1
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI ROMA ‘TOR VERGATA’
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II
Lavatrici a circuito chiuso
Lavatrici ad ultrasuoni
Lavatrici al Plasma
Lavatrici al Laser
Letto Fluido
Metodi di Pulizia: Stato dell’arte
•Utilizzo di Solventi
•Camera di Lavaggio a chiusura ermetica
•Contatto totale e turbolento (energetico) fra superficie solvente e detergente
Lavatrici a circuito chiuso
Lavatrici ad ultrasuoni
Lavatrici al Plasma
Lavatrici al Laser
Letto Fluido
Lavatrici a Spruzzo, ad Agitazione,etc.
2
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI ROMA ‘TOR VERGATA’
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II
Metodi di Pulizia: Stato dell’arte
Lavatrici a circuito chiuso
Lavatrici ad ultrasuoni
Lavatrici al Plasma
Lavatrici al Laser
Letto Fluido
Generatore
Trasduttore
Vasca
Cavitazione Ultrasonora
•Formazione di Microbolle
•Compressione
•Implosione e rilascio di energia
3
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UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II
Metodi di Pulizia: Stato dell’arte
Lavatrici a circuito chiuso
Lavatrici ad ultrasuoni
Lavatrici al Plasma
Lavatrici al Laser
Letto Fluido
Vantaggi:
•Assenza di solventi
•Elevata efficienza
•Elevata rapidità
Svantaggi:
•Costi elevati
•Limite al tipo di contaminanti eliminabili (Plasma)
•Potenziale danneggiamento superficie (Laser)
4
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Descrizione del processo
Rilevazione Spettrofotometrica
Tranciatura
Controllo Dimensionale
Sgrassaggio
Die-Attach
Sarebbe auspicabile introdurre una ulteriore fase di verifica del grado di pulizia superficiale
5
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Sistema di Rilevazione Spettrofotmetrico
Fluorescenza La capacità di un corpo di emettere luce visibile quando viene irradiato da una sorgente di luce non visibile (ultravioletta)
Radiazione secondaria
(Fluorescenza)
Radiazione Eccitante
6
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Energia Sorgente Ultravioletta: E1
λ1 < 380nm
Fluorescenza
Sistema di Rilevazione Spettrofotmetrico
Interpretazione del fenomeno
τE1= h*ν1
E2= h*ν2
Energia riemessa: E2
E2 < E1
ν2 < ν1 λ = c / ν λ2 > λ1
7
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Sistema di Rilevazione Spettrofotmetrico
Castrol Iloform BWN 300
0,00E+00
1,00E-02
2,00E-02
3,00E-02
4,00E-02
5,00E-02
6,00E-02
7,00E-02
330
345
360
375
390
405
420
435
450
465
480
495
Lunghezza d'onda (nm)
Ris
ulta
to r
ilev
azio
ne (
V)
Radiazione
Eccitante
λ1 = 330nm
Radiazione
di Fluorescenza
λ2 > λ1
Lubrificante Fluorescente
8
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Sistema di Rilevazione Spettrofotmetrico
Lampada Monocromatore Lenti di focalizzazione
Supporto per i Campioni
Strumenti di Rilevazione
Lampada Monocromatore
Supporto per il campione
9
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Supporto per il campione
Sistema di Rilevazione Spettrofotmetrico
Campione delle prove sperimentali: singolo elemento dissipativo del frame
10
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UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II
