PIANIFICAZIONE DI UN IMPIANTO DI DEPURAZIONE ACQUA E TRATTAMENTO FANGO

Prof. Franco Caron

Laurea Magistrale in Ingegneria Energetica Corso di Gestione dei Grandi Progetti d’Ingegneria

A.A. 2011/2012

Mancini Raffaele 787343 Rossin Daniele 783646

Sottocornola Alberto 778509 Veri Guglielmo 783908

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Indice

1. PREFAZIONE ........................................................................................................................... 2

2. WORK BREAKDOWN STRUCTURE ............................................................................................ 5

3. ORGANIZATION BREAKDOWN STRUCTURE ............................................................................. 8

4. SCHEDULING A RISORSE INFINITE .......................................................................................... 10

5. DIAGRAMMA ASSORBIMENTO RISORSA CRITICA .................................................................. 13

6. VALUTAZIONE AVANZAMENTI PROGETTO ............................................................................ 14

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1. PREFAZIONE

Lo scopo del progetto è la pianificazione delle fasi per la costruzione di un impianto di processo,

finalizzato  alla  depurazione  dell’acqua  e  al  trattamento  di  fanghi. L'impianto è studiato per tutte quelle industrie dove si presentano sequenze produttive relative

alla lavorazione del granulato inerte; con esso si assicura l'abbattimento di solidi in sospensione

contenuti negli scarichi idrici, ovviando alla scarsità d'acqua in quanto quest'ultima può venire

riciclata totalmente.

L’acqua  utilizzata  nei  processi  di  lavorazione  trasporta  quantità  variabili di solidi in sospensione e

la discarica libera di queste acque torbide direttamente in un fiume è impossibile, in quanto

provocherebbe  fenomeni  di  inquinamento  fisico,  con  conseguenze  per  l’equilibrio  ambientale.   I  principali  vantaggi  nell’utilizzo  di  questa  tecnologia sono :

1. Notevole risparmio idrico

L’acqua  usata  nei  centri  di  lavoro  non  verrà  più  scaricata  al  di  fuori  dell’insediamento  produttivo  in  quanto I'impianto di depurazione prevede un ciclo chiuso per le acque di lavoro con un recupero

del 95% dell'acqua utilizzata; il restante 5% è da considerarsi evaporato e disperso nei centri di

lavoro, nonché nel contenuto di umidità residua presente nel fango disidratato.

2. Fango perfettamente palabile e privo di sgocciolamento

Il fango trattato con I'applicazione del filtro pressa permette di ridurre notevolmente il volume

rispetto al fango liquido che si produce nelle classiche vasche di decantazione. Infatti il fango

filtrato permette una continua disidratazione fino al punto di essere concentrato al 80% di solido

secco; ciò significa avere un fango perfettamente palabile, privo di sgocciolamento ed

idrorepellente, come previsto dalla Legge in vigore e quindi facilmente trasportabile in qualsiasi

discarica autorizzata.

Il processo di funzionamento avviene in due fasi controllate per mezzo di un microprocessore

secondo una sequenza logica di programmazione:

1a fase : decantazione, addensamento dei fanghi e depurazione delle acque che ritornano dal ciclo

di lavorazione.

2a fase : disidratazione dei fanghi addensati.

3a fase : le acque di scarico provenienti dalle lavorazioni vengono convogliate in un decantatore a

flusso verticale.

Contemporaneamente una pompa dosatrice immette nella tubazione di mandata una

soluzione di flocculante opportunamente dosata.

Il risultato ottenuto è di avere una rapida precipitazione dei fanghi nel cono del

decantatore e dopo un tempo programmato di permanenza, vengono convogliati in una

apposita vasca di stoccaggio, mentre l'acqua depurata ritorna in ciclo e viene riutilizzata

dalle utenze.

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4a fase : il fango addensato viene a sua volta disidratato mediante filtro pressa. Il filtro pressa ha

come obiettivo la trasformazione di fango liquido addensato in fango solido

perfettamente palabile e privo di sgocciolamento; ciò avviene secondo la seguente logica

e successiva sequenza:

A - partenza centralina idraulica - avanzamento pistone e conseguente chiusura pacco piastre

alla pressione massima di esercizio.

