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Casi di studio

feb 03, 2020

Essiccatoi tessili, quale scegliere?

 

Quando si deve decidere l'acquisto di un impianto tra diversi tipi che presentano le medesime funzionalità, i criteri più importanti da prendere in considerazione sono:

  • la qualità (cioè il valore aggiunto) dei prodotti che si ottengono;
  • i costi totali derivanti dall'utilizzo di ciascun tipo di impianto.

Se questi criteri sono importanti quando si confrontano impianti che effettuano la stessa operazione con tecnologie simili, lo sono ancora di più quando si confrontano impianti che impiegano tecnologie differenti.

Per esempio, quando si prende in considerazione l'essiccazione di fibre e filati dopo tintura o altro trattamento a umido, diverse tecnologie sono disponibili a tale scopo: metodi "convenzionali", dove il prodotto tessile è riscaldato / essiccato da un flusso di aria calda o, in alternativa, si possono impiegare le "radiofrequenze", dove il prodotto è riscaldato / essiccato in modo endogeno (volumetrico) grazie ad un campo elettromagnetico opportunamente generato.

Qui di seguito chiariremo le ragioni di questa affermazione, fornendo spiegazioni teoriche ed evidenze sperimentali.

 

Camere e cabine di essiccazione


Si tratta dei sistemi più semplici e più vecchi, che attualmente occupano un ruolo marginale negli stabilimenti tessili di tutto il mondo, a causa di alcuni grossi svantaggi:

  • tempi di essiccazione estremamente lunghi e variabili;
  • difficoltà nel controllare il contenuto di umidità residua nel prodotto;
  • necessità di spazi ampi nello stabilimento a causa degli ingombri molto grandi degli impianti, soprattutto se rapportati al rendimento in produzione;
  • efficienza energetica molto bassa.

Come logica conseguenza perciò, le camere e le cabine di essiccazione vengono usate molto raramente, principalmente per l'essiccazione di piccole partite di prodotto tinto o di materiali molto delicati che non possono sopportare gli stress termici e/o meccanici cui sarebbero sottoposti con l'uso di altri impianti di essiccazione.

Per i motivi esposti sopra, non prenderemo oltre in considerazione questo metodo di essiccazione.

 

Essiccatoi a camera e semi-rapidi


Questi essiccatoi hanno goduto e godono tuttora di una certa popolarità grazie all'investimento ragionevolmente basso che richiedono all'inizio e al livello di rendimento accettabile che presentano in termini di tempi di essiccazione, costi di esercizio e qualità dei prodotti essiccati.

D'altra parte però, la maggior parte degli utilizzatori riscontra degli svantaggi che rendono questi essiccatoi ben lontani dall'essere la soluzione ideale ai problemi dell'essiccazione di filati all'interno di una tintoria moderna.

Gli inconvenienti che si riscontrano più di frequente sono:

