05-07-15
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AS_02


Indagine sull'Autocombustione dell'Overspray di Prodotti Vernicianti Liquidi

V Autori - Società
Alberto Benni - Lamberto Corsini
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- Mab Masellis S.p.A. - Bologna
Fabio Franceschi - Giacomo Turchi
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- AEROFILTRI s.r.l. - Milano
V Abstract
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E' stata condotta un'indagine volta ad approfondire le conoscenze sul fenomeno dell'autocombustione dell'Overspray secco prodotto durante la verniciatura con prodotti vernicianti liquidi.
E' stato utilizzato un registratore di temperatura a doppia sonda per la misurazione e la registrazione della temperatura ambiente contemporaneamente a quella dell'Overspray.
Le misurazioni sono state effettute in diverse condizioni.
Si sono ottenuti risultati interessanti che migliorano le conoscenze sulla cinetica del fenomeno dell'autocombustione.
Lo studio ha permesso di definire un metodo di trattamento dell'Overspray che evita lo sviluppo di incendi dovuti ad autocombustione
V PREMESSA
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Il crescente utilizzo della tecnologia della Filtrazione a secco dell'Overspray, con Filtri di nuova generazione, anche in impianti ad alta intensità di PV applicato, ha evidenziato una caratteristica già nota di alcuni prodotti vernicianti: l'Overspray secco tende, in condizioni finora non ben conosciute, a dare fenomeni di autocombustione.
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L'uso di Filtri a secco con trattamenti antifiamma serve a limitare il fenomeno.
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Generalmente il fenomeno si verifica in particolare condizioni: Overspray secco accumulato in quantità notevoli e in condizioni di temperatura ambiente elevata.
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Fenomeni di autocombustione si verificano sia in cabine con abbattimento dell'Overspray ad acqua che con abbattimento a secco.
V .
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I casi di autocombustione osservati in cabine ad acqua sono per lo più legati alla concomitanza dei seguenti fattori:
- uso di PV essiccanti ad aria
- assenza di manutenzione del retro velo per lunghi periodi
- inattività della Cabina di Verniciatura
- temperatura ambiente elevata.
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Queste osservazioni, che facevano pensare alla necessità di un massa critica, di bassa umidità e di alta temperatura, non erano finora state seguite da misurazioni.
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- Inoltre, mentre in passato, si riteneva che il fenomeno fosse essenzialmente legato alla presenza di solventi organici facilmente infiammabili, questo si verifica, oggi, anche nonostante la crescente diffusione di PV all'acqua.
V CASO N° 1
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- Applicazione della mano di fondo su macchine movimento terra
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- Cabina pressurizza a flusso verticale
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- Abbattimento dell'Overspray ad acqua sottogriglia
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- Applicazione con reciprocatore orizzontale e ritocco manuale da parte di due operatori
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- Filtro a secco del tipo raccoglivernice© applicato sopra la griglia di aspirazione
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- Prodotto verniciante idrodiluibile (solvente: Alcool butilico e 2-Butossietanolo-circa 20% in peso)
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- Il Filtro per Overspray esausto, circa 25 mq pari a circa 150 Kg, viene raccolto in un "big-bag" e stoccato all'aperto
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- In due occasioni, dopo alcune ore dallo stoccaggio, si verifica un fenomeno di autocombustione caratterizzato dalla emissione di notevoli quantità di fumo, assenza di fiamma, completa carbonizzazione della massa di Overspray.
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Al fine di studiare la cinetica del fenomeno si decide di misurare la temperatura della massa di Overspray e di quella ambiente mediante un registratore HI98804 dotato di due sonde tipo K una delle quali rileva la temperatura ambiente e l'altra quella della massa di Overspray.
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Viene effettuata una sola misurazione che viene interrotta subito dopo il verificarsi della emissione di fumo e il successivo spegnimento con acqua
V Grafico n° 1
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V .
La comparazione delle due curve di temperatura mostra:
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T iniziale dell'Overspray inferiore di 2,5 °C a quella dell'aria (30 °C e 32,5 °C)
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T dell'Overspray uguale a quella ambiente (30 °C) dopo circa 2 ore.
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Dopo 4 ore e 30 minuti T dell'Overspray superiore di 12 °C a quella dell'aria (39 °C e 26,8 °C).
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Si può dedurre che la combustione avesse avuto inizio ad una temperatura ben superiore a quella misurata, in un punto dell'ammasso distante da quello dove era stata inserita la sonda.
V .
Questa misurazione fornisce due informazioni molto importanti:
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1° La combustione ha inizio localmente e non interessa in modo uniforme la massa del materiale in esame.
