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Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Introduzione al corso di Impianti Meccanici Prof. Ing. Marco Boscolo Generalità 1

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Finalità del corso • Rendere gli aspiranti ingegneri in grado di affrontare il processo progettuale a partire dalle fasi preliminari di fattibilità tecnico economica per giungere alla definizione del plant layout del sistema ed alla redazione di tutti gli elaborati esecutivi estesi a tutti i subsistemi comprese le strutture edilizie. Generalità 2

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Durante il corso… • Si presenteranno nozioni sia di carattere generale che particolare in relazione alle diverse tecnologie industriali e ai molteplici subsistemi di più frequente impiego • Si fornirà un metodo di progettazione che, seppur riferito nel merito agli impianti industriali, può essere esteso a diversi contesti • Si applicheranno le nozioni apprese in aula nella progettazione di un particolare impianto • Si eseguiranno delle viste tecniche guidate Generalità 3

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Il campo di interesse della disciplina • Progettazione e realizzazione degli impianti • Gestione e conduzione l'impianto deve essere progettato in vista di specifiche modalità di gestione, definite in anticipo rispetto alla fase di conduzione vera e propria, spesso contemporaneamente all'attività di progettazione, con processi logici sostanzialmente analoghi a questa Generalità 4

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Presentazione del corso • • • Programma Esercitazioni Per sostenere l’esame … Ricevimento degli studenti Libri di testo Generalità 5

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo L’impianto industriale • parte di una organizzazione complessa (l'azienda) in cui mediante opportuni mezzi si operano trasformazioni di natura tecnica su merci in ingresso per ottenere in uscita beni (merci o servizi) di maggiore valore per l'organizzazione. Generalità 6

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti tecnologici e di servizio • impianto tecnologico: insieme di apparecchi, congegni, dispositivi, che costituisce una unità organica tecnologicamente individuata, nella quale vengono compiute le operazioni di trasformazione vera e propria • Impianti di servizio: complementari ai precedenti che realizzano un ciclo compiuto di trattamento di un servizio Generalità 7

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianto di filatura (tecnologico) Generalità 8

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianto di riscaldamento sottostazione Generalità 9

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo I settori delle attività lavorative • Primario: agricoltura e pesca • Secondario: l’attività di produzione industriale, compreso l’edilizia, le miniere e la produzione di energia • Terziario: i servizi in generale e le altre attività economiche Generalità 10

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Classificazione delle industrie in base all’assetto • Industriale: massima divisione e meccanizzazione del lavoro; il costo del prodotto è determinabile attraverso l’analisi dei costituenti (materie, manodopera e spese generali), dai quali dipende secondo una legge di proporzionalità razionale. • Artigianale: scarsa divisione e meccanizzazione del lavoro; Generalità 11

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Classificazione delle industrie in base all’assetto • Azienda monomile: un unico stabilimento Azienda polimile: comprende diversi stabilimenti industriali distinti – Ad assetto orizzontale o parallelo: tutti gli stabilimenti fanno lo stesso prodotto – Ad assetto verticale o in serie: i diversi stabilimenti svolgono ciascuno una diversa parte del ciclo completo Generalità 12

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Classificazione in base alle dimensioni • Piccole, medie e grandi industrie si differenziano in base al numero degli addetti, della consistenza del capitale fisso (investimento), del fatturato annuo, della potenza installata, ecc. • Una distinzione alternativa può essere fatta in base al valore aggiunto, inteso come differenza tra il ricavo ottenibile dalla produzione, o tra il valore finale a essa attribuibile, e il costo delle materie impiegate per ottenerla Generalità 13

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Classificazione in base alle dimensioni Piccole Medie Grandi dipendenti fatturato Bilancio annuo <50 <7 M€ <5 M€ 50 ÷ 250 7 M€ ÷ 40 M€ 5 M€ ÷ 27 M€ >250 > 40 M€ >27 M€ Fonte: “Disciplina comunitaria degli aiuti di stato alle piccole e medie imprese (96/c 213/04)” pubblicata sulla Gazzetta ufficiale della Comunità Europea n. C 213 del 23/07/1996 (pag. 0004 – 0009). Generalità 14

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Classificazione in base al prodotto • Si distinguono per raggruppamento in alimentari, chimiche, meccaniche, tessili, ecc. • Classificazione ISTAT 1991: Suddivide il settore industriale in Comparti, classi e gruppi (che si differenziano per tipo di prodotto e per ciclo operativo) Generalità 15

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Generalità 16

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Classificazione in base al prodotto • industrie producenti beni di consumo – primari: pastifici, industria conserviera, alimentare in genere – Secondari: beni strumentali (automobili, raffinerie, acciaierie ecc. ) • industrie producenti servizi: inceneritori ecc. ) Generalità 17

