Appunti per l'esame orale di Progettazione e Gestione degli Impianti

Progettazione e gestione degli impianti

Economia tecnico-gestionale

• Concetto 5M (Machines, Materials, Man, Money, Method); Impianti Produttivi e di Servizio
• Fasi realizzazione impianto: studio fattibilità, progettazione completa, fase realizzativa
• Legge dei Rendimenti Decrescenti: Funzione di Produzione e Produzione Marginale

  La produttività marginale di un fattore produttivo è l’incremento di produzione che si ottiene dall’impiego di una unità aggiuntiva di quel fattore, mantenendo costante la quantità di tutti gli altri. La produttività marginale è via via decrescente.

Costi fissi, costi variabili, utile e ricavi

• Costi fissi: non variano al variare della produzione (impianti, immobili, assicurazioni…)
• Costi variabili: variano al variare della produzione CV = cvu x q → Manodopera (materie prime, logistica) e Energia Elettrica: semi-variabile
• Ricavi: R = P x q
• COSTI TOTALI: C = CF + CV
• UTILE: U = R – Ctot

Forme di ammortamento

• Riguarda beni strumentali (CF): Accantonare le quote finanziarie destinate a compensare la perdita di valore (svalutazione) subita dal capitale in tot. tempo
  • Ammortamento contabile: Consiste in quote destinate alla semplice ricostruzione contabile del valore di un bene strumentale; acquistando un bene di valore V, esso manterrà il proprio valore V cui si aggiungono le singole quote annuali di ammortamento.
  • Ammortamento economico: Considera anche gli interessi
  • Ammortamento finanziario: Piano per l’estinzione di un debito/mutuo (con interessi)

Diagramma di redditività

Grafico previsionale che rappresenta l’andamento dei costi, dei ricavi al variare della quantità prodotta e il punto di pareggio (BEP). Attraverso questo diagramma posso scegliere come variare la mia quantità prodotta o il mio prezzo, per determinare quanto devo produrre per raggiungere il BEP o un determinato utile, mi indica il Q ottimo.

• COSTI MEDI e COSTI MARGINALI: Cmedio = CT / q CM = / → CM=cvu andamento lineare →
• BEP: punto di pareggio Quantità da produrre/vendere per coprire i CT → CT = R e U = 0 Quantità minima che devo produrre BEP = C / (P - cvu) o BEP = CF / mcu →
• Massimizzazione UTILE: Quantità Ottima per la produzione Q₀

  La Q ottima è la quantità che devo produrre per raggiungere l’utile massimo. Umax: P = CM graficamente è il punto in cui la derivata dell’utile è uguale a zero (punto di massimo), è il punto dove la curva dei costi cambia concavità, se traslo i ricavi sulla curva dei costi il Q ottimo è il punto di tangenza. Quindi, l’utile risulta massimo nel punto in cui la pendenza della retta tangente alla curva dei costi totali è uguale alla pendenza della retta dei ricavi.

Margine di contribuzione e margine di contribuzione unitario

• MC = R – CV o MC = U + CF

  Indica quanti CF posso coprire con il mio ricavo. È un indicatore che posso utilizzare per monitorare l’utile, un incremento del MC nel tempo mi indica che è avvenuto un incremento dell’utile. Sapendo che CF sono per definizione un valore fisso, l’incremento di MC è sintomatico di incremento di utile.

• mcu = P – cvu più sarà alto più il BEP sarà basso (BEP = CF / mcu), quindi meno dovrò produrre per raggiungere il punto di pareggio
• Come viene valutata la convenienza di una produzione marginale?

  La condizione è che con il ricavo di quest’ultima riesco a coprire i CV e a trarne un utile, visto che i costi fissi vengono coperti dalla produzione primaria. produzione ottimale

COC, Pay-Back e ROI

• COC: La composizione organica del capitale indicatore del livello di organizzazione dei fattori produttivi ed è espresso come: COC = CF / CV

  Un COC elevato indica alti investimenti in tecnologia ed elevata automazione [↑CF↓CV]

  Un COC basso indica bassi investimenti in tecnologia ed elevata manodopera [↓CF↑CV]

  Soltanto ad alti livelli produttivi è giustificabile un impianto con alti CF e bassi CV

• Pay-back:
  • Tempo richiesto affinché un impianto o una modifica si ripaghi grazie ai benefici che fornisce, si misura in ANNI, un ottimo Pay-back è < 3 anni. PB = Investimento (Costo) / Risparmio annuo (Beneficio)
• ROI (Return On Investments): indica la percentuale di ritorno dell’investimento, deve essere più alto possibile, poiché l’investimento sta rendendo di più.

