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IMPIANTI MECCANICI
PROCESSO PRODUTTIVO : trasforma la materia prima e fornisce valore aggiunto che gli permette di essere piazzato sul mercato. IMPIANTO INDUSTRIALE : luogo dove avvengono le trasformazioni del processo produttivo. Impianti di produzione (o tecnologici): vengono compiute le attività di trasformazione vera e propria delle materie prime in prodotto finito (processo produttivo), in cui cioè si realizza il ciclo tecnologico. Impianti di servizio (o complementari): realizzano al loro interno un ciclo compiuto di trattamento di un servizio attraverso una serie di macchinari ed attrezzature. Impianto integrato : indipendente da altre aziende, meno specializzato e più costoso. Impianto non integrato : più specializzato perché fa poche cose ed è più economico. CLASSIFICAZIONE DEGLI IMPIANTI DI PRODUZIONE Natura delle trasformazioni : si distinguono gli impianti per tipologia di trasformazione: chimico, tessile, meccanico, siderurgico, ecc. Dimensione Piccola: meno di 50 dipendenti e fatturato annuo non superiore a 7 M€. Media: meno di 250 dipendenti e fatturato annuo non superiore a 40 M€. Grande: da 250 dipendenti e fatturato annuo superiore a 40 M€. Livello di integrazione : dipende dal numero di passi del processo di produzione svolti all’interno di un impianto: Impianto integrato : indipendente da altre aziende, meno specializzato e più costoso. Impianto non integrato : più specializzato perché fa poche cose ed è più economico. Fattore produttivo rilevante : Impianti ad alta intensità di capitale (molti investimenti iniziali). Impianti ad elevata intensità di lavoro (punta a una produzione elevata). Diagramma tecnologico del processo : Processi lineari: il prodotto avanza linearmente sulla linea mentre viene trasformato. Processi sintetici: il prodotto viene ottenuto montando parti provenienti da diverse linee. Processi analitici: il prodotto viene smontato.
PRESTAZIONI DI UN SISTEMA DI
PRODUZIONE
Possiamo valutare il funzionamento di un sistema di produzione in base a quanto è efficace e efficiente. Efficacia : quanto un prodotto risponde bene alla richiesta del mercato (prestazione esterna). Efficienza : quanto si ottiene come risultato rispetto alla spesa (prestazione interna). AREA EFFICACIA = QUALITÀ + SERVIZIO (avvicinarsi il più possibile a quello che chiede il cliente). AREA EFFICIENZA: FLESSIBILITÀ + PRODUTTIVITÀ (come le risorse vengono spese per arrivare all’obbiettivo). SISTEMI PRODUTTIVI I sistemi produttivi si dividono in due, i sistemi produttivi per parti e i sistemi produttivi per processo , noi prenderemo in considerazione solo i primi, che a loro volta si suddividono in fabbricazione e assemblaggio. SISTEMI DI FABBRICAZIONE : JOB SHOP : sistema organizzato per reparti costruiti per affinità tecnologica. Il prodotto attraversa diversi reparti nei quai subisce trasformazioni diverse a seconda del tipo di macchinari presenti. Ogni reparto fa operazioni abbastanza semplici e i flussi di prodotti sono molto incrociati. L’organizzazione è molto flessibile, macchine generiche. Ogni prodotto ha un proprio ciclo tecnologico che può essere alternativo, ovvero alcune operazioni possono essere svolte in ordine diverso. Lo svantaggio è il fatto di non sapere dove si trova un prodotto, ci sono tempi di attesa e di coda. La manodopera è specializzata. LINEE TRANSFER DI FABBRICAZIONE : il prodotto passa in sequenza attraverso diverse stazioni che eseguono operazioni semplici, ripetitive e veloci. Le macchine sono specifiche, spesso progettate apposta per svolgere una determinata operazione, per questo c’è una scarsa versatilità (produrre qualcosa di diverso richiede molto più tempo). I flussi sono noti, è quindi identificare la posizione del prodotto, che è sempre in
deve assumere caratteristiche diverse da quelle iniziali. Per essere efficace un impianto si deve adattare al mercato. In passato era più importante il costo del prodotto, ad oggi, invece, è più importante la vastità di gamma del prodotto, il tempo di consegna e la qualità. VARIABILI ECONOMICHE L’obiettivo dell’operatore economico è la massimizzazione del valore dell’impresa, nel breve termine questo obiettivo si traduce nella massimizzazione dell’ utile , ovvero nella massimizzazione della differenza tra valore del prodotto e valore dei fattori impiegati nella produzione. UTILE = RICAVI – COSTI In alcuni casi nel breve termine invece che massimizzare l’utile si minimizzano solo i costi, perché si fanno investimenti iniziali che generano utile solo dopo un certo periodo Il valore del prodotto è definito dal prezzo di vendita che è il punto di incontro tra la richiesta del mercato e l’azienda. FUNZIONE DI PRODUZIONE DI UN’IMPRESA
La funzione di produzione descrive quanta parte di ciascuna risorsa x n (materie
prime, energia, …) viene impiegata nella realizzazione di un prodotto ( q ).
q = φ ( x 1 , x 2 , x 3 ,…)
Produttività marginale : variazione della produzione del prodotto q quando varia la
risorsa x i a disposizione.
