SISTEMA INNOVATIVO DI TRITURAZIONE E DEUMIDIFICAZIONE DI BIOMASSA LEGNOSA PER L’INCREMENTO DELL’EFFICIENZA NELLA PRODUZIONE DI BIOCOMBUSTIBILI SOLIDI DA BIOMASSA VERDE Pistoia 24/03/10

Scopi del seminario  Il problema  Il progetto  Seconda fase delle attività  Sviluppi VS Risorse 24/03/2010 Pistoia

Il Problema 24/03/2010 Pistoia

Il problema 24/03/2010 Pistoia  Cosa è il pellet di legno? Segatura compattata con circa 10% di umidità

Il problema 24/03/2010 Pistoia  Cosa è il cippato?

Il problema 24/03/2010 Pistoia  Pellet  Pro: Potere calorifico (~5kWh/kg) Volumi ridotti (1/6) Semplicità di stoccaggio Bassa deteriorabiltà  Contro: Materia prima poco disponibile Tecnologie di produzione  Cippato  Pro: Costi di produzione  Contro: Difficoltà di stoccaggio Contenuto idrico oscillante tra 20% e 50%: Costi di trasporto Potere calorifico contenuto (~3kWh/kg)

Il progetto 24/03/2010 Pistoia

Il progetto  2005/ collaborazione con alcune realtà dell’Appennino Tosco Emiliano volta allo studio di soluzioni innovative implementabili all’interno della filiera legno-pellet.  Opportunità di sviluppo 24/03/2010 Pistoia

Il progetto  Laboratorio di Metodi e Tecniche per l’Innovazione (LMTI) Dip. di Meccanica e Tecnologie Industriali dell’ Università di Firenze.  STERN Progetti S.r.l. 24/03/2010 Pistoia Soggetti coinvolti

LMTI UNIFI Laboratorio di Metodi e Tecniche per l’Innovazione Dipartimento di Meccanica e Tecnologie Industriali Università di Firenze  Organico:  1 Professore Ordinario  1 Ricercatore di ruolo  3 Assegnisti di ricerca  Attività di ricerca:  impiego di tecniche e strumenti TRIZ per la progettazione concettuale dei sistemi tecnici, modellazione e analisi del ciclo di sviluppo prodotto aziendale e definizione ragionata degli interventi che privilegiano la competitività e l’innovazione  gestione della conoscenza tecnica mediante strumenti per text mining; procedure di analisi automatica di brevetti;  tecniche innovative di ottimizzazione di prodotto e di processo (ottimizzazione topologica, di forma, multiobiettivo); 24/03/2010 Pistoia

STERN Progetti S.r.l.  Stern Progetti srl Costruzioni meccaniche – automazioni  Organico: N° 3 Progettisti N° 1 Amministrativo N° 7 Lavorazione e montaggio  Attività:  La società nasce alla fine del 1990, la principale attività è la progettazione e la costruzione di macchine per fustellifici (settore calzaturiero e pelletteria), macchine speciali (prototipi) ed attrezzature su specifica richiesta del cliente, successivamente si affianca a questa attività anche la lavorazione conto terzi di particolari finiti a disegno o gruppi montati, come pezzi unici o piccole serie. La superficie coperta è di circa 1800 mt. di cui 300 destinati ad uffici e servizi e 1500 alla produzione e magazzino. In azienda sono presenti macchine utensili sia tradizionali che a controllo numerico, rettifiche, elettroerosione, carpenteria, sala di misura e controllo. 24/03/2010 Pistoia

Ruolo di LMTI nel progetto  Analisi dello stato dell’arte  Individuazione del problema  Progettazione concettuale del nuovo sistema  Analisi del problema  Identificazione del principio di funzionamento  Progettazione del prototipo  Modellazione CAD 3D  Simulazioni FEM/CFD/FSI  Supporto alla realizzazione dei disegni costruttivi  Programmazione ed esecuzione delle prove sperimentali  Sviluppo del sistema 24/03/2010 Pistoia