B - ciclo filtrazione:

partenza pompa alimentazione fango al pacco piastre;

formazione pannelli fango disidratato e contemporanea evacuazione acqua filtrata;

arresto pompa alimentazione fango e completamento formazione pannelli disidratati.

C - Apertura pacco piastre filtranti e contemporaneo scarico automatico dei pannelli di fango

disidratato.

D - Chiusura pacco piastre filtranti e inizio di un nuovo ciclo.

La  pianificazione  del  progetto  inizia  con  l’ingegneria  di  base  del  processo,  la  quale  definirà le

specifiche fondamentali dello stesso e dei componenti, in particolare si tratterà di produrre la

documentazione necessaria per l'approvvigionamento dei componenti d'impianto acquistati da

terzi.

L’ingegneria  di  dettaglio  con  il  suo  team  di  ingegneri,  provvederà  successivamente  all’elaborazione  dei documenti tecnici contenenti le specifiche dei componenti e la planimetria dettagliata

dell’impianto.

L’emissione  di  tale  documentazione,  permetterà  di  avviare  i  processi  di  approvvigionamento  dei componenti  necessari  al  montaggio,  nonché  all’acquisto  di  quelli  costruiti  esternamente.

Attraverso  il  monitoraggio  dell’avanzamento  di  cantiere  e  una  efficiente  comunicazione  tra  responsabili tecnici e ufficio di controllo, sarà possibile rispettare le scadenze prefissate o

eventualmente attivare azioni correttive fino alla conclusione della fase di costruzione.

Al montaggio dei componenti principali succede la fase di connessione strutturale, elettrica e del

piping  dell’impianto. L’ultima  fase  è  costituita prima dal  collaudo  dei  vari  componenti  principali,  nonché  dell’impianto  nel suo complesso.

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Si può quindi immaginare il layout d’impianto  in  una  prima ipotesi di massima (ing. di base), che

solo  l’ingegneria  di  dettaglio  potrà  confermare  o  smentire,  in  quanto non è possibile

predeterminare  con  precisione  tutte  le  peculiarità  e  le  specifiche  dell’impianto.

In sezione:

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In pianta:

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2. WORK BREAKDOWN STRUCTURE

Un progetto complesso necessita di essere disaggregato in più elementi semplici, in modo da

raggiungere una maggior gestibilità. Un altro aspetto di primo livello è sicuramente la definizione

dello  "scope  of  work",  ossia  l’identificare  univocamente  i  confini  in  cui  il  progetto  stesso  deve

operare.

Per tali scopi è stata implementata la metodologia di gestione basata sulla Work Breakdown

Structure (WBS).

Questo modello consiste nella costruzione di un albero gerarchico, sviluppato secondo una logica

funzionale, in cui il progetto base è disarticolato in sottosistemi funzionalmente completi e

collaudabili in maniera indipendente.

Il  livello  più  basso  del  modello  è  rappresentato  dai  Work  Package,  ossia  l’insieme  delle  attività  elementari a cui è possibile attribuire le risorse necessarie al loro completamento.

Nel nostro caso possiamo identificare al primo livello:

> Project Managment (P.M.): si occupa della gestione e monitoraggio di tutta la filiera del

progetto, attuando quando necessario azioni correttive a riguardo.

> Base Engineering: si prefigge di definire layout, schema di processo e progettazione di base

dell'impianto  di  processo.  Tali  documenti  verranno  poi  consegnati  all’ingegneria  di  dettaglio che provvederà a fornire tutta la documentazione tecnica.

> Impianto : rappresenta il nocciolo del nostro progetto, e racchiude tutti i singoli elementi che

concorreranno alla realizzazione del processo.

Tutte le altre voci rappresentano le attività satellite che operano in parallelo all'impianto.

Sono tutte indipendenti, ma al contempo orientate all'obbiettivo finale.

Al secondo livello si trovano i singoli componenti che compongono fisicamente l'impianto vero e

proprio, acquistati e installati.

