assetto Completo E-WITH mantenendo la topologia "Con Serbatoio di Testata": la PAT 1 recupera $61\text{ kW}$ prima del serbatoio, la PAT 2 recupera $110\text{ kW}$ prima della rete e riduce le perdite idriche fisiche di oltre $270.000\text{ m}^3/\text{anno}$, mentre FV+Eolico e $\text{H}_2\text{-CHP}$ abbattono il prelievo netto da rete di oltre il $55\%$.
3. Commuta il selettore Topologia Idraulica su "Immissione Diretta in Rete": verifica come il sistema escluda automaticamente il serbatoio e la PAT 1, mantenendo attiva la regolazione di pressione tramite la PAT 2.

B
Caso Studio B — Selezione di una PAT per il Sito di Monteruscello ($\Delta H = 45\text{ m}$) tramite Machine Learning

1. Apri la scheda Recupero PAT (OR 6) $\rightarrow$ Pannello 6.1 Predittore Ibrido ML.
2. Imposta $Q_{\text{sito}} = 95\text{ L/s}$, $H_{\text{sito}} = 45\text{ m}$ e seleziona l'algoritmo Gradient Boosting (GBT): confronta nella tabella multi-modello le stime dei 5 algoritmi ML rispetto alle 6 equazioni classiche di letteratura e individua il Gemello Sperimentale KNN.
3. Passa al Pannello 6.2 Esploratore Database per ispezionare la posizione della macchina nella nuvola dei 209 BEP e le sue curve sperimentali complete fuori progetto.

C
Caso Studio C — Eliminazione dei Superi Contrattuali Estivi a Mugnano Q.ta 110

1. Apri OptiPump DSS, seleziona il profilo "Picco Estivo (+15% Fabbisogno)" e porta il volume a $160.000\text{ m}^3/\text{g}$.
2. Clicca su "Ricalcola Piano di Pompaggio Ottimale": verifica nella matrice 24h come l'algoritmo dia priorità ai 4 gruppi Flowserve EP 5–EP 8 ($\eta = 78,5\%$) e mantenga la potenza massima rigorosamente sotto i $2.390\text{ kW}$.

D
FAQ: Come vengono gestite le interruzioni di rete 4G/5G e l'usura dei motori?

• Resilienza Telemetrica Edge: I gateway IoT delle stazioni FCM e della cabina MT sono dotati di buffer circolare locale FIFO da 30 giorni con sincronizzazione automatica MQTT/TLS al ripristino della portante.
• Tutela Avvolgimenti Motori: Il risolutore MILP di OptiPump DSS impone il vincolo $\le 1\text{ avviamento/ora}$ per ciascun gruppo da $315\text{ kW}$ e $400\text{ kW}$, eliminando gli stress termici di spunto.

📖 EWITH Suite Detailed Operational & User Guide

Comprehensive step-by-step manual for hydraulic engineers, energy managers, water utility control room operators, and MIMIT ministerial auditors. Includes the 6 Functional Domains Map, complete input/output parameter tables across all 12 Modules, and 4 Guided Operational Case Studies.

🧭 1. Platform Architecture, Full Menu Directory & 6 Functional Domains
Architecture v2.1 (Build v1005)

The EWITH Suite unifies all numerical solvers, experimental databases, and telemetry analytics developed under Project E-WITH (MIMIT Innovation Agreements, CUP B49J23008290007). The interface is organized into 6 Functional Domains and 12 Interactive Modules, accessible via both the two-line top bar and the expandable Full Menu & Suite Map (`🧭 Full Menu & Suite Map`).

Functional Domain Module / Tab Objectives (OR) & Deliverables Responsible Partner Core Engineering Function
1. System-Wide Simulation 🎛️ SCADA Hub OR 1–13 (D.OR13.1) Costrame / All Partners Interactive external aqueduct, reservoir/bypass routing, PAT 1, PAT 2, Solar/Wind, H₂ & CHP simulator with energy, water leak, and emission KPIs.
2. Pumping & Water Grid 🚰 OptiPump DSS OR 7 (D.OR7.1, D.OR7.2) Costrame / Univ. Vanvitelli 24h combinatorial dispatch solver across F1/F2/F3 tariffs with hard Peak Shaving ($\le 2,390\text{ kW}$).
⚙️ Pump Twin OR 2 (D.OR2.1) Costrame S.r.l. Electromechanical digital twin of groups EP 1 – EP 8 at Mugnano Elev. 110 ($2,945\text{ kW}$).
🗺️ District Grid OR 1 & OR 3 (D.OR1.1, D.OR3.1) Costrame / IA Consulting 4 Phlegraean macro-districts and real-time telemetry from 5 remote FCM-01 to FCM-05 stations.
3. Hydropower Recovery ⚡ PAT & ML OR 6 (D.OR6.2, D.OR6.3) Univ. Campania Vanvitelli Hybrid predictor (5 ML models vs 6 literature equations), 209 BEP database, 439 off-design curves across 71 machines, 5-Fold CV benchmark.
4. Green H₂ & Combustion 🟢 Hydrogen Hub OR 4, 5, 8 (D.OR5.1, D.OR8.1) Idroambiente / Nemesi Solar PV ($20.16\text{ kWp}$) + Micro-Wind ($4\text{ kW}$) + PEM Electrolyzer + $200\text{ bar}$ cylinder bank sizing.
🔥 H₂ Combustion OR 9, 10, 11, 12 (D.OR12.1) Univ. Campania Vanvitelli 1D CHEMKIN/GT-Power combustion simulator for Hydromethane, Hydrogasoil, and Biomass Syngas blends.
5. MV Telemetry & Power Quality 📊 Energy Telemetry OR 2 (D.OR2.1) Costrame S.r.l. Audited 2025/2026 consumption ($18.70\text{ GWh/yr}$) and 20 kV A2A invoice cost breakdown.
🔌 Reactive Power OR 2 (D.OR2.2) Costrame S.r.l. ARERA penalty diagnostics ($\cos\varphi = 0.918$) and automated 189 Hz detuned capacitor sizing.
6. Governance & Docs 📑 Deliverables / 📖 Guide / 📚 Manual OR 1–13 (All 19 SALs) E-WITH Consortium Official deliverable matrix, step-by-step operational guide, and scientific manual with PDF export.
🎛️ 2. Interactive SCADA Synoptic Simulator Guide (`SCADA Hub`)
OR 1–13 • Full System Digital Twin

