ITVR20060080A1 - Dispositivo di erogazione per macchine criosabbiatrici e metodo per il trattamento di superfici - Google Patents

Description

Descrizione del trovato avente per titolo:

"DISPOSITIVO DI EROGAZIONE PER MACCHINE CRIOSABBIATRICI E METODO PER IL TRATTAMENTO DI SUPERFICIE"

CAMPO DI APPLICAZIONE

La presente invenzione riguarda un dispositivo di erogazione per macchine criosabbiatrici ed il relativo metodo di trattamento delle superfici, in particolare nel settore dell'edilizia storica e dei beni artistici ed architettonici .

Più precisamente la presente invenzione, che si inserisce nel progetto di ricerca criosabbiatura per il recupero artistico, ha lo scopo di proporre un dispositivo di erogazione di nuova concezione, in grado di ottimizzare la modalità di spruzzo del C02proveniente da una criosabbiatrice sotto forma di pellets.

L'innovazione al sistema di criosabbiatura che viene di seguito specificata, è stata suggerita dai risultati conseguiti dalle prove svolte durante le precedenti fasi del progetto ed ha l'obiettivo da un lato di contenere l'effetto abrasivo dimostrato dal sistema di criosabbiatura nei confronti di alcuni litotipi, dall'altro di migliorare l'efficacia nella rimozione di depositi superficiali da materiali scabrosi per i quali l'impiego di apparecchiature (o attrezzature) originarie (o tradizionali) non si era dimostrato particolarmente efficiente, facendo particolare riferimento ai trattamenti per il recupero di superfici di interesse storico artistico.

L'invenzione in oggetto si inserisce nel settore industriale che utilizza la tecnologia del C02per il trattamento o la criosabbiatura delle superfici, in particolare nel settore della criosabbiatura come metodo innovativo nel trattamento di superfici di interesse storico artistico.

STATO DELLA TECNICA

E' noto che la sabbiatura è una delle tecniche utilizzate per il trattamento abrasivo di superfici, ed è pure noto che, in taluni casi, la tradizionale sabbiatura è sostituita dalla cosiddetta criosabbiatura, la quale, in sostituzione della sabbia, utilizza C02allo stato solido in forma di pellets.

Le apparecchiature di criosabbiatura, o criosabbiatrici, che fanno impiego del ghiaccio secco necessitano di un generatore di aria compressa e di energia elettrica.

L'aria compressa, opportunamente trattata, viene convogliata nella criosabbiatrice al cui interno vengono inseriti dei pellets. Questi, insieme all'aria di trasporto, vengono spinti in una prima condotta, mentre nella seconda condotta viene convogliata aria compressa ad alta portata. Le condotte sono collegate, all'altra loro estremità rispetto alla macchina, ad una pistola a spruzzo, realizzata per accogliere le due canalizzazioni dalla macchina e per convogliare il getto verso la superficie da trattare.

All'interno della pistola, è disposto un convogliatore che raccoglie i due flussi di aria e di C02e li immette nel tubo di veicolamento posto all'uscita del convogliatore con direzione verso l'esterno.

A sua volta il convogliatore è costituito da un corpo tubolare cilindrico sul quale è applicata e fissata, per formare un corpo unico, una flangia provvista di una pluralità di forature assiali.

II corpo tubolare e le forature della flangia risultano quindi disposti, secondo le concezioni note, in senso coassiale.

Attraverso la flangia passa il flusso di aria compressa ad alta portata, mentre attraverso la sezione del tubolare cilindrico passa l'aria addizionata di C02.

Nei tradizionali convogliatori delle pistole di sabbiatura, il gas di spinta esce con la stessa direzione dei pellets di C02, cosicché questi vengono accelerati con un moto puramente rettilineo nel tubo di veicolamento posto all'uscita del convogliatore (foto 1), raggiungendo la superficie del materiale da trattare con una sezione d'impatto contenuta (circa 2÷3 cm con la pistola mantenuta a 20÷30 cm di distanza).

Nell'utilizzo di queste soluzioni sono stati riscontrati alcuni limiti funzionali che andiamo ad esporre.

