Impostazioni progettuali dello stabilimento Impianti...

Impianti Industriali Impianti generali e servizi di stabilimento

© 2005 Politecnico di Torino 1

Impianti generali e servizi di stabilimento

Impostazioni progettuali dello stabilimento

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Planimetria generale dello stabilimento

Reti di servizio - Impianti generali

Servizio elettrico

Acqua di stabilimento

Aria compressa

Servizi vapore e gas

Centrali tecniche

Aree di servizio interne ed esterne



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Obiettivi

Definire la planimetria generale di uno stabilimentoIndividuare gli impianti generali di stabilimentoConoscere gli elementi di base dei servizi generaliAvere le nozioni di base sulla dislocazione e planimetria delle centrali tecnicheDescrivere quali sono le aree esterne di uno stabilimentoDescrivere quali sono le aree accessorie di uno stabilimento

Planimetria generale dello stabilimento




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Progetto dello stabilimento

Note la potenzialità dell’impianto ed il ciclo di lavorazione del prodotto si può procedere al:

progetto dell’impianto (il cosiddetto studio del plant layout) che comprende:

la sistemazione del macchinariola scelta dei sistemi di trasportola disposizione dei reparti e dei magazziniil dimensionamento degli impianti generalila definizione dei servizi generali

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Progetto dello stabilimento

il dimensionamento dei servizi ausiliari(officine ausiliarie della produzione, reparto di manutenzione, attrezzeria, ecc.) e dei servizi igienico sanitaril’adozione di tutte le predisposizioni antinfortunistiche possibili (ed obbligatorie)il soddisfacimento dei vincoli e delle disposizioni vigenti in materia ambientalela scelta del tipo di fabbricato



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Piano Regolatore Generale

In definitiva, si perviene al progetto tecnico dello stabilimento, tenendo conto delle future esigenze di ampliamento dovute a possibili aumenti della produzione

Tale progetto costituisce il piano regolatore generale dello stabilimento e consente di definire l’area e la forma di terreno occorrente alla realizzazione dell’impianto: tale area sarà ricercata nell’ambito del territorio in precedenza individuato

Reti di servizio - impianti generali




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Tipi di servizi

L’industria moderna richiede vari servizi in uno stabilimento:

in input: energia elettrica, acqua fredda e calda, aria compressa, vapore, gas industriali, riscaldamento, ventilazione, aria condizionata, ecc.in output: fognature per fluidi reflui, scarichi aerei (preventivamente filtrati), scarichi liquidi e relativi trattamenti, ecc.ricircoli interni di fluidi trattati e recuperati (es. acqua calda)

Il progettista di layout nel progettare la disposizione di un impianto dovrà prevedere anche la razionale distribuzione dei servizi

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Criteri generali di progettazione

Esistono due criteri generali che devono essere seguiti nel progettare un qualsiasi servizio generale di stabilimento:1) i servizi devono contribuire a rendere la

produzione economica2) i servizi devono essere progettati in modo

da soddisfare non solo le necessità di produzione presenti, ma anche quelle future



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Costi di manutenzione

I servizi richiedono una costante manutenzione ed è necessario, per ciascuno di essi, tenere presente il relativo costo di manutenzioneUn’analisi del problema dal punto di vista tecnico-economico è utile per la scelta appropriata delle installazioni dei serviziIn generale, ad un alto costo di installazione corrisponde un basso costo di manutenzione

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Definizioni

Per impianti generali si intendono gli impianti per la produzione o l’approvvigionamento e la distribuzione dei fluidi occorrenti nello stabilimento, quali: l’energia elettrica, l’acqua, l’aria compressa, il vapore, ecc. Con un altro termine sono denominati servomezzi, ovvero mezzi di servizio alla produzioneI servizi generali comprendono invece gli uffici, i laboratori, le mense, l’infermeria, ecc.