Sistema di Rilevazione Spettrofotometrico
0,00E+00
2,50E-03
5,00E-03
7,50E-03
1,00E-02
1,25E-02
1,50E-02
1,75E-02
2,00E-02
2,25E-02
340
350
360
370
380
390
400
410
420
430
440
450
460
470
480
490
500
Lunghezza d'onda (nm)
Ris
ulta
to r
ilev
azio
ne (
V)
Segnale Frame Pulito
Segnale Frame Sporcato
11
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UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II
Sistema di Rilevazione Spettrofotometrico
1,00E-05
1,00E-04
1,00E-03
1,00E-02
1,00E-01
1,00E+00
340
350
360
370
380
390
400
410
420
430
440
450
460
470
480
490
500
Lunghezza d'onda (nm)
Ris
ulta
to r
ileva
zion
e (V
)
Segnale Frame Pulito
Segnale Frame Sporcato
Scala Logaritmica
12
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UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II
Sistema di Rilevazione Spettrofotometrico
1,00E-05
1,00E-04
1,00E-03
1,00E-02
400
405
410
415
420
425
430
435
440
Lunghezza d'onda (nm)
Ris
ulta
to r
ileva
zion
e (V
)
Segnale Frame Pulito
Segnale Frame Sporcato
Range Standard 400-440nm
13
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UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II
Interpretazione dei risultati
1,00E-05
1,00E-04
1,00E-03
1,00E-02
1,00E-01
1,00E+0040
0
405
410
415
420
425
430
435
440
Lunghezza d'onda (nm)
Ris
ult
ato
rile
vazi
one
(V)
Frame Pulito
Frame Sporcato
Frame Trattato
Lavaggio Efficace: rimozione completa delle impurità superficiali
Dopo il trattamento riotteniamo il segnale iniziale
14
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UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II
1,00E-05
1,00E-04
1,00E-03
1,00E-02
1,00E-01
1,00E+0040
0
405
410
415
420
425
430
435
440
Lunghezza d'onda (nm)
Ris
ult
ato
rile
vazi
one
(V)
Frame Pulito
Frame Sporcato
Frame Trattato
Interpretazione dei risultatiLavaggio non Efficace: rimangono tracce di impurità (olio, solvente, etc.)
Dopo il trattamento non riotteniamo il segnale iniziale
15
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Metodi di Pulizia: Stato dell’arte
Lavatrici a circuito chiuso
Lavatrici ad ultrasuoni
Lavatrici al Plasma
Lavatrici al Laser
Letto Fluido
1 Compressor2 Dryer3 Oil filter4 Filter5 Control Valves6 Flux Meter7 Specimen8 Furnace9 Fluidised bed10 Pressure gauge11 Movement control12 DP cells13 Computer14 Data acquisition unit15 Pressure probe16 Glass grains17 Distributor
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(a) (b) (c) (d) (e) (f) (g)
Velocità del flusso
Metodi di Pulizia: Stato dell’arte
Lavatrici a circuito chiuso
Lavatrici ad ultrasuoni
Lavatrici al Plasma
Lavatrici al Laser
Letto Fluido
Fluidizzazione
Operazione che porta un particolato solido in uno stato fluido attraverso la sospensione in un liquido o gas
17
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Sperimentazione: materiali utilizzati
Lubrificante ILOFORM BWN 300
Aspetto Liquido limpido
Colore Giallo
Massa volumica a 15° 0,850 Kg/dm3
Viscosità 40°C 8 cSt
Punto Infiammabilità (PM) 132° C
Densità relativa (a 20°C) 0,850 Kg/dm3
Idrosolubilità Insolubile
Aspetto solido
Odore nessuno
Punto di rammollimento 700°C
Punto di fusione 1200°C
Solubilità nessuna
Punto di infiammabilità nessuno
