Dry Ice Blasting – Sistemi monotubo e sistemi bitubo

Ci sono due sistemi basici per l’effettuazione del dry ice blasting:

• SISTEMI MONOTUBO
• SISTEMI BITUBO (SISTEMA VENTURI)

La differenza di base è la risultante aggressività di blasting. A seconda dell’utilizzo si può verificare quale sarà il miglior sistema. Indicativamente, nella maggioranza dei casi, a parità di condizioni applicative i due sistemi si equivalgono.
In tutti e due i sistemi è importante la selezione appropriata del tubo per le basse temperature usate e per la necessità di mantenere l’integrità dei granuli di ghiaccio secco durante il passaggio attraverso il tubo.
Nel sistema Bitubo, i granuli di ghiaccio secco sono trasferiti fino alla bocca aspirante di un tubo e poi vengono portati all’ugello attraverso il tubo per mezzo del vuoto creato da un ugello. Attraverso l’ugello, un getto di aria compressa (fornito dal secondo tubo) si espande come un getto ad alta velocità e viene inviato all’interno di un tubo mescolatore (canotto).
Quando le aree di flusso sono di misura adeguata questo tipo di ugello produce il vuoto sulla cavità intorno al getto principale e quindi può aspirare i granuli attraverso il tubo di alimentazione e inviarli nel tubo mescolatore (canotto) dove vengono accelerati e miscelati con l’aria.

Il numero di Mach di scarico da questo tipo di ugello in genere è supersonico, 1.2 Mach. I vantaggi di questo tipo di sistema sono la relativa semplicità e il costo basso della macchina, con un sistema di alimentazione compatto.
Uno degli svantaggi della tecnologia dell’ugello venturi è che il livello di aggressione e il tasso pulente del sistema a Bitubo sono leggermente inferiori a quelli con le macchine a Monotubo.
In un sistema a Monotubo, i granuli di ghiaccio secco sono alimentati nella linea di aria compressa da uno dei vari tipi di meccanismo di miscelazione (distributore). Il getto di granuli e di aria compressa viene poi alimentato direttamente in un unico tubo seguito da un ugello dove sia l’aria sia i granuli vengono accelerati ad alta velocità. Il numero di Mach di scarico da questo tipo di ugello è in genere compreso tra 1.4 e 2.5 Mach, a seconda del design e della pressione dell’acceleratore (7-20 bar)
I vantaggi di questo tipo di sistema sono la grande adattabilità dell’ugello e i livelli di aggressione ottenibili. Gli svantaggi sono il costo alto del materiale a causa della complessità del meccanismo di miscelazione e il costo della manutenzione elevato.
Le macchine da pulizia sono anche diversificate in macchine che producono granuli da blocco di ghiaccio secco e quelle che usano granuli di ghiaccio secco preconfezionato (pellets).
Le prime prendono i blocchi standard da 20 kg e usano lame rotanti per tagliare dal blocco uno strato sottile di ghiaccio Questo foglio sottile di ghiaccio secco si rompe sotto il proprio peso in granelli grandi quanto quelli dello zucchero di canna grezzo. Questi granelli cadono poi in un imbuto di raccolta.
Un sistema di trasporto a Bitubo viene usato per trasferire i granelli dal fondo dell’imbuto alla superficie da pulire. La massa piccola di questi granelli insieme al sistema a Bitubo limitano le macchine taglia ghiaccio ad eseguire la pulizia leggera di routine.
Poiché le macchine taglia ghiaccio mandano un getto di granuli con alta densità del flusso (numero di granuli che colpiscono un’area quadrata ogni secondo), lavorano bene su rivestimenti sottili di durezza moderata come ad esempio uno strato di vernice a base d’olio asciugato all’aria.
Le macchine che usano i granuli di ghiaccio secco (pellets) hanno una tramoggia riempita di granuli di ghiaccio secco prefabbricati. La tramoggia utilizza l’agitazione meccanica per muovere i granuli sul fondo della tramoggia e dentro il sistema alimentatore. Come descritto prima, i granuli sono estrusi attraverso uno stampo sotto grande pressione. Questo crea un granulo di ghiaccio secco estremamente denso per ottenere la massima energia d’impatto. I granuli sono disponibili in diverse misure da 1,5 a 3 mm di diametro.
Con un sistema di mandata Monotubo o Bitubo, la misura finale del granulo e la densità del flusso che esce dall’ugello dipendono dal tipo di tubo da trasporto (il diametro del tubo e la ruvidezza della parete interna) e dall’ugello usato.
Per esempio, i rivestimenti morbidi come gomma, silicone, gommapiuma e cere, ingredienti alimentari, ecc. hanno bisogno dei granuli grandi con bassa densità di flusso per ottenere il massimo tasso pulente e di efficienza. Questi rivestimenti richiedono massima energia termica (cioè granuli con grande massa) e largo spazio tra i granuli (cioè bassa densità del flusso) per una pulizia ottimale. Al contrario, i rivestimenti duri come vernici, zuccheri cotti al forno, accumuli di carbonizzazione, ecc. richiedono granuli più piccoli con alta densità del flusso e alta velocità

