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

%