Peso specifico 2,45-2,50 kg/dm3
Microsfere di vetro
Granulometria
300-400 m
400-800 m
18
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3 prove ciascuna con Q = 7, 10, 15 m3/h
per ogni portata 6 campioni trattati dai 10 ai 60 min
altezza del letto fissa pari a 20 cm
Lamierino forato in posizione verticale
Regime a bolle già con una portata d’aria di 7 m3/h
Sperimentazione: studio del comportamento del letto
Zona bugnata del frame
19
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UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II
1.00E-05
1.00E-04
1.00E-03
1.00E-02
1.00E-01
1.00E+00
400 405 410 415 420 425 430 435 440
Lunghezza d'onda (nm)
Ris
ulta
to r
ileva
zio
ne
(V
)
metallo pulitometallo sporcatometallo trattato (5 sec)metallo trattato (10 sec)metallo trattato (20 sec)
1aSerie• H = 20 cm,• Granulometria = 300-400 m,• Portata d’aria = 8 m3/h
1.00E-05
1.00E-04
1.00E-03
1.00E-02
1.00E-01
1.00E+00
400 405 410 415 420 425 430 435 440
Lunghezza d'onda (nm)
Ris
ulta
to r
ilevazio
ne (
V)
metallo pulitometallo sporcometallo trattato (5 sec)metallo trattato (10 sec)metallo trattato (20 sec)metallo trattato (30 sec)
2aSerie• H = 20 cm,• Granulometria = 400-800 m,• Portata d’aria = 8 m3/h
1.00E-05
1.00E-04
1.00E-03
1.00E-02
1.00E-01
1.00E+00
400 405 410 415 420 425 430 435 440
Lunghezza d'onda (nm)
Ris
ulta
to r
ilevazio
ne (
V)
metallo pulitometallo sporcometallo trattato (5 sec)metallo trattato (10 sec)metallo trattato (20 sec)metallo trattato (30 sec)
3aSerie• H = 20 cm, • Granulometria = 400-800 m• Portata d’aria = 15 m3/h
1.00E-05
1.00E-04
1.00E-03
1.00E-02
1.00E-01
1.00E+00
400 405 410 415 420 425 430 435 440
Lunghezza d'onda (nm)
Ris
ulta
to r
ilevazio
ne (
V)
metallo pulitometallo sporcometallo trattato (5 sec)metallo trattato (10 sec)metallo trattato (20 sec)metallo trattato (30 sec)
Tempi di trattamento maggiori
Miglior grado di pulizia
20
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3aSerie•H = 20 cm•Granulometria = 400-800 m•Portata d’aria = 15 m3/h
1aSerie •H = 20 cm•Granulometria = 300-400 m•Portata d’aria = 8 m3/h
0 5 10 15 20 25 300
5
10
15
20
25
30
35
Pe
rce
ntu
ale
olio
re
sid
uo
Du ra ta T ra ttam ento (s)
0,004
0,001
0,003 0,001
2aSerie •H = 20 cm•Granulometria = 400-800 m•Portata d’aria = 8 m3/h
5 10 15 20 25 300
5
10
15
20
25
30
35
Pe
rce
ntu
ale
olio
re
sid
uo
Durata Trattamento (s)
0,004
0,001
0,0007 0,001
0 5 10 15 20 25 300
5
10
15
20
25
30
35
Pe
rce
ntu
ale
olio
re
sid
uo
Du ra ta T ra ttam ento (s)
0,004
0,001
0,003 0,001
0 5 10 15 20 25 300
5
10
15
20
25
30
35
Pe
rce
ntu
ale
olio
re
sid
uo
Durata trattamento (s)
0,0009
0,00030,0001 0,0001
Varianza piccola
buona ripetibilità delle prove
21
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UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II
Una portata maggiore diminuisce la durata del trattamento, ma aumenta la potenza che bisogna fornire al compressore.
Aumentando il tempo di processo invece, è
possibile lavorare con una potenza più bassa del compressore e raggiungere lo
stesso grado di pulizia.
Una granulometria più piccola aumenta l’efficienza del letto e si ha una maggiore
asportazione di olio.
