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Filtri per Verniciatura, Filtri UTA e strumenti per trattamento Aria
AEROFEEL - Filtri per Verniciatura, Filtri UTA e strumenti per trattamento Aria

Quando la cabina fa acqua

Sempre più, oggigiorno, le postazioni di lavoro e le attrezzature impiegate nello svolgimento delle diverse mansioni sono soggette a continue migliorie. E non solo per lavori prettamente manuali. Ricordiamo ad esempio che per un funzionario commerciale, che deve macinare chilometri, le macchine fornite dall’azienda sono sempre più confortevoli (volante riscaldato, sedili che fanno i massaggi…) o che la sedia destinata al videoterminalista deve essere sempre più ergonomica.

Perché questa premessa?
Perché pare che tutto questo, quando si parla del luogo e dei mezzi di lavoro del verniciatore, non sia mai stato preso in particolare considerazione.
Prendiamo ad esempio la cabina di verniciatura, dove il nostro operatore a volte passa otto ore della sua giornata. L’attuale tendenza (da parte di alcuni costruttori!) è di considerare la cabina come quattro pareti di lamiera con una parete filtrante, un ventilatore e due lampade.
Invece sarebbe così importante che i costruttori facessero cultura e proponessero tutto ciò che una cabina dovrebbe avere!
Perché non consigliare il probabile acquirente che vernicia in linea di prevedere una cabina pressurizzata che garantirebbe la salubrità dell’operatore e la qualità della verniciatura dei manufatti?

Proviamo quindi ad elencare quali caratteristiche dovrebbe possedere una cabina:

  • innanzi tutto, se è con aspirazione a secco, il ventilatore dovrebbe essere corredato da inverter, per garantire una costanza di velocità dell’aria ai diversi valori di intasamento del filtro ed un risparmio di energia;
  • un manometro digitale che, con scala cromatica, indichi l’intasamento dei filtri;
  • un termometro ed un igrometro, ricordando che per l’applicazione di molti prodotti la temperatura e l’umidità relativa dell’aria nella cabina di spruzzo sono elementi importanti;
  • l’illuminamento della postazione di verniciatura che, per una buona verniciatura e per una riduzione degli scarti, è assolutamente determinante;
  • le pareti dovrebbero essere protette da eventuali spruzzi di vernice con apposite pellicole facilmente sostituibili.

Una cabina di verniciatura a volte dura anche vent’anni (mentre un’automobile, vista come mezzo di lavoro, si cambia dopo solo 7/8 anni): andrebbe quindi fatto uno sforzo particolare affinché questo “luogo di lavoro” aiuti il verniciatore a svolgere la propria mansione nel miglior modo possibile.

Molte volte invece, quando si visitano reparti di verniciatura, ci si accorge che per tutte le caratteristiche sopra elencate, la cabina di verniciatura…fa acqua!

Salvatore Rampinelli

Quando il filtro va in riserva

Sono anni ormai che sentiamo parlare della qualità dell’aria, di cosa respiriamo, delle PM10 ecc. e tutto questo, seppur di capitale importanza, in fondo non ci sconvolge più di tanto.

Ma lasciamo da parte queste valutazioni e torniamo in reparto verniciatura e precisamente nei pressi della nostra cabina di spruzzatura.
Penso che il monitoraggio dell’aria, in questa area, dovrebbe essere quanto mai attento: le composizioni dei prodotti vernicianti liquidi infatti, possono procurare non pochi problemi al nostro verniciatore, anche se questi fa un uso corretto dei DPI.
Spesso in cabina di verniciatura, nei mesi estivi, la temperatura è insopportabile ed in verità non tutti gli operatori utilizzano tute con cappuccio, occhiali, ecc. In questi casi, ancor più che in condizioni di normalità, un giusto ricambio dell’aria in cabina ed una costante velocità della stessa garantiscono almeno una condizione di lavoro accettabile. Concretamente, questi parametri sono facilmente ottenuti se ci si attiene alle indicazioni che vengono fornite, per esempio, nell’utilizzo della filtrazione a secco.
Oggi esistono in commercio manometri di ultima generazione che, oltre a visualizzare l’intasamento dei filtri con scala cromatica di diverso colore, segnalano anche con un cicalino acustico l’intasamento dei filtri e quindi la necessità di sostituzione dello stesso.
I verniciatori dovrebbero prestare a questi valori la stessa attenzione che prestano quando, nella loro automobile, un bip e una spia segnalano la riserva di carburante. La differenza è comunque sostanziale: se si rimane senza benzina, al massimo bisogna fare un po’ di strada a piedi, mentre se il filtro va in riserva ne va della loro salute! Spesso però non ci badano ed è un vero peccato!
Non sarebbe ora di sensibilizzarci un po’ su questi aspetti?
Incominciando magari con l’installare questi strumenti in posizioni facilmente visibili e di facile lettura…