The Interactive SCADA Synoptic Simulator on the home screen (`SCADA Hub`) models the coupled hydraulic, electrical, and environmental behavior of the aqueduct system: from the external aqueduct lifting station, through the header storage reservoir (or direct bypass line) and dual PAT turbines, to the district distribution network, integrated with Solar PV/Wind, PEM electrolysis, and $\text{H}_2$-blended CHP generation.

1
Hydraulic Routing Topology & Target District Selection
  • Topology A — Supply via Header Storage Reservoir (Q.ta 110): Lifted water passes through PAT 1 (Pre-Reservoir) harvesting excess head $\Delta H_1$ before entering the $30,000\text{ m}^3$ tank; gravity discharge to the distribution grid passes through PAT 2 (Post-Reservoir / Pre-Network) harvesting head $\Delta H_2$.
  • Topology B — Direct Injection into Distribution Network (Bypass Tank): The pumping station feeds the distribution grid directly via the bypass line. The tank and PAT 1 are bypassed, while PAT 2 (Pre-Network) actively regulates pressure at the district inlet.
2
Complete SCADA Controls & Sliders Reference
Subsystem Control / Slider Operating Range Default Physical & Energetic Impact
1. Pumping & DSS (OR 2/7) OptiPump DSS + Power Factor Toggle ON / OFF ON Shifts pumping load to F3 off-peak hours, raises group efficiency from $71.5\%$ to $78.5\%$, and corrects $\cos\varphi$ to $0.98$.
Aqueduct Flow Rate $Q$ $150 \div 900\text{ L/s}$ $480\text{ L/s}$ Sets daily water volume and flow rate across PAT 1 and PAT 2.
Pumping Lift Head $H_p$ $55 \div 125\text{ m}$ $80\text{ m}$ Determines hydraulic power required at the lifting station ($P_{\text{hyd}} = \rho g Q H_p$).
2. PAT 1 Pre-Reservoir (OR 6) Recovered Head $\Delta H_1$ + ON/OFF $5 \div 45\text{ m}$ $18\text{ m}$ (ON) Harvests residual piezometric head at the reservoir inlet chamber ($\eta_{\text{PAT1}} \approx 69\text{–}74\%$).
3. PAT 2 Pre-Network (OR 6) Regulated Head $\Delta H_2$ + ON/OFF $8 \div 55\text{ m}$ $32\text{ m}$ (ON) Replaces dissipative PRV valves before the distribution grid: generates electricity and reduces physical water leakage ($\Delta L \propto \Delta H_2^{0.85}$).
4. Solar PV + Wind (OR 4) Installed Renewable Capacity $24 \div 1,500\text{ kWp}$ $250\text{ kWp}$ (ON) Generates zero-emission electricity for direct station self-consumption and green hydrogen production.
5. H₂ & Blended CHP (OR 5/8/9–12) CHP Engine Rating & $\text{H}_2$ Blend ($\%\text{ vol}$) $50 \div 600\text{ kW}$ • $0 \div 40\%\text{ H}_2$ $180\text{ kW}$ • $20\%\text{ H}_2$ Decarbonizes auxiliary cogeneration, cutting direct $\text{CO}_2$ emissions and controlling thermal $\text{NO}_x$.
🎯 Launch the Interactive SCADA Simulator:
🚰 3. OptiPump DSS Module: 24h Combinatorial Dispatch & Peak Shaving (`OR 7`)
OR 2 • OR 7 • Deliverable D.OR7.1

OptiPump DSS solves the 24-hour pump scheduling problem across the 8 pump units at Mugnano Elev. 110 to meet daily water demand at minimum electricity cost while enforcing a strict contractual cap ($P_{\max} \le 2,390\text{ kW}$), achieving a verified 13.5% daily cost reduction (€ 321,177/year and 2,086 MWh/year saved).

🚰 Run 24h Pumping Optimization:
⚡ 4. PAT Hydropower Recovery & Machine Learning (`OR 6 — D.OR6.2 / D.OR6.3`)
OR 6 • Univ. Campania "Luigi Vanvitelli"

Integrating the June 30, 2026 Technical Report by the University of Campania "Luigi Vanvitelli", this module provides 3 Sub-Panels: (6.1) Hybrid ML Predictor (comparing Random Forest, Gradient Boosting, XGBoost, SVR, MLP-ANN against 6 literature correlations plus KNN Twin matching), (6.2) Experimental Database Explorer (209 BEP records + 439 off-design curves across 71 machines / 5,257 experimental points), and (6.3) 5-Fold Cross-Validation Statistical Benchmark (Parity Plot, feature importance, and $R^2$/MAE/RMSE metrics).

