PIANIFICAZIONE DI UN IMPIANTO DI DEPURAZIONE ACQUA E TRATTAMENTO FANGO

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1 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 Rossin Daniele Sottocornola Alberto Veri Guglielmo

2 Indice 1. PREFAZIONE WORK BREAKDOWN STRUCTURE ORGANIZATION BREAKDOWN STRUCTURE SCHEDULING A RISORSE INFINITE DIAGRAMMA ASSORBIMENTO RISORSA CRITICA VALUTAZIONE AVANZAMENTI PROGETTO

3 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. 2

4 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. 3

5 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: 4

6 In pianta: 5

7 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: 6

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9 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. 8

10 OBS PM system Project manager Ingegnere impiantista Responsabile montaggio Basic Engineering Project Management Commissioning Training X X X X Infrastrutture Pompaggio Depurazione Centralina Disidratazione Piping OBS Scavi Fondazioni Ingegnere civile X X X Ingegnere meccanico X X X Ingegnere chimico X Ingegnere impiantista X Ufficio Acquisti X X X X X Responsabile montaggio X X X X X 9

11 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 D E A C F G H C1 C B I L M N O P Q R S 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. 10

12 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 A 2 0 Scavi e fondamenta B 5 0 C 2 3 Gruppo pompaggio D 9 29 E 4 29 F 5 17 Gruppo depurazione acqua e addensamento fanghi G H 5 17 I 7 13 Centralina automatica L M 2 13 N 6 0 Gruppo sezione disidratazione fanghi O 20 0 P 5 0 Q 4 12 Piping e rete elettrica R 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. 11

13 Diagramma di Gantt 1a settimana 2a settimana 3a settimana 4a settimana 5a settimana 6a settimana 7a settimana 8a settimana Infrastrutture civili Gruppo pompaggio Gruppo depurazione acqua e addensamento fanghi Centralina automatica Gruppo sezione disidratazione fanghi Piping e rete elettrica Commissioning Collaudo Scavi e fondamenta 12

14 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. operai Risorsa critica operai tempo(giorno) 13

15 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. Infrastrutture civili Gruppo pompaggio Gruppo depurazione acqua e addensamento fanghi Centralina automatica Gruppo sezione disidratazione fanghi Piping e rete elettrica ingegneri impiegati operai giorni ing giorni imp giorni op giorni tot m.d.o. materiali Scavi e fondamenta ,5 0,5 0 4,5 4, ,5 0,5 0 7,5 7, , ,5 0, ,5 0, Commissioning Collaudo Ingegnere /gg 250 impiegato /gg 150 operaio /gg

16 Impiego risorse M.d.o. 17% Materiali 83% 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. 15

17 120 Avanzamento fisico e contabile Avanzamento contabile Avanzamento fisico 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. 16