Legge degli andamenti decrescenti : la produttività marginale di un certo fattore
x i non ha un aumento lineare, ma decresce
all’aumentare delle risorse usate.
L’azienda non è in grado di variare liberamente il livello di utilizzazione di qualunque fattore produttivo al variare della quantità da produrre, ma solo di alcuni di essi. Costi variabili : dipendono dal volume di produzione. Costi fissi : non dipendono dal volume di produzione. Semi-variabili : hanno una parte iniziale costante e poi una parte variabile. A seconda del periodo temporale considerato alcuni fattori da fissi possono diventare variabili e viceversa. EQUILIBRIO DELL’IMPRESA NEL BREVE PERIODO R = CT + U = CF + CV + U R = p q (ricavo per pezzo numero di pezzi) NB: i costi variabili non hanno un andamento lineare per la legge dei rendimenti decrescenti. Costo marginale : derivata della funzione di costo totale di costo CT rispetto alla quantità prodotta. Nel minimo del costo marginale la variazione del costo è minima al variare della quantità di prodotto (costo unitario dinamico). Il costo marginale raggiunge un minimo perché i costi fissi si distribuiscono bene e poi ricresce a causa della legge dei rendimenti decrescenti. La funzione del costo marginale è di fondamentale importanza perché rende visibile l’obiettivo: massimizzare l’utile. Se il volume ottimale si ha in una condizione in cui il costo marginale è pari al prezzo di vendita:
prezzo =
d C T ( q )
dq
- Nel lungo termine la massimizzazione del profitto richiede di stimare la variazione dei costi fissi, dei costi variabili, e del prezzo di vendita in funzione della quantità prodotta e immessa sul mercato.
La distinzione tra diretto e indiretto dipende dalla capacità di misurare quanto di quel costo finisce nel prodotto. Costi affondati : costi già sostenuti in passato. Nel prendere una decisione, si devono considerare solo i costi rilevanti , ovvero i costi non ancora sostenuti: Costi futuri: costi che devono ancora essere sostenuti. Costi differenziali : solo i costi che corrispondono ad un diverso profilo di utilizzo delle risorse. Costi evitabili : non solo c’è una differenza nell’utilizzo delle risorse, ma questa differenza può essere monetizzata. Ai fini della progettazione degli impianti occorre operare con una classificazione dei costi che tenga conto dell’istante, nell’arco della vita utile dell’impianto, in cui il singolo costo viene sostenuto. Costo di impianto : costo d’investimento sostenuto una tantum.
- Capitale fisso (immobili, impianti tecnici, brevetti, ecc.) - Capitale circolante (materie prime, crediti a clienti, ecc.) 1. Costo di esercizio : costi legati al funzionamento dell’impianto. - Costo totale di produzione riferito ad un periodo produttivo (es. anno) - Costo variabile (energia, materie prime, ecc.) - Costo fisso (manutenzione, personale, locazioni, ecc.)
- Costi di mancanza: l’azienda non risponde agli standard di capacità produttiva per cui sono stati concepiti. Maggiore è la vita utile dell’impianto e più ha senso fare investimenti elevati. ATTUALIZZAZIONE DI UN COSTO
Un soggetto economico attribuisce ad un valore maggiore ad un bene presente rispetto allo stesso bene in un momento futuro.
Valore attuale ( P ) di una somma ( S ) posticipata di n anni
P =
S
( 1 + i )
n =^ S^ ∙^ P^ V^ sp
Valore attuale ( V 0 ) di annualità costanti posticipate ( S )
V 0 = (^) ∑ k = 1 n (^) S k
( 1 + i )
k =^ S^ ∙^ P^ V^ a
NPV : valuta quanto un investimento iniziale I 0 viene recuperato dai flussi di cassa futuri, ma considerando che quei flussi vanno attualizzati per poter poterli sommare all’esborso iniziale – I 0 che è avvenuto nel presente.
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- In alcuni casi potrebbe essere utile accumulare. Slide
La distribuzione può essere radiale (minori costi di investimento, ma maggiori costi di inefficienza) o ad anello (la continuità di servizio è garantita, maggiori costi di investimento).