🔬 Direct Access to PAT Sub-Panels:
🟢 5. Green Hydrogen Hub & 200 bar Storage (`OR 4 • OR 5 • OR 8`)
Deliverables D.OR5.1 • D.OR8.1

Simulates the Power-to-Gas chain coupling the $20.16\text{ kWp}$ solar PV array and $4.0\text{ kW}$ micro-wind turbine with a PEM electrolyzer ($55\text{ kWh/kg H}_2$) and $200\text{ bar}$ cylinder storage bank.

🟢 Open Green Hydrogen Hub:
🔥 6. 1D H₂-Blended Combustion & Emissions Studio (`OR 9 • OR 10 • OR 11 • OR 12`)
Deliverable D.OR12.1 • Univ. Vanvitelli

Evaluates Hydromethane (`OR 9`), Hydrogasoil Dual-Fuel (`OR 10`), and Biomass Syngas + H₂ (`OR 11`) blends ($0\text{–}30\%\text{ vol H}_2$), computing Lower Heating Value ($LHV$), Wobbe Index, $\text{CO}_2$ abatement, and thermal $\text{NO}_x$ kinetics.

🔥 Open 1D H₂ Combustion Studio:
🗺️ 7. Phlegraean Macro-Districts & Remote FCM Sentinel Grid (`OR 1 • OR 3`)
Deliverables D.OR1.1 • D.OR3.1

Displays the 4 hydraulic macro-districts (Mugnano Q.110, Melito Nuovo 30,000 m³ Reservoirs, Monteruscello 45 m PAT Candidate Trunk, and Ischia Subsea Pipeline) and live telemetry from the 5 sentinel stations (`FCM-01` to `FCM-05`).

🗺️ Inspect Macro-Districts & FCM Telemetry:
⚙️ 8. Electromechanical Pump Digital Twin EP 1 – EP 8 (`OR 2`)
OR 2 • Asset Inventory & Manual Dispatch

Interactive digital twin of all 8 pump groups ($2,945\text{ kW}$ total installed capacity: 3×315 kW Siemens/KSB Omega, 1×400 kW Leroy-Somer/KSB Etanorm, 4×400 kW Marelli/Flowserve base-load units at $\eta = 78.5\%$). Toggle individual units to test manual dispatch and track instantaneous SEC ($\text{kWh/m}^3$) and 2,390 kW threshold alarms.

⚙️ Open Pump Digital Twin:
📊 9. Historical Energy Telemetry 2025/2026 & 20 kV Invoice Breakdown (`OR 2`)
OR 2 • POD IT001E00016841

Audited 12-month consumption series ($18.70\text{ GWh/yr}$, $€\text{ }4.77\text{ Mln/yr}$), ARERA F1/F2/F3 band breakdown, monthly peak demand overshoot chart (7 of 12 months exceeding $2,390\text{ kW}$, max $2,536\text{ kW}$), and itemized A2A Medium Voltage invoice analysis.

📊 Open Energy Telemetry:
🔌 10. Reactive Power Diagnostics & Automated Capacitor Sizing (`OR 2`)
OR 2 • ARERA Power Quality

Diagnoses ARERA reactive energy surcharges caused by low power factor ($\cos\varphi = 0.918$ in F1) and sizes automatic 189 Hz detuned capacitor banks ($600\text{ kvar}$ for target $\cos\varphi = 0.98$, ~24-month payback).

🔌 Open Reactive Power Calculator:
📑 11. MIMIT Governance, 19 Deliverables Registry & Printable SAL Report
Official Ministerial Compliance

Tracks all 19 contractual deliverables (`D.OR1.1` through `D.OR13.1`) with partner responsibility, completion percentage, and printable PDF Mid-Term Technical Report.

📑 Open MIMIT Deliverables Matrix:
🎓 12. Guided Operational Case Studies & Technical FAQ
Step-by-Step Walkthroughs
Case Study A — Comparing Reservoir Routing vs Direct Network Injection with Dual PATs in SCADA Hub

Open SCADA Hub, compare Scenario 1 (Baseline) against Scenario 3 (Full E-WITH) under both Header Reservoir and Direct Network Bypass topologies to quantify energy recovery from PAT 1 and PAT 2 alongside physical water leak reduction ($\text{m}^3/\text{yr}$).

Case Study B — Selecting a PAT for the Monteruscello Trunk ($\Delta H = 45\text{ m}$) via Machine Learning

Open PAT & ML (OR 6), set $Q_{\text{site}} = 95\text{ L/s}$ and $H_{\text{site}} = 45\text{ m}$, compare the 5 ML algorithms against the 6 classical correlations, and inspect the closest experimental machine in the 209 BEP / 439 Curves database.

📚 Manuale Tecnico-Scientifico di Progetto E-WITH

Riferimento teorico completo, formulazioni matematiche, leggi termodinamiche, cinetica chimica e architettura informatica a supporto di tutti gli Obiettivi Realizzativi (OR 1 – OR 13) del Progetto E-WITH (MIMIT Accordi per l'Innovazione).

📐 Capitolo 1: Idraulica dei Sollevamenti ed Algoritmi di Ottimizzazione Oraria
OR 2 • OR 7 • OR 13

Il consumo energetico degli impianti di sollevamento per acquedotti rappresenta oltre il 60% della spesa operativa di un gestore idrico. L'approccio E-WITH formalizza il problema del dispacciamento delle pompe come un problema di programmazione lineare mista intera (MILP) combinato con modelli di machine learning per la stima dinamica dei rendimenti.

