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AS_AOVS

2005-07-15
Abbattimento dell'Overspray
nella Verniciatura a spruzzo
V
Abstract
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- Considerazioni su nuovi sistemi a secco,
- Descrizione dei metodi di calcolo,
- Valutazioni tecnico-economiche,
- Le problematiche ambientali e come restare al di sotto dei 3 mg/m3.
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Questo testo è stato presentato a Parma nell'ambito del Convegno
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“I trattamenti di superficie e l'ambiente”
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a cura della Società AEROFILTRI s.r.l. di Milano

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Autore
Fabio Franceschi

V
Premessa
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Nella verniciatura a spruzzo uno dei problemi di più scottante attualità è quello dell'abbattimento dell'Overspray.
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Soprattutto da quando la legislazione impone limiti di emissione nella atmosfera e il controllo sullo smaltimento dei rifiuti.
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Quando si vernicia spruzzo dal 30 % al 70 % di Prodotto Verniciante è in sovrappiù e viene aspirato ed emesso all'esterno.
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Per rientrare nei limiti sulle emissioni è necessario abbattere l'Overspray.
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Abbattimento ad Acqua
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Il sistema più usato è l'abbattimento ad acqua.
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Ogni costruttore ha sviluppato proprie tecnologie al riguardo.
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Un velo, due veli, tre veli come preabbattimento.
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Una rampa, due rampe di ugelli; anelli “rashig”, corpi di riempimento, chicanes, venturi ad acqua come abbattimento finale.
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Poi, a volte, paglia o Filtri di vetro nei “cassetti”, per proteggere i ventilatori.
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E sul circuito dell'acqua: pompe, depuratori, nastri trasportatori per i fanghi.
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E flocculanti e deodoranti e antischiuma per trattare le acque e far galleggiare i fanghi e renderne più facile l'asportazione.
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Abbattimento a secco.
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Da qualche anno si va via via guadagnando simpatie la Filtrazione a secco dell'Overspray.
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Con questa tecnica l'inquinante è trattenuto su un solo strato permeabile.
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A volte la Filtrazione avviene su due Filtri in serie: uno sgrossatore e un finitore.
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Man mano che i Filtri si intasano di inquinante la resistenza che oppongono al passaggio dell'aria aumenta.
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La portata d'aria tende quindi a diminuire.
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Quando avrà raggiunto i valori minimi compatibili con la salubrità dell'ambiente di lavoro, i Filtri andranno sostituiti.
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La filtrazione a secco evita tutti i fastidi connessi al trattamento delle acque.
Ha, generalmente, un'efficienza di separazione più elevata di quella dei sistemi ad acqua.
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Presenta tuttavia una limitazione: l'intasamento dei Filtri.
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Quando la concentrazione di Overspray prima del Filtro supera certi valori, la durata dei Filtri a secco rende i costi di gestione dell'impianto superiori a quelli di una Cabina di Verniciatura ad acqua.
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Chi spruzza molto preferisce l'acqua.
Per questa ragione, allo stato attuale, verniciatori e costruttori di impianti si orientano verso l'abbattimento a secco per basse produzione e per i ritocchi e verso quello ad acqua per l'alta produzione.
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Questo atteggiamento è quindi da collegare strettamente con la capacità di accumulo dei Filtri.
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Un'evoluzione della tecnologia che consenta di aumentare questo parametro permetterebbe quindi di ribaltare il concetto o almeno di spostare il limite di convenienza fra i due sistemi.

V
Capitolo_01
Valutazioni Economiche
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La lettura in chiave economica è a volte difficile.
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Il Calcolo corretto dovrebbe tenere conto, ovviamente, di tutte le voci di costo.
Ma le scelte vengono spesso effettuate in base a calcoli parziali a valutazioni emozionali.

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Per l'abbattimento ad acqua vanno considerate le seguenti voci di costo:
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1. Ammortamento
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2. Consumo energetico dei ventilatori
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3. Manutenzione dei ventilatori
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4. Consumo energetico delle pompe
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5. Manutenzione delle pompe

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6. Sostituzione dei Filtri dei cassetti
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a - costo dei Filtri
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b - mano d'opera e fermo impianto per la loro sostituzione
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c - smaltimento dei Filtri

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7. Trattamento chimico delle acque:
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a - flocculanti
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b - deodoranti
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c - antischiuma

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8. Asportazione periodica dei fanghi
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9. Smaltimento dei fanghi
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10. Asportazione periodica delle acque
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11. Smaltimento delle acque
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12. Pulizia periodica delle superfici di contatto acqua/aria
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13. Pulizia periodica dei camini

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Figura 1
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La Figura 1 illustra una delle esecuzioni tipiche di Cabine di Verniciatura aperte con abbattimento ad acqua dell'Overspray.

