Giornata Ambiente: Friuli Innovazione
Valutazione numerica dell’efficienza di
trasferimento in applicazioni industriali
di “spray painting”
M. Campolo, L. Del Fabbro, A. Simonetto, G. Roman, A. Soldati
CIFI - Centro Interdipartimentale di Fluidodinamica e Idraulica
Università degli Studi di Udine
CRISP - Centro di Ricerca sull’Inquinamento e lo Sviluppo dei Processi
Friuli Innovazione
Udine, 20 Giugno 2008
Sorgenti di emissione VOC…
Da: Inventario delle emissioni 2005 in Lombardia
http://www.arpalombardia.it/inemar/regione.htm
… bilancio in/out nel processo …
Vernice
Diluenti (COV)
ARIA
acquisto prodotti vernicianti e diluenti
preparazione formulato
verniciatura
lavaggio
essiccazione
cottura
ecc…
Prodotto verniciato
SCARTO
Liquido
gassoso
solido
… e più in dettaglio …
Vernice
Diluenti
PREPARAZIONE Formulato
VERNICIATURA
FORMULATO
ARIA
LAVAGGI
Prodotto
verniciato
COTTURA
ESSICCAZIONE
Problema industriale
• Impatto ambientale
dell’emissione
• Esposizione degli operatori
• Costi per maggior consumo
vernici, trattamento delle
emissioni/residui
Soluzione?
Parametro controllante:
Efficienza di trasferimento
η=Qdepositata / Qspruzzata
… e l’analisi del problema
Vernice
Diluenti
PREPARAZIONE Formulato
FORMULATO
Gestione
Formulato
ARIA
Gestione
Diluenti
VERNICIATURA
Prodotto
verniciato
Efficienza
LAVAGGI
Opportunità di miglioramento
Incremento di efficienza
100
Painting Cost
90
Risparmio
80
70
60
8%
9%
10%
11%
Spray Painting Transfer Efficiency
12%
… e obiettivo industriale
Minori
emissioni/costi
trattamento end
of pipe
Minor
consumo/costo
materie prime
Vernice
Diluenti (COV)
ARIA
acquisto prodotti vernicianti e diluenti
preparazione formulato
verniciatura
lavaggio
essiccazione
cottura
Maggiore
ecc…
Stessa
produttività/qualità di
prodotto
efficienza
Prodotto verniciato
SCARTO
Liquido
gassoso
solido
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
Analisi del problema,
consulenza tecnica-gestionale
Problema industriale
CRISP
Friuli Innovazione
Consulenza
scientifica,
progetti di ricerca
CIFI
Università di Udine
Centri di competenza
(nazionali, internazionali)
Cooperazione,
scambio informazioni,
sviluppo di progetti
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
F1: Schema processo verniciatura
Emissione in cabina
di verniciatura
S
S
S
Emissione in area
passivatori
C
S
S
Emissione in forno
C
S
S
C
telaio
M
C
C
SC
verniciatura
SC
SC
passivazione
SC
M
C
C
M
M
M
formulato
spruzzato
cottura
Formulato
depositato
occhiali + telaio
M Dato Misurato
Residuo Secco
M
M
M
occhiali
C Dato calcolato S Dato stimato
Volatile
COV
Totale
Risultati: efficienza di trasferimento
PRECENICCO
ORMOŽ
LONGARONE
pezzi 273
pezzi 150 frontali
+ 174 aste
pezzi 286 STD
pezzi 177 azoto
Formulato 1717,41
Formulato frontali 609,23g
Formulato aste 724,81g
Formulato STD 341,07 g
Formulato azoto 116.34 g
η=
7,56%
η=
13,24%
Q depositata
(peso formulato depositato occhiali + telaio)
Q spruzzata
(peso formulato spruzzato)
7,23% frontali
6,83% aste
9,62% STD
10,18% azoto
Residuo Secco su occhiale e telaio (peso finale)
Residuo Secco formulato spruzzato
10,00% frontali
9,34% aste
24,28% STD
11,35% azoto
Meccanismo di trasferimento gocce
Gocce in getto
turbolento
Gocce in getto
che impatta su
ostacolo
F2: Simulazione trasporto/deposizione
Spray painting
Electrostatic
spray painting
F2: Simulazione trasporto/deposizione
0.1 micron
Spray per verniciatura occhiali
occhiale
Fori aria ventaglio
Ugello vernice
Aria di nebulizzazione
Testina pistola
10 micron
Efficienza di trasferimento …
%
Transfer efficiency
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0.01
0.05
0.1
0.5
1
5
10
Droplet size [micron]
20
30
40
F3: Effetto dell’aspirazione
Campo di moto
Trasferimento gocce
η = 20%
1 micron
Come migliorare il processo?
Criteri per la scelta della pistola: granulometria gocce/uso diluente
Transfer efficiency
%
Bassa efficienza
Alta efficienza
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0.01
0.05
0.1
0.5
1
5
10
Droplet size [micron]
20
30
40
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 secche
0.02µm to 2000µm
misure off-line
•spray
0.1µm to 2000µm
misure on-line
Particle size
distribution
%
dp