l automazione nella produzione industriale del calcestruzzo

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1 l automazione nella produzione industriale del calcestruzzo Elvio Suozzi, Piero Giovanni Zanco

2 Già negli anni 60 alcuni impianti erano automatizzati. Sul pannello del quadro di comando era installato uno sportello, sollevato il quale ne appariva il fondo irto di aghi metallici. Vi si inseriva una scheda perforata (ciascuna predisposta per una specifica ricetta) e, chiuso lo sportellino e dato l apposito comando, l impianto procedeva al peso degli aggregati, dell acqua e del cemento. Non vi erano strumenti per determinare l umidità delle sabbia, l acqua veniva così dosata in misura fissa. Per qualche giorno sembrava andare tutto bene poi le schede si usuravano, l operatore dimenticava di inserire la scheda giusta e veniva consegnato l impasto sbagliato, finchè nello sportellino entrava il killer dell automatismo: la polvere! L inevitabile conclusione era la saldatura dello sportellino, previo disinserimento dell ultima scheda perforata. Certo l evoluzione, dall era del cartone (materia prima componente delle schede di allora), a quella dei micro-cips è evidente. Altrettanto evidenti sono l evoluzione della normativa e, con essa, del mercato, che è sempre più esigente. Si consideri solo che, fino a qualche anno fa, il calcestruzzo era richiesto per pochi diversi dosaggi di cemento e, di fatto, per una sola classe di consistenza. Poche ricette erano sufficienti ad assicurare la produzione ed un paio solo, tendenzialmente dosate a 300 Kg/m 3 di cemento, rappresentavano oltre il 50% dell intera produzione. Al punto che i pesatori pesavano a memoria! Oggi, fatti i conti, per 7 classi di resistenza, 5 di consistenza, 2 soli cementi, 2 diametri massimi ed una dozzina di classi di esposizione, si giunge a diverse combinazioni, o ricette. Esclusi gli impasti speciali, in tutte le loro possibili variabili. E evidente l assoluta impossibilità di immaginare un impianto privo di automazione.

3 interazioni dell automatismo di impianto Direzione vendite Controllo Qualità Mix Design Gestore del Sistema Qualità Controllo del credito Automatismo di impianto Amministrazione fornitori Amministrazione fatturazione Servizi logistici e distribuzione Controllo di Gestione sistema informatico aziendale Ma automazione può significare solo gestione delle pesate? Beh, per poterlo può, ma non sarebbe logico! Non utilizzare le tante potenzialità ch esso offre costituisce un vero e proprio spreco dal momento che l automatismo di impianto ha strette interconnessioni operative con i processi di distribuzione e trasporto, con la contabilità clienti e la contabilità fornitori, con la gestione dei magazzini e la contabilità analitica, con le attività di autocontrollo e laboratorio che producono ed aggiornano le ricette che dell automatismo stesso costituiscono la necessaria alimentazione.

4 trasmissione all infrarosso Cinque anni fa Elettrondata installò, in un impianto, un rilevatore a raggi infrarossi che leggeva i dati contenuti in un analogo marchingegno montato sulle autobetoniere. Quando queste si presentavano sotto carico scaricavano automaticamente sull impianto i dati relativi al trasporto precedente: tempi di trasporto, di attesa, di scarico e, se del caso, di fermo per manutenzione.

5 rilevatore dell acqua immessa Con opportuni rilevatori, potevano essere raccolti e trasferiti altri dati: quali i consumi del motore, la potenza espressa, la pressione del circuito idraulico. Nacque un progetto prima, ed un prodotto poi, che fu presentato al Congresso ERMCO di Berlino nel 2001 e che considerarono la maggiore novità presentata.

6 rilevatore del numero dei giri e del senso di rotazione La betoniera fu pensata alla stregua di una coclea nella quale vi fosse un legame univoco tra il flusso del materiale movimentato ed il numero di giri. Le perplessità iniziali vennero fugate dalle prime prove pratiche e tutte le successive esperienze hanno confermato la piena validità dell intuizione iniziale e fornito scale di correlazione tra numero di giri, senso di rotazione, volume del calcestruzzo scaricato e volume del calcestruzzo residuo. Il sistema di comunicazione agli infrarossi posto sulla autobetoniera raccoglie e trasmette allo strumento ricevente posto all impianto, tutti i dati utili a ricostruire la consegna nei minimi dettagli determinando gli orari di trasporto ed agitazione, i tempi di rapida mescolazione, di inizio scarico, di interruzione nello scarico di termine dello scarico e, ove ciò avvenga, la valutazione del quantitativo di calcestruzzo non scaricato e corrispondente al reso. Per come è strutturato il sistema consente anche di verificare se ed in quale misura vi sia stata una variazione di destinazione della consegna.

7 rilevatore della pressione del circuito idraulico La contestuale rilevazione della pressione del circuito idraulico dell autobetoniera, commisurata al calcolo del quantitativo di calcestruzzo residuo in autobetoniera, consente il costante monitoraggio della consistenza del calcestruzzo. La comunicazione via satellite, che già consentiva di localizzare tutte le autobetoniere, consente ora all impianto di controllare, in tempo reale, la quantità di calcestruzzo non ancora scaricato e la sua consistenza. Le correzioni utili al recupero della consistenza richiesta vengono così impartite direttamente dall impianto. Per la prima volta nella storia del calcestruzzo preconfezionato il controllo del processo è stato portato fino al termine dello scarico. Viene così spazzata via la d ombra, sinora priva d ogni controllo, che va dall uscita dell autobetoniera dall impianto fino al termine dello scarico. Ad onor del vero vi è ancora un aspetto critico, per ora non risolto, dato esclusivamente dal costo della comunicazione satellitare che, in molti casi, suggerisce per ora di accontentarsi di raccogliere tutti i dati al rientro dell autobetoniera. La collaborazione avviata in quella occasione ha poi spinto Elettrondata, con il mio supporto tecnico, a sviluppare un nuovo prodotto che ha già superato la fase sperimentale e viene ora introdotto sul mercato.