Servizio elettrico

Reti di servizio – Impianti generali

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Utilizzo energia elettrica

L’energia elettrica viene utilizzata nelle industrie almeno per le seguenti applicazioni:

per provvedere all’illuminazioneper azionare motori elettriciper azionare forni, riscaldatori, saldatrici, bagni galvanici ed altro

Il progetto in dettaglio dell’impianto elettrico viene redatto da tecnici abilitati, ma deve tenere conto del punto di vista degli addetti alla produzione, alla manutenzione ed alla sicurezza



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Fornitura

Le tensioni di fornitura della energia elettrica da parte degli enti erogatori nazionale o locali (ENEL, AEM, privati) sono:

alta tensione, AT, (220, 150 o 132 kV) per grandi utilizzazionimedia tensione, MT, (30-20-15-10-6-5,3 kV) per medie utilizzazioni (fino a 4-5 MW)bassa tensione, BT, (380 - 220 V) per piccole utilizzazioni (fino a circa 100 kW)

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Componenti

L’energia elettrica viene fornita o prodotta a tensione maggiore di quella di utilizzazione per ridurre le perdite per effetto Joule nel trasportoOccorre provvedere ad una trasformazione prima di alimentare le utenze: tale operazione avviene nelle cabine di trasformazioneDopo la trasformazione si devono alimentare le utenze mediante opportuni schemi (reti) di distribuzione, in maniera economica ed affidabile



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Elementi in input

In sede di progetto di un impianto elettrico occorre definire:

la tensione di alimentazionela tensione di distribuzioneil tipo di rete da adottarele potenze installate in ogni reparto, suddivise per tipo e natura del caricol’entità dei singoli carichi da alimentarela distanza dei reparti da alimentare

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Tipi di carichi

Tipo e natura del carico:macchinari per lavorazioni a freddo dei materialisaldatrici elettricheforni elettrici ad arco, a resistenza, ecc.pompe, compressori, ventilatoriilluminazione generale e particolarepiccole utenze di forza motrice per uffici o comunque non attinenti alla produzione



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Intensità di carico

Valutazione di massima del carico specifico in vari tipi di industrie:

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Schemi di distribuzione

Gli schemi di distribuzione più adottati negli stabilimenti industriali per la media tensionesono:

tipo radiale con cavi in MT protetti da interruttore in cabina principale, alimentanti una o più sottocabine di trasformazionetipo ad anello con cavi in MT protetti da interruttore, sia nella cabina principale sia ad ogni “entra-esci” nelle cabine secondarie, formanti un anello chiuso



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Schemi di distribuzione

Gli schemi di distribuzione più adottati negli stabilimenti industriali per la bassa tensionesono:

tipo radiale con linee BT in cavo o “a sbarre”, ramificate e protette in cabina da un interruttoretipo a maglie con linee BT di eguale sezione, formanti maglie chiuse, protette nei nodi con valvole o interruttori: ogni trasformatore alimenta un nodo e quindi non può avere potenza superiore a quella trasportabile dai rami che si dipartono da quel nodo

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Schemi di distribuzione: esempi

Media tensione: distribuzione radiale



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Media tensione: distribuzione ad anello

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Bassa tensione: distribuzione radiale



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Bassa tensione: distribuzione a maglie

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Distribuzione dell’energia elettricaL’impiego delle linee aeree in cavo è ormai limitato alle alimentazioni ad alta e media tensione, per lo più all’esterno degli stabilimenti industrialiCome indirizzo generale, in campo industriale vengono impiegati i cavi posizionati all’interno di canaline (per qualsiasi tensione) ed i condotti sbarre (generalmente solo in bassa tensione)

Supporti per la distribuzione



Acqua di stabilimento


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Tipi di reti

In uno stabilimento industriale l’acqua può essere impiegata per:

usi industrialiusi potabiliusi antincendio

Le reti di distribuzione di tali acque sono in genere distinte tra loroPer piccoli impianti la rete dell’acqua antincendio può essere alimentata dalla rete potabile o industriale



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Utilizzo acqua industriale

L’acqua industriale viene utilizzata come:mezzo di raffreddamento in impianti o processi di lavorazionemateria prima nelle lavorazioni che richiedono acqua per lo sviluppo di certe reazioni o produzionimezzo di lavaggio o solventeagente meccanico negli impianti, apparecchiature o macchine di tipo idraulicoproduzione di vapore e trasporto di calorepreparazione di bagni per trattamentitrasporto di materie prime o di scartoraffrescamento dell’aria ambientelavaggio di polveri e gas