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Si riconoscono gli elementi fondamentali dei sistema:
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- Vasca di raccolta dell'acqua
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- Filtro per acqua
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- Pompa di circolazione
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- Velo
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- Rampa porta ugelli
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- Deviatori di flusso
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- Filtri a secco
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È interessante osservare come il sistema sia complesso e come il flusso d'aria, in prossimità della zona di spruzzatura sia soggetto a turbolenze.
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I valori di velocità nella zona di lavoro e di concentrazione di particolato al camino sono i parametri guida per la progettazione di una Cabina di Verniciatura.

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Per gli impianti con abbattimento a secco le voci da prendere in considerazione sono solo:
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1) - 2) - 3) e 13) che sono, generalmente, inferiori rispetto ai sistemi ad acqua
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6) che è, generalmente, superiore.
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Se le analisi dei costi fossero sempre fatte correttamente i limiti di convenienza sarebbero certamente, già oggi, più spostati a favore dei sistemi a secco.

V
Capitolo 02
Considerazioni Tecniche - Calcolo della Portata d'Aria
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Per meglio comprendere le variabili che influenzano i costi è necessario esaminare i criteri in base ai quali viene dimensionato un sistema di aspirazione in una zona di verniciatura.

V
Capitolo 03
Dimensioni della Cabina di Verniciatura
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Prenderemo ad esempio una Cabina di Verniciatura aperta a flusso orizzontale.

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I criteri di determinazione delle dimensioni devono tenere presente:
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- la Dimensione e la Forma dei “pezzi da verniciare”
- la Velocità di traslazione dei pezzi e il tempo necessario per rivestirli
- il numero di operatori
- Velocità dell'aria
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L'aria di ventilazione deve asportare con una certa velocità l'aerosol prodotto dall'aerografo in modo che l'operatore non ne inspiri i vapori.
In alcune Nazioni vengono stabiliti dei valori minimi.
In Italia non esistono, per ora, valori minimi per Legge.
La norma UNI 9941, per la tipologia che stiamo considerando, prescrive 0,5 m/s (fino a 6 metri) o 0,4 m/s (oltre).
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Le USL richiedono valori fra 0,3 e 0,5 m/s.
Negli USA è stabilito il limite minimo di 0,5 m/s per la verniciatura a spruzzo non elettrostatica e 0,3 m/s per quella elettrostatica.
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Questi valori sono quelli minimi; sicché, dato che con l'intasarsi dei Filtri e con il conseguente aumento della loro perdita di carico la portata d'aria tende a diminuire, la velocità, a Filtri puliti, dovrà essere superiore.
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Sempre negli USA si prende come valore iniziale 0,7 m/s (2,52 km/h).
In sede di normativa europea sembra stia prevalendo il concetto di limite dell'inquinamento nella zona di lavoro senza fissare limiti minimi di velocità. Vedremo!
Nel frattempo credo che vadano seguite le norme UNI e le indicazioni delle USL.

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Determinate le dimensioni (A x B) della zona di spruzzatura e la Velocità dell'Aria V, la Portata d'Aria Q viene determinata con la Formula:
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Formula [1]
Q [m3/h] = A [m] x V [m/s] x 3.600

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È necessario a questo punto tenere presente che la quantità d'aria così determinata deve essere espulsa all' esterno.
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Una quantità almeno corrispondente dovrà quindi essere reinmessa nei locali e, d'inverno, riscaldata.
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È quindi molto utile cercare di ridurre il più possibile questo valore.
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Non potendo ridurre, per ragioni di salubrità ambientale, il valore di V, bisogna cercare di limitare il più possibile le dimensioni della zona di spruzzatura.
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A volte è conveniente l'installazione di due Cabine di Verniciatura piccole, anziché una grande.
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L'ordine di grandezza del costo di riscaldamento di 1.000 m3 d'aria da 0 °C a 20 °C è delle 1000 Lire (0,5 €) per sola energia.
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Quindi una Cabina di Verniciatura che aspiri 10.000 m3/h comporterà un costo di 10.0001/h.
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Supponendo 8 ore di funzionamento per 60 giorni all'anno,1'ordine di grandezza della spesa è di almeno 4-5.000.000 Lire/anno (2-2.500 €/anno), oltre alla manutenzione e all'ammortamento dell'impianto
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Mediante la Formula [1] è anche utile calcolare il valore Qmin [m3/h] alla Velocità minima ammessa Vmin [m/s].

