Chimica e laboratorio triennio

Prof. TROIANO Sergio

Con ottimizzazione si intende la ricerca della configurazione per la quale è minimo il costo totale di un impianto.

Benché le questioni economiche siano della massima importanza non solo negli impianti chimici ma in tutte le altre applicazioni, stranamente vengono di solito sottovalutate ed qualche volta addirittura trascurate, dai testi scolastici. Questo fatto costituisce una grave lacuna sul percorso educativo, e formativo, degli studenti. Personalmente sono convinto che molte delle richieste, a volte addirittura assurde e strampalate che essi fanno non sarebbero neppure proposte se fin dai banchi scolastici dei primi anni di istruzione, avessero appreso le giuste cognizioni economiche. Forse non è del tutto superfluo ricordare che le leggi dell'economia valgono sempre, qualunque sia il partito in carica.

Rimandando, per quanto attiene la teoria, ai corsi specifici di economia, facciamo riferimento al caso concreto di una condotta idrica che collega due serbatoi distanti, poniamo cinque chilometri e con un dislivello, in salita nel senso che la quota del secondo serbatoio è più alta del primo e dunque l’acqua per passare dal primo serbatoio al secondo deve essere spinta da una pompa che consuma energia elettrica.

C’è la spesa iniziale di costruzione della condotta che è certamente molto forte ma che viene fatta una sola volta, all’inizio, per un impianto che durerà parecchi anni e poi c’è la spesa della bolletta dell’energia elettrica che invece è una spesa a carattere continuo, e poi ci sono ancora altre spese come la manutenzione, l’assicurazione, gli imprevisti e tante altre voci di spesa minori che, per semplicità di esposizione trascuriamo ma che trascurabili non sono dato che nel loro complesso possono formare una cifra importante.

La prima cosa comunque da fare e di individuare e quantificare le singole voci di spesa e dividerle in spese di impianto e spese di esercizio, le prime sono di gran lunga maggiori ma devono essere sostenute una sola volta, all’inizio, per costruire l’impianto, mentre le seconde, normalmente di minore entità devono però essere sostenute annualmente e quindi, data la loro direva natura non sono direttamente comparabili tra di loro nel senso che non si possono sommare.

Il costo totale annuale, che è quello che ci interessa, è costituito dalle spese di esercizio dell’anno in corso per intere e da una parte delle spese di impianto che, indicando con "r" il tasso di interesse bancario riferito ad una lira, e quindi un tasso del 7% corrisponde ad r=0.07, ed indicando con "n" il numero di anni di durata dell’impianto, la rata annuale di ammortamento del capitale investito è la seguente:

Il costo di impianto dipende, tra altri fattori, anche dal diametro della condotta e maggiore è il diametro e maggiore è il costo della condotta ma minori saranno le perdite di carico e minore sarà la prevalenza della pompa e, di conseguenza, minore sarà il consumo di corrente elettrica. Viceversa, minore è il diametro della condotta e minore è la spesa di impianto ma maggiori sono invece le perdite di carico e maggiore è anche la prevalenza della pompa ed il consumo di energia elettrica.

Il calcolo di ottimizzazione che nel nostro caso specifico consiste nella ricerca del diametro della condotta che porta alla minore spesa possibile, è un calcolo iterativo e va condotto per tentativi organizzati, cioè scegliendo il diametro in funzione dei risultati ottenuti con i precedenti tentativi fatti.

Ancora più chiaramente si devono scegliere tre diametri qualsiasi, ma non troppo vicini tra di loro e calcolare la spesa annuale per ciascuno di essi, dopo di devono riportare i risultati su un grafico con il diametro sull’ascissa e la spesa annuale sull’ordinata e raccordarli con una curva, il quarto tentativo deve essere poi fatto con un diametro che corrisponde al presunto minimo della curva tracciata. Calcolata la spesa annua corrispondente su riporta anche questo dato sul grafico e si traccia una nuova curva che sarà più accurata di quella di prima dato che ora abbiamo quattro punti invece di tre e si continua aggiungendo sempre un nuovo punto fino a quanto vogliamo spingerci con l’approssimazione.

Calcoli di questo genere risultano troppo lunghi e laboriosi se eseguiti, per così dire a mano con il solo ausilio della calcolatrice, e dunque necessitano del computer con un programma scritto appositamente per il caso in esame.

Malgrado tutto ciò il risultato non è mai del tutto attendibile non fosse altro perché non può essere nota con assoluta precisione la durata dell’impianto che potrebbe in effetti essere assai più breve di quella preventivata perché potrebbe magari essere inventato un sistema nuovo che produce la stesso prodotto a prezzo inferiore e che lo mette fuori mercato prima ancora che la struttura risulti logora.

Una sorte simile è toccata ai forni Martin usati per la rifusione dei rottami di ferro messi improvvisamente fuori mercato dai più efficienti ed economici convertitori ad ossigeno.