Ruolo di STERN nel progetto  Committente delle attività e coordinamento  Progettazione del prototipo  Realizzazione disegni costruttivi  Costruzione del prototipo  Risorse umane e di spazio per l’esecuzione delle prove effettuate 24/03/2010 Pistoia

 Analisi dello stato dell’arte Cippatura/Triturazione Compattazione Il progetto Indagine di mercato Ricerca in ambito brevettuale Classificazione dei sistemi esistenti Valutazione delle problematiche 24/03/2010 Pistoia

Il progetto  Identificazione delle problematiche relative alle varie fasi della filiera legno-pellet Cippatura Essiccazione Triturazione secondaria Compattazione CONSUMI delle fasi principali: Cippatura (15 KWh/t elettrica) Essiccazione (350 KWh/t termica) Triturazione (15 KWh/t elettrica) Pelletizzazione (60 KWh/t elettrica) 24/03/2010 Pistoia

Il progetto  Individuazione del principio di funzionamento Riscontri nello stato dell’arte Effetto termico-convettivo (SENZA APPORTO DI CALORE) Effetto di taglio Impatti ad elevata intensità Onde di pressione ultrasoniche Il sistema ad ultrasuoni consente di far vaporizzare l'acqua grazie ad onde ad ultrasuoni (18 Khz) che attraversano il mezzo. Si genera una temperatura locale di 4000 °K che genera bolle di cavitazione nel mezzo dovute a reazione chimica. 24/03/2010 Pistoia

Il progetto  Studio di soluzioni concettuali innovative Utilizzo di strumenti TRIZ per la generazione di idee solutive. Analisi multicriteriale delle soluzioni per la scelta delle migliori.  Decisione di procedere con la realizzazione di un prototipo sperimentale che implementasse le soluzioni concettuali, ma che allo stesso tempo permettesse una certa flessibilità di utilizzo. 24/03/2010 Pistoia

Il progetto  Progetto e realizzazione del primo prototipo. Progetto “Telemaco”  Selezione delle soluzioni innovative  Modellazione virtuale delle soluzioni  Progetto preliminare del sistema  Progettazione dei dettagli costruttivi  Costruzione ed Assemblaggio del primo Prototipo 24/03/2010 Pistoia

Il progetto  2007– Progetto e realizzazione del primo prototipo. 24/03/2010 Pistoia

Il progetto  2007/2008 – Prove preliminari  Primo avviamento  Caratterizzazione termo-fluidodinamica  Misure acustiche preliminari 24/03/2010 Pistoia

Il progetto  2007/2008 – Prove preliminari  Prove preliminari con materiale: Ritardi dovuti all’assenza di un sistema di alimentazione del materiale efficiente che ha reso possibile un numero limitato di configurazioni di prova. 24/03/2010 Pistoia

Il progetto  2007/2008 – Prove preliminari  Prove preliminari con materiale: caratterizzazione della materia prima ed analisi del prodotto in uscita 24/03/2010 Pistoia

Il progetto  2008 – Prove preliminari  Prove preliminari con materiale: validazione del metodo di misura dell’pesate con fornetto a microonde. campione peso umido (g)peso anidro (g)umidità (%)umidità media (%) MICRO ONDE 494,3752,4344,44% 44,54% 585,5547,2644,76% 689,7749,8944,42% UNI ,3752,0644,83% 585,5546,9945,07% 689,7749,6144,74% Prova eseguita presso il DISTAF, Dipartimento di Scienze e Tecnologie Ambientali Forestali della Facoltà di Agraria dell’Università degli Studi di Firenze 24/03/2010 Pistoia

Il progetto  Caratterizzazione del sistema  Le prove eseguite sul primo prototipo hanno reso possibile la verifica dei range operativi del sistema, permettendo la pianificazione delle prove, nonché lo studio di nuove attività di testing. 24/03/2010 Pistoia