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Classificazione in base alla gestione del prodotto • Per magazzino: l’industria acquisisce prima della vendita le materie prime e procede alla produzione – produzione di serie – si deve ridurre al minimo il costo di giacenza – rischio di mercato per le vendite: il costo del prodotto è definito prima della vendita: se caleranno i prezzi si riducono gli utili (possibile perdita) • Su commessa: l’industria acquisisce dopo della vendita le materie prime – produzione ad isola o per reparti – contenere e rispettare i tempi di consegna – rischio di esercizio: se variano i costi delle materie prime varieranno gli utili (tanto in più quanto in meno) Generalità 18

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Classificazione per quantità di materie e/o di prodotti • Numero di materie prime in ingresso – monogeniche: una sola materia prima (raffinerie, caseifici ecc. ) – poligeniche: trattano più materie prime (stabilimenti siderurgici, automobili) • In uscita: – monopare: produzione di un unico prodotto (industria estrattiva) – polipare: produzione di diversi prodotti (acciaieria, raffinerie) Generalità 19

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Classificazione per ciclo di produzione • ciclo chiuso o integrale: partono dalle materie prime e le trasformano fino a giungere al prodotto finito (cotonificio) • ciclo aperto: realizzano una sola parte del ciclo di lavorazione – Industrie di base: dalla materia prima al semilavorato (Ferriera di Servola) – Industrie raffinatrici: da un semilavorato ad un semilavorato con valore aggiunto (acciaierie) – Industrie completive: dal semilavorato al prodotto finito (industria automobilistica) Generalità 20

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Classificazione per ciclo di produzione • Industrie complementari: – Utilizzano cascami, scarti, rifiuti di altre industrie (per esempio sansifici, cementifici da loppa ecc. ), – producono parti che verranno utilizzate da altre industrie per il montaggio. • Industrie sussidiarie: producono beni o servizi occorrenti ad altre industrie (industrie di manutenzione ecc. ). Generalità 21

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo • Classificazione per ciclo di produzione industrie monolinee: la produzione si sviluppa linearmente lungo un circuito unico per tutti i prodotti (cementifici, laminazione, ecc. ); • industrie sintetiche o convergenti: le materie, i semilavorati e i componenti convergono su una sola linea di uscita (pompe, televisori, linee di montaggio in genere ecc. ); • industrie analitiche o divergenti: la materia iniziale si suddivide lungo il ciclo in più linee di lavorazione, con prodotti differenti (distillerie, raffinerie, ecc. ); • industrie a cicli intrecciati: vengono elaborati prodotti molto diversi tra loro, utilizzando le macchine in successione diversa. (motori per propulsione navale) Generalità 22

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Classificazione per ciclo di produzione • processo continuo (cementificio, raffineria, mulino, pastificio ecc. ): – processi di fabbricazione uniformi e costanti (cementificio) – il flusso delle materie in lavorazione si svolge sempre in un senso predeterminato • processo discontinuo (grandi motori, grossi gruppi frigoriferi, ecc. ): – Impianti elastici – diverse gamme e misure di prodotti Generalità 23

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Classificazione per disposizione planimetrica • per reparti o funzionale: i posti di lavoro sono raggruppati secondo l’attività che possono svolgere; • disposizione in linea: i posti di lavoro sono sistemati in successione secondo la sequenza delle operazioni, che può essere in parallelo, in serie e con ritorni, senza o con deposito intermedio; • a posti fissi: il prodotto resta in una determinata posizione ove si svolgono le lavorazioni e i montaggi (fabbricazione di prodotti pesanti o voluminosi, costruzioni edili, ecc. ). Generalità 24

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Classificazione pericolosità • Normali: • Insalubri: presentano pericoli per la salute pubblica. – Esse sono soggette a particolari norme tecniche relative all’ubicazione, alla distanza dagli abitati, alle emissioni – Per tali industrie deve anche ottenersi l’approvazione preventiva del progetto e la licenza di esercizio, prima dell’entrata in funzione dello stabilimento, da parte di enti pubblici (generalmente una commissione appositamente nominata), che esercitano anche controlli durante l’esercizio; il tutto con modalità e periodicità dipendenti dal grado di pericolosità dell’industria Generalità 25

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Classificazione pericolosità • Pericolose: presentano pericoli d’incendio, esplosione o incidente rilevante (normativa Seveso) – Esse sono soggette a particolari norme tecniche relative all’ubicazione, alle zone di protezione, alla distanza dagli abitati, alle modalità costruttive dei fabbricati, alle modalità di installazione degli impianti e di disposizione dei reparti e magazzini, a speciali impianti di protezione. – Per tali industrie deve anche ottenersi l’approvazione preventiva del progetto e la licenza di esercizio, prima dell’entrata in funzione dello stabilimento, da parte di enti pubblici (generalmente Vigili del fuoco o una commissione appositamente nominata), che esercitano anche controlli durante l’esercizio; il tutto con modalità e periodicità dipendenti dal grado di pericolosità dell’industria Generalità 26

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Impianti di servizio • Non partecipano direttamente alla produzione, • Sono finalizzati a: – alimentazione di energia; – alimentazione e scarico di materiali; – realizzazione del benessere ambientale – conservazione dei beni; – realizzazione condizioni di igiene e sicurezza – prevenzione dell’inquinamento Generalità 27