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2° La reazione è relativamente lenta (in questo caso 4 ore e 30 minuti dall'ammasso; circa 6 ore dalla fine delle operazioni di verniciatura).
V CASO N° 2
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- Applicazione di smalto protettivo su corpi motore di macchine agricole
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- Cabina aperta a flusso orizzontale
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- Abbattimento dell'Overspray a secco
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- Applicazione manuale
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- Filtro a secco tipo raccoglivernice© applicato in parete verticale
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- Prodotto verniciante a base di resina alchidica con 30% di solvente organico
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- Il Filtro viene sostituito ogni due - tre settimane
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- L'Overspray è mediamente polveroso e parte di esso cade alla base della parete filtrante.
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L'Overspray caduto viene ammucchiato in un angolo della cabina e rimosso quando viene effettuata la sostituzione della parete filtrante
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- Nella notte fra il 20 e il 21 giugno 2001 si sviluppa un principio di incendio caratterizzato da una notevole emissione di fumi e da danni trascurabili alla cabina.
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Successive misurazioni effettuate con il registratore di temperatura HI98804 per la durata di una settimana permettono di raccogliere i seguenti dati:
V Grafico n° 2
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I dati non avevano permesso di trarre, al momento della loro registrazione, conclusioni significative, ma, integrati con le indagini che seguono, acquistano un valore notevole.
V .
Questa esperienza, al momento, permetteva di concludere che:
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- Certamente esiste una massa critica al disotto della quale non si verifica alcun fenomeno significativo e che in questo esperimento tale massa non era stata raggiunta.
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- Il fenomeno è legato alla temperatura ambiente.
V CASO N° 3
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Impianto automatico di verniciatura di chiudiporta
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Ciclo a tre mani in tre cabine aperte a flusso orizzontale
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Abbattimento dell'Overspray a secco
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Applicazione mediante reciprocatore verticale
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Prodotto verniciante all'acqua (contenuto di cosolvente organico non precisata)
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Il filtro viene sostituito ogni due settimane e scosso tutte le sere
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L'Overspray caduto dal filtro viene ammucchiato alla base della parete filtrante
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Nella notte fra il 27 e il 28 luglio 2001 l'Overspray raccolto alla base della cabina 2 sviluppa un principio di autocombustione caratterizzato dagli stessi fenomeni del caso 2.
V .
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La Direzione dello stabilimento decide di approfondire il fenomeno e viene quindi iniziato uno studio articolato in due fasi:
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_Misura delle temperature del filtro installato in cabina e della temperatura ambiente
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_Misura della evoluzione della temperatura di mucchi di Overspray secco di diversa quantità
V
La Direzione dello stabilimento decide di approfondire il fenomeno e viene quindi iniziato uno studio articolato in due fasi:
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_Misura delle temperature del filtro installato in cabina e della temperatura ambiente
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_Misura della evoluzione della temperatura di mucchi di Overspray secco di diversa quantità
V 1° FASE
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Per la realizzazione della prima fase una delle sonde collegate al registratore HI98804 viene sistemata immediatamente dietro la parete filtrante, a contatto con il filtro.
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La seconda sonda viene collocata all'esterno della cabina di verniciatura.
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Le misurazioni vengono iniziate a filtro nuovo.
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Il registratore viene configurato in modo da registrare i valori di temperatura ogni 15 minuti.
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Per la realizzazione della prima fase una delle sonde collegate al registratore HI98804 viene sistemata immediatamente dietro la parete filtrante, a contatto con il filtro.
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La seconda sonda viene collocata all'esterno della cabina di verniciatura.
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Le misurazioni vengono iniziate a filtro nuovo.
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Il registratore viene configurato in modo da registrare i valori di temperatura ogni 15 minuti.
V Grafico n° 3
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La prima serie di misure permette di elaborare il seguente grafico e fornire le seguenti informazioni:
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Durante la spruzzatura e la ventilazione la temperatura del Filtro è sensibilmente inferiore alla temperatura ambiente.
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Questo fenomeno è senz'altro attribuibile all'evaporazione dell'acqua che costituisce il solvente del Prodotto Verniciante.
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L'Overspray secco raccolto nella prima giornata è di circa 5,7 Kg (19 spruzzati x 60% di secco x 50% di Overspray).
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Dopo circa 17 ore dall'inizio della spruzzatura, in assenza di ventilazione, la temperatura dell'Overspray comincia a salire fino a raggiungere lo stesso valore della temperatura ambiente.
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All'inizio della seconda giornata di spruzzatura la temperatura dell'Overspray scende di nuovo per effetto dell'acqua contenuta nel PV.
