Lavatrici a circuito chiuso Lavatrici ad ultrasuoni Lavatrici al Plasma Lavatrici al Laser

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 al Plasma

Lavatrici al Laser

Letto Fluido

Lavatrici a Spruzzo, ad Agitazione,etc.

2






Lavatrici al Plasma

Lavatrici al Laser

Letto Fluido

Generatore

Trasduttore

Vasca

Cavitazione Ultrasonora

•Formazione di Microbolle

•Compressione

•Implosione e rilascio di energia

3






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



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



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



Energia Sorgente Ultravioletta: E1

λ1 < 380nm

Fluorescenza


Interpretazione del fenomeno

τE1= h*ν1

E2= h*ν2

Energia riemessa: E2

E2 < E1

ν2 < ν1 λ = c / ν λ2 > λ1

7




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




Lampada Monocromatore Lenti di focalizzazione

Supporto per i Campioni

Strumenti di Rilevazione

Lampada Monocromatore

Supporto per il campione

9



Supporto per il campione


Campione delle prove sperimentali: singolo elemento dissipativo del frame

10



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


Ris

ulta

to r

ilev

azio

ne (

V)

Segnale Frame Pulito

Segnale Frame Sporcato

11




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


Ris

ulta

to r

ileva

zion

e (V

)



Scala Logaritmica

12




1,00E-05

1,00E-04

1,00E-03

1,00E-02

400

405

410

415

420

425

430

435

440


Ris

ulta

to r

ileva

zion

e (V

)



Range Standard 400-440nm

13



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


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



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


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






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

16



(a) (b) (c) (d) (e) (f) (g)

Velocità del flusso




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

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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



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



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


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


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


Ris

ulta

to r

ilevazio

ne (

V)


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


Ris

ulta

to r

ilevazio

ne (

V)


Tempi di trattamento maggiori

Miglior grado di pulizia

20



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



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



22



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



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



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



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



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



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



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



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

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