7. Dimensionamento dei cavi di collegamento. DIMENSIONAMENTO DEI CAVI Bisogna condurre tre verifiche: Termica : bisogna verificare che il cavo non superi una determinata temperatura. Caduta di tensione : ogni cavo genera un V che sottrae tensione a quella fornita, quindi bisogna verificare che la tensione che arriva all’utilizzatore sia ancora sufficientemente alta. (V max 5%)
V = Vg − Vu = k l ( r cos+ sen )
k = 2 per circuiti monofase; radq(3) per circuiti trifase r, x = resistenza e reattanza della linea (per 1 fase) j = angolo di sfasamento tra tensione e corrente dell’utilizzatore. V g, u = tensione al generatore/utilizzatore. Economica : non sempre si ha convenienza ad installare i cavi che soddisfano al minimo la verifica di caduta di tensione. RIFASAMENTO La presenza di carichi crea uno sfasamento e quindi una diminuzione della potenza effettiva, perciò è necessario rifasare per poter ottenere la potenza effettiva richiesta dall’utente. Per rifasare un carico induttivo va inserito un condensatore in parallelo che ribilancia il carico (se cos<0).
∆ Q = Q − Q
'
= P ∙ tgφ − P ∙ tgφ '
∆ Q =
V
2
Z
Z =
2 πfC
C =
P ∙ ( tgφ − tg φ
'
V
2
2 πf
Esistono due configurazioni possibili per collegare i condensatori: Inserimento a triangolo : capacità dei singoli condensatori minore, quindi un costo minore, ma richiedono una tensione maggiore (380V). Inserimento a stella : capacità del singolo condensatore maggiore, quindi costo più elevato, tensione 220V. In genere si preferisce l’installazione a triangolo. Il rifasamento può essere centralizzato (utile se le macchine hanno carichi simili, minor costo di manutenzione), oppure a bordo macchina (utile se i carichi sono diversi). CORRENTI DI CORTO CIRCUITO
Si definisce corto circuito una situazione anomala in cui l’impedenza totale sul circuito stesso, a causa di guasti o di errate manovre, tende a zero e la corrente si alza drasticamente. Si creano due problemi: dinamici (forze elettromagnetiche) e termici (effetto Joule). Per proteggere le persone si utilizzano: Interruttori automatici : aprono in automatici il circuito se rilevano un cortocircuito impendendo il flusso di corrente. Valvole fusibili : si fondono prima dei cavi in caso di corto e aprono il circuito, poi vanno sostituiti. Il calcolo della corrente di corto circuito viene effettuato per il caso più critico, ovvero il corto circuito franco simmetrico trifase (unione simultanea dei tre cavi).
- Determinazione del valore dell’ Icc nei punti dove collocare gli interruttori (la Icc va calcolata sia prima che dopo il punto critico).
I cc =
V
√^3 Z^ tot
- L’impedenza di elementi in alta tensione è equivalente ad una impedenza in bassa tensione ridotta del fattore H tenendo conto che la potenza si trasmette inalterata.
H =
V (^) B. T.
V M. T. )
2
- Per calcolare l’impedenza dei trasformatori, viene definita la Vcc, ovvero la % della tensione nominale del primario per far circolare la corrente nominale nel secondario chiuso in c.c..
Z trasf =
V
2
A )
∙ V cc
- Per la rete dell’ente erogatore e per i trasformatori l’impedenza è costituita essenzialmente da una reattanza. PRTOTEZIONE DEGLI IMPIANTI E DEGLI OPERATORI Gli impianti elettrici vanno protetti dal sovraccarico di corrente e dai corto circuiti, che causano temperature elevate, che possono portare al danneggiamento cavi, incendi o esplosioni. TEMPERATURA LIMITE T di regime permanente : temperatura che il conduttore può sopportare per un tempo indefinito. T di sovraccarico : temperatura che determina il rapido deterioramento dell’isolante, deve comunque essere ammessa per tempi dell’ordine delle ore. T di corto circuito : la temperatura si innalza troppo rapidamente e deve essere interrotta in pochi secondi. SISTEMI DI PROTEZIONE Fusibili : sono costituiti da un filamento metallico di spessore determinato, che fonde per effetto Joule, interrompendo il contatto, quando la corrente supera il valore nominale. Sono economici, non riparabili e di facile sostituzione.