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Le macchine accelleratrici (Microblast) sono anche differenziate in tutto, pneumatica e elettro-pneumatica. Le macchine completamente pneumatiche hanno il meccanismo alimentatore di granuli di ghiaccio secco e i controlli che funzionano in modo pneumatico, questo include l’uso dei motori pneumatici.
Il vantaggio di questo tipo di macchina è la semplicità e la disponibilità di sola aria compressa nei luoghi dell’operazione, specialmente nell’ambiente esterno.
Uno degli svantaggi è che il funzionamento della macchina può essere suscettibile all’interruzione causata dall’ umidità o dalla contaminazione nell’aria compressa fornita, lo stesso motore pneumatico potrebbe essere facilmente danneggiato dall’acqua se l’aria non fosse adeguatamente filtrata.
Le macchine elettro-pneumatiche tollerano meglio l’umidità e i contaminanti nell’aria fornita. Nelle macchine elettro-pneumatiche esiste l’inconveniente legato alla fornitura duplice alla macchina di elettricità e di aria compressa in ogni luogo dell’operazione.
Una delle caratteristiche del ghiaccio secco è che non è liscio o scivoloso come il ghiaccio d’acqua né fluente come sabbia o granelli di vetro. E’ invece piuttosto resistente nel flusso. Per questo, le macchine che usano ghiaccio secco tendono ad avere diversi tipi di agitatori, succhielli, e altri dispositivi nella tramoggia per migliorare il flusso dei granuli.
Generalmente, peggiore è la qualità del ghiaccio secco, contenente per esempio ghiaccio d’acqua o grande percentuale di neve di CO2, più difficile sarà il flusso attraverso un sistema.
Un’altra proprietà del ghiaccio secco è che è estremamente freddo quindi assorbe l’umidità dall’aria circostante nella forma di brina. Quindi la macchina deve essere in grado di tollerare cicli ripetitivi di gelo–disgelo e di conseguenza l’accumulo d’umidità che avviene con il tempo.

SISTEMI MONOTUBO

Elementi necessari:

  1. ghiaccio secco;
  2. aria compressa;
  3. miscelatore;
  4. applicatore;

La tecnologia monotubo nasce nel 1986. In queste apparecchiature c’è un tubo guida dalla tramoggia all’applicatore e c’è un sistema di alimentazione che fornisce le particelle di ghiaccio secco e aria compressa internamente a quel singolo tubo. Le particelle di ghiaccio secco sono poi accelerate dal flusso di aria compressa attraverso la lunghezza del tubo.
Un altro vantaggio delle macchine monotubo è l’opzione di utilizzare un tubo più lungo, permettendo così all’operatore di stare lontano dalla macchina, e, nel contempo, riducendo di molto poco l’aggressività di pulizia.
Inoltre, con i sistemi monotubo, si ha la possibilità di scegliere tra una vasta gamma di ugelli.
Questo sistema è anche l’ideale per rimuovere accumuli più pesanti o per pulire ad avanzamento verticale in posti dove la macchina è posizionata ad un livello inferiore rispetto alla superficie di pulizia.
Svantaggi: grande consumo di ghiaccio secco (in media 50-80 kg). Troppo aggressivo per lavori “delicati” (contaminanti pesanti su spire dei generatori, alluminio morbido).
Macchina complessa, costosa e con manutenzioni periodiche importanti.

Sistema Monotubo
Il sistema Monotubo sfrutta un miscelatore meccanico, tipo distributore a nicchie o a cave. I pellets entrano dalla parte superiore del distributore e lo stesso, per rotazione, li porta nella sua parte inferiore dove viene iniettata l’aria compressa che li preleva e li trasporta alla pistola di lancio. Durante il percorso nel “singolo” tubo vengono miscelati all’aria e poi accelerati nel canotto di lancio verso l’oggetto da pulire.
Nel sistema “Monotubo” essendo un sistema di spinta in pressione dei pellets, l’equilibrio fluidodinamico ugello/canotto è molto stabile e anche la resa di lavoro ne guadagna, nel senso che eventuali contropressioni che vanno a formarsi all’interno dei vari canotti di lancio non modificano la velocità di sparo dei pellets e per questo motivo, con il sistema Monotubo si possono utilizzare tutti i tipi di canotti, anche quello più particolari e speciali e anche pressioni più elevate di alimentazione dell’aria compressa.