Equazione della Potenza Elettrica Assorbita
P_el = (ρ · g · Q · H_man) / (1000 · η_pompa · η_motore · η_inverter)   [kW]
dove: ρ = densità acqua (1000 kg/m³), g = 9.81 m/s², Q = portata sollevata (m³/s), H_man = prevalenza manometrica (m), η_pompa = rendimento idraulico della girante (62%–82%), η_motore = efficienza elettrica del motore asincrono (95%–96.5%), η_inverter = rendimento del convertitore di frequenza (97%–98%).
Formulazione Matematica dell'Ottimizzatore (Problema MILP 24h)
min ∑_{t=1}^{24} [ ∑_{i=1}^{8} (P_{i} · x_{i,t} · c_t · Δt) ] + λ_pen · max(0, ∑_{i=1}^8 P_{i} · x_{i,t} - P_contr)
soggetto ai seguenti vincoli operativi:
1. Vincolo di Fabbisogno Idrico: ∑_{t=1}^{24} ∑_{i=1}^8 (Q_{i} · x_{i,t} · Δt) ≥ V_totale (es. 139.680 m³/giorno)
2. Vincolo Rigido di Peak Shaving: ∑_{i=1}^8 P_{i} · x_{i,t} ≤ P_contrattuale (2.390 kW per Centrale Mugnano)
3. Vincolo di Integrità Meccanica: ∑_{t=2}^{24} |x_{i,t} - x_{i,t-1}| ≤ N_max_switch (max 1 commutazione/ora)
4. Variabili Decisionali: x_{i,t} ∈ {0, 1} indicante lo stato spento/acceso della pompa i-esima all'ora t.
Modello del Rifasamento e Fattore di Potenza (ARERA)
Q_c = P_attiva · (tan φ_1 - tan φ_2) = P · [tan(arccos(cos φ_1)) - tan(arccos(cos φ_target))]   [kvar]
Per Centrale Mugnano: P_media = 2.100 kW, cos φ_1 = 0,918, cos φ_target = 0,98.
Q_c calcolata = 2.100 · (0,432 - 0,203) ≈ 480–600 kvar di potenza reattiva capacitiva detuned a 189 Hz.
🔄 Capitolo 2: Idrodinamica delle PAT, Correlazioni Semi-Empiriche e Machine Learning (D.OR6.2 / D.OR6.3)
OR 6 • OR 5

L'utilizzo di pompe centrifughe commerciali fatte funzionare al contrario come turbine idroelettriche (PAT) consente di recuperare energia idraulica dai salti di pressione dissipati dalle valvole PRV, riducendo i costi di investimento (CAPEX) fino al 60–70% rispetto a turbine convenzionali (Pelton o Francis). Nell'ambito della Relazione Tecnica al 30/06/2026 (Deliverable D.OR6.2 e D.OR6.3), l'Università della Campania "Luigi Vanvitelli" ha costruito un database sperimentale di 209 punti di BEP e 439 curve caratteristiche fuori progetto (5.257 punti sperimentali su 71 macchine) per confrontare le correlazioni classiche con algoritmi avanzati di Machine Learning.

Numeri Adimensionali Idraulici e Numero di Giri Specifico
ψ = (g · H) / (n² · D²),   φ = Q / (n · D³),   π = P / (ρ · n³ · D⁵),   N_s = N · √Q / H^{0.75}
dove: n = velocità di rotazione (giri/s), N = velocità in rpm, D = diametro girante (m), H = prevalenza/salto (m), Q = portata volumetrica (m³/s).
Correlazioni Semi-Empiriche di Letteratura per i Rapporti di Conversione (q_b = Q_{t,BEP}/Q_{p,BEP}, h_b = H_{t,BEP}/H_{p,BEP})
Stepanoff (1957):   q_b = 1 / √η_{p},   h_b = 1 / η_{p}   |   Sharma (1985):   q_b = 1 / η_{p}^{0.8},   h_b = 1 / η_{p}^{1.2}
Yang et al. (2012):   q_b = 1.2 / η_{p}^{0.55},   h_b = 1.2 / η_{p}^{1.1}   |   Derakhshan (2008):   h_b = f(N_{sp}),   q_b = g(N_{sp})
Le correlazioni classiche mostrano buone prestazioni nella stima di Q_{BEP,t} (R² ≈ 0.90–0.95), ma degradano significativamente nella previsione del salto H_{BEP,t} (R² ≤ 0.836) e del rendimento η_{BEP,t} (R² ≈ 0.59–0.61) a causa degli effetti geometrici tridimensionali della voluta.
Architettura Predittiva Machine Learning (RF, GBT, XGBoost, SVR, MLP-ANN)
ŷ_t = [Q_{BEP,t}, H_{BEP,t}, P_{BEP,t}, η_{BEP,t}] = F_{ML}(Q_{BEP,p}, H_{BEP,p}, P_{BEP,p}, η_{BEP,p}, N_p, N_t, N_{sp}, D)
Validazione 5-Fold Cross-Validation su 209 record sperimentali:
• Portata Q_{BEP,t}: Gradient Boosting / Random Forest raggiungono R² = 0.9675 (MAE = 5.68 l/s).
• Salto H_{BEP,t}: XGBoost e Reti Neurali ANN raggiungono R² = 0.8968 (MAE = 5.68 m), superando tutte le formule empiriche.
• Potenza P_{BEP,t} & Rendimento η_{BEP,t}: Random Forest e GBT raggiungono R² = 0.9582 su P_{BEP,t} e R² = 0.7280 su η_{BEP,t} (MAE = 0.041).
Curve Caratteristiche Fuori Progetto (Off-Design) e Potenza Elettrica
H_t / H_{t,BEP} = a_H · (Q_t / Q_{t,BEP})² + b_H · (Q_t / Q_{t,BEP}) + c_H,   P_{el,turb} = ρ · g · Q_t · H_t · η_t(Q_t) · η_{gen}
Le curve adimensionali polinomiali sono calibrate sulle 439 curve sperimentali del database CURVES (71 macchine, 5.257 punti di misura).
⚡ Capitolo 3: Termochimica dell'Elettrolisi e Stoccaggio Idrogeno a 200 bar
OR 4 • OR 5 • OR 8