Salvatore Rampinelli

La riduzione dell’overspray

Per “overspray” si intende quella parte di vernice spruzzata che non si deposita sulla superficie da verniciare. Per sua natura, l’overspray non porta alcun beneficio al processo di rivestimento. Al contrario, risulta essere un onere in quanto incrementa la quantità di materiale che deve essere smaltito, incrementa il carico dei filtri, imbratta la cabina ed aumenta i livelli di emissione in atmosfera: la sua riduzione, quindi, non può che essere un risparmio.
Inoltre, l’overspray che si deposita sulle parti già verniciate, influenza negativamente la qualità del processo di rivestimento, riducendo la brillantezza della superficie e contribuendo all’effetto “buccia d’arancia”.
Le informazioni che seguono possono fornire un interessante contributo per gli operatori e per i manager delle aziende che utilizzano dispositivi di verniciatura a spruzzo (pistole convenzionali o elettrostatiche, campane, dischi o altri equivalenti dispositivi atomizzatori rotanti).

CALCOLIAMO IL COSTO DIRETTO RELATIVO ALL’OVERSPRAY

La determinazione quantitativa dell’overspray è una operazione semplice.
Dapprima si calcola la quantità di vernice che si deposita sul pezzo da verniciare, poi si sottrae questo valore dalla quantità di vernice complessivamente spruzzata.

Overspray = VT – ET*VT

dove
VT = Volume tot di prodotto spruzzato
ET = Efficienza di trasferimento (per calcolare ET si veda il seguente articolo: Il calcolo dell’efficienza di trasferimento

Per calcolare il costo relativo all’overspray basta moltiplicare il valore ottenuto dalla precedente formula, per il costo della vernice.

VOCI DI COSTO INDIRETTE

Le due principali conseguenze legate alla presenza di overspray sono la saturazione dei filtri e la produzione di rifiuti da smaltire.
La quantità di overspray influenza in maniera direttamente proporzionale la frequenza di sostituzione o di pulizia dei filtri, con conseguente ripercussione sui costi di manutenzione; inoltre, un eccessivo carico dei filtri risulta essere problematico in quanto non solo può provocare degli sbilanciamenti nelle linee di flusso dell’aria all’interno della cabina, ma provoca sicuramente una riduzione del flusso d’aria che si traduce in un incremento della concentrazione di vapori di solvente, particolato e contaminanti vari all’interno della cabina.
L’overspray è anche una sorgente di sporcamento per la cabina. La riduzione del flusso d’aria che attraversa la cabina, provocato dal carico di overspray sui filtri, genera maggiore turbolenza e permette la rideposizione del particolato sia sui pezzi verniciati che sulle superfici della cabina, dei condotti di aspirazione e delle altre componenti quali ventilatori, valvole, ecc. Tutto ciò incrementa i costi di manutenzione.
Infine, il costo ecologico: è una misura più astratta ma non meno importante. Minimizzare le emissioni di sostanze inquinanti è un dovere di ogni cittadino e, a maggior ragione, dovrebbe essere uno dei compiti di chi effettua la verniciatura a spruzzo. Produzione responsabile ed efficienza sono sinonimi: sistemi e dispositivi efficienti riducono l’inquinamento e i costi di gestione.