Se tale tecnologia è adatta ad un settore generalmente riguardante il recupero e la pulizia di superfici ad elevata resistenza, si è riscontrato che per particolari utilizzi nei quali sarebbe auspicabile l'impiego della criosabbiatura, principalmente nel settore dell'edilizia storica e dei beni artistici ed architettonici, i risultati sono stati invece molto insoddisfacenti .

Infatti la criosabbiatura utilizzata con i parametri convenzionali, non ha dato i risultati desiderati, in quanto durante le prove effettuate, le superfici trattate subivano degli shock dovuti all'eccessiva violenza dei getti erogati.

Si è cercato di intervenire allora nei dosaggi della pressione di mandata del gas, ma anche questo non ha portato a risultati soddisfacenti, in quanto un abbattimento della pressione non portava ad un trattamento soddisfacente della superficie.

DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE

La presente invenzione si propone di mettere a disposizione un dispositivo di erogazione per macchine criosabbiatrici ed il relativo metodo di trattamento delle superfici, in grado di eliminare o quantomeno ridurre gli inconvenienti sopra evidenziati.

L'invenzione si propone inoltre di fornire un dispositivo di erogazione per macchine criosabbiatrici ed il relativo metodo di trattamento delle superfici che sia di semplicissima realizzazione in modo da risultare economicamente assai poco dispendioso dal punto di vista della realizzazione e dell'attuazione.

Ciò è ottenuto mediante un dispositivo di erogazione per macchine criosabbiatrici ed un metodo di trattamento delle superfici, in particolare nel settore dell'edilizia storica e dei beni artistici ed architettonici, le cui caratteristiche sono descritte nella rivendicazione principale .

Le rivendicazioni dipendenti della soluzione in oggetto delineano forme di realizzazione vantaggiose dell'invenzione .

I principali vantaggi di questa soluzione, oltre a tutti quelli che derivano dalla semplicità costruttiva, riguardano innanzitutto il fatto che si è reso possibile l'utilizzo della criosabbiatura anche per il recupero dei beni artistici ed architettonici, ovvero dell'edilizia storica in generale.

Gli adattamenti secondo l'invenzione al sistema di criosabbiatura, sono stati suggeriti dai risultati conseguiti dalle prove svolte durante le varie fasi del progetto ed hanno l'obiettivo da un lato di contenere l'effetto abrasivo dimostrato dal sistema di criosabbiatura nei confronti di alcuni litotipi, dall'altro di migliorare l'efficacia nella rimozione di depositi superficiali da materiali scabrosi per i quali l'impiego dei pellets originali non si era dimostrato particolarmente efficiente.

Abbiamo detto che nel convogliatore tradizionale della pistola di sabbiatura, il gas di spinta esce con la stessa direzione dei pellets di C02, cosicché questi vengono accelerati con un moto puramente rettilineo nel tubo di veicolamento posto all'uscita del convogliatore, raggiungendo la superficie del materiale da trattare con una sezione d'impatto contenuta.

Secondo l'invenzione è invece previsto che nei nuovi convogliatori, i fori di uscita del gas di spinta siano inclinati per formare un angolo rispetto all'asse della direzione di erogazione.

Sono stati testati con risultati particolarmente vantaggiosi inclinazioni dei fori di uscita rispettivamente di un angolo di ampio spettro da 15° a 30° rispetto all'asse della direzione di erogazione, corrispondente all'asse del tubo di veicolamento posto all'uscita del convogliatore con direzione verso l'esterno.

Secondo l'invenzione, in questo modo ai pellets di ghiaccio secco viene impressa anche un'accelerazione laterale che fa compiere un moto elicoidale all'interno del tubo di veicolamento.

