Appunti Operations Management, A.A. 2014/2015.

Per idrocarburi leggeri altamente volatili come i GPL si usano serbatoi chiusi, sferici, in acciaio di

spessore adeguato a reggere la pressione di alcune atmosfere che si può avere all'interno. Gli

aeriformi vengono immagazzinati in gasometri che, sostanzialmente sono cisterne in acciaio con

tetto mobile a tenuta o 'campane' di grande volume che galleggiano, a vari livelli in funzione della

quantità di gas presente in esse, su acqua contenuta in una vasca. Questi sistemi permettono

forti variazioni di volume interno a pressione costante.

Grandi quantità di idrocarburi liquidi e gassosi vengono anche immagazzinate in adatte formazioni

geologiche sotterranee.

L'immagazzinaggio di fluidi infiammabili deve avvenire nel rispetto della normativa specifica.

Il servizio di approvvigionamento e trattamento dell'acqua per l'industria

L'acqua riveste un ruolo in primo piano in ogni tipo di industria. Anzi sovente è uno dei fattori

determinanti la localizzazione degli impianti e presupposto per l'ottenimento di un certo prodotto o

dell'adozione di un determinato processo.

Molte lavorazioni richiedono infatti acque con caratteristiche ben prefissate e talune volte con un

grado di purezza molto elevato.

Tutto ciò fa intuire i problemi tecnici ed economici che in uno stabilimento industriale si pongono

sia nell'approvvigionamento che nel trattamento delle acque, tanto che in alcuni casi si è portati a

parlare di 'produzione di acqua per l'industria'. A ciò si aggiungono le problematiche relative alle

acque di rifiuto prodotte, il cui smaltimento deve avvenire solo e soltanto quando siano state

ricondotte a parametri chimici, fisici e biologici compatibili con la salvaguardia dell'ambiente. Per

questo il pensiero degli economisti classici Smith e Ricardo che consideravano l'acqua come un

bene non economico sia da ripudiare per almeno tre ragioni:

• l'acqua è un fattore di produzione sempre più scarso;

• richiede rilevanti costi di trattamento per portarla alle caratteristiche che lo specifico tipo di

produzione richiede;

• molte legislazioni prevedono che l'acqua residuata dal processo venga restituita all'ambiente

depurata.

Le utilizzazioni dell'acqua nell'industria

l'acqua trova impiego nell'industria in diversi usi. Questi dipendono dalla tipologia delle materie

prime e dei processi adottati nonchè dei prodotti ottenuti.

In particolare può essere indirizzata ad una o più delle seguenti funzioni:

• materia prima: si tratta di acqua che viene immessa nei prodotti finiti (es. alcolici)

• agente di fabbricazione o di processo: essa viene impiegata direttamente nel processo produttivo

• mezzo di raffreddamento: l'acqua impiegata a questo fine ha per scopo la dispersione del calore

generato nei processi produttivi (es. industria siderurgica, termoelettrica,petrolio). Per la grande

richiesta di acqua queste acque si trovano spesso localizzate sulle coste, in quanto le disponibilità

di acqua marina, seppur corrosive, scongiurano qualsiasi eventuale insufficienza. Un'interruzione

di tale operazione, infatti, avendo per conseguenza un innalzamento della temperatura, può

comportare oltre che un attentato alla sicurezza, un danno alla produzione. Come noto un difetto

nel raffreddamento è il più grave degli incidenti che si possono verificare in una centrale

nucleotermoelettrica.

• mezzo di riscaldamento: l'acqua calda a bassa e media temperatura viene utilizzata in moltissimi

processi industriali (es. industria farmaceutica, lattiero-casearia, enologica ecc)

• produzione di vapore: ad esempio per la produzione di energia elettrica o nel riscaldamento degli

ambienti.

• servizi antincendio: l'acqua è il mezzo più economico in questo impiego. Ad essa possono

aggiungersi sostanze schiumogene.

• servizi generali, sociali ed igiene: si tratta di acqua potabile destinata al servizio di ristorazione,

pulizia dei locali ecc.

Gli approvvigionamenti di acqua da parte dell'industria

Le fonti di rifornimento dell'acqua per usi industriali riguardano i mari, i vari tipi di corsi d'acqua, i

laghi, la acque sotterranee e gli acquedotti urbani.

Come già accennato solo raramente le acque marine e salmastre trovano impiego diretto

nell'industria. Da esse tuttavia, è invece possibile ottenere acqua dolce e le tecniche che lo

consentono sono oggetto di crescente attenzione e vengono sempre più applicate, innovate e

sviluppate in considerazione della crescente domanda di tale acqua.

La dissalazione delle acque

Il 97 % dell'acqua presente sul pianeta è salata. Vi sono dei sistemi di depurazione dell'acqua

salata ma questo non è possibile in tutti i settori.

Analisi dei sistemi di dissalazione:

Dissalazione vera e proprio: tecnica conosciuta fin dall'antichità ma poco utilizzata per i costi molto

alti, l'impatto ambientale e l'elevato consumo di energia. Si sono ridotti i costi d'impianto e che

consumano anche meno energia (meno costi fissi e variabili). Viene utilizzata quando non ci sono

alternative. Quando il costo delle altre risorse è alto, quindi nei luoghi dove non è possibile

accedere ad altro tipo di acqua. Si usa inoltre nei posti dove l'energia è a basso costo ed il livello di

vita è abbastanza elevato (esempio nelle zone del basso mediterraneo).