Vantaggi:

    • può usare tutti i tipi di ugelli indistintamente dalla pressione di alimentazione dell’aria;
    • lunghezza della tubazione della pistola fino a 35-40 mt;
    • Possibilità di pulizia in verticale quasi senza riduzione dell’aggressività.

Svantaggi:

    • macchina complessa;
    • manutenzione periodica importante per le parti di attrito e tenuta;
    • meno facile da usare rispetto al Bitubo
    • più costosa della Bitubo (ca. 30% in più);
    • alimentazione dei pellets non continua, ma a pulsazioni(intermittente);
    • maggior consumo di pellets (+ 50%);
    • non indicata per pulizie delicate su materiali sensibili.

SISTEMI BITUBO

Elementi necessari:

  1. ghiaccio secco;
  2. aria compressa;
  3. applicatore per mescolare aria&ghiaccio.

I sistemi di Dry Ice Blasting che utilizzano una tecnologia bitubo, sono un sistema che usa l’effetto Venturi per accelerare le particelle. Con questo sistema l’aria compressa è fornita all’applicatore di blasting attraverso un tubo, mentre il ghiaccio secco arriva da un secondo tubo che và dall’applicatore alla tramoggia. Il passaggio dell’aria compressa attraverso l’applicatore crea una suzione sul secondo tubo che spinge le particelle di ghiaccio secco dalla tramoggia nella corrente di aria compressa all’applicatore. Le particelle di ghiaccio secco e di aria compressa sono poi spinte fuori assieme.
Con questo sistema il flusso di ghiaccio è molto costante. Inoltre il consumo dello stesso è basso (in media 20-40 kg). L’attrezzatura è più semplice, meno costosa, con manutenzione quasi inesistente.
Svantaggi: poiché le particelle di ghiaccio secco sono accelerate nella lunghezza dell’applicatore dall’aria compressa, il sistema a doppio tubo ha un effetto cinetico di poco inferiore al sistema monotubo.
I sistemi a doppio tubo hanno anche le seguenti limitazioni:

  • la lunghezza del tubo è limitata dalla capacità di suzione dei due tubi (fino a 20 m con lancio fine e 12 m utilizzando pellets più grandi di ghiaccio secco);
  • minore varietà di configurazioni degli ugelli;
  • nel blasting verticale l’efficacia è leggermente inferiore al sistema monotubo in quanto la suzione del sistema Venturi dovrebbe superare la forza di gravità.

Sistema bitubo
Il sistema Bitubo sfrutta il principio fluodinamico denominato “Effetto Venturi”. In un tubo fluisce l’aria compressa essiccata che raggiunge la pistola all’interno della quale un ugello “Venturi” prima crea, tramite una strozzatura, un aumento della velocità dell’aria stessa per poi lasciarla espandere. L’espansione genera una depressione e tramite il secondo tubo vengono aspirati i pellets di ghiaccio secco.
L’aria compressa ed i pellets vengono miscelati ed accelerati dal canotto di lancio verso l’oggetto da pulire. Nel sistema “Bitubo” il rapporto tra ugello (dell’effetto Venturi) ed il canotto di lancio è molto preciso e con poca tolleranza di scostamento per ottenere un’ottimale resa fluidodinamica.
In particolare le contropressioni che si possono generare all’interno del canotto, per vari motivi costruttivi o di alimentazione dell’aria compressa, possono ridurre o vanificare l’effetto Venturi e così non aspirare più i pellets o lanciarli a velocità inferiori.

Vantaggi:

    • macchina semplice;
    • macchina affidabile;
    • manutenzione quasi inesistente;
    • macchina facile di usare;
    • macchina molto economica;
    • alimentazione dei pellets etremamente costante;
    • minor consumo di pellets rispetto al sistema monotubo
    • utilizzabile su tutti i materiali, anche su quelli sensibili.

Svantaggi:

    • può utilizzare solo alcuni tipi di canotti di lancio;
    • limitata lunghezza della tubazione della pistola 10-12 m;
    • nella pulizia in verticale c’è una leggera riduzione dell’aggressività dovuta all’aspirazione dei pellets;
    • per ogni valore della pressione occorre uno specifico abbinamento ugello/canotto di lancio.

 

Efficienza di lancio

A parità di condizioni di lancio dei pellets la forza di pulizia risultante è verosimilmente simile per tutti e due i sistemi (Bitubo e Monotubo), ossia a parità di:

  • pressione di alimentazione aria compressa (6-8 bar);
  • dimensione ugello di pressione (sezione strozzatura);
  • dimensione e densità dei pellets;
  • rapporto miscelazione aria/pellets.