Nella pagina seguente è riportata la WBS relativa al progetto:

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3. ORGANIZATION BREAKDOWN STRUCTURE

Attraverso la OBS viene  definita  l’articolazione  gerarchica  dei  ruoli  organizzativi  coinvolti  nel  progetto.  Con  l’intersezione  tra  elementi  di  prodotto  (deliverables)  ed  elementi  della  OBS  si  individuano le unità elementari di gestione del progetto, ovvero i work package. È utile quindi per

ufficializzare e responsabilizzare gli attori impegnati nel progetto.

Il project manager, posto al primo livello, è il responsabile del progetto di fronte al management

della società. Si occupa della pianificazione e controllo lungo tutta la durata del progetto.

Al secondo livello sono inseriti i responsabili delle fasi operative. Tra questi si evidenziano:

> il responsabile dell'ingegneria, il quale si occupa di gestire il team di ingegneri e si relaziona con i

tecnici delle aziende terze a cui sono commissionati alcuni componenti d'impianto;

> il responsabile dell'ufficio acquisti, il quale coordina l'approvvigionamento delle risorse;

> il responsabile del montaggio, al quale fanno riferimento le squadre di operai addetti.

L’incrocio  tra  WBS  e  OBS  è  finalizzato  a  verificare  che  ogni  WP  sia  affidato  ad  un  solo  responsabile  presente  nell’OBS.  Con  questo  metodo  si  evidenziano  le  eventuali  attività  scoperte  e/o  attori  privi  di ruolo.

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PM system XProject manager XIngegnere impiantista XResponsabile montaggio X

Com

mis

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Trai

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OBS

Basi

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Prog

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Mon

tagg

io

Ingegnere civile X X XIngegnere meccanico X X XIngegnere chimico XIngegnere impiantista XUfficio Acquisti X X X X XResponsabile montaggio X X X X X

Piping

OBS

Infrastrutture Pompaggio Depurazione Centralina Disidratazione

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4. SCHEDULING A RISORSE INFINITE

Il reticolo delle attività mostra le relazioni e le precedenze tra tutti i work package.

Particolare rilevanza è dato al cammino critico (percorso evidenziato in rosso in figura), il quale

include tutte quelle successive attività ritenute critiche poiché un ritardo nella loro realizzazione

condurrebbe allo slittamento della data di consegna dell'intero progetto.

8 16 17 20

D E

9 29 4 29

26 34 35 38

1 2 3 4 8 12 13 27 28 32

A C F G H 51 51 52 53

2 0 2 3 5 17 15 17 5 17 C1 C2

1 2 6 7 14 18 19 33 34 38 1 0 2 0

3 7 8 14 15 34 35 36 51 51 52 53

B I L M

5 0 7 13 20 13 2 13

3 7 10 16 17 36 37 38

8 13 14 33 34 38

N O P

6 0 20 0 5 0

8 13 14 33 34 38

3 6 7 26 39 50

Q R S

4 12 20 12 12 0

15 18 19 38 39 50

Si  presuppone,  per  questo  progetto,  che  sia  necessario  progettare  prima  l’impianto  di  pompaggio  poi tutto il resto, poiché le specifiche della pompa influiscono sulla progettazione degli altri

componenti  principali.  Inoltre  la  progettazione  in  dettaglio  dell’impianto  di  pompaggio  è  effettuata in parallelo con gli scavi in modo tale che avvenga uno scambio di informazioni utili ai

fini della definizione delle specifiche della pompa.

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Segue la tabella che mostra in dettaglio ogni attività che compare nel reticolo con le sue particolari

richieste di durata, risorse e la flessibilità sul ritardo (total float).

Durata TF

Infrastrutture civili Progettazione A 2 0

Scavi e fondamenta B 5 0

Gruppo pompaggio

Progettazione C 2 3

Approvvigionamento D 9 29

Montaggio E 4 29

Gruppo depurazione acqua e addensamento fanghi

Progettazione F 5 17

Approvvigionamento G 15 17

Montaggio H 5 17

Centralina automatica

Progettazione I 7 13

Approvvigionamento L 20 13

Montaggio M 2 13

Gruppo sezione disidratazione fanghi

Progettazione N 6 0

Approvvigionamento O 20 0

Montaggio P 5 0

Piping e rete elettrica

Progettazione Q 4 12

Approvvigionamento R 20 12

Montaggio S 12 0

Commissioning C1 1 0

Collaudo C2 2 0

Segue naturalmente al reticolo il diagramma di Gantt che permette di pianificare tutte le relazioni

di dipendenza temporale del progetto, in maniera sintetica.