I sistemi di dissalazione si dividono in due categorie:

1. Sistemi per l'estrazione dei sali (elettrodialisi sistema più diffuso)

• Elettrodialisi: introdotta a livello commerciale negli anni '60, circa 10 anni prima dell'osmosi inversa;

è adatta per le acque salmastre cioè con poco sale all'interno (3/4g al litro). Problematiche per

l'utilizzo energetico. L'energia elettrica necessaria alla separazione è proporzionale alla

concentrazione di sale all'interno dell'acqua. L'acqua in uscita è abbastanza pura ma esistono

sistemi migliori.

• Scambio ionico: meno utilizzato, lo si usa per acque salmastre a bassissima concentrazione di

sali(0.5g per litro). Utilizza resine anioniche e cationiche, che fissano i sali, lasciando fluire l'acqua

depurata. Non è conveniente per acque con più concentrazione di sali a causa dell'elevato costo.

E' utilizzato per acqua che richiede elevatissima purezza.

2. Sistemi che separano l'acqua (basate su un cambiamento di stato quindi evaporazione, ed il

processo multiflash molto utilizzato, il congelamento è molto meno utilizzato).

• Evaporazione: hanno il vantaggio di avere processi non influenzati dalla concentrazione salina;

Risulta più conveniente se associata al recupero del calore utilizzato per ottenere l'evaporazione.

Può avvenire con evaporatori solari (poco utilizzati) invece è più diffuso il sistema del multiflash

che è un processo che si applica ad acque con qualsiasi concentrazione salina. L'acqua che viene

prodotta ha altissima qualità, ha elevate rese, viene superato il problema delle incrostazioni ed ha

costi relativamente contenuti. Si usa solitamente con del calore industriale di recupero (es.

altoforno)

• Congelamento: non è influenzato dalla salinità dell'acqua. Ha due problemi ed è per questo che

non si usa molto il primo è il costo e il secondo è la somministrazione della frigoria. E' valido se si

dispone di freddo industriale e di calore di scarto per sciogliere il ghiaccio. Non è conveniente

nemmeno dalla qualità del risultato ottenuto alla fine.

• Estrazione con i solventi: ultimamente poco utilizzata. Non dà origine ad acqua molto pura,

teoricamente l'applicabilità del processo non è influenzata dalla quantità di sale presente

nell'acqua.

• Osmosi inversa: molto utilizzata. L'osmosi è un fenomeno naturale: due soluzioni cha hanno

concentrazioni saline differenti, e vengono messe a contatto, divise esclusivamente da una

membrana permeabile, il solvente si sposta facendo in modo che sia da una parte che dall'altra ci

sia la stessa quantità di sale. Attraverso l'osmosi inversa si può ottenere acqua dolce da acqua

salata, attraverso una pressione osmotica. La membrana permeabile è l'elemento fondamentale

dell'impianto, generalmente è costituita da aceto di cellulosa e deve essere in grado di resistere a

pressioni diverse volte superiori a quella osmotica. Considerazioni sui costi di dissalazione

dell'acqua:

• Costo dell'impianto

• Oneri sul capitale (interessi e quota di ammortamento della quota capitale)

• Costi per l'energia

• Altri costi di funzionamento dell'impianto (prodotti chimici, manutenzione impianto ecc)

• Spese generali e amministrative

• Costo del lavoro

Esse dipendono grandemente per entità e tipologia dal sistema di dissalazione impiegato spesso,

dipendente dalla tipologia di acqua grezza da dissalare. Generalmente l'ammontare complessivo di

tali voci porta il costo unitario dell'acqua prodotta a valori superiori a quelli che usualmente si

imputano all'acqua dolce ottenibile da fonti convenzionali.

Le previsioni per il futuro sono a favore dei metodi non convenzionali e ciò sia per la rerefazione (in

relazione alla domanda) delle fonti di acqua di buona qualità sia, specialmente per lo sviluppo della

tecnologia in campo dissalatorio.

Inconvenienti e requisiti delle acque industriali

Ciascun tipo di industria ha necessità del suo tipo d'acqua, ad esempio l'industria alimentare ha

bisogno di acqua potabile mentre ad esempio l'industria farmaceutica ha bisogno di acqua sterile.

La presenza di sostanze acide nell'acqua può causare corrosione delle tubazioni, le incrostazioni

possono otturare le tubature e compromettere il funzionamento dell'impianto idirico; le acque

contenti sostanze sospese (alghe,funghi o altri microorganismi) possono causare ostruzione negli

impianti.

I trattamenti dell'acqua industriale

Poichè raramente le acque naturali posseggono i requisiti richiesti dai processi industriali in cui

sono richieste, è necessario sottoporle ad una serie di trattamenti i quali dipendono sia dalle

caratteristiche fisiche, chimiche e batteriologiche sia dai caratteri che essa deve avere in relazione

alle esigenze della produzione.

Ecco una schematica elencazione dei trattamenti di condizionamento necessari, distinguibili in

fisici e chimici. Trattamenti fisici:

• Eliminazione della torbidità (sedimentazione, coagulazione e filtrazione): la sedimentazione si

ottiene rallentando la velocità dell'acqua in apposite vasche in modo che spontaneamente le

particelle di maggiori dimensioni si sedimentino