V
Capitolo 04
Calcolo della Concentrazione di Inquinante
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È necessario conoscere alcuni parametri di verniciatura, e cioè:
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Quantità di Prodotto Verniciante spruzzata nell'unità di tempo P
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Percentuale di solventi al la pistola (tenendo conto, cioè, di eventuali diluizioni) Ps
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Efficienza di trasferimento (Percentuale di Prodotto Vemiciante che si deposita sul pezzo da ricoprire) Et

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È così possibile determinare il valore assoluto del residuo secco Rs, nell'unità di tempo con la Formula:
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Formula [2]
Rs [g/h] = P [kg/h] x (1 - P s %) x (1 - Et %) x 1.000

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La corrispondente concentrazione [ce] sarà data dalla Formula:
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Formula [3]
ce [mg/m3] = (Rs[g/h]: Qmin [m3/h] )x 1000

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Data la grande importanza di ce, è fondamentale che nella [2] venga utilizzato il valore massimo previsto di P e nella [3] il valore Qmin.
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Così facendo il valore di ce che utilizzeremo nei calcoli successivi sarà il massimo possibile; ci metteremo cioè nelle condizioni peggiori e avremo quindi la certezza di essere sempre al disotto della massima concentrazione di particolato ammessa al camino.gionali) e poi di 3 mg/m3 (DM 51 -luglio 1990), la paglia è stata sostituita da Filtri a base, di solito, di fibre di vetro.
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La presenza di questi Filtri, o “demister” (eliminatori di nebbie) fa sì che anche nelle Cabine di Verniciatura ad acqua si abbiano, nonostante una radicata convinzione contraria, variazioni di portata d'aria.
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Quando i Filtri dei cassetti sono puliti la loro resistenza al passaggio dell'aria è minima e, quindi, la portata è massima, man mano che si intasano, la loro aumentata resistenza, fa sì che la portata diminuisca.
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Anche questi sistemi ad acqua, quindi, vanno dimensionati per una velocità superiore di quella minima ammessa.

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Figura 2
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L'estrema semplicità di esecuzione di una Cabina di Verniciatura con abbattimento a secco dell'Overspray consente di avere un flusso d'aria uniforme, esente da vortici e turbolenze, nella zona di lavoro.
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È interessante osservare, dal confronto con la Figura 1, come la trasformazione di una Cabina di Verniciatura esistente, da abbattimento ad acqua in abbattimento a secco, sia molto semplice.
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A trasformazione effettuata ogni successiva necessità di adeguamento, richieste da eventuali cambiamenti dei parametri di verniciatura, sarà facilmente realizzabile con la semplice sostituzione del Filtro con uno del tipo adeguato alle nuove esigenze.
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L'eventuale installazione di un sistema di abbattimento delle SOV sarà facilitato dall'assenza di aria satura di umidità.
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Vernicianti; caso per caso, quindi, si dovrà scegliere il tipo più adatto alle condizioni di lavoro.
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Questa realtà è valida anche per altri sistemi, ad acqua o secco che siano.
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Soltanto che, in mancanza di dati di laboratorio, non resta che affidarsi ad approssimate valutazioni.
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Ed ecco che, se ci affidiamo, pur con l'ausilio di opportuni coefficienti di sicurezza, ai risultati delle prove di laboratorio alle quali sono stati sottoposti i_raccoglivemice©, possiamo avanzare ipotesi di calcolo sulle concentrazioni al camino.
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Determinato il tipo di Prodotto Verniciante e scelto il_raccoglivemice©, se ne determina, tramite la tabella o le indicazioni del produttore, l'efficienza Ef [%].
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Cioè la percentuale di Overspray trattenuta dal Filtro.

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La concentrazione al camino prevista cc sarà data da:
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Formula [4]
cc [mg/m3] = ce [mg/m3] x (1 - Ef %)

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Che valore ha cc?
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Abbiamo visto come, già in fase di progettazione, sia possibile calcolare il valore approssimato della concentrazione di particolato al camino.