LE CAUSE DELL’OVERSPRAY

Una delle cause più comuni di overspray si ha quando si aziona la pistola in assenza di pezzi o quando si disattiva l’erogazione.
Altre cause possono essere le seguenti:
– non corretta distanza tra pistola e pezzo e/o non corretto angolo di applicazione;
– non corretta configurazione o manutenzione della pistola;
– condizioni di flusso turbolento all’interno della cabina;
– livelli insufficienti di forza elettrostatica;
Anche l’eccessiva atomizzazione può causare un incremento dell’overspray; se le gocce di vernice sono troppo fini, si possono seccare durante il tragitto e invece di depositarsi sulla superficie da verniciare vengono catturate dal flusso d’aria e portate altrove.
In conclusione, per ridurre l’overspray è importante sia scegliere l’applicatore più adeguato ed efficiente per il tipo di pezzo che si deve trattare (ad esempio, è controproducente utilizzare un applicatore da 16” per verniciare un pezzo di 10 cm di dimensione), sia utilizzare le migliori e più efficienti tecniche operative, sia eseguire una appropriata ed efficiente manutenzione del sistema.

(tratto da: Reducing paint overspray; www.napaint.com)

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La ventilazione in cabina: una variabile sotto controllo (parte 2)

Storicamente, i tentativi di controllare il flusso d’aria nelle cabine a spruzzo hanno seguito due strade differenti: ventilatori assistiti da tubi pitot; valvole attuate da pressostati differenziali.

Entrambi gli approcci hanno seri difetti che ne hanno limitato l’uso in questo settore.

Vediamoli in sintesi.

Sensore a tubo pitot

L’orifizio ha generalmente diametro inferiore a 0,125” ed è posizionato nella corrente aeriforme rivolto a monte e parallelo alle linee di flusso. E’ facilmente soggetto a sporcamento e intasamento da parte dell’overspray che riesce a by-passare il filtro. La correttezza del segnale in uscita dipende anche dal corretto allineamento del tubo nel condotto, a volte influenzato dalle vibrazioni presenti nel sistema e causate dal passaggio dell’aria nei condotti. Inoltre, nella maggior parte dei sistemi di aspirazione, il flusso è turbolento e non uniforme a causa della scarsa linearità del percorso. Infine il tubo di pitot fornisce una misura puntuale (cioè del punto dove è posizionato l’orifizio) della velocità dell’aria e quindi non è rappresentativo del flusso totale.

Valvola assistita da pressostato differenziale

Questo è un dispositivo progettato per mantenere una resistenza costante al flusso d’aria, mediante variazione dell’apertura della valvola durante le varie fasi del processo produttivo. In pratica, il pressostato differenziale rileva la caduta di pressione a cavallo del filtro e regola l’apertura della valvola man mano che il filtro si carica di overspray al fine di compensare la resistenza opposta al flusso d’aria dal filtro stesso; in questo modo il carico complessivo sul ventilatore rimane costante e così la portata d’aria. Sebbene questo sistema sia efficiente e venga ampiamente usato, in realtà risulta poco efficiente dal punto di vista del consumo energetico: il motore consuma inutilmente energia e si accelera il degrado dei componenti del ventilatore.

Sistema a portata costante
L’evoluzione tecnologica ha permesso di trovare una valida soluzione a questi difetti riuscendo ad ottimizzare sia il monitoraggio sia il controllo in tempo reale della ventilazione in cabina attraverso la progettazione di un sistema in grado di fornire un controllo efficiente, un risparmio di energia e una maggiore durata dei componenti (Figura 2).

Figura2

L’elemento principale del sistema è un sensore che installato nel condotto dell’aria esausta, effettua una misura accurata del flusso d’aria e permette il controllo in continuo (tramite variatore della frequenza del motore – “inverter”) della portata del ventilatore così da mantenere costante la velocità dell’aria in cabina.

L’apparecchiatura è dotata di un processore che permette di selezionare la velocità ottimale per ogni tipo di produzione in corso, variandola all’interno di un ampio intervallo di valori.

Questo sistema può implementare l’efficienza della maggior parte dei filtri per overspray.

I test di laboratorio mostrano che i filtri per overspray sono meno efficienti quando sono puliti, a causa della bassa perdita di carico iniziale che provoca una conseguente elevata portata d’aria rispetto all’ottimale (come si può notare in Figura 1).

Con il sistema di controllo a sensore, nelle cabine a portata costante viene minimizzata l’inefficienza iniziale del filtro in quanto la portata viene regolata sempre sul livello ottimale di funzionamento; questo accorgimento porta addirittura ad incrementare la capacità accumulo del filtro.