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Fonti di alimentazione

Le principali fonti di alimentazione dell’acqua industriale sono:

acquedotti pubbliciacque superficiali (mare, fiumi, canali, laghi)falde sotterranee (freatiche o artesiane)

La scelta della fonte di alimentazione dipende da diversi fattori variabili tipo di stabilimento e località



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Fonti di alimentazione

Negli stabilimenti industriali si ricorre - ove possibile - a soluzioni miste, quali l’allacciamento all’acquedotto pubblico per l’acqua potabile e la costruzione di pozzi o derivazione da fiumi per l’acqua industriale

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Serbatoi di accumulo

L’acqua prelevata da opportune fonti può essere pompata in rete oppure, se i consumi sono variabili, si ricorre a serbatoi di accumulo, quali:

serbatoi sopraelevativasche in cemento armato, interrate o seminterrateserbatoi metallici fuori terra



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Serbatoi sopraelevati

Tipi di serbatoi sopraelevati per l’accumulo di acqua

Tratto da A. Monte “Elementi di Impianti Industriali” – Ed. Cortina

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Serbatoi sopraelevati

Tali serbatoi assicurano la disponibilità di acqua per ogni evenienza (punte di consumo, interruzioni dell’alimentazione, interventi antincendio,ecc.)




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Vasca interrata di accumulo

L’acqua viene accumulata in vasche interrate, dalle quali viene successivamente pompata alle utenze di stabilimento


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Serbatoio metallico fuori terra

I serbatoi metallici fuori terra, rispetto a quelli aerei, presentano il vantaggio di un costo minore.Nelle regioni a clima freddo richiedono un riscaldamento invernale, stante il pericolo del gelo




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Acqua industriale - Rete di distribuzione

Rete generale con acqua captata da pozzo, immagazzinata in serbatoio sopraelevato e distribuita nello stabilimento industriale


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Acqua potabile

Gli impianti igienico-sanitari degli stabilimenti devono essere alimentati con acqua potabile (docce, lavabi, fontanelle,ecc.)

I fabbisogni minimi di acqua possono essere così stimati:

50 litri pro capite e pro dieda 10 a 25 litri / persona per eventuale ristorante aziendaleda 70 a 80 litri / persona e pro die per i WC



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Acqua potabile

Per il dimensionamento delle reti di distribuzione occorre anche conoscere le portate da alimentare ai singoli servizi per i periodi di impiegoA titolo indicativo:

docce: 0,10 l/sfontanelle: 0,025 l/slavabi: 0,10 l/s

Per i servizi alimentati con acqua industriale:WC: 0,05 l/sorinatoi: da 0,10 l/s a 0,20 l/s

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Acqua potabile - Potabilità

Quando l’acqua non è prelevata da un acquedotto pubblico si prevedono impianti di potabilizzazione (tipi a clorazione, ad ozono, ad ultrasuoni ed a raggi ultravioletti)Per conservare la potabilità dell’acqua nella rete interna di distribuzione, questa viene realizzata con tubi zincati oppure in materie plastiche atossicheLe tubazioni interrate sono in acciaio oppure in ghisa sferoidale rivestite internamente e le valvole in bronzo



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Acqua potabile - Rete di distribuzione

Rete di distribuzione dell’acqua potabile captata da pozzo trivellato


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Acqua antincendio

In genere, si prevede una rete antincendio esterna allo stabilimento (interrata) ed una rete antincendio interna (aerea)Di solito tali reti sono ad anello, con collegamenti trasversali nel caso delle reti interneLe reti, sia aeree sia interrate, sono realizzate con tipi di tubi analoghi a quelli utilizzati nelle reti dell’acqua industriale



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Progettazione delle reti di distribuzione

Tale progettazione consiste nella determinazione dei diametri delle tubazioni, essendo in genere note:

le lunghezze dei rami della rete (l) in quanto nota la geometria della rete, in base al layout ed alle caratteristiche del fabbricatole pressioni (p) richieste all’utilizzazionele portate d’acqua richieste dalle utenze (Q)