La forza cinetica risultante è la stessa:

E=½mV2 (dove m è la massa dei pellets e V la velocità di lancio)

A parte minime differenze dovute a piccole perdite d’aria compressa nel distributore del Monotubo e ad attriti e turbolenze fluidodinamiche nei tubi e nel canotto.
La perdita di “forza” nel sistema Bitubo dovute alla suzione per effetto Venturi dei pellets, vengono grosso modo compensate dalle perdite pneumatiche, dagli attriti e dalle turbolenze del distributore meccanico, sempre lavorando ad una pressione di 6-8 bar.
A pressioni superiori 16-22 bar (difficilmente raggiungibili negli impianti di aria compressa delle aziende) il sistema Monotubo è favorito in quanto non risente dell’effetto delle contropressioni pneumatiche all’interno del canotto di lancio.
Inoltre a parità di sezione di strozzatura dell’ugello, una maggiore pressione di alimentazione dell’aria compressa (16-22 bar) genera in prossimità dell’ugello una maggiore densità dell’aria stessa che permette di accelerare più velocemente i pellets durante il lancio.
A parità di velocità di uscita dell’aria dal canotto di lancio (ca. 300/350 m/sec) un fluido più denso (aria più compressa) trascina meglio e più velocemente i corpi solidi presenti nel flusso stesso.
Pertanto non è la velocità di per sé (velocità subsonica) a generare maggior aggressività dei pellets, in quanto la stessa non può superare il limite di Mach 1 (velocità supersonica) con le conformazioni di ugelli ed attrezzature in produzione oggi presso i fabbricanti di unità di lancio.
La maggior aggressività dei pellets è dovuta a parità di velocità di eiezione, alla maggior densità dell’aria compressa (maggior pressione) che trascina meglio e più velocemente i pellets.

 

Tecnologia dell’ugello

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L’ugello è dove i granuli di ghiaccio secco vengono accelerati alla velocità più alta possibile al fine di creare un getto effettivo per la pulizia.
La Figura a lato mostra gli schemi di due tipi di ugelli usati nella proiezione con ghiaccio secco.
La scienza degli ugelli eiettori Bitubo paragonati agli ugelli Monotubo convergente – divergente che funzionano sotto le stesse condizioni (cioè volume d’aria, pressione, temperatura, massa di granuli di CO2…ecc.), dimostra la maggior potenza degli ugelli Monotubo. Questa differenza in potenza è direttamente legata al fatto che l’energia fornita all’ugello eiettore Bitubo viene usata non solo per accelerare i granuli di CO2, ma anche per creare il vuoto per tirare il flusso di granuli attraverso il tubo secondario.
In termini semplici, l’energia netta disponibile per l’accelerazione è intrinsecamente più bassa per i sistemi Bitubo perché parte dell’energia a disposizione è persa semplicemente nell’unire il flusso dei granuli CO2 a quello del getto d’aria.
Poiché la grandezza dei granuli di ghiaccio secco influenza l’opera di pulizia, un sistema di proiezione deve avere la flessibilità di “regolare” la misura giusta dei granuli.
Questo può essere fatto in diversi modi.
Primo, la grandezza del granulo prodotto dal pellettizzatore può essere variata.
Secondo, una volta che il granulo è nella tramoggia della macchina da blasting, la misura del granulo che arriva alla superficie da pulire può essere cambiata, ad esempio in base al diametro e al tipo di tubo utilizzato che può mantenere il granulo intatto oppure romperlo in granelli più piccoli.
Quando la sabbia o qualsiasi altro mezzo simile dal diametro molto piccolo viene usato nella sabbiatura, la misura della gola dell’ugello è molto grande se paragonato al mezzo abrasivo.
Ma nella pulizia con ghiaccio secco, la gola dell’ugello può essere soltanto leggermente più grande del granulo di ghiaccio secco accelerato.
La Tabella posta a destra indica la misura approssimativa di una gola rotonda dell’ugello per quattro livelli diversi di pressione con un costante flusso d’aria e la tipica velocità del flusso disponibile per le operazioni di pulizia.
A pressioni più alte, la grandezza dei granuli di ghiaccio secco deve essere più piccola per adeguarsi alla misura della gola più piccola. Il getto ad alta pressione è inteso come granelli piccoli di alta velocità con alta densità del flusso.
Di nuovo, questo profilo del granulo è più adatto per rimuovere rivestimenti duri come la vernice.
La Tabella riporta un diametro più grande della gola che corrisponde alle operazioni a bassa pressione. Come descritto sopra, granuli grandi con bassa densità del flusso è ideale per la pulizia dei rivestimenti morbidi.

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