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Tabella 1
Prestazioni del_raccoglivemice©
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Tipo di Filtro..........................Efficienza Media....Capacità di Accumulo (1)
Vernice............................................... %.............................kg/m2
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raccoglivemice©_Standard
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Smalti ad aria...................................96,0-98,0....................4 - 4,75
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Smalti a forno...................................96,5-9,5......................7,2 - 7,73
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Lacche...............................................87,0-90,0...................2,1 - 2,64
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Primer................................................93,0-95,0.................12,3 - 13,8
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Smalti idrosolubili...........................96,0-98,0..................6,15 - 6,68

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raccoglivemice©_Eurosupra1 (2)
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Smalti a forno alto solidi (3)(4).......99,7-99,9.....................9,32(5)
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Smalti a forno idrosolubili (3).........98,5-99,5.....................7,38

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raccoglivemice©_Eurosupra2 (2)
*
Smalti a forno alto solidi (3)(4).......98,5-99,5...................10,19(6)
*
Smalti a forno idrosolubili (3).........97,5-99,0.....................7,91

*
raccoglivemice©_Eurosupra HC (2)
*
Smalti a forno alto solidi (3)(4).......98,5-99,5...................16,52(5)
*
Smalti a forno idrosolubili (3).........97,5-99,0...................13,71
*
Parametri:
le prove sono state condotte su pannelli da 20" x 20" (508 X 508 mm) con il 100 % di Overspray.

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Nelle prove di efficienza e di accumulo la velocità di prova era di 0,75 m/sec.

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Dispositivo di prova:
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tunnel secondo ASHRAE52-76 modificato

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Note:
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(1) 12,5 mm cda di perdite di carico finale
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(2) raccoglivemice© di corta espanso con non-tessuto finale
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(3) Pannello singolo
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(4) Pittura rimasta viscosa con qualche trascinamento
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(5) a 9 mm cda
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(6) a 5 mm cda
*
(7) a Filtro pulito
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Se avremo utilizzato il valore minimo di portata d'aria Qmin, il valore massimo di Prodotto Verniciante spruzzato, previsto nel progetto, P ed il valore minimo di efficienza Ef previsto dal produttore di_raccoglivemice©, avremo calcolato il valore di cc massimo prevedibile.
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Possiamo ora ipotizzare due casi:In questo caso l'impianto rientra nei limiti stabiliti dal DM 51.
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Sarà quindi in regola per quanto riguarda le emissioni di particolato.Naturalmente, tanto più il valore calcolato si avvicina al valore massimo ammesso, tanto più ci si dovrà preoccupare di non superare mai, nelle condizioni di lavoro effettivo, le condizioni limite previste nel progetto.
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È importante sottolineare che, in questi casi, anche la diminuzione della portata al di sotto del valore Qmin può determinare valori di ce superiori al previsto e, quindi, in forza della [4], il superamento del valore minimo.
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Allo stesso modo tanto più il valore calcolato di cc si discosta dal valore di 3 mg/m3, tanto più si lavorerà in condizioni di sicurezza. In questo caso si avrà la piacevole sorpresa di poter utilizzare l'impianto anche per valori di P superiori a quelli previsti inizialmente.
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In questo caso l'emissione è superiore a quella ammessa e dovremo rivedere il progetto.

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Le alternative sono:
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a) aumentare l'efficienza del_raccoglivemice©
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b) prevedere una sezione di postFiltrazione con un raccoglivemice© più efficiente
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c) rassegnarsi a diminuire la quantità di Prodotto Verniciante spruzzabile P.

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Chi avesse seguito attentamente il ragionamento sin qui svolto potrebbe essere tentato di risolvere il problema aumentando la dimensione della Cabina di Verniciatura; si dovrebbe quindi aumentare Qmin e, a parità di quantità spruzzata, diminuirebbe ce e di conseguenza cc.
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Questa è senz'altro una soluzione da evitare: rappresenterebbe una diluizione e comporterebbe maggiori costi di gestione.

V
Capitolo 05
Calcolo del Costo di Esercizio
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Per mezzo dei dati forniti dal produttore dei raccoglivemice© è possibile anche calcolare, in sede di preventivo, i costi di gestione.
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Dalle prove di laboratorio, infatti, si ricavano anche i valori di accumulo di vernice.
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Nella Tabella 1 sono indicati alcuni valori, generalmente riferiti ad una perdita di carico finale di 12,5 mm cda.
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(Questo valore corrisponde al valore di 1/2 pollice di colonna d'acqua, considerato, negli U.S.A., dove queste prove sono state codificate, un valore standard di
riferimento per impianti di abbattimento a secco).

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Indicando con Ca la capacità di accumulo del_raccoglivemice© scelto, e con Lmq il suo costo per metro quadrato, la componente del costo orario di gestione relativa al solo Materiale Filtrante di ricambio Cmf sarà:
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Formula
Cmf [lire/h] = Lmq [lire/m2] x Rs [g/h] x Ef %
..................................Ca [kg/m2] x 1.000

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Come visto in precedenza si dovranno poi calcolare i costi relativi alla mano d'opera per la sostituzione dei Filtri, al loro smaltimento, all'energia assorbita dai ventilatori, alla loro pulizia periodica e alla pulizia periodica dei camini.
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Sommando questi valori a quello ottenuto tramite la [5] e all'ammortamento, avremo il costo di gestione previsto per la Cabina di Verniciatura che stiamo progettando.