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La temperatura dell'Overspray sale di nuovo fino al valore di quella ambiente durante la pausa meridiana.
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All'inizio del turno pomeridiano si ha di nuovo l'abbassamento caratteristico delle fasi di spruzzatura.
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Alla fine della spruzzatura la temperatura continua a salire nonostante la ventilazione resti in funzione per due ore.
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Alla fine della seconda giornata l'Overspray secco accumulato è di circa 12,3 Kg (19+22=41 spruzzati x 60% x 50%).
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Il diverso andamento della curva di temperatura del Filtro dopo la fine della spruzzatura fra la prima e la seconda giornata è da attribuirsi alla diversa quantità di Overspray secco accumulata:6 contro 13.
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Quindi una maggior massa di Overspray provoca un aumento di temperatura più rapido.
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Le registrazioni proseguono per altri due giorni fornendo il seguente grafico:
V Grafico n° 4
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Alla fine del terzo giorno di lavoro, durante la notte, avviene il superamento della temperatura ambiente da parte della temperatura dell'Overspray.
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La differenza massima fra le due temperature è di circa ½ grado dopo la terza giornata e di circa 1 grado dopo la quarta.
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Ciò conferma che l'aumento della massa di Overspray ha influenza sull'aumento di temperatura dell'Overspray.
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Dopo la terza giornata l'Overspray raccolto è di circa 24 kg e alla fine della quarta di circa 36,3 kg.
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La prosecuzione delle misurazioni fornisce il seguente grafico:
V Grafico n° 5
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Anche in questo caso si confermano i fenomeni già osservati.
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L'Overspray raggiunge i seguenti valori:
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dopo il quinto giorno: 46,2 kg circa, dopo il sesto giorno: 51,9 kg.
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La temperatura dell'Overspray supera quella ambiente di circa 1 grado quando il ventilatore e l'erogazione sono interrotte.
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Finora l'accumulo di circa 50 kg di Overspray non è sufficiente a sviluppare temperature tali da innescare i fenomeno dell'autocombustione.
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E' comunque evidente che nella massa di Overspray avviene una reazione esotermica.
V 2° FASE
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Per la realizzazione delle seconda fase delle indagini viene raccolta in un fustino metallico una quantità di circa 22 kg (pari a circa 20 litri) di Overspray secco. La sonda n°1 viene inserita nel fustino mentre la n° 2 registra la temperatura ambiente.
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Si ottiene il seguente grafico:
V Grafico n° 6
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In questo caso l' aumento di temperatura dell'Overspray è molto significativo:
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La differenza di temperatura con l'esterno raggiunge i 18 °C circa.
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Dopo un fase di aumento, la temperatura decresce fino a riportarsi su valori pari a quelli della temperatura ambiente.
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La rampa di salita ha una durata molto vicina a quella rilevata nel caso 1.
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La temperatura massima raggiunta non è sufficiente ad innescare l'autocombustione.
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La seconda fase dell'indagine prosegue raccogliendo circa 110 kg di Overspray in un volume di circa 100 litri, fornendo il seguente grafico:
V Grafico n° 7
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In questo caso la temperatura dell'Overspray supera i 120 °C.
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La sonda viene spostata durante l'esperimento.
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La temperatura della massa di Overspray non è uniforme.
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Pertanto non è certo che la temperatura massima indicata dal grafico sia quella massima raggiunta dal punto più caldo dell'ammasso.
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La durata del fase di salita è di circa 8 ore.
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Questo periodo di tempo è presumibilmente valido per tutti i punti dell'ammasso.
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L'indagine è proseguita registrando l'evoluzione della temperatura di lotti di 20 litri di Overspray raccolti in piccoli fusti.
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L'andamento delle variazioni di temperatura è simile a quella del grafico 4.
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I valori assoluti però restano più bassi salvo in un caso nel quale, spostando la sonda in un punto diverso da quello iniziale si rileva una temperatura massima di 50°C.
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Resta quindi confermato la disomogeneità delle temperature all'interno dell'ammasso e la diminuzione della stessa dopo una fase di salita della durata di circa 8 ore.
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Il contenuto dei fustini da 20 litri, dopo un periodo di 24 ore, viene quindi raccolto in un big-bag da 200 litri.
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A riempimento avvenuto viene monitorato l'andamento della temperatura nel big-bag ottenendo il grafico seguente:
V Grafico n° 8
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Si nota la minore escursione termica dell'ammasso di Overspray rispetto all'ambiente, attribuibile al diverso calore specifico o ad una residua reazione esotermica.