La determinazione dei diametri deve garantire perdite di carico ridotte all’interno delle tubazioni

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Perdite di carico

Esistono vari diagrammi che forniscono le relazioni fra perdita di carico, diametro, portata e velocità dell’acqua in tubi rettilinei

In particolare tali diagrammi si basano sulla applicazione di formule di calcolo consolidate: es. formula di Scimemi-Veronese; formula di Marchetti per tubi nuovi zincati; formula di Colebrook e White; ecc



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Una valutazione di massima del diametro delle tubazioni può essere eseguita assumendo valori medi della velocità del fluido variabili da 1 a 2 m/sLa rete dell’acqua antincendio viene in genere dimensionata assumendo valori della velocità variabili da 2 a 3 m/sDue sono i tipi di rete realizzati per le distribuzioni dell’acqua:

reti a pettinereti a maglie

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Rete a pettine: a) prospettiva b) pianta




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Rete a maglia: a) prospettiva b) pianta


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Metodi di calcolo

I principali metodi di dimensionamento delle reti idrauliche sono:

per le reti a pettine: il “Metodo del diametro economico”per le reti a maglie: il “Metodo della massima economia”

Successivamente, si può verificare il corretto bilanciamento dei carichi nei rami con il “Metodo di Hardy Cross”, che in modo iterativo consente di definire la continuità delle portate



Aria compressa


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Produzione e distribuzione

L’aria compressa viene utilizzata:per il comando o regolazione di utenzecome forza motrice (martelli, trasporti)come servocomando di utensilicome parte integrante di processo produttivo

La produzione di aria compressa è ottenuta con i compressori: tali macchine aspirano l’aria atmosferica, la comprimono alla pressione occorrente e la inviano alla rete di distribuzione



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L’utilizzo diffuso dell’aria compressa ne richiede la presenza in tutto lo stabilimento

Il sistema più economico di produzione e distribuzione è l’impiego di uno o più compressori di grande potenza, anziché un numero elevato di piccoli compressori

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La portata dei compressori è misurata in volume di aria libera per unità di tempo (ora, minuto,secondo)Si misura la portata in metri cubi aspirati in un’ora riferiti alla pressione di 101325 Pa(1,013 bar o 760 mmHg) in assenza di umidità ed alla temperatura di 0°CSi definiscono pertanto i “normal metri cubi” all’ora e si scriverà Nm3/h al fine di standardizzare le condizioni di riferimento per le valutazioni delle prestazioni dei compressori



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Tipi di compressori

Compressori di frequente impiego

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Applicazione dei compressori

Campi di impiego dei compressori




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I compressori sono caratterizzati da una relativa rumorosità

Per ridurre la rumorosità i costruttori forniscono macchine racchiuse dentro specifiche capottature fonoisolanti

Rumorosità

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Insonorizzazione




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Ai compressori è normalmente accoppiato il refrigeratore finale

Il raffreddamento dell’aria è ottenuto facendo passare l’aria stessa in un fascio di tubi lambiti esternamente dall’acqua

L’acqua di condensa si raccoglie in apposito separatore e viene scaricata in fognatura

Refrigeratori finali

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Refrigeratori finali

Refrigeratori finaliTratto da A. Monte “Elementi di Impianti Industriali” – Ed. Cortina



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Serbatoi

A valle del refrigeratore finale è previsto un serbatoio polmone avente le seguenti funzioni:

assicurare alla rete una portata d’aria ed una pressione circa costanti limitando gli interventi per la regolazione della portatainterrompere periodicamente il funzionamento del motore del compressore realizzando risparmi di energia (15-16% per pressioni di 7-8 bar)favorire la separazione di condensa immettendo aria compressa dalla parte bassa verso l’alto

Tratto da A. Monte“Elementi di Impianti Industriali”

Ed. Cortina

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Dimensioni dei serbatoi

Definizione delle dimensioni del serbatoio.Per compressori con pressioni di lavoro max di 10 bar e portate da 1 a 100 Nm3/min la capacità del serbatoio, espressa in m3 è pari ad almeno 1 decimo della portata volumetrica del compressore al minuto