L'idrogeno verde funge da vettore di accumulo energetico per assorbire l'eccedenza rinnovabile del campo fotovoltaico (20,16 kWp) e della turbina microeolica (4,0 kW).

Stechiometria ed Entalpia di Reazione
H₂O_{(l)} + ΔH_R → H_{2(g)} + 0.5 O_{2(g)}
Entalpia standard di reazione: ΔH° = 285,83 kJ/mol (Potere Calorifico Superiore - HHV).
Energia libera di Gibbs: ΔG° = 237,18 kJ/mol (lavoro elettrico minimo reversibile a 25°C, 1 bar).
Potenziale termoneutro: V_tn = ΔH / (2 · F) = 1,482 V (dove F = 96.485 C/mol, costante di Faraday).
Potenziale reversibile: V_rev = ΔG / (2 · F) = 1,229 V.
Consumo Specifico Elettrolizzatore PEM e Produzione Massica
m_{H2} = (P_{el,in} · η_Faraday · Δt) / (SEC_{H2})   [kg]
dove: SEC_{H2} = consumo specifico energetico reale (tipicamente 50–55 kWh/kg H₂ per moduli PEM), equivalente a circa 4,5–4,9 kWh/Nm³ H₂.
Lavoro di Compressione Politropica Bistadio (1 bar → 200 bar)
W_{comp} = [m · k / (k - 1)] · Z · R · T_1 · [ (P_2 / P_1)^{(k - 1) / k} - 1 ]   [kJ]
dove: k = esponente politropico (~1.35–1.40 per idrogeno), Z = fattore di compressibilità dei gas reali (Z ≈ 1.13 a 200 bar e 293 K), R = costante specifica dell'idrogeno (4.124 kJ/(kg·K)). L'energia specifica di compressione varia tra 2.8 e 3.4 kWh/kg H₂.
🔥 Capitolo 4: Cinetica di Combustione 1D e Miscele con Idrogeno
OR 9 • OR 10 • OR 11 • OR 12

L'arricchimento dei combustibili convenzionali (metano, gasolio, syngas) con idrogeno nei cogeneratori CHP consente di decarbonizzare la produzione di energia elettrica e termica a servizio delle pompe. Le simulazioni 1D sviluppate in ambiente CHEMKIN e GT-Power dall'Università Vanvitelli (OR 12) hanno investigato i meccanismi cinetici dettagliati (GRI-Mech 3.0, NUIGMech 1.1).

Proprietà Termofisiche della Miscela Combustibile
LHV_{blend} = ∑_i (x_i · LHV_i),   W = LHV_{vol} / √(d_{rel})
dove: LHV_i = potere calorifico inferiore del componente i-esimo, x_i = frazione volumetrica, W = Indice di Wobbe, d_{rel} = densità relativa rispetto all'aria.
Per l'Idrometano (CH₄ + H₂): LHV_{H2,massico} = 120 MJ/kg vs LHV_{CH4,massico} = 50 MJ/kg; a livello volumetrico l'H₂ possiede 10,8 MJ/Nm³ vs 35,8 MJ/Nm³ del CH₄.
Meccanismo Termico Esteso di Zeldovich per la Formazione di NOx
O + N₂ ⇄ NO + N,   N + O₂ ⇄ NO + O,   N + OH ⇄ NO + H
La velocità di formazione degli ossidi di azoto termici segue la legge esponenziale:
d[NO]/dt = 2 · k_1 · [O] · [N₂]   con   k_1 = 1.8 · 10^{14} · exp(-38370 / T)   [cm³/(mol·s)].
Poiché l'idrogeno aumenta la temperatura adiabatica di fiamma e la velocità laminare (S_L), l'algoritmo di controllo OR 13 regola l'anticipo di accensione (Spark Timing) e il rapporto aria/combustibile (λ > 1.4, miscela magra) per contenere le emissioni di NOx.
Fattore di Abbattimento delle Emissioni di CO₂
ΔCO₂ [%] = [ (EF_{base} - EF_{blend}) / EF_{base} ] · 100
Fattori emissivi standard: Metano = 56,1 tCO₂/TJ; Idrometano 20% vol H₂ = 51,8 tCO₂/TJ (-7,7% CO₂ diretta); Idrogeno verde puro = 0 gCO₂/kWh.
📡 Capitolo 5: Architettura Digitale Edge-Cloud, IoT e Database Historian
OR 1 • OR 3 • OR 13

Il sistema digitale sviluppato nell'OR 13 supera le architetture monolitiche centralizzate adottando il paradigma dell'Edge Computing distribuito. Ciascun asset fisico (pompe di Mugnano, stazioni FCM di distretto, banco PAT, elettrolizzatore e cogeneratore CHP) rappresenta un nodo Edge intelligente.