0 5 10 15 20 25 300
5
10
15
20
25
30
35
Per
cent
uale
olio
res
iduo
Durata Trattamento (s)
granulometria 300-400m, portata 8 m3/h
granulometria 400-800m, portata 8 m3/h
granulometria 400-800m, portata 15 m3/h
22
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UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II
sllvsvaW
slsvlv cos
cos1 lvaW
S
LV
v
Forze di adesione
232 cos3
4
2
1
2
1 vrmvEc
3
cos2cos34
21 22
2
23
rv
r
vrWp
2cos2
cos13
rkv lv
c
pa WW
23
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UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.50E-04 2.00E-04 2.50E-04 3.00E-04
Radius [m]
Cri
tic
al v
elo
cit
y [
m/s
]
24
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI ROMA ‘TOR VERGATA’
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II
cob
s
p
bbe lrtkA
A
r
vAM
2
34
3
Time 1
Time 2
Metal
Metal
Oil
Oil
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0 10 20 30 40 50 60Time [s]
K(t
)
400-800
200-400
c
t
eKtk
0
Grain size K0 c 200-400 0.139 12 400-800 0.038 23
25
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI ROMA ‘TOR VERGATA’
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II
Flux 8 m3/h
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
0.035
0 20 40 60 80
Time [s]
Re
sid
ua
l Oil
[%
]
Experimental 300-400
Model
Flux 8 m3/h
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0 10 20 30 40 50 60 70
Time [s]
Res
idu
al [
%]
Experimental 400-800
Model
Flux 12 m3/h
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
0 10 20 30 40 50 60 70
Time [s]
Re
sid
ual
[%
]
Experimantal 200-400
Model
Flux 12 m3/h
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.1
0 10 20 30 40 50 60 70
Time [s]
Re
sid
ua
l [%
]Experimantal 400-800
Model
26
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI ROMA ‘TOR VERGATA’
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II
Sperimentazione: Letto fluido
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
Eff
icie
nza
5s 10s 15s 30s 60s 120s 300s 600s
Tempo di lavaggio
Aumento durata Trattamento
Aumento efficienza
Massimo: 100% ottenuto con
durata di circa 60s
27
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UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II
Sperimentazione: Lavaggio ad ultrasuoni•Prove Sperimentali:
6 intervalli di tempo
10 prove per ogni intervallo
•Condizioni Sperimentali
Solvente sostituito a seguito di ogni prova
Apparecchiatura Sperimentale
C CCl
Cl
Cl
Cl
Percloretilene•Incolore – Inodore
•Basso punto di ebollizione
•Volatile
•Inquinante
•Pericoloso
1,00E-05
1,00E-04
1,00E-03
1,00E-02
1,00E-01
410 415 420 425 430Lunghezza d'onda (nm)
Ris
ulta
to r
ilev
azio
ne (
V)
Frame pulito Frame sporcatoFrame trattato (5 s)Frame trattato (10 s)Frame trattato (20 s)Frame trattato (30 s)
Aumento durata trattamento = Grado
di pulizia costante
28
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI ROMA ‘TOR VERGATA’
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II
Sperimentazione: Lavaggio ad ultrasuoni
Aumento durata Trattamento
Inizialmente l’efficienza
rimane costante
Oltre i 45s diminuzione
efficienza
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
Eff
icie
nza
5s 10s 15s 30s 60s 120s
Tempo di lavaggio
29
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI ROMA ‘TOR VERGATA’
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II
Sperimentazione: Lavaggio ad ultrasuoni
Diminuzione efficienza
Aumento durata trattamento = Aumento
temperatura Solvente
15
17
19
21
23
25
27
29
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
110
120
130
140
150
160
170
180
Durata trattamento
Te
mp
era
tura
(G
rad
i C
els
ius
)
100ml
50ml
25ml
Effettuate 36 prove
preriscaldando il solvente e
monitorando la sua temperatura 5s
10s15s
30s60s
120s
T > 30 Gradi Celsius
T < 30 Gradi Celsius0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
Eff
icie
nza
Durata Trattamento
T > 30 Gradi Celsius
T < 30 Gradi Celsius
E’ risultato particolarmente sfavorevole accoppiare temperature del solvente elevate con durate del trattamento superiori ai 30s