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Posizioni dei serbatoi

Posizioni di ingresso e di uscita dell’aria rispetto al serbatoio


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Reti di distribuzione

Stralcio di rete di distribuzione




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Rete di distribuzione

Sala compressori


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Schema di derivazione con separatori di condensa.Derivazione di reti secondarie dalla tubazione principale dell’aria compressa con saracinesche di intercettazione e gruppi di separazione della condensa





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Modalità di separazione dell’olio dalla condensa nel caso di

compressori lubrificati Tratto da A. Monte “Elementi di Impianti Industriali” – Ed. Cortina

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Progettazione delle reti

La velocità dell’aria nelle tubazioni non dovrebbe mai superare i 10 - 15 m/s

La perdita di carico massima fra il compressore ed estremità della rete deve risultare contenuta entro 0,5 bar, compresi i 0,2 bar perduti nell’essiccatore



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Progettazione delle reti

Consumi medi di aria compressa allo stato normale di alcune utenze industriali


Servizi vapore e gas




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Vapore e riscaldamento

In una industria moderna il vapore serve a:fornire acqua caldariscaldare gli impiantifornire calore per le operazioni collegate al processo di produzione

La quantità di vapore richiesta per un dato impianto può determinare il sistema di generazione dell’energia elettrica scelto durante lo studio tecnico-economico

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Reti di distribuzione dei Gas

Per alcuni processi industriali sono necessarie grandi quantità e varietà di gas:

ad esempio sono necessarie grandi quantità di ossigeno ed acetilene per la saldatura e taglio dei metallitalvolta vengono impiegati anche gas speciali: neon,freon,elio, anidride carbonica, ammoniaca e idrogenose l’impiego di questi gas è localizzato è sufficiente servirsi di piccoli serbatoi



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Reti di distribuzione dei Gas

Se i gas vengono usati in varie parti dello stabilimento, il sistema più economico è il servizio in rete collegata ad un serbatoio centrale

Tratto da A. Monte “Elementi di Impianti Industriali” Ed. Cortina

Centrali tecniche




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Isola tecnica

Si definisce isola tecnica l’insieme delle aree di stabilimento destinate alla alimentazione dei servomezzi alle reti di distribuzione interne (aria compressa, energia elettrica, acqua industriale ed eventualmente potabile ed antincendio, transfer termico per il riscaldamento)

L’isola è generalmente composta di:sala compressori cabina elettrica (trasformatori) centrale termica sala pompe

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Sala compressori

Sistemazione planimetrica di una sala compressori

Mandata aria alla rete



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Cabina di trasformazione elettrica

Il trasformatore è una macchina elettrica, statica, ad induzione che riceve energia elettrica ad una data tensione e la eroga ad una tensione diversa, con frequenza invariata e modesta riduzione di potenza

Trasformatori di potenza


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Trasformatori di potenza

I trasformatori attualmente più diffusi in ambito industriale sono:

trasformatori isolati in carta immersa in olio minerale (impiego all’aperto e per grandi potenze)trasformatori isolati in resine epossidiche (impiego ambienti interni, per tensioni fino a 24 kV (MT -> BT) e potenze fino a 3150 kVA)trasformatori speciali: isolati a secco, in olii siliconici



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I trasformatori possono essere collocati in una cabina sistemata all’esterno dei reparti di lavorazione, lungo il perimetro del fabbricato



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I trasformatori possono essere collocati in cabina sistemata su soppalco all’interno dei reparti di lavorazione




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I locali in cui sono installati i trasformatori devono essere dotati di ventilazione forzata, barriere tagliafuoco e fossa di raccolta olio (se presente come isolante)



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Centrale termica

La centrale termica è il locale dove sono installati tutti o parte degli impianti per la produzione di calore destinati a:

preparazione del combustibile per l’invio al bruciatoregenerazione del calorepreparazione, accumulo,trattamenti e immissioni del fluido transfer nel relativo circuitopompaggio del transfer per la distribuzione alle utenzecontrollo, regolazione e misura di pressioni, temperature e portate