In rosso sono evidenziate le attività critiche, ovvero le attività a float totale nullo, in cui un ritardo

può  influenzare  la  data  di  termine  del  progetto.  Le  altre  attività,  schedulate  con  criterio  “al  più  presto”,  possiedono  un  float  totale  diverso  da  zero,  ovvero  un  margine  di  ritardo disponibile che

non porterebbe a slittamento della data finale del progetto.

Questa scelta può essere discutibile in quanto una schedulazione al più presto permette di avere

un  maggior  tempo  a  disposizione  nella  parte  finale  dell’attività,  permettendo  una cuscinetto

temporale che può essere utilizzato per eventuali rifacimenti o ritardi che inevitabilmente si

presentano.

D’altra  parte,  è  necessario  riconoscere  ai  fornitori  il  corrispettivo  per  le  prestazioni  effettuate,  portando un esborso di cassa più vicino al time now di quanto permetta la schedulazione

speculare a quella utilizzata (al più tardi).

Questo trade off deve essere ottimizzato a monte, tenendo anche presente che nella realtà varie

risorse saranno utilizzate.

Esistono per questo motivo altri metodi di schedulazione, più complessi, ma di tipo euristico che

permettono una miglior livellazione delle risorse.

Segue il diagramma di Gantt.

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Progettazione

Scavi e fondamenta

Progettazione

Approvvigionamento

Montaggio

Progettazione

Approvvigionamento

Montaggio

Progettazione

Approvvigionamento

Montaggio

Progettazione

Approvvigionamento

Montaggio

Progettazione

Approvvigionamento

Montaggio

Commissioning

Collaudo

5a

settimana

6a

settimana

7a

settimana

8a

settimanaDiagramma di Gantt 1a

settimana

2a

settimana

3a

settimana

4a

settimana

Gruppo depurazione acqua e addensamento fanghi

Piping e rete elettrica

Infrastrutture civili

Gruppo pompaggio

Centralina automatica

Gruppo sezione disidratazione fanghi

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5. DIAGRAMMA ASSORBIMENTO RISORSA CRITICA

Nel caso di schedulazione a tempi fissi risulta importante avere la consegna entro i termini

prefissati contrattualmente; si ipotizza che una accurata fase di progettazione e di monitoraggio

del cantiere sia sufficiente a contenere eventuali eventi generatori di esborsi imprevisti,

supponendo quindi di essere in grado di restare nei budget prefissati.

Nel nostro caso la risorsa critica risulta essere la disponibilità di operai per il montaggio. La fase di

construction  è  fondamentale  per  l’avanzamento  fisico  del  progetto,  quindi  spetterà  al  Project    Manager  decidere  se  ricorrere  all’aumento  di  produttività  della  risorsa,  oppure  se  distribuire  l’attività  di  montaggio  su  un  tempo  più  lungo  e  quindi,  posticipare  la  data di termine del progetto.

Tuttavia un aumento della risorsa è la scelta più opportuna per rispettare le scadenze fissate, è

quindi possibile:

> aumentare temporaneamente il numero di operai attraverso assunzione di una ulteriore

squadra, in questo caso si avrebbe un innalzamento localizzato della disponibilità di risorsa;

> assumere operai con maggior grado di specializzazione, quindi maggior capacità produttiva, che

permetterebbe  l’esecuzione  del  lavoro  in  tempi  minori.

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1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53

oper

ai

tempo(giorno)

Risorsa critica operai

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6. VALUTAZIONE AVANZAMENTI PROGETTO

Una delle parti più rilevanti nella pianificazione di un progetto di ingegneria consiste nella

valutazione dell'evoluzione del progetto dal punto di vista fisico e contabile.

L'avanzamento di un progetto è determinato dal raggiungimento di alcune milestone (obiettivi

intermedi), alle quali generalmente sono associate delle percentuali di completamento fisico e

quote di pagamento.

Il tipico andamento assume graficamente la forma di una curva ad S: una fase iniziale di

accelerazione corrispondente alla pianificazione iniziale e all'ingegneria di base, una fase centrale

con tasso di avanzamento costante nella quale si hanno gli approvvigionamenti e la quota

maggiore del lavoro di cantiere, una fase conclusiva di decelerazione e quindi di rifinitura,

commissioning e collaudo.