  ROI (%) = [(Risparmio annuo – Deprezzamento annuo) / (Prezzo d’acquisto)] x 100

Affidabilità (R) e disponibilità (A): Il grafico dei guasti

• Affidabilità (Reliability R): Probabilità % che una macchina funzioni senza guasti, in un determinato intervallo di tempo in determinate condizioni ambientali

  Guasti accidentali (non-prevedibili) e Guasti da usura (prevedibili)

• Disponibilità (Availability A): Percentuale del tempo di buon funzionamento (Tg) rispetto al tempo totale che comprende anche il tempo di manutenzione o di riparazione (Tr). Se intervengo prima del tempo di guasto il tempo di riparazione sarà più breve perché prevengo la rottura. A = Tg / (Tg + Tr)
• Se metto dei macchinari in serie l’affidabilità e la disponibilità complessiva saranno il prodotto tra le affidabilità o disponibilità dei singoli macchinari; quindi diminuiranno.
• Se metto lo stesso macchinario in parallelo A e R miglioreranno.

Economie di scala: Fattore di scala, "Polmone" e unità di riserva

• Fattore di Scala m: (C / C₀) = (P / P₀) m = (lnC – lnC₀) / (lnP – lnP₀)

  C₀ e P₀ sono Produttività e Costi noti e presi come riferimento di un impianto.

  m = 0,6-0,7: All’aumentare della produttività P, il costo C dell’impianto aumenta in modo meno che proporzionale.

• A cosa serve il “Polmone”

  Il polmone è un accumulatore o serbatoio che mi serve a gestire le eccedenze e le richieste della mia produzione, visto che quasi sempre ho uno scostamento tra di esse, questo accade perché il generatore non è perfettamente modulabile. In questo modo, per esempio, posso far andare avanti un processo durante la pausa pranzo e il prodotto ottenuto verrà stoccato in un serbatoio e verrà lavorato successivamente.

• Frazionamento dell’impianto: Pro e contro di 1 o più generatori?
  • Più generatori:

    Pro: Poco probabile che si rompano tutti i generatori contemporaneamente

    Contro: Costano di più di un unico generatore

    Se la richiesta è minore della produzione ed ho picchi variabili magari spengo un generatore (unità di riserva) e faccio andare gli altri.

  • 1 solo generatore:

    Pro: Minor costo acquistare 1 sola unità con alta efficienza

    Contro: Unità di riserva costerà di più

• Unità di Riserva r: Impianto che deve essere uguale all’impianto funzionante e che permette di non bloccare la produzione in caso di guasto. Di solito si usa una sola unità di riserva r = 1.
• Numero di impianti ideale n: n = 1 / (1 – m)

  Esempio: n = 5 cioè 4 impianti + 1 riserva

Integrazione grafica

L’integrazione grafica mi serve a fare stime produttive. Con il diagramma di richiesta di un fluido posso stimare la richiesta delle mie utenze e la portata del mio generatore, in base allo scostamento che ho tra richiesta utenze e generatore sono in grado di dimensionare e aggiungere un polmone che mi svolge una funzione di accumulatore (es. Serbatoio) quando la richiesta delle mie utenze è inferiore rispetto alla produzione.

Mi serve per calcolare: Volume del Serbatoio, Volume Produttività, Volume a fine giornata e per valutare come si riempie/svuota nel corso del giorno.