V
Capitolo 06
Considerazioni Finali
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Costa di più a secco o ad acqua?
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Calcolati così i costi di gestione di un sistema di abbattimento a secco, sarà sempre opportuno confrontarli con quelli di un sistema ad acqua, prendendo in considerazione tutte le voci di costo indicate.
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Solo in questo modo la scelta sarà obbiettiva.
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Ci si renderà conto che con l'uso dei raccoglivemice© i limiti di convenienza degli impianti ad acqua sono notevolmente spostati verso l'alto rispetto a quanto non si ritenga comunemente.

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Costi occulti
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In caso di superamento dei limiti sulle emissioni si incorre in sanzioni.
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Questo è un esempio di costo occulto.
Se un sistema di abbattimento funziona con efficienza crescente, il che è tipico dei sistemi a secco, e se nei calcoli è stato preso in considerazione il valore di efficienza a Filtro pulito, i valori al camino, a parità degli altri parametri, saranno sempre inferiori a quelli calcolati in sede di progetto.

V
Capitolo 07
Costi Ecologici
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Una Cabina di Verniciatura da 10.000 m3/h, che lavori ai limiti delle emissioni, emette, in otto ore lavorative, 240 grammi di residuo secco; 1,2 kg in una settimana; più di 55 kg in un anno.
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Pur se nei limiti di legge credo ci si debba preoccupare di valori del genere.
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Se, con un costo di gestione inferiore o, al limite anche allo stesso costo di gestione, si può scegliere un sistema che garantisca valori di emissione inferiori al consentito, credo che sia doveroso il farlo.
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È interessante considerare che i valori limite per la respirabilità dell'aria, per quanto riguarda il particolato, sono di 75 µg/m3 come media annuale e di 260 µg/m3 come media oraria.
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Cioè da 10 a 40 volte meno di quanto non sia concesso emettere dai camini degli impianti di vemiciatura!

V
Capitolo 08
Rischi Potenziali
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La catena che porta allo smaltimento o distruzione o riciclaggio dei rifiuti è composta da diversi operatori: produttore del rifiuto, trasportatore, gestore della discarica, conduttore dell'impianto di depurazione.
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Al di là delle responsabilità dei singoli, che si esauriscono con il rispetto dei regolamenti da parte di ognuno, credo che tutti si debbano preoccupare del maggior rischio potenziale di smaltimento improprio costituito da un rifiuto liquido rispetto ad uno solido.
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Se si considera inoltre che smaltire 100 kg di residuo secco, in caso di abbattimento ad acqua, vuol dire smaltire almeno 150 kg di fanghi, dovrebbe essere spontaneo il rifuggire da questi sistemi ovunque possibile.

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Capitolo 09
Rischi di Incendio
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Per finire, è opportuno accennare all'argomento principe dei detrattori delle Cabine di Verniciatura con abbattimento a secco:
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nelle Cabine di Verniciatura a secco il rischio di incendio sarebbe maggiore rispetto a quelle con abbattimento ad acqua.
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Al di là di generiche affermazioní non sono riuscito ad avere statistiche che possano contraddire o confermare l'argomentazione suddetta.
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Ho invece avuto notizia di incendi in Cabine di Verniciatura con abbattimento ad acqua.
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Il problema vero è che nelle operazioni di verniciatura si utilizzano Prodotti Vernicianti altamente infiammabili.
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Devono quindi essere adottati tutti gli accorgimenti necessari a prevenire e inibire gli incendi.

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I casi di incendi nelle Cabine di Verniciatura con abbattimento ad acqua delle quali ho avuto notizia si possono ricondurre all'incendio di:
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- incrostazioni dei canali di espulsione
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Residui di Verniciatura depositatosi sulle griglie
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Residui dì bicomponenti che completano la catalisi a Cabina fdi Verniciatura ferma.
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Nelle Cabine di Verniciatura a secco si deve peraltro fare attenzione a non utilizzare, con lo stesso Filtro, Prodotti Vernicianti diversi che, fra loro, possano provocare autocombustione.
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Ad acqua o a secco gli incendi sono sempre provocati da operazioni non corrette o da inadeguata manutenzione.
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È comunque chiaro che se l'efficienza del sistema di abbattimento è molto alta i rischi di imbrattamento dei canali sono minori.
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Di conseguenza minori sono i rischi di incendio dovuti a questa causa.

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