La sezione d'urto dei pellets con il materiale trattato risulta quindi superiore, a parità di distanza d'impiego, rispetto all'ugello tradizionale, risultando modificato anche l'angolo d'incidenza.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

Altre caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno evidenti, alla lettura della descrizione seguente di una forma di realizzazione dell'invenzione, fornita a titolo esemplificativo, non limitativo, con l'ausilio dei disegni illustrati nelle tavole allegate, in cui :

la figura 1 rappresenta la vista schematica di un'attrezzatura per il trattamento di criosabbiatura;

la figura 2 mostra la vista schematica di una pistola per la criosabbiatura;

la figura 3 rappresenta una vista schematica di un primo convogliatore secondo l'invenzione nel quale le canalizzazioni disposte sulla flangia secondo un angolo di 30° rispetto all'asse di erogazione;

la figura 4 illustra la vista schematica di un secondo convogliatore secondo l'invenzione nel quale le canalizzazioni sono disposte sulla flangia secondo un angolo di 15° rispetto all'asse di erogazione;

- la figura 5 rappresenta una vista schematica di un convogliatore con fori disposti in asse con il tubo di veicolamento;

la figura 6 rappresenta una vista schematica di un convogliatore secondo l'invenzione;

la figura 7 è la vista schematica del particolare di una delle forature della flangia e delle sue possibili conformazioni ad asse inclinato;

- la figura 8 illustra la vista schematica di una pistola realizzata secondo gli insegnamenti che derivano dall'invenzione.

DESCRIZIONE DI UNA FORMA DI REALIZZAZIONE DELL'INVENZIONE Facendo riferimento alle figure allegate, il dispositivo di erogazione 10 secondo l'invenzione è utilizzato in abbinamento a macchine criosabbiatrici secondo uno schema indicato nella figura 1.

Con riferimento alla figura 1 l'attrezzatura per la criosabbiatura secondo l'invenzione è dunque composta da una macchina criosabbiatrice 11, generalmente posta su ruote 12, la quale è alimentata da una presa di corrente elettrica e da un presa d'aria in pressione.

La macchina criosabbiatrice 11 ha una conformazione idonea ad accogliere C02in pellet, il cui flusso abbinato ad aria in pressione, viene convogliato attraverso condotte di mandata 12 e 13 rispettivamente di aria alta portata e di aria trasportante il C02.

Le due condotte di mandata 12 e 13 sono innestate negli attacchi 14 e 15 presenti sulla parte posteriore del dispositivo di erogazione 10, il quale è pure alimentato da un cavo di connessione 16.

Il dispositivo di erogazione 10 presenta la classica forma della pistola a spruzzo ed è composto da una impugnatura 17 posta inferiormente ad un corpo 18 in cui è alloggiato un convogliatore 19.

Sul corpo 18 è innestato un tubo di veicolamento 20, o canna, posto all'uscita del convogliatore 19 con direzione verso l'esterno.

Come rappresentato nelle figure da 3 a 7, il convogliatore 19 presenta un corpo tubolare cilindrico 21 sul quale è applicata e fissata, per formare un corpo unico, una flangia 22 provvista di una pluralità di forature 23.

Attraverso le forature della flangia 22 passa il flusso di aria compressa ad alta portata, mentre attraverso la sezione del tubolare cilindrico 21 passa l'aria addizionata di C02.

Le forature 23 della flangia 22, che secondo le concezioni note risultavano disposte in senso coassiale, secondo la peculiarità dell'invenzione sono disposte inclinate.

Nei nuovi convogliatori testati i fori di uscita del gas di spinta sono stati inclinati rispettivamente di un angolo di 15° e 30°.

L'inclinazione dei fori di uscita 23 del convogliatore consente che ai pellets di ghiaccio secco venga impressa anche un'accelerazione laterale che fa compiere al flusso un moto elicoidale all'interno del tubo di veicolamento 20.

Di conseguenza la sezione d'urto dei pellets con il materiale trattato risulta superiore, a parità di distanza d'impiego, rispetto all'ugello tipo tradizionale, risultando modificato anche l'angolo d'incidenza.

Le forature di uscita 23 del convogliatore presentano un diametro medio di 7 mm.

Più in generale il diametro delle forature 23 è compreso in un range da 2 a 12 mm., con una preferenza per le grandezze intermedie.