Energia e sostenibilità

• Obiettivi per lo sviluppo sostenibile entro 2030: 17 goals

  Goal n°7: Assicurare a tutti l’accesso a sistemi di energia economici, affidabili, sostenibili e moderni

• Le fonti di energia rinnovabile sono delle fonti energetiche ricavate da risorse energetiche rinnovabili, ovvero quelle risorse che sono naturalmente reintegrate in una scala temporale umana
• Energia sostenibile: trasformazione dell’energia che permette sviluppo sostenibile
• Energie rinnovabili: fanno parte delle forme ALTERNATIVE di energia → (solare, eolica, geotermica, biotermica, idroelettrica, marica) Usate in 4 ambiti:
  1. Produzione Energia Elettrica
  2. Riscaldamento/Raffreddamenti Aria e Acqua
  3. Trasporti
  4. Servizi Energetici Rurali non erogati da rete di distribuzione
• Sostenibilità e Appalti: Appalti/Lavori con minor impatto ambientale Maggiori punteggi
• PAN GPP e CAM: Piano di azione nazionale sul green Public Procurement Criteri Ambientali Minimi
• POTENZA P = E / t kW

  ENERGIA E = P x t kWh

• Carbon footprint: Emissioni di gas serra causate da un prodotto (espresso in Kg CO₂)
• Rifiuti causano 8% delle emissioni gas serra tot. prodotte dall’uomo
• Water footprint: Volume totale di acqua dolce usata per produrre beni e servizi
• Impronta Ecologica: Area di terra o mare biologicamente attiva per rigenerare risorse
• Collaborazione e responsabilità: (50% chi compie scelte e 50% chi le applica)

Calore

Ci sono sempre dissipazioni fondamentale recupero

3 modalità per il recupero di calore

• Recupero termico con economizzatore: scambiatore di calore installato sul condotto dei fumi della caldaia. Permette di recuperare calore dai fumi caldi di scarico della caldaia (a circa 120°C) e utilizzarli per riscaldare l’acqua in entrata nella caldaia, migliorando le prestazioni della caldaia e facendo in modo che i fumi in uscita siano più freddi; così risparmio energia e quindi dovrò utilizzare meno combustibile per scaldare l’acqua, risparmiando soldi: recupero e riutilizzo output
• Cogenerazione: Industria alimentare ha bisogno di tanto calore ma a pressioni non elevate, per cui se uso calore a pressioni alte posso combinare la produzione di energia a quella di calore: produco vapore con alte caratteristiche qualitative (Alta Pressione) che va in una turbina → corrente e poi va nel pastorizzatore → calore
• Trigenerazione: A fianco della produzione di calore si posiziona un impianto frigorifero classico basato sull’assorbimento, ovvero dal caldo genera freddo. Un impianto di trigenerazione quindi produce calore, energia elettrica e un fluido in grado di sottrarre calore (“produce” freddo)

RENDIMENTO η = E_out / E_in

• Somma dei rendimenti del sistema: combustibile, distribuzione, generatore...

Potere calorifico inferiore e potere calorifico superiore

L’acqua può essere prodotta sotto forma di liquido oppure di vapore. Generalmente si preferisce che l’acqua sia sotto forma di vapore, perché la si ritrova nei fumi. Se l’acqua è in forma di liquido si accumula e potrebbe spegnere la combustione stessa. La considerazione dello stato fisico di formazione dell’acqua nella reazione di combustione è importante per distinguere due tipologie di energie:

• Potere Calorifico Inferiore PCI, ottenuto quando l’acqua si genera sotto forma di VAPORE. Il vapore ha un maggiore contenuto di energia rispetto all’acqua liquida, quindi nella combustione resta disponibile meno energia. Tuttavia il vapore non intralcia la reazione di combustione;
• Potere Calorifico Superiore PCS, ottenuto quando l’acqua si genera sotto forma di LIQUIDO. Essendo lo stato liquido dell’acqua ad un livello energetico minore rispetto al vapore, allora tale energia rimarrà a disposizione della combustione. Questo tende ad andare in contrasto con l’esigenza suddetta di non avere un focolaio bagnato, poiché l’acqua tenderebbe a spegnere il focolaio stesso. Svantaggio enorme.

Quindi si opta per una soluzione con una resa energetica inferiore (PCI) ma più facilmente gestibile.

Generatore a vapore: rendimento e ciclo

Rendimento: η = m (H_v-H_ac) / (m PCI) Esce: Qv= m (H_v-H_ac) Entra: Qc=(m x PCI)_tot

Generatore (Caldaia) Linea di Distribuzione Ut