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Classificazione degli impianti di servizio • per entità servita: – Servizi per i mezzi produttivi – Servizi per le persone • per tipo di servizio: – Servizi di alimentazione – Servizi di scarico • per funzione svolta: – – produzione e distribuzione dell'energia; controllo delle condizioni ambientali); trasporto; interazione impianto-ambiente esterno. Generalità 28

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Disponibilità • Nella vita utile degli impianti si verificheranno inevitabilmente guasti e operazioni di manutenzione. • Tali eventi renderanno l’impianto indisponibile per la produzione per tempi più o meno lunghi • disponibilità: rapporto tra il tempo in cui l'impianto è in produzione (o è comunque in grado produrre) e il tempo totale di osservazione Generalità 29

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Possibili stati di un impianto • in produzione correttamente – TF Tempo di effettivo funzionamento – TR Tempo di riserva – TA Tempo di avaria – TM Tempo di manutenzione • in riserva (in grado di funzionare ma mantenuto intenzionalmente fermo) • fermo per avaria • fermo per manutenzione Generalità 30

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Determinazione dell’indice di disponibilità • Il fattore di disponibilità è minore o tuttalpiù uguale a uno ed inficia la potenzialità dell'impianto riducendola proporzionalmente Generalità 31

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Esempio • • Agglomerazione di minerale di ferro Indice di disponibilità 85% Potenzialità oraria nominale 60 t/h Funzionamento ciclo continuo 24 h/d per 365 g/y • Produzione annua: V=60× 24× 365× 0. 85 =446. 760 t • Mancano all’appello 78. 840 t Generalità 32

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Affidabilità • probabilità che il sistema funzioni correttamente, nelle condizioni di impiego prestabilite, per un determinato intervallo di tempo, detto tempo di missione. • Esprime la capacità di un sistema di conservarsi efficiente nel corso del suo esercizio Generalità 33

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Progettazione ed affidabilità • scegliere i vari componenti, in modo da garantire, entro limiti probabilistici, che il sistema abbia un predeterminato grado di disponibilità; • risulti, cioè, pronto a funzionare in maniera efficiente per il tempo voluto, nel senso di fornire in tale tempo le previste prestazioni qualitative e quantitative senza interruzioni Generalità 34

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Obiettivi della progettazione affidabilistica • Scegliere i componenti in modo che l'affidabilità dei singoli sia proporzionata a quella del sistema. • Valutare l'opportunità di: – suddividere una linea in due o più linee in parallelo, – prevedere riserve di mezzi di esercizio, – Prevedere il grado di sovrabbondanza di potenzialità produttiva Generalità 35

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Manutenibilità e rifornibilità • Manutenibilità: tempo medio necessario alla riparazione di un guasto Tm • Rifornibilità: tempo medio di attesa dei ricambi Tr • Entrambi i fattori influenzano la disponibilità. Infatti: Generalità 36

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Per conseguire una determinata disponibilità • Aumentare l’affidabilità (può essere costoso) • Mantenere a magazzino i ricambi • Rendere veloci le riparazioni • Adottare un elevato grado di sovrabbondanza (ridondanza) • Frazionare la produzione su più linee Generalità 37

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Ridondanza • Inserimento di n componenti di un certo tipo in un sistema che ne richiede solo m per funzionare correttamente (n > m), sicché (n - m) è il numero di unità ridondanti. Generalità 38

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Influenza degli scarti e della disponibilità: • • Ve Vt s r Generalità la potenzialità voluta la potenzialità nominale dell'impianto, la percentuale di scarti la disponibilità dell'impianto 39

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Esempio: pastificio da 15. 700 t/y • Produzione voluta: 15. 700 t/y • Funzionamento: – Ciclo continuo – 24 h/d – Dal lunedì al venerdì – 49 settimane all’anno – 3 settimane all’anno di fermata per ferie estive e invernali Generalità 40

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Determinazione ore di effettiva produzione A. Giorni anno B. Fermata per fine settimana C. Fermata per ferie e festività nazionali D. Totale giorni di produzione E. Giorni anno di fermata per guasti, manutenzione straordinaria, cambio trafile (D. x (1 -0, 95)) F. Tot. giorni anno di effettiva produzione G. Ore lavorative al giorno I. Tot. ore anno di effettiva produzione Generalità 365 98 21 246 12 234 24 5. 616 41

Università di Trieste – Facoltà Di Ingegneria Lezioni del corso di IMPIANTI MECCANICI Prof. Ing. Marco Boscolo Determinazione potenzialità nominale I. Ore anno di effettiva prod. Ve Produzione annua voluta (kg) S Incidenza degli scarti di lavorazione (%) Vt Produzione annua al lordo degli scarti Ve/(1 -s) Pn Potenzialità nominale degli impianti Ve/(Pa/(100 -s)) [kg/h] Generalità 5. 616 15. 870. 000 5% 16. 705. 263 2. 975 42