I benefici sono numerosi. In funzione dei parametri di processo associati ad una specifica operazione di finitura, i benefici quantificabili comprendono:

  • • l’incremento dell’efficienza di copertura della vernice: dal 10 al 35% in più di superficie coperta, a parità di vernice spruzzata;
  • • la riduzione del consumo di energia: un risparmio dal 10 al 40% del consumo sia di energia elettrica che di combustibile necessari per le operazioni di spruzzo e per il condizionamento dell’aria in ingresso;
  • • la riduzione degli scarti di lavorazione e/o delle doppie lavorazioni;
  • • la riduzione dal 20 al 50% dei costi annuali relativi ai filtri.
    Questi risparmi comprendono:

    • • la riduzione del costo di acquisto dei filtri, in quanto l’incremento della capacità di carico si traduce in una sua maggiore durata e cioè nelle minore frequenza di cambio del filtro;
    • • la riduzione dei costi di manutenzione, grazie alla minore frequenza di cambio dei filtri;
    • • la riduzione dei costi di smaltimento dei filtri esausti.

Tutte le componenti di questo sistema sono resistenti alle sostanze che comunemente sono presenti nelle vernici. Non avendo parti in movimento, il dispositivo non necessita di manutenzione periodica.

Può tuttavia essere necessario operare alcune modifiche al sistema di ventilazione: un adeguamento del ventilatore, un maggior diametro del condotto di aspirazione. Queste modifiche potrebbero però essere problematiche da effettuarsi in una cabina già installata; talvolta risulta più semplice ed economico sostituire la vecchia cabina con una nuova progettata appositamente.

 

[Liberamente tradotto da: “Booth Ventilation: A Controllable Variable” – PCI Magazine – www.pcimag.com]

La ventilazione in cabina: una variabile sotto controllo (parte 1)

Molto si è detto circa i benefici economici ed operativi che si possono ottenere applicando i principi del controllo di processo al settore della finitura.
L’avvento di PLC affidabili e di strumentazione adeguata come i trasduttori di pressione e i misuratori di flusso ha messo gli operatori del settore nelle condizioni di monitorare e controllare la maggior parte delle variabili di processo relative all’applicazione a spruzzo delle vernici liquide. Ciò ha comportato sia un miglioramento delle prestazioni tecniche (ad esempio, la durata del rivestimento) che la riduzione degli scarti e delle doppie lavorazioni. Nella maggior parte dei casi, inoltre, il costo di investimento aggiuntivo viene velocemente ripagato.
Ciononostante, una delle variabili più significative nel processo di finitura, la ventilazione della cabina, rimane difficile da controllare. Nonostante molti tecnici si siano cimentati nel controllare questo parametro, in rari casi è stato raggiunto un successo duraturo.
Le variazioni della portata di aria nelle cabine a secco sono di gran lunga maggiori rispetto a quelle nelle cabine ad acqua. La resistenza al flusso d’aria aumenta man mano che il filtro si carica di overspray e il flusso in uscita decresce rapidamente.
In confronto, le cabine ad acqua a cui viene fatta una corretta manutenzione, forniscono un flusso d’aria pressoché costante.
Ma in seguito ai cambiamenti nelle normative ambientali, le cabine a secco – una volta relegate a fine linea o per semplici operazioni di rifinitura – sono diventate la scelta principale per molte industrie. Gli operatori non devono più preoccuparsi di pompe e ugelli che si intasano, né di quintali di acque esauste contaminate da residui chimici potenzialmente pericolosi.
Sfortunatamente però le cabine a secco non forniscono una aspirazione stabile e costante. La linea rossa in Figura 1 illustra accuratamente la variazione del flusso d’aria esausta scaricata da una cabina a secco, in funzione della durata del filtro (ciclo completo di carico).

Figura1

A filtro pulito, la portata d’aria risulta in eccesso mentre, al contrario, a filtro carico risulta decisamente in difetto. In un filtro a secco tipico è normale che la velocità dell’aria abbia variazioni comprese tra il 15% e oltre il 60% di quella ottimale.
Queste eccessive variazioni possono avere conseguenze negative sia per la salute dei lavoratori che per la sicurezza degli stessi e delle attrezzature presenti in cabina.
Il paragrafo 7.2 dell’NFPA 33 richiede che la ventilazione interna sia “in grado di confinare e rimuovere i vapori e le nebbie in un luogo sicuro” e sia “in grado di confinare e controllare i residui combustibili, le polveri e i depositi. La concentrazione di vapori e nebbie nell’aria esausta non deve superare il 25% del LEL”. Inoltre, il regolamento OSHA n. 29 CFR 1910.94 richiede che la cabina sia progettata in modo tale che la velocità dell’aria attraverso la sezione della cabina non sia inferiore a quanto specificato in Tabella 1.
Tabella1