1. Stack Protocollare e Comunicazione Industriale

- Livello Campo (Sensoristica): Bus seriale RS-485 con protocollo Modbus-RTU e Modbus-TCP per misuratori di portata elettromagnetici ed inverter.
- Livello Edge Gateway: Microcomputer industriali con runtime Linux real-time ed historian locale (SQLite/DuckDB in buffer circolare).
- Livello Trasmissione Cloud: Protocollo leggero MQTT con payload JSON compresso e cifratura di trasporto TLS 1.3 con certificati X.509 mutui (mTLS).

2. Frequenze di Campionamento e Struttura Dati Historian

- Grandezze Elettriche Rapide (V, I, cos φ, kW): Campionamento a 1 Hz, aggregazione RMS a 1 minuto e media quarto-oraria (15 min) per riconciliazione con fatturazione A2A/e-distribuzione.
- Grandezze Idrauliche (P, Q, Livello Serbatoi): Campionamento continuo con invio ad evento per transitori di colpo d'ariete o variazioni repentine.
- Grandezze Ambientali Sentinella (Vento, Radiazione solare, Temperatura): Campionamento a 10 minuti.

🌱 Capitolo 6: Tassonomia Ambientale DNSH e Quadro Normativo ARERA
Standard UE & Regolatorio

Il progetto E-WITH rispetta rigorosamente il principio europeo di "Non Arrecare Danno Significativo all'Ambiente" (DNSH - Do No Significant Harm), ai sensi dell'Art. 17 del Regolamento (UE) 2020/852.

Obiettivo Ambientale Tassonomia UE Conformità Progetto E-WITH Evidenza Tecnica di Verifica
1. Mitigazione dei Cambiamenti Climatici Piena conformità: risparmio annuo di oltre 2.080 MWh di energia elettrica da rete e autoproduzione rinnovabile PAT/FV/Eolico. Riduzione certificata di 521 tCO₂/anno sul solo nodo pilota di Mugnano Q.110.
2. Adattamento ai Cambiamenti Climatici Piena conformità: resilienza della rete acquedottistica flegrea contro siccità e picchi di domanda estiva. Modellazione idraulica macrodistretti e monitoraggio dinamico pressioni.
3. Uso Sostenibile e Protezione Risorse Idriche Piena conformità: riduzione delle pressioni di esercizio tramite PAT, prevenendo rotture delle condotte e perdite occulte. Monitoraggio perdite fisiche tramite le 5 stazioni FCM di distretto (OR 3).
4. Transizione verso l'Economia Circolare Piena conformità: recupero di pompe commerciali dismesse riadattate a turbine idrauliche a basso impatto. Linee guida di riconversione PAT commerciali (Deliverable D.OR6.2).
5. Prevenzione e Riduzione dell'Inquinamento Piena conformità: combustione pulita con idrogeno verde e azzeramento emissioni di zolfo e idrocarburi aromatici. Simulazioni cinetiche 1D CHEMKIN/GT-Power e validazione al banco prova.
6. Protezione della Biodiversità e degli Ecosistemi Piena conformità: assenza di interferenze con aree protette Natura 2000 o habitat fluviali sensibili (impianti su acquedotto interrato). Valutazione di impatto ambientale preliminare e schede DNSH approvate da MIMIT.

📚 EWITH Project Technical & Scientific Manual

Comprehensive theoretical reference, governing fluid equations, thermodynamic laws, chemical kinetics, and software system architecture underpinning all Project Objectives (OR 1 – OR 13) of Project E-WITH (MIMIT Innovation Agreements).

📐 Chapter 1: Pumping Hydraulics & Hourly Combinatorial Optimization
OR 2 • OR 7 • OR 13

Energy consumption in water utility pumping stations accounts for over 60% of total operational expenditure. The E-WITH methodology formulates the 24-hour pump dispatch problem as a Mixed-Integer Linear Programming (MILP) model coupled with machine learning models for dynamic pump efficiency tracking.

Electrical Power Input Equation
P_el = (ρ · g · Q · H_man) / (1000 · η_pump · η_motor · η_drive)   [kW]
where: ρ = water density (1,000 kg/m³), g = 9.81 m/s², Q = flow rate (m³/s), H_man = manometric head (m), η_pump = hydraulic pump efficiency (62%–82%), η_motor = asynchronous induction motor efficiency (95%–96.5%), η_drive = variable frequency drive efficiency (97%–98%).
MILP Optimization Formulation (24h Combinatorial Dispatch)
min ∑_{t=1}^{24} [ ∑_{i=1}^{8} (P_{i} · x_{i,t} · c_t · Δt) ] + λ_pen · max(0, ∑_{i=1}^8 P_{i} · x_{i,t} - P_contract)
subject to the operational constraints:
1. Volumetric Continuity: ∑_{t=1}^{24} ∑_{i=1}^8 (Q_{i} · x_{i,t} · Δt) ≥ V_daily (e.g. 139,680 m³/day)
2. Hard Peak Shaving Constraint: ∑_{i=1}^8 P_{i} · x_{i,t} ≤ P_contract (2,390 kW for Mugnano Station)
3. Switching Wear Mitigation: ∑_{t=2}^{24} |x_{i,t} - x_{i,t-1}| ≤ N_max_switch (max 1 startup/hour)
4. Binary Decision Vector: x_{i,t} ∈ {0, 1} indicating operational state of pump i at hour t.
Power Factor Correction & Penalty Mitigation Formulation
Q_c = P_active · (tan φ_1 - tan φ_2) = P · [tan(arccos(cos φ_1)) - tan(arccos(cos φ_target))]   [kvar]
For Mugnano Station: P_avg = 2,100 kW, baseline cos φ_1 = 0.918, target cos φ_target = 0.98.
Required reactive rating Q_c = 2,100 · (0.432 - 0.203) ≈ 480–600 kvar of 189 Hz detuned capacitor banks.
🔄 Chapter 2: PAT Hydrodynamics, Semi-Empirical Correlations & Machine Learning (D.OR6.2 / D.OR6.3)
OR 6 • OR 5

