Progettazione e gestione degli impianti nell'Impresa alimentare

Progettazione e Gestione degli Impianti

nell’Impresa Alimentare

a.a. 2018/2019

a cura di Matteo Corradi

Progettazione e Gestione degli Impianti nell’Impresa Alimentare Matteo Corradi

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Progettazione e Gestione degli Impianti nell’Impresa Alimentare Matteo Corradi

Sommario

1. Elementi di economia tecnico-gestionale ............................................................................................................. 9

1.1 Concetti generali: il concetto di impianto ................................................................................................... 9

1.2 Classificazione degli impianti ..................................................................................................................... 10

1.3 Legge dei rendimenti decrescenti o produttività marginale di un fattore ........................................... 11

1.4 Costi fissi e variabili ..................................................................................................................................... 12

1.5 Ammortamento ............................................................................................................................................ 13

1.6 Diagramma di redditività: CT, R, BEP e ................................................................................... 13

1.7 Costo medio (unitario) e marginale ........................................................................................................... 14

1.8 Livello ottimale di produzione ................................................................................................................... 15

1.9 Composizione Organica del Capitale (COC): criterio di scelta tra due impianti ................................ 16

1.9.1 Andamento dei costi fissi e dei costi variabili in funzione delle caratteristiche dell’impianto ..... 17

1.10 Gli indicatori economici .............................................................................................................................. 18

1.10.1 Il Margine di Contribuzione totale (MC) ed unitario (mc) ............................................................ 18

1.10.2 Determinazione del Break Even Point (BEP) ................................................................................... 18

1.10.3 Applicazione del MC alle produzioni marginali ............................................................................ 19

1.10.3.1 Esempio ............................................................................................................................................ 19

1.10.4 Condizione di soddisfazione per la produzione marginale e considerazioni ............................. 20

1.11 Parametri di valutazione di un investimento ........................................................................................... 20

1.11.1 Payback semplice (PB) ........................................................................................................................ 20

1.11.2 Return On Investments (ROI) ............................................................................................................ 21

2. Gestione degli impianti ........................................................................................................................................ 21

2.1 Tipologie di guasti ........................................................................................................................................ 21

2.2 L’affidabilità ( , dell’impianto ................................................................................................. 22

reliability)

2.3 La disponibilità ( , dell’impianto .......................................................................................... 22

availability)

2.4 Gestione di ed : soluzione in serie semplice e in serie in parallelo ................................................. 22

2.5 Economia di scala ......................................................................................................................................... 24

2.5.1 Economia di scala nei costi di capitale .................................................................................................. 25

2.5.2 Economia di scala nei costi di esercizio ................................................................................................ 26

2.6 Alcune considerazioni progettuali ............................................................................................................. 26

2.7 Determinazione della numerosità dell’impianto in funzione della minimizzazione dei costi .......... 27

2.8 Significato del fattore di scala ..................................................................................................................... 28

2.9 Gestione della variabilità nella richiesta: il polmone .............................................................................. 29

2.9.1 Dimensionamento dell’impianto tramite il metodo dell’integrazione grafica: quantificazione del

polmone .................................................................................................................................................................. 30

2.9.2 Dimensionamento del polmone mediante integrazione grafica: considerazioni, applicabilità e

limitazioni .............................................................................................................................................................. 31

2.10 Il dimensionamento del polmone .............................................................................................................. 32

3. Energia: calore ....................................................................................................................................................... 41

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Sulle generalità dell’energia ........................................................................................................................ 41

3.1

3.1.1 Cogenerazione e trigenerazione: applicazione nel settore agroalimentare ..................................... 41

3.2 Il rendimento energetico .......................................................................................................................... 41

3.3 I capisaldi di questo argomento ................................................................................................................. 42

3.4 La reazione di combustione, il Potere Calorifico e il ruolo dell’ossigeno ............................................. 44

3.5 Calcolo del rendimento: metodo indiretto, metodo diretto e considerazioni ...................................... 45

3.5.1 Calcolo del rendimento con metodo diretto ......................................................................................... 45

3.5.2 Calcolo del rendimento: metodo indiretto ........................................................................................... 46

3.6 Fluidi di trasporto del calore, flusso di calore e portata ......................................................................... 46

3.6.1 L’aria calda ................................................................................................................................................ 47

3.6.2 L’acqua calda e l’acqua surriscaldata .................................................................................................... 48

3.6.2.1 Organizzazione dell’impianto ad acqua ...................................................................................... 48

3.6.2.2 Vantaggi e svantaggi nell’uso dell’acqua. I fluidi diatermici come alternativa all’acqua. ......... 49

3.6.3 Il vapor d’acqua: il fluido d’eccellenza ................................................................................................. 49

3.6.3.1 Considerazioni inerenti il vapore .................................................................................................. 50

3.6.3.2 Utilizzo del vapore .......................................................................................................................... 51

3.6.3.3 Organizzazione di un impianto per la produzione del vapore ................................................ 51

3.6.3.4 I generatori di vapore: sistema a tubi di fumo e sistema a tubi d’acqua ................................. 52

3.6.3.5 Sistemi per la riduzione di pressione e temperatura e condizioni dell’acqua utilizzata ....... 54

3.6.3.6 La linea di distribuzione ................................................................................................................. 55

3.6.3.7 Le perdite di carico distribuite ...................................................................................................... 56

3.6.3.8 Le perdite di carico localizzate ...................................................................................................... 57