8 TopMix è un programma completo di progettazione delle miscele a composizione che, attraverso accurati sistemi di controllo statistico, porta alla corretta formulazione ed aggiornamento delle miscele a prestazione. E un programma complesso ed impegnativo, avviato quattro anni fa, che oggi si ritrova del tutto allineato e rispondente alle esigenze di controllo del processo e di qualifica delle miscele imposto dalle nuove Norme Tecniche. Il risultato finale cui TopMix giunge non è la semplice composizione di una miscela ma la definizione di un intero ricettario, non mira alla sola composizione ma al raggiungimento della prestazione ed infine, non alla ipotesi, o speranza, di raggiungere la prestazione voluta ma l assicurazione di raggiungerla al minor costo possibile. programma di Mix-Design evoluto programma di Mix-Design evoluto

9 TopMix non impone un percorso rigido, ma colloquia con l utente al quale prospetta soluzioni coerenti alle conoscenze tecnologiche ed alle norme in vigore lasciandolo comunque libero di applicare o sperimentare proprie alternative. Le macro-fasi in cui si articola sono: 1. l impostazione generale dei parametri e dell archivio 2. la gestione delle schede tecniche delle materie prime componenti 3. la individuazione, mediante il cosiddetto metodo litrico e lo studio granulometrico dei pesi indicativi dei componenti della miscela 4. la sperimentazione della miscela in laboratorio (opzionale), o miscele, la loro definizione e trasferimento, per via informatica, all automatismo di impianto 5. la successiva registrazione delle resistenze di prelievo e la loro elaborazione con tecniche statistiche 6. la definizione del ricettario a prestazione ed il suo trasferimento, per via informatica, all automatismo di impianto.

10 Nell impostazione generale dei parametri e dell archivio vengono proposte per default le diverse correlazioni (dosaggio del cemento e resistenza alla compressione; slump e resistenza, rapporto diametro/altezza e resistenza per cilindri e carote, ) che l utente può confermare o modificare coerentemente alla propria specifica esperienza. Viene anche organizzato l archivio in relazione al fatto che si operi su di un singolo impianto, su di un gruppo di impianti o per diverse società.

11 Al metodo litrico, che rappresenta il primo passo per la determinazione dei quantitativi dei componenti utili alla composizione di un metro cubo di impasto, segue lo studio granulometrico che può essere eseguito su singoli campioni o sulla media delle analisi granulometriche di un periodo scelto dall utente. Questi ha facoltà di scegliere la curva di riferimento tra le più note disponibili: Fuller, Bolomey, Faury, oppure una curva discontinua (TopMix ne suggerisce i parametri di base, oppure, infine, secondo una curva di riferimento composta dallo stesso utente. Il metodo sperimentale consente il perfezionamento della composizione ottimizzandola al fine di eliminare il rischio di segregazione alla massima lavorabilità e salvaguardare, nel contempo, l ottimizzazione delle resistenze alla compressione.

12 Il perfezionamento di tre miscele consente di creare correlazioni di composizione che consentono la formulazione di un ricettario completo a composizione i cui risultati di compressione, ottenuti dai prelievi di autocontrollo, costituiranno l indispensabile supporto al controllo statistico fortemente voluto dalle recenti Norme Tecniche. Controllo statistico che TopMix consente di sviluppare in differenti modi: 1. Il semplice controllo matematico che consente l immediato riscontro di resistenza media e scarto quadratico medio.

13 carta di controllo per medie mobili r1 Rm(15) r1 s Rm(15) RcK s Rck RcK (rif) Rck (rif) 2. L elaborazione fatta mediante carte di controllo semplici o per medie mobili. Le prime consentono la verifica dei risultati rispetto le linee di confidenza e controllo (media di progetto, resistenza caratteristica, scarto atteso, ), le seconde consentono una migliore individuazione delle tendenze dei parametri media e scarto quadratico, sotto controllo.

14 grafici di controllo per Cu.Sum. resistenza resistenza 50,0 40,050,0 30,040,0 quadratico medio - rango 20,030,0 quadratico medio - rango 10,020,0 50 0,010, ,0 0, ,0-10, ,0-20, ,0-30, ,0-40, , /28 gg /28-40 gg-30 50, ,0 50, ,0 40,0 20,0 30,0 10,0 20,0 0,0 10,0-10,0 00, ,0-10, ,0-20,0-40,0-30,0-50,0-40,0 correlazione 728gg -50,0 resistenza scarto q.m. 3. Il terzo metodo, per somme cumulate (CU.SUM.), consente il controllo sulla base della previstone a 28gg delle resistenze ottenute a 7gg (o 3gg, od accelerate), con successiva verifica della correttezza della previsione fatta. Il metodo consente una buona visualizzazione delle tendenze di media e scarto nonché la determinazione della significatività, o meno, delle loro variazioni e la individuazione del momento in cui è intervenuto un cambiamento statisticamente significativo. TopMix è quindi uno strumento di forte supporto alla corretta e migliore attuazione del Factory Production Control, che le nuove Norme Tecniche impongono di far certificare da un Organismo terzo autorizzato, ma essenzialmente è lo strumento che consente di produrre a prestazione senza rischi ed incertezze e nella massima economia.