M. Campolo, L. Del Fabbro, A. Simonetto, G. Roman, A. Soldati
Udine, 20 Giugno 2008
Valutazione numerica dell’efficienza di trasferimento in applicazioni industriali
di “spray painting”
CIFI - Centro Interdipartimentale di Fluidodinamica e IdraulicaUniversità degli Studi di Udine
CRISP - Centro di Ricerca sull’Inquinamento e lo Sviluppo dei ProcessiFriuli Innovazione
Giornata Ambiente: Friuli Innovazione
Sorgenti di emissione VOC…
Da: Inventario delle emissioni 2005 in Lombardia
http://www.arpalombardia.it/inemar/regione.htm
SCARTO
Liquido gassoso solido
Diluenti (COV)
ARIA
Prodotto verniciato
acquisto prodotti vernicianti e diluenti
preparazione formulato
verniciatura
lavaggio
essiccazione
cottura
ecc…
… bilancio in/out nel processo …
Vernice
… e più in dettaglio …
Diluenti
ARIA
Prodotto verniciato
VernicePREPARAZIONE FORMULATO
FormulatoVERNICIATURA
ESSICCAZIONECOTTURA
LAVAGGI
Problema industriale
• Impatto ambientale dell’emissione
• Esposizione degli operatori
• Costi per maggior consumo vernici, trattamento delle emissioni/residui
Parametro controllante:
Efficienza di trasferimento
η=Qdepositata / Qspruzzata
Soluzione?
… e l’analisi del problema
VernicePREPARAZIONE FORMULATO
Formulato
Diluenti
DiluentiLAVAGGI
ARIA
Prodotto verniciato
VERNICIATURAFormulato
EfficienzaGestione
Gestione
Opportunità di miglioramento
60
70
80
90
100
8% 9% 10% 11% 12%
Spray Painting Transfer Efficiency
Pai
nti
ng
Co
st
Incremento di efficienza
Risparmio
Maggiore efficienza
… e obiettivo industriale
Minor consumo/costo materie prime
Minori emissioni/costi trattamento end of pipe
Stessa produttività/qualità di prodotto
SCARTO
Liquido gassoso solido
Diluenti (COV)
ARIA
Prodotto verniciato
acquisto prodotti vernicianti e diluenti
preparazione formulato
verniciatura
lavaggio
essiccazione
cottura
ecc…
Vernice
Attività CIFI-CRISP nel settore
2006-2008: Progetto di ricerca finalizzato alla riduzione del consumo solventi nei processi
di verniciatura occhiali(in collaborazione con Safilo S.p.a.)
2006-2006: Analisi di fattibilità per progetto di ricerca finalizzato alla riduzione del
consumo solventi nei processi di verniciatura occhiali
(in collaborazione con Safilo S.p.a.)
2000-2001: Caratterizzazione e valutazione dell’efficienza di trasferimento di un impianto di
verniciatura a spruzzo(in collaborazione con CATAS)
Struttura CIFI-CRISP
Problema industriale
CRISPFriuli Innovazione
CIFIUniversità di Udine
Analisi del problema, consulenza tecnica-gestionale
Consulenzascientifica,
progetti di ricercaCooperazione,
scambio informazioni, sviluppo di progetti
Centri di competenza(nazionali, internazionali)
Caso di studio: Safilo
Fase 1: Analisi del processo, identificazione di procedure• per quantificare l’efficienza di trasferimento• per promuovere comportamenti corretti
Fase 2: Valutazione/miglioramento processo di verniciatura• caratterizzazione spray• simulazione trasporto/deposizione• valutazione dell’efficienza di trasferimento
Fase 3: Valutazione/miglioramento dell’efficienza di captazione
• simulazione funzionamento cappe• identificazione/verifica miglioramenti progetto
cottura
F1: Schema processo verniciatura
C
C
M
Residuo Secco Volatile COV
SCM Dato Misurato Dato calcolato Dato stimato
M
S C
S C
C
M
M
M
formulato spruzzato
Formulato depositato
occhiali + telaio
verniciatura
S S S C
S C
S C
C
M
passivazione
S S C S S C
M
M
occhiali
telaio
Emissione in cabina di verniciatura
Emissione in area passivatori
Emissione in forno
Totale
Risultati: efficienza di trasferimento
PRECENICCO ORMOŽ LONGARONEpezzi 273 pezzi 150 frontali
+ 174 astepezzi 286 STDpezzi 177 azoto
Q depositata (peso formulato depositato occhiali + telaio) η =
Q spruzzata (peso formulato spruzzato)
7,56% 7,23% frontali6,83% aste
9,62% STD10,18% azoto
Formulato 1717,41 Formulato frontali 609,23gFormulato aste 724,81g
Formulato STD 341,07 gFormulato azoto 116.34 g
Residuo Secco su occhiale e telaio (peso finale)η =
Residuo Secco formulato spruzzato
13,24% 10,00% frontali9,34% aste
24,28% STD11,35% azoto
Meccanismo di trasferimento gocce
Gocce in gettoturbolento
Gocce in getto che impatta su
ostacolo
F2: Simulazione trasporto/deposizione
Spray painting
Electrostatic spray painting
F2: Simulazione trasporto/deposizione
Spray per verniciatura occhiali
occhiale
Testina pistola
Fori aria ventaglio
Ugello vernice
Aria di nebulizzazione
0.1 micron
10 micron
Transfer efficiency
0102030405060708090
100
0.01 0.05 0.1 0.5 1 5 10 20 30 40
Droplet size [micron]
%Efficienza di trasferimento …
F3: Effetto dell’aspirazione
Campo di moto
1 micron
Trasferimento gocce
η = 20%
Come migliorare il processo?
0102030405060708090
100
0.01 0.05 0.1 0.5 1 5 10 20 30 40
Droplet size [micron]
%
Criteri per la scelta della pistola: granulometria gocce/uso diluente
Bassa efficienza
Alta efficienza
Caratterizzazione sospensioni solide/spray
Laser (sorgente di luce coerente di determinata
lunghezza)
Sistema per l’analisi del campione (stato di dispersione
riproducibile) Serie di detectors
(misura dell’intensità di luce a diversi angoli di
scattering)
•emulsioni, sospensioni e polveri secche0.02µm to 2000µmmisure off-line
•spray0.1µm to 2000µm misure on-line
Particle size distribution
dp
%