Ma anche per quanto concerne le prestazioni tecniche, così elevate variazioni della velocità dell’aria possono risultare negative.
I verniciatori sanno sanno bene che la maggior parte dei metodi di applicazione ad alta efficienza della vernice (campane elettrostatiche, HVLP, airless) sono particolarmente sensibili alle minime variazioni di movimento dell’aria nello spazio tra l’atomizzatore e la superficie del pezzo da verniciare. Inoltre, è stato osservato – a parità di altre condizioni – che l’efficienza di trasferimento aumenta al diminuire della velocità media dell’aria in questo spazio.
Il corretto dimensionamento di una cabina a spruzzo è quindi un delicato bilanciamento tra il mantenere da un lato le adeguate misure di sicurezza e l’ottimizzare dall’altro le prestazioni della finitura. Data la breve vita di un filtro nei cicli ad alta produttività, ottimizzare le prestazioni di un sistema a spruzzo non è tecnicamente impossibile, ma sicuramente è una grossa sfida.
La velocità media dell’aria attraverso la sezione del filtro nelle cabine a spruzzo varia tipicamente tra 0,3 e 0,5 m/s. Le variazioni all’interno di questo intervallo sono difficili da rilevare senza l’aiuto di strumentazione sensibile. Ed è praticamente impossibile per l’operatore rilevare le variazioni e compensarle manualmente in tempo reale durante la normale attività produttiva.

La domanda a cui si deve dare risposta dunque è: quali strumenti sono disponibili affinché un operatore possa ottimizzare le prestazioni del processo di finitura e contemporaneamente assicurare i margini di sicurezza richiesti? [continua nella seconda parte]

[Liberamente tradotto da: “Booth Ventilation: A Controllable Variable” – PCI Magazine – www.pcimag.com]

Requisiti tecnici per l’uso delle cabine di verniciatura a spruzzo a ricircolo d’aria – parte 3

Norme e Standard Tecnici

Da quanto esposto nelle precedenti parti 1 e 2 di questo articolo, risulta evidente che le cabine di verniciatura a ricircolo portano un indubbio beneficio economico, dovuto sia alla riduzione dell’aria in ingresso da condizionare, sia alla riduzione del flusso di aria esausto da trattare.

Risulta altresì evidente, per contro, che la concentrazione di solvente all’interno della cabina è elevata e pertanto devono essere approntate opportune misure di sicurezza per quanto riguarda sia i rischi di incendio sia la salute degli operatori.

Occorre cioè che siano fissati dei criteri di sicurezza che devono essere rispettati in fase di progettazione e dimensionamento dell’impianto.

Questi criteri si trovano già in alcune delle Norme e degli Standard vigenti: alcuni fanno parte di prescrizioni legislative obbligatorie, altri sono volontari.

Nelle normativa americana si trovano espressamente una serie di indicazioni che riguardano direttamente le cabine di verniciatura a ricircolo e in generale si può affermare che questa soluzione impiantistica è ammessa entro certi limiti.
Quelli che seguono sono i requisiti più importanti previsti dalle Norme e dagli Standard americani.
Due sono in primis le norme cui va fatto riferimento:
l’NFPA 33 (Standard for Spray Application Using Flammable or Combustible Materials ) dell’Associazione Nazionale contro i Rischi di Incendio;
l’IFC (Internationl Fire Code) sezione 1504.7.2.
Questi due standard sono pressoché identici e stabiliscono che:

  • la velocità media all’interno della sezione di attraversamento (cross-section) della cabina non deve essere inferiore a 0,5 m/s;
  • è permesso il ricircolo dell’aria esausta all’interno delle cabine automatiche (in assenza di personale) alle seguenti condizioni:
    • il particolato solido deve essere stato completamente rimosso dal flusso esausto;
    • la concentrazione dei vapori di solvente nel flusso deve essere inferiore al 25% del LFL (limite inferiore di infiammabilità);
    • deve essere presente nell’impianto un dispositivo approvato (certificato) per il monitoraggio in continuo della concentrazione di solventi;
    • qualora venisse superato il limite del 25% del LFL, deve attivarsi un allarme e tutte le operazioni di spruzzo devono automaticamente interrompersi;
    • il sistema di ventilazione deve rimanere in funzione sia durante sia immediatamente dopo le operazioni di verniciatura;
    • il sistema di ventilazione deve essere interbloccato con i dispositivi di spruzzatura.
  • è permesso il ricircolo dell’aria esausta all’interno delle cabine manuali (con presenza di operatore) alle seguenti condizioni:
    • devono essere rispettate tutte le prescrizioni tecniche di cui al punto precedente;
    • l’impianto deve essere provvisto di apposita documentazione (analisi dei rischi) attestante che non sussistono pericoli per la salute dell’operatore all’interno della cabina, cioè che le condizioni di utilizzo sono tali da rispettare i requisiti previsti da altre normative relativamente alla tossicità delle sostanze ed ai limiti di esposizione ammessi.

Relativamente al requisito di mantenere in cabina una velocità dell’aria non inferiore a 0,5 m/s, ci sono alcune domande che vanno poste.
Ad esempio: questo limite di velocità è valido per cabine vuote o per cabine con pezzo presente?
Infatti, se il pezzo da verniciare presenta una sezione perpendicolare al flusso relativamente piccola, la questione è irrilevante; tuttavia, per oggetti che occupano una percentuale più ampia della sezione di passaggio dell’aria, la problematica acquista rilievo.

In secondo luogo, il requisito non entra nel merito delle differenti tecnologie di spruzzo utilizzabili, prescrivendo un unico valore di velocità; tuttavia l’esperienza ha dimostrato che le apparecchiature elettrostatiche e le pistole HVLP possono essere efficacemente utilizzate anche a velocità inferiori, pur mantenendo gli standard di sicurezza richiesti.

Riconoscendo ciò, la NFPA 33 ha in effetti recentemente abbandonato il requisito sulla velocità, adottando il solo requisito che il sistema di ventilazione debba efficacemente abbattere l’overspray e mantenere la concentrazione di solventi al di sotto del 25% del LFL.

(Liberamente tratto da “Technical requirements for using recirculation paint spray booths”, di John B. Holecek, P.E., Senior Consulting Engineer, WarrenGroup Inc.)

Requisiti tecnici per l’uso delle cabine a spruzzo a ricircolo d’aria – parte 2

PARTE 2 – Brevi cenni sulle cabine a ricircolo

I primi tentativi per costruire cabine di verniciatura a spruzzo utilizzando la ricircolazione dell’aria, risalgono alla fine degli anni ’70.

Nel 1981, John Deere brevetta una cabina manuale dotata di un sistema di ricircolazione e di una cappa pressurizzata posizionata sopra l’operatore, avente lo scopo di mantenere in leggera pressione l’area di lavoro ed evitare l’inalazione dei vapori di solvente.

A quel tempo, le normative e gli standard tecnici proibivano le cabine a ricircolo; tuttavia, questa soluzione si dimostrò di tale beneficio che negli anni successivi venne inserita, secondo specifici requisiti di sicurezza, nelle normative stesse.

Il primo testo normativo nel quale viene esplicitamente permesso l’uso delle cabine a ricircolo è l’edizione del 1985 del NFPA 33 “Standard per l’applicazione a spruzzo di materiali infiammabili e combustibili”. (Per accedere al sito dell’NFPA cliccare qui)

Nel 1989 l’OSHA (Agenzia per la Sicurezza e la Salute sui luoghi di lavoro) dirama una direttiva in cui per la prima volta viene ammesso l’uso di cabine manuali a ricircolo operanti entro il PEL (Limiti di Esposizione Permessi).

Per meglio comprendere il funzionamento delle cabine a ricircolo, consideriamo dapprima quelle senza ricircolo.

Le cabine convenzionali sono dotate di un ventilatore di estrazione che guida l’aria, in sequenza: dall’esterno all’interno della cabina, attraverso la zona di lavoro in cui è presente il pezzo, attraverso un dispositivo di abbattimento dell’overspray (mediante scrubber ad acqua o filtri a secco), all’esterno con scarico in atmosfera. Il flusso d’aria, dunque, attraversa una sola volta la cabina.

