L’impianto dell’azienda Doni Silvano

Figura 100: Schema a blocchi dell’impianto di termofioccatura

La figura 100 mette in evidenza i principali apparecchi presenti nell’impianto di termofioccatura dell’azienda Doni Silvano e la relativa sequenza di operazioni e quindi di trattamenti che subisce il materiale.

Il prodotto, convogliato mediante una tramoggia di carico su di un sistema di trasporto ovvero un nastro trasportatore, viene inviato ad un piccolo elevatore a tazze. Questo lo porta fino al primo pulitore, un pulitore a vagli, che con funzionamento a setaccio permette la pulizia del prodotto da tutoli e pula. E’ un organo composto da un ventilatore e da un vaglio, dimensionato per piccole quantità di prodotto (mentre il pulitore ad aria dell’impianto di essiccazione tratta circa 300 q/h, questo ne tratta circa 30 q/h). A questo punto il materiale passa attraverso un secondo pulitore detto “spietratore” che toglie i corpi estranei portati inevitabilmente dal raccolto quali per

PULITORE A VAGLI SPIETRATORE

PRECAMERA DI VAPORIZZAZIONE VAPORIZZATORE

LAMINATOIO ESSICCATOIO

esempio piccoli sassi che potrebbero danneggiare i rulli del laminatoio. Questo apparecchio si basa sul concetto del peso specifico: è costituito da un piano inclinato messo in movimento da un vibratore, a causa del movimento, la parte più leggera del materiale scende lungo il piano portandosi nella zona inferiore mentre la parte più pesante ovvero i corpi estranei quali sassi o altre impurità, non discendendo permangono nella zona superiore del piano.

Il prodotto così pulito viene trasportato mediante un secondo elevatore a tazze nel sistema di vaporizzazione dove la granella entra in contatto con il vapore prodotto dalla caldaia. L’apparecchio è costituito da due camere, la precamera di vaporizzazione e il vaporizzatore vero e proprio. Il prodotto, iniettato di vapore, permane nella precamera per circa 10 minuti; in questo modo viene preparato alla seconda fase di iniezione prevista nel vaporizzatore dove soggiorna per 20 minuti circa. Grazie all’introduzione della precamera la cadenza produttiva aumenta del 25% passando da 30q/h a 40q/h (valori riferiti alla granella di mais), infatti il prodotto già umido è più facilmente e velocemente trattabile nel vaporizzatore. Quando la granella ha il contenuto d’acqua desiderato viene fatta cadere sul laminatoio composto da due rulli da 30 quintali ciascuno, pressati a 120-150 atm uno all’altro. Il prodotto schiacciato e ridotto in piccoli fiocchi viene trasportato mediante nastro trasportatore all’interno di un essiccatoio ad aria. Mentre nell’impianto di essiccazione la torre tratta il materiale mediante immissione di aria calda, in questo caso i fiocchi vengono portati alla temperatura e all’umidità desiderate mediante ventilazione di aria a temperatura ambiente. Il materiale, distribuito su di un tappeto lungo 5 metri e largo 1 metro, viene investito da una corrente d’aria in direzione apposta al suo moto e prodotta da due ventilatori posti sui due lati lunghi del tappeto e sfalsati uno dall’altro (figura 101).

Figura 101: Collocazione dei ventilatori rispetto al tappeto dove giace il materiale nell’essiccatoio

Infine il prodotto, schiacciato e asciutto, viene portato fuori dall’impianto di termofioccatura mediante un trasportatore in gomma. Il ciclo appena descritto è continuo e si prevede di far funzionare l’impianto giorno e notte per otto mesi all’anno in modo di avere una domanda termica ed elettrica abbastanza costante, insieme all’impianto di essiccazione.

ventilatore

10.3.4.3. I prodotti

Attualmente, come illustrato nel capitolo 9, l’impianto di termofioccatura non è utilizzato data la bassa richiesta di prodotto fioccato e dall’attenzione posta dall’azienda sull’impianto di essiccazione piuttosto che su questo secondo impianto di processo. Se l’introduzione del cogeneratore fosse conveniente rispetto alla situazione attuale dell’azienda allora il titolare avrebbe le giuste motivazioni per riavviare l’impianto di termofioccatura. Si prevede un funzionamento continuativo dell’impianto, giorno e notte, nei mesi di massimo lavoro dell’azienda ovvero i periodi:

1) da febbraio a giugno (compresi gli estremi dell’intervallo); 2) da settembre a novembre (compresi gli estremi dell’intervallo).