Per quanto riguarda i pellets di ghiaccio secco, l'impiego di una nuova trafila nel processo di formatura ha permesso di ridurne le dimensioni portando il diametro a 1.5 mm e la lunghezza media a 3 mm.

Nella seguente trattazione delle prove effettuate, i pellets di nuova produzione, più piccoli, verranno identificati con la sigla "P", per distinguerli da quelli tradizionali, più grandi, che saranno invece contrassegnati con la lettera "G".

Nelle sperimentazioni si è inteso valutare se l'introduzione nel sistema di criosabbiatura delle suddette modifiche secondo l'invenzione sia in grado di limitare le abrasioni superficiali dimostrate dal sistema originale nei confronti di alcuni materiali quali pietra di Vicenza, granito, marmo di Carrara e laterizio.

Oltre a prove di abrasione sono stati eseguiti test di pulitura su campioni di marmo di Carrara, botticino e pietra d'Istria.

Le modalità di prova impiegate si differenziano in funzione del litotipo considerato e sono state studiate anche in base ai risultati ottenuti delle precedenti prove di abrasione.

Per la valutazione dell'abrasione superficiale eventualmente subita sono state eseguite indagini della morfologia superficiale dei diversi campioni prima e dopo le prove di criosabbiatura, mediante l'impiego di un profilometro laser che permette di ottenere la mappatura tridimensionale della parte trattata e di calcolarne quindi la rugosità media (Ra) come parametro caratteristico. La valutazione dell'efficacia del sistema nella rimozione del degrado superficiale è invece avvenuta mediante osservazioni sia macro- che microscopiche dei campioni tal quali e dopo il trattamento .

Dalle prove eseguite su provini di granito nella fase preliminare del progetto era emerso che tale litotipo risultava poco resistente alla criosabbiatura perché, a causa della sua elevata rigidità e natura morfologica, tendeva a perdere clasti superficiali con formazione di cavità particolarmente vistose.

Allo scopo di verificare se le modifiche introdotte riescano a limitare tali fenomeni di degrado sono state eseguite prove di abrasione su un totale di 6 campioni, tre di granito rosa e tre di granito bianco, mantenendo la portata del ghiaccio secco e la pressione di aria compressa rispettivamente ai valori costanti di 70 kg/h e 7 bar e modificando solamente, per ciascun provino, il tipo di pellets e di ugello secondo lo schema riportato nella tabella 1.

Tempo di trattamento e distanza pistola superficie vengono mantenuti costanti, rispettivamente a 30 secondi e 30 centimetri. Elenco provini di granito e condizioni di trattamento:

Già dall'apprezzamento visivo dei campioni al termine del trattamento si denota che i provini trattati con i pellets più grandi e l'ugello normale (tipo A) subiscono un consistente danneggiamento superficiale; con l'impiego dei pellets tipo P il degrado superficiale risulta molto più contenuto ed utilizzando gli ugelli tipo B o C, non si nota più alcun segno visibile di deterioramento.

Le misure profilometriche superficiali confermano quanto visto in termini macroscopici, così come si vede dalla tabella sottostante dove sono riportate le rugosità medie dei diversi campioni prima e dopo il trattamento:

si nota una netta diminuzione della rugosità media dopo trattamento passando dai pellets più grandi a quelli più piccoli, a parità delle altre condizioni di trattamento. Con l'uso dei convogliatori gas/pellets modificati (tipo con fori ad angolazione di 15° e 30°) rispetto a quello tradizionale, la variazione di rugosità rispetto ai provini tal quali si dimostra ancora più contenuta, a testimonianza del minor degrado subito dal campione.

I test eseguiti dimostrano come, pur utilizzando portate di C02e pressioni d'esercizio particolarmente elevate, le modifiche apportate al sistema ed in particolar modo alla pistola, abbiano permesso di eliminare pressoché completamente le indesiderate abrasioni superficiale del materiale.