3.6.3.9 Le perdite di calore ......................................................................................................................... 58

3.6.3.10 Gestione delle criticità degli impianti ........................................................................................... 61

4. Elettrologia ............................................................................................................................................................. 64

4.1 Tensione e intensità di corrente .................................................................................................................. 64

4.2 La potenza elettrica ...................................................................................................................................... 65

4.3 La prima legge di Ohm ................................................................................................................................ 65

4.4 La seconda legge di Ohm ............................................................................................................................ 65

4.5 Effetto Joule: la potenza termica ................................................................................................................. 66

4.6 La corrente alternata .................................................................................................................................... 67

4.6.1 La velocità di rotazione del vettore ....................................................................................................... 68

4.6.2 Fenomeni presenti in un circuito elettrico ............................................................................................ 68

4.6.2.1 I fenomeni resistivi (circuito puramente ohmico) ....................................................................... 69

4.6.2.2 La reattanza induttiva (circuiti puramente induttivi) ................................................................ 70

4.6.2.3 La reattanza capacitiva ................................................................................................................... 71

4.6.3 Principio di sovrapposizione degli effetti: l’angolo di sfasamento ............................................... 72

4.6.4 Le diverse declinazioni della potenza nella corrente alternata: potenza attiva, potenza reattiva e

potenza apparente ................................................................................................................................................. 73

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Il fattore di potenza ............................................................................................................................. 74

4.6.5

4.6.5.1 Il rifasamento ................................................................................................................................... 75

4.7 Struttura di una presa ......................................................................................................................................... 76

4.7 La corrente trifase ......................................................................................................................................... 76

4.7.1 Le prese in corrente trifase e monofase ................................................................................................. 78

4.8 Le utenze ....................................................................................................................................................... 78

4.8.1 Introduzione: il campo elettrico, il campo magnetico, il campo elettromagnetico ......................... 78

4.8.2 Il trasformatore ......................................................................................................................................... 79

4.8.3 Il motore elettrico: struttura e principio di funzionamento ............................................................... 80

4.8.3.1 Regolazione della frequenza tramite inverter ............................................................................. 81

4.8.3.2 Regolazione della frequenza per trasmissione meccanica ......................................................... 82

4.8.3.3 Curva caratteristica del motore elettrico ...................................................................................... 83

4.8.3.4 Considerazioni inerenti la curva caratteristica del motore elettrico: il reostato di

avviamento ........................................................................................................................................................ 85

4.8.3.5 Considerazioni inerenti la curva caratteristica del motore elettrico: le zone di

funzionamento .................................................................................................................................................. 85

4.9 La potenza nominale .................................................................................................................................... 86

4.10 Ottimizzazione dell’utilizzo di un motore ................................................................................................ 86

4.11 Il rendimento del motore elettrico ............................................................................................................. 87

4.12 Indici di protezione IP ................................................................................................................................. 88

4.13 La sicurezza degli impianti elettrici e delle macchine ............................................................................. 88

4.14 La filiera elettrica .......................................................................................................................................... 89

4.14.1 La bolletta elettrica .............................................................................................................................. 91

5. Movimentazione dei liquidi: le pompe .............................................................................................................. 92

5.1 Introduzione .................................................................................................................................................. 92

5.2 Portata, prevalenza e potenza idraulica: differenti unità di misura ...................................................... 92

5.3 Tipologie di pompe ...................................................................................................................................... 93

5.4 Il rendimento della pompa.......................................................................................................................... 94

5.5 Descrizione delle pompe: caratterizzazione e curva caratteristica ........................................................ 95

5.5.1 La pompa centrifuga................................................................................................................................ 95

5.5.2 Le pompe volumetriche .......................................................................................................................... 95

5.6 Criterio di scelta di una pompa centrifuga: il diagramma fazzoletto ................................................... 96

5.7 Criterio di scelta di una pompa volumetrica: la portata ......................................................................... 96

5.8 Pompe centrifughe: curva caratteristica della pompa e curva dell’impianto. La prevalenza

dinamica e la prevalenza statica .............................................................................................................................. 96

5.9 Regolazione della portata in pompe centrifughe e volumetriche .......................................................... 98

5.10 Prelievo da un pozzo tramite pompa: la cavitazione .............................................................................. 98

5.11 Pompe in serie ............................................................................................................................................. 100

5.12 Pompe in parallelo ..................................................................................................................................... 100

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Impatto della viscosità sulla prevalenza ................................................................................................. 100

5.13

5.14 Le pompe volumetriche ............................................................................................................................. 101

5.14.1 L’effetto della viscosità sulle pompe volumetriche e centrifughe: i fenomeni di reflusso ...... 101

5.14.2 Scelta della pompa volumetrica....................................................................................................... 102

5.14.3 Le diverse famiglie di pompe volumetriche .................................................................................. 102

5.14.3.1 Le pome volumetriche a pistone ................................................................................................. 102

5.14.3.2 La camera d’aria nelle pompe volumetriche ............................................................................. 102

5.14.3.3 La pompa volumetrica ad ingranaggi ........................................................................................ 103

5.14.3.4 La pompa volumetrica con pale flessibili .................................................................................. 103

5.14.3.5 La pompa volumetrica a lobi ....................................................................................................... 103

5.14.3.6 La pompa volumetrica a vite ....................................................................................................... 103

5.14.3.7 La pompa volumet