  • tempi di essiccazione lunghi con corrispondenti alti consumi di energia nell'essiccazione di rocche dense (molto compatte o con filato avvolto molto stretto), di filati a titoli fini e di rocche di grande diametro;
  • tempi lunghi anche per l'essiccazione senza ingiallimento di bianchi candeggiati e colori pastello, dovuti alla necessità di mantenere bassa la temperatura dell'aria;
  • necessità di caricare accuratamente le rocche sui porta-materiale o sui carrelli per evitare che il flusso d'aria scelga delle vie preferenziali causando gravi diminuzioni nell'efficienza del trattamento e allungando i tempi di essiccazione;
  • le condizioni ambientali esterne (temperatura dell'aria, umidità) influenzano pesantemente l'efficienza del trattamento, facendo variare in modo consistente i tempi di essiccazione tra le varie partite;
  • poiché il tempo di essiccazione è condizionato pesantemente da troppe variabili che non possono essere controllate, è difficile prevedere e regolare di conseguenza la fine del ciclo di essiccazione per ogni partita, perciò sotto- o sovra-essiccazioni sono abbastanza frequenti;
  • lo strato superficiale delle rocche si sporca (il fenomeno è molto evidente nei bianchi e nei colori pastello) a causa della grande quantità di aria esterna che passa attraverso il filato, nonostante una pulizia accurata e frequente dei sistemi di filtraggio;
  • l'umidità residua si distribuisce in modo disuniforme in rocche della stessa partita, a seconda della loro posizione nel carrello;
  • rocche di diametri differenti o con filato avvolto con densità diverse non vengono essiccate in modo uniforme;
  • il contenuto di umidità residua all'interno di ciascuna rocca non è distribuito uniformemente;
  • la sovraessiccazione dell'intera partita si rende necessaria per evitare la presenza di zone umide all'interno delle rocche;
  • il filato richiede un lungo periodo di condizionamento dopo l'essiccazione;
  • si possono verificare spostamenti ed evaporazioni degli ammorbidenti e di altri prodotti di finissaggio;
  • non è possibile sfruttare completamente la potenza nominale dell'impianto quando si devono essiccare piccole partite diverse. Le difficoltà maggiori si verificano quando si hanno piccole partite diverse per colori e/o per dimensioni, per problemi di contaminazione del colore e/o per differenze nei tempi di essiccazione richiesti. Si comprende quindi facilmente come usare l'impianto caricato solo parzialmente porta ad un aumento dei costi per ogni kg di prodotto;
  • le operazioni di carico e scarico dei carrelli / porta-materiale richiedono l'uso di molta manodopera, a meno che il sistema non sia completamente automatizzato (ma questa soluzione è molto costosa e poco flessibile);
  • l'essiccatoio può essere usato solo ed esclusivamente per rocche, e questo è uno dei maggiori inconvenienti in tutte le tintorie dove si trattano diversi prodotti tessili in varie forme quali fiocco, matasse, tops, ecc.

Detto questo, possiamo affermare che gli essiccatoi a camera e semi-rapidi sono una soluzione praticabile ed economicamente conveniente solo nel caso di rocche piccole e regolari di filato soffice, specialmente sintetico o misto, in titoli grossi, tinto in partite di dimensioni medie; solo a queste condizioni infatti si raggiunge un compromesso accettabile tra qualità e costi.

Nel caso invece di: rocche molto grandi, con filato avvolto molto stretto o compresso, o dal peso non costante; filati in titoli fini o altamente idrofili o delicati; partite diverse per dimensioni e colori, specialmente se di filati bianchi o colori pastello, ecc.; in tutti questi casi gli essiccatoi a camera o semi-rapidi non rappresentano la soluzione consigliabile.

 

Essiccatoi rapidi - a pressione


Molti costruttori di macchinari per la tintura di filati tessili hanno incluso nella loro gamma di prodotti i cosiddetti essiccatoi rapidi o essiccatoi a pressione: vengono costruiti con gli armadi aventi le stesse dimensioni delle vasche di tintura, in modo che i carrelli con il materiale da asciugare possano essere inseriti direttamente negli armadi degli essiccatoi, dove avrà luogo sia l'idroestrazione che l'essiccazione. E' questo il maggior vantaggio degli essiccatoi rapidi o a pressione, che richiedono quindi poca manodopera: nello stesso impianto e a seguito di un'unica, veloce operazione di carico, si estrae l'acqua non legata al filato e lo si essicca.

Un altro vantaggio, specialmente rispetto agli essiccatoi a camera e semi-rapidi, è il breve tempo richiesto per essiccare i vari prodotti, che normalmente non va oltre le due ore – almeno per quanto riguarda gli impianti più nuovi ed efficienti.

D'altra parte, però, gli essiccatoi rapidi / a pressione hanno diversi svantaggi tecnici ed economici: possiamo dire che questi impianti sono soggetti a tutti i problemi connessi ai metodi di essiccazione convenzionali per mezzo di aria calda, e talvolta li esasperano, a causa del forte flusso di aria passante e degli alti gradienti termici raggiunti all'interno delle rocche. Sono presenti quindi tutti i problemi descritti sopra per gli essiccatoi a camera e semi-rapidi, tranne quelli dovuti alle temperature esterne, all'umidità e allo sporco che si deposita sugli strati esterni delle rocche, dal momento che la circolazione dell'aria avviene in un circuito chiuso.