SERVIZIO DI ILLUMINAZIONE
Il flusso luminoso () è l'energia raggiante complessiva emessa nel campo del visibile (energia luminosa) da una sorgente nell'unità di tempo. Si misura in lumen (lm). L' intensità luminosa (I) è la grandezza fondamentale in illuminotecnica: misura il flusso luminoso () emesso nel campo del visibile da una sorgente per unità di angolo
solido (ω). Viene misurata in candele (cd).^ I^ =
dφ
dω
Parte del flusso luminoso che ricade all’interno di un certo angolo solido. L’ illuminamento (E) in corrispondenza di un punto di una superficie è definito come il flusso luminoso incidente in quel punto per unità di superficie e si misura è il lux.
E =
dφ
dS
Rappresenta quanta luce arriva alla superficie piana considerata. L’uniformità di distribuzione della luce in un ambiente può essere misurata attraverso l’illuminamento, utilizzando i rapporti:
- Fattore di chiaro/scuro : Emin/Emax
- Uniformità (U 0 ): Emin/Emed
- Fattore d’ombra : (E2-E1)/E2 dove E2 è il valore di illuminamento di una superficie in esame e E1 è il valore di illuminamento della stessa superficie quando tra sorgente luminosa e superficie si interpone un oggetto opaco. All’aperto, in assenza di ostacoli che creino ombre, il valore dell’illuminamento è costante: Emin/Emax = 1 La luminanza (L) in un punto di una superficie ed in una direzione è definita come il rapporto tra l’intensità luminosa I emessa o riflessa in quella direzione e la superficie
osservata. Si misura è il Nit.^ L^ =
dI
dScosϑ
Contrasto : rapporto tra luminanza media dell’ambiente e luminanza dell’oggetto osservato. La progettazione di un impianto di illuminazione prevede: Metodo del flusso totale : metodo che permette di stabilire il numero di corpi illuminanti necessari per ottenere una certa illuminazione. Pag. 285- Verifica punto a punto : verifica del fatto che l’illuminazione richiesta viene garantita dall’impianto progettato in punti notevoli dello spazio, per cui si assume che anche in tutti gli altri punti andrà bene. LAMPADE : elementi che trasformano l’energia elettrica in energia luminosa. Si distinguono in base a: Principio di generazione del flusso luminoso. Efficienza luminosa [lm/W]: dipende dal tipo di lampada e può variare tra circa 10 lm/W e 100 lm/W. Vita media statistica (vita utile): è il numero di ore di funzionamento che il 50% delle lampade può raggiungere senza bruciare od usurarsi. Dipende dal tipo di lampada e dalle condizioni di utilizzo. Può variare da circa 1.000 ore a circa 10. ore. Dimensioni e forma : variano al variare del tipo di lampada e si adattano alle sue funzioni. APPARECCHIO : involucro che contiene la lampada. Le sue principali funzioni sono: protezione meccanica della lampada, protezione termica, alterazione della diffusione del flusso, concentrazione in alcune direzioni e attenuazione della luminosità. MEZZI DI TRASMISSIONE : elementi (pareti, soffitto, mobilio, superfici di lavoro etc.) che interagiscono con la luce prodotta dalle sorgenti e ne modificano la diffusione grazie alle loro proprietà di assorbimento e/o riflessione.
Efficienza luminosa molto elevata, in quanto le emissioni sono concentrate nello spettro del visibile (da 40 a 60 lm/W). Elevate dimensioni della sorgente ed intensità luminose medio-basse. Pertanto si ha una bassa luminanza. Vita utile molto lunga (circa 7.500 ore per accensioni medie di 3 ore). Alta sensibilità a frequenti cicli di accensione / spegnimento. Scarso decadimento del flusso luminoso. LAMPADE A VAPORI DI MERCURIO AD ALTA PRESSIONE : Usano lo stesso principio di eccitazione di vapori di mercurio per mezzo di una scarica elettrica. Necessitano quindi dei dispositivi di innesco e di stabilizzazione che ne fanno lievitare i costi. Efficienza luminosa elevatissima (fino a 90 lm/W). Ridotte dimensioni ed intensità luminose elevate. Pertanto si ha una luminanza elevatissima. Sono tendenzialmente fredde, quindi si usano in ambiti industriali. Vita utile lunga (circa 6.000 ore). Non eccessiva sensibilità a cicli di accensione / spegnimento. Necessitano di un tempo di messa a regime (circa 5 minuti). Scarso decadimento del flusso luminoso. LAMPADE A LED :
“ Light Emitting Diodes” sfruttano le proprietà di semiconduttori che emettono
fotoni. Emissione cromatica «a banda stretta». Efficienza luminosa elevatissima (fino a 100 lm/W). Elevata resistenza meccanica, dimensioni compatte. Vita utile lunga (fino a 100.000 ore). Scarsa sensibilità a cicli di accensione / spegnimento. Tempo di messa a regime istantaneo (massimo flusso luminoso). Scarso decadimento del flusso luminoso. Costo elevato ma basso costo di manutenzione.