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Generatori di calore

Serbatoiolii e acqua

Centrale termica


Aree di servizio interne ed esterne




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Uffici

La quasi totalità delle funzioni aziendali richiede uno spazio destinato agli ufficiCiascuna funzione può presentare esigenze diverse nei riguardi dello spazio richiestoUna industria tipo deve provvedere spazio per i seguenti settori:

uffici per personale dirigenteuffici generaliuffici di produzione

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Aree di ristoro

Il servizio di ristoro negli stabilimenti industriali assume generalmente una delle seguenti forme:

mensa aziendale barcarrelli porta vivandemacchine distributrici automatiche di bevande



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Aree di assistenza medica

Il servizio di assistenza medica può essere esercitata su tre livelli:

esami psicotecnici di valutazione professionale e controlli periodicipronto soccorso per incidenti ed assistenza per indisposizioni di minor gravitàassistenza medica professionale per infortuni di maggiore gravità

L’area riservata alla infermeria è in genere pari a 0,10 m2 per persona contemporaneamente presente in stabilimento e non minore a 50 m2

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Impianti igienici e spogliatoi

Gli impianti igienici e gli spogliatoi, specie nei grandi impianti devono essere decentrati, per facilitarne l’accesso da parte dei dipendenti. Essi devono essere disposti in modo da evitare incroci dei flussi del personale in ingresso o uscita e i flussi dei materiali o dei mezzi di movimentazione



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Impianti igienici e spogliatoi

La normativa prescrive la proporzione minima tra docce, lavabi e WC e dipendenti occupati in un turno

Gli spogliatoi devono essere collocati presso l’ingresso dello stabilimento, facilmente raggiungibili dai posti di lavoro, dotati di docce e servizi igienici e armadietti metallici personali

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Reparto manutenzione

Il reparto manutenzione deve:consentire un facile accesso ai reparti, ai magazzini ricambi ed all’esternousufruire in genere di una officina centralizzata ben attrezzataessere collocato in punto centrale dello stabilimento con eventuali sottosezioni specialistiche sistemate in punti criticiessere collocato in maniera tale da garantire un servizio rapido



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Soluzione centralizzata servizi di manutenzione

Reparto manutenzione

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Aree esterne



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Aree esterne

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Aree scoperte e piazzali

La tendenza delle imprese a stabilirsi in località distanti dai centri abitati accresce l’attenzione sulla progettazione delle aree scoperte esterne

Inoltre la motorizzazione privata di massa rende necessaria la creazione di opportune vie di accesso e di ampi piazzali di parcheggio



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Strade di accesso

Le strade di accesso devono essere progettate in modo da poter sostenere sia il traffico delle autovetture private sia quello dei mezzi di trasporto dei materialiUna particolare area parcheggio deve essere a disposizione dei visitatori e degli ospitiQuando le strade di accesso allo stabilimento immettono direttamente su vie di grande comunicazione, potrà essere opportuno realizzare incroci semaforici di concerto con le autorità competenti

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L’aspetto esterno

L’aspetto esterno dell’edificio industriale e dell’area che lo circonda non è direttamente connesso con l’attività del progettista degli impiantiLa cura del gradevole aspetto, la presenza di alberi ed aiuole, costituiscono la prova dell’interesse dell’azienda verso la vita della comunitàPer il grande pubblico questo è spesso uno dei pochi criteri di giudizio verso l’impresa



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Problemi di sicurezza

I problemi della sicurezza, intesi in senso lato, interessano sia l’ingresso che l’uscita di beni e personeTutti gli stabilimenti devono proteggersi dall’uscita non autorizzata di materiali ed attrezziMuri di cinta, posti di guardia centralizzati, fari illuminanti ai cancelli e sistemi di televisione a circuito chiuso

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Protezione dalle calamità

La protezione degli stabilimenti industriali dalle calamità contempla l’incendio, le alluvioni, gli uragani, il terremoto e gli eventi vandaliciContro l’incendio sono predisposti estintori, sistemi di idranti e dispositivi fissi di segnalazione e spegnimento oltre che opportune accortezze costruttiveGli stabilimenti organizzano squadre antincendio i cui membri sono distribuiti presso reparti ed ufficiI sistemi automatici di allarme sono obbligatori

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