V CONSIDERAZIONI
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Sulla Composizione dei Prodotti Vernicianti
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Nello svolgimento dell'indagine sono stati raccolte anche informazioni sulla composizione dei prodotti vernicianti tramite lo studio delle schede tecniche e di sicurezza e tramite analisi di campioni di PV.
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Queste ultime si sono rese necessarie per verificare la concentrazione di sali di Cobalto, utilizzati come acceleranti di reticolazione, che vengono comunemente considerati responsabili del fenomeno dell'autocombustione.
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In tutti e tre i casi in esame è stata riscontrata la presenza di ottoato di Cobalto (C7H15COO)2Co in concentrazioni diverse.
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I risultati delle analisi sono riassunte nella seguente tabella:
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La grande variabilità dei dati del caso 1 potrebbe spiegare il fatto che l'autocombustione non si verificava con regolarità.
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Il basso valore del caso 2 spiega, insieme alla inferiore quantità di PV spruzzato rispetto al caso 3, l'andamento del grafico 2 che non mostra i segni di surriscaldamento riscontrati nei grafici relativi al caso 3.
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Nel PV del caso 3 il produttore dichiara anche la presenza di ottoato di Bario e ottoato di Zirconio, entrambi catalizzatori di reticolazione.
V CONCLUSIONI
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In base ai risultati raccolti ed esposti nella presente ricerca si traggono le seguenti conclusioni:
* 1.
_Alcuni prodotti vernicianti danno origine ad Overspray in grado di dare fenomeni di autocombustione
V 2.
_Il fenomeno si verifica in particolari condizioni che dipendono da:
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- Concentrazione di acceleranti di reticolazione
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- Quantità di Overspray
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- Temperatura ambiente
V 3.
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_Il fenomeno presenta sempre una evoluzione caratterizzata dapprima da un aumento della temperatura che può durare, nelle esperienze prese in esame, da 4 a 8 ore seguito, se la quantità e inferiore alla massa critica da una diminuzione della temperatura.
V .
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- È quindi possibile definire una procedura che permette di trattare gli Overspray secchi in modo sicuro:
* 3.A
_Definire mediante prove qual'è la massa al di sotto della quale l'aumento della temperatura non dà certamente luogo ad autocombustione (nel caso 3 la massa di 20 kg ha dato temperature massime di 50 °C e, essendo una quantità facilmente gestibile in base alle quantità spruzzate, potrebbe essere definita, nel caso specifico, massa ideale.
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Nei casi in cui questo valore fosse stato troppo piccolo in base alla quantità di Overspray prodotta, si potrà procedere a misurazioni con una quantità maggiore dato che la temperatura massima raggiunta nel caso 3 (50 °C) è certamente molto inferiore a quella di autoignizione).
* 3.B
_Definire la cinetica di reazione: tempo occorrente perché la massa ideale presa in esame torni alla temperatura ambiente
* 3.C
_Evitare che in cabina si verifichino accumuli superiori alla massa ideale.
* 3.D
_Predisporre dei contenitori metallici ognuno di capacità idonea a contenere la massa ideale, in numero tale da poter stoccare per il periodo definito al punto B, tutto l'Overspray prodotto.
* 3.E
_Stoccare l'Overspray in questi contenitori, in luogo lontano da prodotti combustibili, per un tempo almeno uguale a quello definito al punto B). Il contenuto di ogni contenitore, trascorso tale tempo, può essere versato in un contenitore di volume maggiore secondo le procedure aziendali di smaltimento.
* 3.F
_Le determinazioni descritte ai punti A) e B) non devono necessariamente essere effettuate tramite strumentazione. Prendendo come riferimento la temperatura prudenziale di 50°C, infatti, è possibile monitorare la cinetica del fenomeno anche con valutazioni soggettive.
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Se la massa in esame al primo tentativo dovesse sviluppare fumo si dovrà ridurre (p.e. dimezzare) tale massa al secondo. Se invece una fase di riscaldamento è seguita da una di raffreddamento senza sviluppo di fumo, la massa presa in esame è certamente inferiore a quella critica.
* 3.G)
La quantità massima di Overspray secco accettabile sul Filtro in esercizio, essendo distribuita in un volume molto superiore a quello della massa ideale, può essere superiore alla massa ideale stessa. (nel caso 2 si è raggiunta una quantità più che doppia (50 Kg contro 20) con incrementi di temperatura di solo 1°C).
* 3.H)
Data la presenza, evidenziata dalla presente indagine, di disomogeneità dei valori di temperatura è opportuno che il Filtro venga sostituito al raggiungimento di un aumento apprezzabile di temperatura o che venga predisposto un sistema di spegnimento automatico.
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