Le informazioni utili, necessarie alla costruzione delle curve, si ricavano dai singoli work package.

Ad ognuno di essi sono assegnate le relative risorse umane e si effettua una stima dei costi dei

materiali, basandosi su esperienze pregresse e su impianti simili.

Per le risorse lavoro si fissano i costi orari, diversificati per l'ingegneria, gli impiegati d'ufficio e gli

operatori di cantiere.

Ingegnere  €/gg 250

impiegato  €/gg 150

operaio  €/gg 160

ingegneri impiegati operai giorni ing giorni imp giorni op giorni tot m.d.o. materiali

Progettazione 1 0 0 2 0 0 2 500 0

Scavi e fondamenta 0 0 4 0 0 20 20 3200 30000

Progettazione 2 0 0 4 0 0 4 1000 0

Approvvigionamento 0 0,5 0,5 0 4,5 4,5 9 1395 10000

Montaggio 0 0 2 0 0 8 8 1280 0

Progettazione 2 0 0 10 0 0 10 2500 0

Approvvigionamento 0 0,5 0,5 0 7,5 7,5 15 2325 45000

Montaggio 0 0 3 0 0 15 15 2400 0

Progettazione 2 0 0 14 0 0 14 3500 0

Approvvigionamento 0 1 0,5 0 20 10 30 4600 56800

Montaggio 0 0 3 0 0 6 6 960 0

Progettazione 3 0 0 18 0 0 18 4500 0

Approvvigionamento 0 0,5 0,5 0 10 10 20 3100 55500

Montaggio 0 0 3 0 0 15 15 2400 0

Progettazione 2 0 0 8 0 0 8 2000 0

Approvvigionamento 0 0,5 0,5 0 10 10 20 3100 25000

Montaggio 0 0 2 0 0 24 24 3840 0

Commissioning 1 0 2 1 0 2 3 570 0

Collaudo 1 0 2 2 0 4 6 1140 0

Infrastrutture civili

Gruppo pompaggio

Gruppo depurazione acqua e addensamento fanghi

Centralina automatica

Gruppo sezione disidratazione fanghi

Piping e rete elettrica

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Per l'avanzamento fisico, sempre in riferimento alle risorse lavoro, si devono considerare i giorni

uomo, mediante i quali è possibile stimare il fabbisogno di risorse di tutti i work package. Il valore

cumulato nel tempo dovrebbe assumere la caratteristica forma ad S.

Per l'avanzamento contabile, moltiplicando i costi orari per i giorni uomo, si trova il costo

complessivo della manodopera. A questo deve essere sommato il costo degli item e dei materiali

per ottenere il costo totale.

Si è ipotizzato di assegnare il costo del materiale al momento del suo utilizzo (costo maturato)

secondo il metodo 0-50, attribuendo tutta la spesa a metà del completamento del work package.

Per questo motivo la curva è relativa al costo maturato schedulando al più presto le attività.

Il valore cumulato dei costi nel tempo rappresenta la baseline dei costi cumulati e andrà a fornire

un'analoga curva ad S.

Le due curve risultanti differiscono dall'andamento teorico e presentano alcuni picchi; ciò è

motivato dal raggiungimento di milestone critiche o dal completamento di work package con forte

assorbimento di risorse.

Una soluzione possibile per ridurre le variazioni dall'idealità consiste nel ripartire le risorse in

maniera più uniforme, anche all'interno dello stesso work package.

M.d.o.

17%

Materiali

83%

Impiego risorse

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Le due curve ovviamente non potrebbero essere in scala, in quanto i driver di riferimento non

sono omogenei, è perciò uso comune riscalare e normalizzare le curve sul valore percentuale (o

unitario), in questo modo si permette una più agevole lettura, con un immediato confronto anche

fra curve che rappresentano cose molto diverse che però sono inevitabilmente legate dallo

scorrere del tempo.

Avanzamento fisico e contabile

0

20

40

60

80

100

120

0 10 20 30 40 50 60

Avanzamento

contabile

Avanzamento

fisico