Nei sistemi di maggior qualità, è presente anche un ventilatore di mandata, che preleva l’aria dall’esterno e la introduce in cabina (sistemi push-pull).

Il volume d’aria che attraversa la cabina è normalmente dimensionato per fornire una velocità in cabina di circa 0,5 m/s. L’esperienza ha dimostrato che con questa velocità, il flusso d’aria è effettivamente in grado di catturare e trasportare l’overspray verso il dispositivo di abbattimento.

Nelle configurazioni a ricircolo, il volume d’aria che attraversa la cabina è sostanzialmente lo stesso di quello che attraversa le cabine convenzionali, tuttavia, invece di essere completamente scaricato in atmosfera, una sua parte consistente viene fatta tornare nel condotto di mandata dell’aria.

La parte di aria scaricata in atmosfera viene reintegrata con aria fresca proveniente dall’esterno.

Nelle figure 1 e 2 vengono illustrate le due configurazioni descritte.

figura1 figura2

Considerando la differente ripartizione dei flussi d’aria nei due casi, si possono fare le seguenti importanti osservazioni:

  • la velocità dell’aria all’interno della cabina è la stessa in entrambi i casi, quindi l’efficienza di cattura dell’overspray resta immutata;
  • il volume d’aria fresca che deve essere fornito nella cabina a ricircolo è l’80% in meno rispetto alla cabina convenzionale. Ciò significa che le apparecchiature di condizionamento (deumidificazione, riscaldamento, ecc.) di questa aria sono di più ridotte dimensioni;
  • il volume d’aria esausta che deve essere trattato nella cabina a ricircolo è l’80% in meno rispetto alla cabina convenzionale. Ciò comporta minori costi di investimento e di gestione sia per il sistema di circolazione dell’aria che per i dispositivi di abbattimento dell’overspray;

A parità di prodotto verniciante spruzzato, la concentrazione media di solvente presente in cabina, nel caso del sistema a ricircolo, è di 5 volte maggiore rispetto al sistema convenzionale; questa maggiore concentrazione di solvente può però avere delle implicazioni, relativamente alla sicurezza per la prevenzione degli incendi e alla sicurezza dei lavoratori, che devono essere prese in seria considerazione nella progettazione.

[CONTINUA]

(Liberamente tratto da “Technical requirements for using recirculation paint spray booths”, di John B. Holecek, P.E., Senior Consulting Engineer, Warren Group Inc.)

Requisiti tecnici per l’uso delle cabine a spruzzo a ricircolo d’aria – parte 1

Un po’ di storia

Questo articolo racconta molto sinteticamente l’evoluzione delle cabine a spruzzo e presenta i requisiti di sicurezza e le norme tecniche che regolamentano questa tipologia di impianti; la comprensione e la conoscenza di tali requisiti possono aiutare ad utilizzarle in modo corretto e sicuro.

L’uso della verniciatura, in quanto tecnica per abbellire e proteggere gli oggetti, è vecchio quanto l’uomo, tuttavia l’attenzione verso l’impatto ambientale e la salute dei lavoratori è un aspetto relativamente recente; in passato, i danni provocati in tal senso non sono stati ingenti e ad essi si aggiungono quelli legati agli incendi provocati dalla natura infiammabile della maggior parte delle vernici.
Fortunatamente, con lo sviluppo ed il progresso delle conoscenze e delle tecnologie, si capì che tali problematiche dovevano essere necessariamente integrate in maniera responsabile nei processi produttivi.
Gli obiettivi da raggiungere erano: la salute e la sicurezza dei lavoratori; la protezione dell’ambiente; la produzione di manufatti di qualità e competitivi; la riduzione degli sprechi energetici; la protezione dai rischi di incendio.
Una delle prime soluzioni adottate per integrare qualità e sicurezza fu l’uso di apparecchiature per la verniciatura a spruzzo, operanti all’interno di apposite cabine. Questa tecnica si sviluppò alla fine del 1800 e permise di ottenere contemporaneamente sia una rapida applicazione del prodotto verniciante, sia apprezzabili risultati estetici, sia la raccolta controllata dei residui di vernice.
Dalle prime cabine a spruzzo di fine ottocento, molti sono stati i miglioramenti apportati a questa tecnica, nati soprattutto in ambito automobilistico per via dei grandi volumi in gioco e per gli elevati standard di qualità richiesti.
Miglioramenti che hanno coinvolto tutte le problematiche e gli obiettivi di cui sopra: a partire dalla necessità di regolamentare le emissioni in atmosfera e poi, in cascata, di ricercare nuovi prodotti vernicianti a minor impatto ambientale come sostituti delle più dannose vernici a solvente (contenenti elevate percentuali di VOC – composti organici volatili – e di altre sostanze inquinanti), dalla volontà di trovare nuovi prodotti chimici in grado di fornire prestazioni sempre maggiori per quanto riguarda la qualità del rivestimento e di altri aspetti minori.
Tutto ciò ha portato, come ulteriore conseguenza, anche a operare controlli sempre più elevati su alcuni parametri di processo – quali, tra i più importanti, la temperatura e l’umidità – ottenendo ulteriori miglioramenti delle cabine ma anche, effetto non secondario, un aumento sia dei costi di investimento che dei costi di gestione, soprattutto quando i volumi d’aria in gioco sono elevati: il controllo della temperatura e dell’umidità porta infatti a dover installare apposite apparecchiature in grado di fornire aria di processo fresca e deumidificata in estate, calda e a umidità controllata in inverno; tali apparecchiature devono inoltre essere dimensionate e progettate per poter funzionare efficientemente anche nelle peggiori condizioni climatiche, affinché non si verifichino fermi di produzione o altri inconvenienti.