Il test è stato effettuato anche su provini di marmo di Carrara. Dalle prove precedentemente condotte impiegando il sistema tradizionale era emerso che, a livello macroscopico, il litotipo in questione è in grado di resistere sufficientemente bene ai trattamenti di criosabbiatura; le analisi profilometriche condotte sul materiale prima e dopo il trattamento avevano comunque dimostrato una progressiva diminuzione della rugosità superficiale con la riduzione delle portate di C02e della pressione di aria compressa a testimoniare che, anche se visivamente non apprezzabile, il materiale subiva un lieve degrado.

I test per la verifica della nuova pistola e pellets sono stati effettuati su un numero di 4 provini, mantenendo costante la pressione del gas di spinta e la portata di ghiaccio secco e variando, per ciascuno di essi, il tipo di pellets e di ugello. Le condizioni operative e le rugosità medie calcolate per ciascun campione, prima e dopo il trattamento, sono elencate nella seguente tabella:

Dal primo apprezzamento visivo dopo il trattamento non si notano segni evidenti di abrasione superficiale su alcun campione; si rileva solamente per i campioni C3 e C4 una leggera perdita della lucidatura, che l'analisi profilometrica dimostra derivare dall'aumento delle rugosità medie che passano da 0.2μm a 1.7μm e 1.5μm rispettivamente. Per i provini C5 e C6, trattati invece utilizzando i pellets più piccoli e gli ugelli modificati (tipo B e tipo C - ove con B le forature sono inclinate a 15° e con C a 30°), la variazione di rugosità da prima a dopo la sabbiatura è praticamente trascurabile (da 0.2 μm a 0.3μm).

I risultati ottenuti dimostrano chiaramente come, utilizzando i due tipi di convogliatori gas/pellets modificati (tipo B e C - con fori a 15° e 30°), si riesca a ridurre fortemente l'effetto abrasivo della criosabbiatura rispetto all'impiego di quello convenzionale .

Le prove hanno inoltre dimostrato che il solo impiego dei pellets piccoli con l'ugello normale (tipo A) non comporta una significativa diminuzione dell'effetto abrasivo rispetto a quello che si verifica utilizzando i pellets grandi, a parità di pressione e di portata d'esercizio. Tale comportamento, diverso da quello che intuitivamente si potrebbe prevedere, vista la minor massa dei pellets tipo P rispetto ai G, può essere imputato al fatto che quelli più piccoli quando vengono accelerati dal gas di spinta raggiungono il campione con una velocità sensibilmente più elevata e le quantità di moto dei due tipi di pellets, al momento dell'impatto con il campione, sono sostanzialmente confrontabili.

Le prove condotte in queste sperimentazioni hanno lo scopo di valutare le modifiche apportate alla dimensione dei pellets ed al sistema di spruzzo della criosabbiatrice, verificandone sia l'effetto abrasivo che l'efficacia pulente.

Dalla valutazione complessiva delle prove di abrasione è stato possibile verificare che le modifiche apportate, in modo particolare al convogliatore gas/pellets, permettono di ridurre sensibilmente le alterazioni superficiali che il sistema tradizionale esercitava su alcuni litotipi.

Particolarmente interessanti sono stati i risultati ottenuti su materiali compatti come il marmo di Carrara ed il granito, sui quali anche il trattamento eseguito a pressioni e portate d'esercizio elevate, ha mantenuto sostanzialmente inalterate le caratteristiche morfologiche delle superfici.

Le prove di pulitura eseguite su campioni di marmo di Carrara e botticino non lucidati e caratterizzati dalla presenza di depositi particellari si è dimostrata efficacie, per il primo di questi materiali si è reso tuttavia necessario l'impiego di pressioni di azoto contenute.

Il provino in pietra d'Istria caratterizzato dalla presenza di stratificazioni di calcite ricristallizzata e da una compatta crosta nera superficiale ha invece evidenziato un'elevata degradabilità a causa della rottura degli strati di ricristallizzazione, notevolmente più fragile della matrice lapidea più interna.

Alla luce dei buoni risultati ottenuti in termini di compatibilità nei confronti dei materiali compatti si ritiene consigliabile, nel caso di interventi da eseguirsi su manufatti di particolare pregio storicoartistico, di utilizzare esclusivamente i pellets e gli ugelli modificati che, a parità delle altre condizioni d'impiego, si dimostrano nettamente meno invasivi rispetto al sistema tradizionale, che potrebbe comunque essere impiegato per altre strutture edilizie al di fuori del patrimonio dei beni culturali e costituite da materiali molto compatti.