Ma oltre ai problemi già descritti, ulteriori gravi svantaggi sono specifici degli essiccatoio rapidi / a pressione:

  • a causa dell'alta temperatura e dell'alta pressione, il filato subisce uno stress termico e meccanico che altera in modo negativo le sue proprietà fisiche e meccaniche quali la resistenza, l'elasticità, la morbidezza e la mano;
  • per le stesse ragioni, hanno spesso luogo fenomeni di ingiallimento, scolorazione, migrazione del colore;
  • il forte flusso d'aria rende peloso il filato, con conseguenti inconvenienti in fase di tessitura;
  • i peli che si staccano dal filato si accumulano nell'impianto durante l'essiccazione, rendendo necessario eseguire frequentemente operazioni di pulizia / lavaggio degli armadi, specialmente nel caso si debbano asciugare filati in colori chiari dopo colori scuri (per evitare di dover pulire l'impianto dopo ogni ciclo di essiccazione, i costruttori raccomandano di programmare ogni giorno la sequenza colori partendo dalle tinte più chiare, ma questo non sempre risulta fattibile);
  • l'impianto in funzione è molto rumoroso e rilascia molto calore nell'ambiente circostante.

Ma lo svantaggio maggiore degli essiccatoi rapidi / a pressione è il costo molto alto di tutti i  consumi energetici.

In particolare, i consumi di elettricità e vapore sono alti per due ragioni principali: l'operazione di idroestrazione meccanica, che è il modo più economico di eliminare la grande quantità di acqua non legata al filato che esce dalle vasche di tintura, non è eseguita in modo efficiente dal trattamento a vuoto / a pressione cui il prodotto viene sottoposto; di conseguenza, resta ancora da eliminare con l'evaporazione una grande quantità di acqua. Verso la fine del processo di essiccazione, quando cioè resta da eliminare l'acqua che è strettamente legata all'interno del filato, l'efficienza del processo di trasferimento del calore dall'aria all'umidità residua è molto bassa, ed è quindi necessario spendere molta energia meccanica e termica per far evaporare la piccola quantità di acqua rimasta.

 

La tecnologia di essiccazione a radiofrequenze


Come naturale conseguenza di quanto sopra esposto, negli ultimi vent'anni la maggior parte delle tintorie di fibre e filati tessili ha adottato la tecnologia dell'essiccazione in radio frequenza: questo metodo risolve brillantemente tutti i problemi direttamente o indirettamente collegati ai fenomeni di trasmissione del calore, ed è quindi una soluzione migliore rispetto ai sistemi di essiccazione convenzionale.

Menzioniamo qui di seguito i principali vantaggi della tecnologia RF applicata all'essiccazione di filato in rocche e, più in generale, di tutti i substrati tessili:

  • tempi di essiccazione molto brevi e regolari (generalmente tra 15 e 50 minuti, a seconda del contenuto di umidità da far evaporare) per tutti i prodotti, indipendentemente dalla forma, dalla densità, dal titolo del filato, dal colore, ecc.;
  • il processo di essiccazione è perfettamente controllabile e uniforme; rimane così un contenuto umidità di ricupero (regain) molto uniforme sia all'interno della singola rocca, sia tra le varie rocche di ciascuna partita e sia tra le varie partite asciugate; non è più richiesto perciò il lungo periodo di condizionamento del filato, altrimenti necessario dopo l'essiccazione.
  • grande flessibilità dell'impianto, indipendentemente dal tipo di prodotto (rocche o matasse di filato, fibre in fiocco o tops, ecc.);
  • partite di dimensioni diverse vengono asciugate sempre con la stessa efficienza, mantenendo invariato il costo per ogni unità di prodotto;
  • l'efficienza energetica è altissima (circa il 65-70% del consumo totale di energia dell'impianto è impiegato nel processo stesso di essiccazione), senza alcuna dispersione di calore nell'ambiente circostante;
  • le condizioni ambientali esterne (umidità, temperatura) non influenzano i tempi di essiccazione e la resa dell'impianto;
  • l'impianto non richiede alcun pre-riscaldamento e il trattamento è simultaneo;
  • nessun fenomeno di ingiallimento, di scolorazione, di contaminazione tra i diversi colori;
  • non è necessario programmare la produzione della giornata tenendo conto della sequenza dei colori, né pulire di frequente l'essiccatoio;
  • non si formano peli sul filato;
  • gli strati superficiali delle rocche non vengono sporcati dall'aria passante;
  • spostamenti ed evaporazione dei prodotti di finissaggio chimici sono pressoché inesistenti;
  • le proprietà fisiche e meccaniche del filato risultano migliorate, grazie al tempo di essiccazione molto breve, alla temperatura molto bassa e all'assenza di stress meccanici;
  • in molti casi non è necessario riavvolgere il filato dopo l'essiccazione.

A questo punto si può obiettare che, mentre l'essiccatoio rapido / a pressione richiede un'unica operazione molto semplice e veloce per essiccare una partita, l'essiccatoio RF implica due operazioni separate con la presenza di molta più manodopera: prima per il carico e lo scarico dell'idroestrattore centrifugo, poi per alimentare l'essiccatoio con le rocche.

Nonostante questo però, anche nel caso di paesi dove il costo della manodopera è molto alto (per esempio in Europa Occidentale e negli USA) l'esperienza pratica di molte tintorie ha dimostrato che i costi totali dell'essiccazione RF sono significativamente più bassi di quelli degli essiccatoi rapidi / a pressione.

 

Conclusioni


Il maggior vantaggio economico nell'uso dell'essiccatoio rapido / a pressione è dato dalla facilità e velocità di carico/scarico e dal conseguente basso costo della manodopera richiesta. Per contro, i costi totali dei consumi risultano essere i più alti tra tutti i metodi di essiccazione (anche utilizzando il ricupero totale del calore) e il risparmio ottenuto con la riduzione della manodopera non è sufficiente a compensarli, neppure considerando gli alti costi di quest'ultima nei paesi dell'Europa Occidentale o degli USA. Pertanto questo metodo risulta essere in conclusione il meno economico di tutti e in generale i prodotti trattati presentano una livello di qualità inferiore.

Da un punto di vista tecnologico, la differenza maggiore tra gli essiccatoi rapidi / a pressione e gli essiccatoi a camera / semi-rapidi sta nel fatto che in questi ultimi il flusso di aria calda viene spinto attraverso il prodotto ad una velocità / pressione molto più bassa, con tempi di essiccazione conseguentemente più lunghi ma con un buon risparmio di energia meccanica / elettrica.

D'altra parte però, un flusso d'aria debole non può dar luogo alla necessaria operazione di idroestrazione meccanica, che deve perciò avvenire prima dell'essiccazione, in un impianto diverso, esattamente come avviene nel caso dell'essiccazione con impianti RF. Questo significa che, anche se i costi dei consumi sono relativamente più bassi (non molto rispetto a quelli dell'essiccazione RF),  il vantaggio principale ottenuto usando gli essiccatoi rapidi / a pressione viene completamente perso quando si usano gli essiccatoi a camera / semi-rapidi. In più permangono i problemi relativi alla qualità scadente del prodotto e alla intrinseca mancanza di flessibilità dei metodi di essiccazione convenzionali per conduzione di calore.

L'essiccazione RF, al contrario, mentre assicura un risparmio globale dei costi rispetto a tutti i metodi di essiccazione convenzionale (compresi anche gli impianti a camera / semi-rapidi di nuova generazione), è la sola tecnologia che permette il raggiungimento di altissimi livelli di qualità del prodotto e di flessibilità operazionale, con conseguente aumento del profitto finale nell'attività della tintoria.