Operating standard centrifugal pumps in reverse as hydraulic turbines (PAT) allows harvesting clean energy from excess pressure heads dissipated across Pressure Reducing Valves (PRVs), cutting CAPEX by up to 60–70% compared to bespoke turbines (Pelton or Francis). Under the June 30, 2026 Technical Report (Deliverables D.OR6.2 & D.OR6.3), the University of Campania "Luigi Vanvitelli" compiled an experimental database of 209 BEP records and 439 off-design characteristic curves (5,257 experimental points across 71 machines) to benchmark classical correlations against advanced Machine Learning regressors.

Dimensionless Hydrodynamic Numbers & Specific Speed
ψ = (g · H) / (n² · D²),   φ = Q / (n · D³),   π = P / (ρ · n³ · D⁵),   N_s = N · √Q / H^{0.75}
where: n = rotational speed (rev/s), N = rotational speed (rpm), D = impeller outer diameter (m), H = net head (m), Q = volumetric discharge (m³/s).
Semi-Empirical Literature Correlations for Conversion Ratios (q_b = Q_{t,BEP}/Q_{p,BEP}, h_b = H_{t,BEP}/H_{p,BEP})
Stepanoff (1957):   q_b = 1 / √η_{p},   h_b = 1 / η_{p}   |   Sharma (1985):   q_b = 1 / η_{p}^{0.8},   h_b = 1 / η_{p}^{1.2}
Yang et al. (2012):   q_b = 1.2 / η_{p}^{0.55},   h_b = 1.2 / η_{p}^{1.1}   |   Derakhshan (2008):   h_b = f(N_{sp}),   q_b = g(N_{sp})
Classical correlations perform well on Q_{BEP,t} (R² ≈ 0.90–0.95), but exhibit larger scatter when predicting head H_{BEP,t} (R² ≤ 0.836) and turbine efficiency η_{BEP,t} (R² ≈ 0.59–0.61) due to 3D casing-impeller interactions.
Machine Learning Predictive Architecture (RF, GBT, XGBoost, SVR, MLP-ANN)
ŷ_t = [Q_{BEP,t}, H_{BEP,t}, P_{BEP,t}, η_{BEP,t}] = F_{ML}(Q_{BEP,p}, H_{BEP,p}, P_{BEP,p}, η_{BEP,p}, N_p, N_t, N_{sp}, D)
5-Fold Cross-Validation across the 209 experimental BEP dataset:
• Discharge Q_{BEP,t}: Gradient Boosting / Random Forest achieve R² = 0.9675 (MAE = 5.68 l/s).
• Head H_{BEP,t}: XGBoost and MLP-ANN achieve R² = 0.8968 (MAE = 5.68 m), outperforming all literature correlations.
• Power P_{BEP,t} & Efficiency η_{BEP,t}: Random Forest and GBT reach R² = 0.9582 on P_{BEP,t} and R² = 0.7280 on η_{BEP,t} (MAE = 0.041).
Off-Design Characteristic Curves & Net Electrical Output
H_t / H_{t,BEP} = a_H · (Q_t / Q_{t,BEP})² + b_H · (Q_t / Q_{t,BEP}) + c_H,   P_{el,turb} = ρ · g · Q_t · H_t · η_t(Q_t) · η_{gen}
Dimensionless polynomial curves are calibrated against the 439 experimental off-design curves in the CURVES database (71 machines, 5,257 experimental points).
⚡ Chapter 3: Water Electrolysis & 200 bar Hydrogen Storage Thermodynamics
OR 4 • OR 5 • OR 8

Green hydrogen provides seasonal and daily buffer energy storage to capture surplus renewable electricity from the 20.16 kWp solar photovoltaic array and 4.0 kW micro-wind turbine.

Reaction Stoichiometry & Enthalpy
H₂O_{(l)} + ΔH_R → H_{2(g)} + 0.5 O_{2(g)}
Standard reaction enthalpy: ΔH° = 285.83 kJ/mol (Higher Heating Value - HHV).
Gibbs free energy change: ΔG° = 237.18 kJ/mol (minimum reversible electrical work at 25°C, 1 bar).
Thermoneutral cell voltage: V_tn = ΔH / (2 · F) = 1.482 V (F = 96,485 C/mol, Faraday constant).
Reversible cell voltage: V_rev = ΔG / (2 · F) = 1.229 V.
PEM Electrolyzer Specific Energy Consumption & Yield
m_{H2} = (P_{el,in} · η_Faraday · Δt) / (SEC_{H2})   [kg]
where: SEC_{H2} = operational specific consumption (typically 50–55 kWh/kg H₂ for PEM stacks), corresponding to ~4.5–4.9 kWh/Nm³ H₂.
Two-Stage Polytropic Gas Compression Work (1 bar → 200 bar)
W_{comp} = [m · k / (k - 1)] · Z · R · T_1 · [ (P_2 / P_1)^{(k - 1) / k} - 1 ]   [kJ]
where: k = polytropic index (~1.35–1.40 for hydrogen), Z = real gas compressibility factor (Z ≈ 1.13 at 200 bar, 293 K), R = specific gas constant (4.124 kJ/(kg·K)). Specific compression work ranges between 2.8 and 3.4 kWh/kg H₂.
🔥 Chapter 4: 1D Chemical Kinetics & Hydrogen Blended Combustion
OR 9 • OR 10 • OR 11 • OR 12