Quindi con un semplice calcolo si ottiene un numero di giorni all’anno di funzionamento dell’impianto di termofioccatura pari a circa 241.

Data la tipologia di prodotto raccolto dall’azienda Doni Silvano, mais e soia, si pensa di produrre con la termofioccatura principalmente fiocchi di mais e fiocchi di soia. I fiocchi, come precedentemente accennato, sono un alimento alternativo ai tradizionali mangimi per allevamenti con una serie di vantaggi nutrizionali come l’aumento della digeribilità, dell’appetibilità e del senso di sazietà.

L’output dell’impianto analizzato può avere due destinazioni:

a) la clientela dell’azienda che acquista generalmente mangimi e che quindi vede in questo prodotto un alimento zootecnico alternativo o complementare;

b) i mangimifici.

La domanda e il prezzo di vendita di questi prodotti sono variabili anno dopo anno in quanto legati all’andamento del mercato cerealicolo e alle esigenze zootecniche. Si può fare un’ipotesi semplificativa di ripartizione del prodotto nel seguente modo: 50% destinato alla clientela e 50% destinato ai mangimifici.

I due prodotti trattati, ovvero mais e soia, come nell’impianto di essiccazione, anche in questo caso, hanno esigenze diverse; a parità di parametri funzionali, la soia necessita di un maggior tempo di processo. Ciò è dovuto alle diverse caratteristiche chimico-fisiche, la soia infatti tra i suoi costituenti ha un acido che diminuisce la bagnabilità del prodotto quindi, affinchè la granella raggiunga l’umidità desiderata a contatto con il vapore, è necessario prima eliminare questo acido. Aumentando il tempo di processo, diminuisce di conseguenza la cadenza produttiva; mentre per il mais si raggiunge il valore di 40 q/h, per la soia solo 20 q/h. La produzione giornaliera, riferita al mais, si stima intorno ai 750 quintali quindi, dato un utilizzo dell’impianto di circa 240 gg/anno, si ha una produzione annua di circa 180.000 quintali. Ovviamente i fiocchi di mais e quelli di soia avranno un prezzo diverso legato al differente prezzo della materia prima e al diverso tempo di processo. Non è possibile fare una stima realistica del mix

produttivo e del prezzo di vendita dei due prodotti finiti in quanto dipendono dal mercato.

10.3.4.4. Consumi

Per avere un quadro generale delle richieste elettriche e termiche dell’impianto di termofioccatura esistente nell’azienda Doni Silvano, si è deciso di riassumere i dati più rilevanti nelle tabelle di figura 102 e 103.

RICHIESTE ELETTRICHE

NASTRI TRASPORTATORI Nastro trasportatore di ingresso

Nastro trasportatore tra laminatoio ed essiccatoio Trasportatore in gomma per uscita prodotto

2 kW 2 kW 0,5 kW

ELEVATORI A TAZZE

Elevatore a tazze per carico pulitore a vagli

Elevatore a tazze per carico sistema di vaporizzazione

3 kW 3 kW

PULITORE A VAGLI

Ventilatore 4 kW

SPIETRATORE

Motori asincroni movimento piano inclinato 1,5 kW x 2 = 3 kW SISTEMA DI VAPORIZZAZIONE

Motori per movimentazione prodotto 2,5 kW x 4 = 10 kW LAMINATOIO

Motore movimento rulli 60 kW

ESSICCATOIO Ventilatori

Motori movimento tappeto

5 kW x 2 = 10 kW 3 kW x 2 = 6 kW

TOTALE 103,5 kW

Figura 102: Richieste elettriche dell’impianto di termofioccatura

RICHIESTE TERMICHE

Caldaia 300 kW termici medi

Le tabelle di figura 102 e 103 permettono di avere una visione d’insieme delle utenze elettriche e termiche che fanno capo all’impianto di termofioccatura. Tali richieste hanno un corrispettivo in termini di consumo di combustibile usato, sia per la caldaia che per il generatore che si dovrebbe utilizzare, che equivale a sua volta ad una spesa economica. Per rispondere alle esigenze elettriche dei due impianti di processo dell’azienda, al tempo dell’installazione dell’impianto di termofioccatura si era acquistato un generatore di corrente da 300 kW da mettere in sostituzione a quello usato per l’impianto di essiccazione in quanto, come illustrato nel capitolo 9, non è sufficiente allacciarsi alla rete per soddisfare le esigenze aziendali.