L'invenzione è stata precedentemente descritta con riferimento ad una sua forma di realizzazione preferenziale. Tuttavia è chiaro che l'invenzione è suscettibile di numerose varianti che rientrano nel proprio ambito, nel quadro delle equivalenze tecniche.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1) Dispositivo di erogazione per macchine criosabbiatrici atte al trattamento delle superfici, in particolare nel settore dell'edilizia storica e dei beni artistici ed architettonici, detto dispositivo essendo costituito da una pistola di spruzzatura (10) facente parte di un'attrezzatura composta da una macchina criosabbiatrice (11), detta pistola di spruzzatura comprendendo una impugnatura (17) posta inferiormente ad un corpo (18) in cui è alloggiato un convogliatore (19), mentre su detto corpo (18) essendo innestato un tubo di veicolamento (20) posto all'uscita del convogliatore (19) con direzione verso l'esterno, caratterizzato dal fatto che le forature (23) poste sulla flangia (22) di detto convogliatore (19) sono disposte inclinate rispetto all'asse della direzione di uscita del convogliatore stesso.
2. 2) Dispositivo di erogazione per macchine criosabbiatrici secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che dette forature (23) della flangia (22) di detto convogliatore (19), sono inclinate rispetto all'asse della direzione di erogazione per formare un angolo posto all'interno di un range tra 1° e 45° di inclinazione.
3. 3) Dispositivo di erogazione per macchine criosabbiatrici secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che dette forature (23) della flangia (22) di detto convogliatore (19) attraverso le quali passa il flusso di aria compressa ad alta portata, sono inclinate rispetto all'asse della direzione di erogazione per formare un angolo di 15° di inclinazione.
4. 4) Dispositivo di erogazione per macchine criosabbiatrici secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che dette forature (23) della flangia (22) di detto convogliatore (19) attraverso le quali passa il flusso di aria compressa ad alta portata, sono inclinate rispetto all'asse della direzione di erogazione per formare un angolo di 30° di inclinazione.
5. 5) Dispositivo di erogazione per macchine criosabbiatrici secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l'inclinazione dei fori di uscita (23) della flangia (22) del convogliatore (19) determina una condizione secondo cui ai pellets di ghiaccio secco venga impressa anche un'accelerazione laterale che fa compiere al flusso un moto elicoidale all'interno del tubo di veicolamento 20.
6. 6) Dispositivo di erogazione per macchine criosabbiatrici secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che per la propria inclinazione dei fori di uscita (23) della flangia (22) del convogliatore (19), la sezione d'urto dei pellets con il materiale trattato risulta superiore, a parità di distanza d'impiego, rispetto all'ugello tipo tradizionale, risultando modificato anche l'angolo d'incidenza.
7. 7) Dispositivo di erogazione per macchine criosabbiatrici secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di impiegare una nuova trafila nel processo di formatura dei pellets di ghiaccio secco che permette di ridurne le dimensioni portando il diametro a circa 2 mm e la lunghezza media a circa 4 mm.
8. 8) Dispositivo di erogazione per macchine criosabbiatrici secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le forature di uscita (23) del convogliatore (19) presentano un diametro medio di 7 mm.
9. 9) Dispositivo di erogazione per macchine criosabbiatrici secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il diametro delle forature (23) è compreso in un range da 2 a 12 mm., con una preferenza per le grandezze intermedie.
10. 10) Metodo di lavorazione attuabile mediante un dispositivo (10) di erogazione per macchine criosabbiatrici secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di utilizzare forature (23), poste sulla flangia (22) di detto convogliatore (19), che risultano disposte inclinate rispetto all'asse della direzione di uscita del convogliatore stesso e di utilizzare pellet di ghiaccio secco (C02) aventi dimensioni ridotte, indicativamente con diametro di circa 1.5 mm e lunghezza media di circa 3 mm.