Blending clean hydrogen with base fuels (methane, diesel, biomass syngas) in CHP engines decarbonizes pumping auxiliary power. 1D numerical simulations conducted in CHEMKIN and GT-Power at Univ. Vanvitelli (OR 12) calibrated detailed kinetic mechanisms (GRI-Mech 3.0, NUIGMech 1.1).

Thermophysical Properties of Fuel Blends
LHV_{blend} = ∑_i (x_i · LHV_i),   W = LHV_{vol} / √(d_{rel})
where: LHV_i = lower heating value of component i, x_i = volume fraction, W = Wobbe Index, d_{rel} = relative density to air.
Hydromethane (CH₄ + H₂): LHV_{H2,mass} = 120 MJ/kg vs LHV_{CH4,mass} = 50 MJ/kg; volumetrically H₂ yields 10.8 MJ/Nm³ vs 35.8 MJ/Nm³ for natural gas.
Extended Zeldovich Thermal NOx Mechanism
O + N₂ ⇄ NO + N,   N + O₂ ⇄ NO + O,   N + OH ⇄ NO + H
Thermal nitric oxide formation rate:
d[NO]/dt = 2 · k_1 · [O] · [N₂]   with   k_1 = 1.8 · 10^{14} · exp(-38370 / T)   [cm³/(mol·s)].
Because hydrogen raises adiabatic flame temperature and laminar burning velocity (S_L), the OR 13 engine controller calibrates spark timing and operates lean (λ > 1.4) to suppress thermal NOx.
Direct Carbon Dioxide Reduction Ratio
ΔCO₂ [%] = [ (EF_{base} - EF_{blend}) / EF_{base} ] · 100
Standard emission factors: Natural Gas = 56.1 tCO₂/TJ; Hydromethane 20% vol H₂ = 51.8 tCO₂/TJ (-7.7% direct CO₂); pure green hydrogen = 0 gCO₂/kWh.
📡 Chapter 5: Edge-Cloud System Architecture & IoT Data Historian
OR 1 • OR 3 • OR 13

The digital architecture developed under OR 13 departs from monolithic centralized frameworks by implementing a distributed Edge Computing paradigm. Pumping stations, district FCM nodes, PAT testbenches, and CHP engines operate as autonomous Edge Analytics nodes.

1. Communication Protocol Stack

- Field Sensor Bus: RS-485 serial communication with Modbus-RTU and Modbus-TCP for electromagnetic flowmeters and inverters.
- Edge Gateway Layer: Industrial embedded Linux controllers running localized SQLite/DuckDB circular buffer historians.
- Cloud Ingestion Layer: MQTT over TLS 1.3 with mutual X.509 certificate authentication (mTLS) and compressed JSON payloads.

2. Sampling Frequencies & Telemetry Historian Schema

- Electrical Telemetry (V, I, cos φ, kW): 1 Hz raw sampling, 1-minute RMS aggregation, and 15-minute billing reconciliation.
- Hydraulic Variables (P, Q, Tank Levels): Continuous sampling with event-driven high-frequency logging during water hammer transients.
- Environmental Sentinels (Wind, Solar Irradiance, Temperature): 10-minute average intervals.

🌱 Chapter 6: DNSH Environmental Taxonomy & Regulatory Compliance
EU Standards & ARERA

Project E-WITH strictly adheres to the European Union principle of "Do No Significant Harm" (DNSH) pursuant to Article 17 of Regulation (EU) 2020/852.

EU Taxonomy Environmental Objective E-WITH Project Compliance Strategy Quantitative Verification Metric
1. Climate Change Mitigation Full compliance: conservation of over 2,080 MWh/year of grid electricity and on-site PAT/PV/Wind generation. Verified reduction of 521 tCO₂/year at Mugnano Station pilot alone.
2. Climate Change Adaptation Full compliance: resilience of the Phlegraean water distribution network against extreme seasonal droughts. Macro-district hydraulic modeling and dynamic pressure zoning.
3. Sustainable Use & Protection of Water Full compliance: pressure dissipation via PAT reduces pipe bursts and invisible background leaks. Physical leakage tracking across 5 Remote FCM stations (OR 3).
4. Transition to a Circular Economy Full compliance: repurposing commercial standard pumps into hydro-turbines, avoiding custom casting manufacturing. Commercial PAT repurposing guidelines (Deliverable D.OR6.2).
5. Pollution Prevention & Control Full compliance: clean hydrogen blending eliminates sulfur oxides and soot particulate matter. 1D CHEMKIN/GT-Power kinetic simulations and testbench trials.
6. Protection of Biodiversity & Ecosystems Full compliance: zero interference with Natura 2000 protected areas (all installations located on existing underground infrastructure). Environmental screening and approved MIMIT DNSH documentation.