Il funzionamento dell’impianto è continuo quindi si può assumere che le richieste elettriche medie siano pari a circa il 90 % di quelle massime riportate in tabella (sistemi di trasporto funzionamento non proprio continuo nel tempo), 95 kW.

La curva di carico giornaliera della richiesta termica è osservabile nel grafico di figura 104: Pt [kW] 450 350 300 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 ore [h] LEGENDA:

richiesta termica di 450 kW per primo avvio

richiesta termica di 350 kW ogni due ore per 30 minuti richiesta termica di 300 kW costanti

L’andamento illustrato in figura 104 si basa su due importanti ipotesi:

1) funzionamento continuo per circa 240 giorni nelle 24 ore (condizione ottimale per il funzionamento del cogeneratore) con chiusura nei mesi di Dicembre-Gennaio e Luglio-Agosto. Quindi il picco di potenza di 450 kW, picco relativo alla messa in moto della caldaia, lo si avrà solo due giorni all’anno ed esattamente il 1° Febbraio e il 1° Settembre;

2) andamento della richiesta termica nel tempo relativo alla granella di mais in quanto è diverso in funzione del prodotto trattato (principalmente in termini di tempo-potenza).

Sulla base di quanto emerso allo scopo di far operare il cogeneratore in modo il più costante possibile, si può ipotizzare la seguente taglia: 350 kW di potenza termica con funzionamento a pieno carico per tutte le ore utili.

Data la potenza termica e supponendo un rendimento termico di circa il 45 % ed elettrico di circa il 40 % (valori tipici per cogeneratori a motore di taglia media) si ottiene una potenza elettrica pari a circa 320 kW.

Per i picchi richiesti nelle due giornate di avvio dell’impianto si prevede l’utilizzo della caldaia esistente, una caldaia a miscela propano-butano che quindi fa riferimento al medesimo serbatoio del bruciatore dell’impianto di essiccazione.

Il consumo della caldaia per l’avvio è pari a:

Consumo = ∆P / PCI [kg miscela/h]

Dove:

∆P = potenza richiesta alla caldaia in kcal/h (1 kW = 860 kcal/h);

PCI = potere calorifico inferiore del combustibile utilizzato (miscela propano-butano: PCI di circa 11.000 kcal/kg).

Quindi si ha:

Consumo = [(450 – 350) * 860] / 11.000 = 7,8 kg miscela/h

Dato un costo della miscela pari a 0,7 €/kg si ottiene che nei mesi di Febbraio e Settembre è necessario considerare un costo aggiuntivo di avvio pari a :

Il secondo termine dell’operazione di moltiplicazione sta ad indicare il tempo in cui sono richiesti 450 kW ovvero 1,5 ore.

Quindi il costo che deve sostenere l’azienda per la fornitura di miscela per il

funzionamento della caldaia che affianca il cogeneratore è pari a:

Costo annuo = 8,2 * 2 = 16,4 €

Tale costo non viene preso in considerazione nell’analisi energetico-economica, al di là del valore pressochè irrilevante, per un motivo di struttura dello studio. L’analisi infatti considera tre possibili scenari accomunati dall’installazione di un cogeneratore delle caratteristiche elettriche e termiche sopra citate (320 kWe e 350 kWt) e realizza un confronto differenziale tra i flussi di cassa dei tre e l’alternativa 0 ovvero l’impianto tradizionale (generatore di corrente e caldaia). Essendo tale costo sostenuto in tutti e tre gli scenari, è irrilevante al fine del confronto. E’ stato illustrato per avere una visione completa dello studio sostenuto.