Parallelamente, ci sono stati nuovi progressi nel campo dei dispositivi di applicazione delle vernici, con l’introduzione delle pistole elettrostatiche e di quelle HVLP (alto volume, bassa pressione), che hanno permesso di raggiungere elevati livelli di efficienza di trasferimento, con conseguente riduzione dell’overspray e del consumo complessivo di vernice.
In taluni casi, infine, l’introduzione della robotica ha permesso di risolvere alcune problematiche concernenti la salute dei lavoratori senza penalizzare la qualità e l’uniformità del rivestimento finale.

Tuttavia, per taluni processi produttivi, l’esperienza ha mostrato che non è sempre possibile soddisfare sia i requisiti di qualità sia di impatto ambientale, semplicemente selezionando vernici e pistole adeguate: ad esempio, in certi casi non è possibile ottenere elevati requisiti prestazionali se non attraverso l’uso di vernici a solvente; in altri, si verificano situazioni in cui talune aziende devono usare elevati volumi di aria di processo in aree dove i livelli di inquinamento sono già elevati.

In tutti questi casi è allora necessario utilizzare dei dispositivi aggiuntivi per l’abbattimento delle sostanze inquinanti.
La maggior parte degli impianti di abbattimento VOC usati nel settore verniciatura sono, oggi, quelli che utilizzano la tecnologia dell’ossidazione termica a temperature superiori a 760°C.
L’ossidazione termica prevede, nella sua forma più semplice, il riscaldamento di tutto il volume di aria esausta estratta dalla cabina ed espulsa in atmosfera; un tale procedimento comporta un elevato consumo energetico, anche se l’energia effettivamente utilizzata per l’abbattimento delle sostanze inquinanti è una bassa percentuale di quella totale: la maggior parte dell’energia consumata viene infatti utilizzata per il riscaldamento dell’aria trattata.
Una delle soluzioni adottate per ovviare a questo inconveniente è l’uso di combustori con recupero di calore ad alta efficienza, quali ad esempio i combustori rigenerativi (RTO).
Un’altra soluzione è quella di concentrare le sostanze inquinanti, facendo passare l’aria esausta attraverso filtri a zeolite o a carboni attivi, e di estrarle successivamente mediante un flusso d’aria calda di volume ridotto, da inviarsi ad un combustore, anch’esso di dimensioni ridotte, per l’ossidazione termica finale.
Esiste tuttavia un terza possibilità, complementare alle due precedenti soluzioni, consistente nella ricircolazione in cabina dell’aria di processo, così da ottenere la concentrazione dei VOC all’interno della cabina stessa ed inviare al dispositivo di abbattimento una volume ridotto di aria esausta.
questo procedimento verrà descritto nella seconda parte di questo articolo.

[CONTINUA]

(Liberamente tratto da “Technical requirements for using recirculation paint spray booths”, di John B. Holecek, P.E., Senior Consulting Engineer, Warren Group Inc.)

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