Il progetto  Verificata l’efficienza del nuovo sistema di triturazione  Fin dal primo avviamento si sono subito evidenziate le potenzialità del nuovo sistema di triturazione, operando con cippato con un contenuto idrico del 43% in massa. 24/03/2010 Pistoia

Il progetto  Verificata l’efficienza del nuovo sistema di triturazione  Nonostante la assoluta prematurità del prototipo, i consumi sono sicuramente competitivi se confrontati con lo stato dell’arte.  Si ricorda che sono state testate solo 2 delle decine di configurazioni di prova. Consumi per triturazione di cippato umido al 43% : 37,5 [KWh/t] 24/03/2010 Pistoia

Il progetto  Rilevato effetto deumidificante  Nonostante le limitate condizioni di prova è stata comunque rilevata una deumidificazione del materiale elaborato di circa il 4% a passata. 24/03/2010 Pistoia

Il progetto  Rilevato effetto deumidificante  Si è inoltre osservata una diversa prestazione deumidificante al variare delle pezzature processate. 24/03/2010 Pistoia

Il progetto  Rilevato effetto deumidificante  Non è stato possibile caratterizzare il fenomeno nel suo complesso, in quanto l’allestimento del prototipo non permetteva di gestire separatamente i parametri funzionali del sistema.  Ulteriori campagne di prove  Nuova strumentazione  Nuovo layout sperimentale 24/03/2010 Pistoia

Il progetto  2008 – Sospensione delle prove  Sospensione delle prove sperimentali per permettere sia la modifica del prototipo in seguito ad un problema meccanico sopraggiunto in fase di test, sia per dotarsi della strumentazione necessaria alla corretta acquisizione dei dati. 24/03/2010 Pistoia

Seconda fase delle attività 24/03/2010 Pistoia

Seconda fase  2008/2009 – Riprogettazione del Sistema  Riprogettazione del prototipo in base alle esperienze acquisite sul campo: 1. Irrobustimento delle parti più sollecitate 2. Riprogettazione della trasmissione per permettere l’utilizzo di maggiore potenza, in vista di maggiori configurazioni di prova 24/03/2010 Pistoia PATENT PENDING

Seconda fase  2008/2009 – Riprogettazione del Sistema  Progetto di un impianto sperimentale completo di dispositivi di alimentazione del materiale e di raccolta del prodotto finito 24/03/2010 Pistoia

Seconda fase  2008/2009 – Riprogettazione del Sistema  Progetto di un sistema di misura ed acquisizione dati per una corretta esecuzione delle prove. 24/03/2010 Pistoia

Seconda fase  Nuovo prototipo ed impianto sperimentale  È stato costruito ed assemblato il secondo prototipo e sono stati acquistati i dispositivi elettromeccanici ed impiantistici utili alla realizzazione dell’impianto. 24/03/2010 Pistoia

Seconda fase  Sistema di misura ed acquisizione dati  E’ stata acquistata gran parte della strumentazione necessaria  E’ stato sviluppata e testata una prima versione del sistema di acquisizione 24/03/2010 Pistoia

Seconda fase  Priorità:  Ultimare la realizzazione del layout  Assemblare l’impianto completo di tutta la strumentazione 24/03/2010 Pistoia

Seconda fase  Attività sperimentali:  Valutazione dell’effetto della pezzatura sul rendimento di un normale forno essiccatore.  Caratterizzazione fluidodinamica del sistema nella nuova configurazione  Completamento del set di prove sperimentali avviato con il primo prototipo.  Valutazione dell’efficienza del sistema nelle varie configurazioni possibili 24/03/2010 Pistoia

Seconda fase  Test sperimentali mirati alla caratterizzazione del campo di pressioni all’interno della camera di sminuzzamento/deumidificazione.  Test mirati allo studio dell’effetto sul legno di campi di pressione a diverse frequenze ed intensità. (dispositivi di test aggiuntivi, ma di semplice realizzazione)  Studio dettagliato dei parametri funzionali del sistema, sia per la fase di triturazione che per la fase deumidificante.  Programmazione ed esecuzione di tutte quelle prove sperimentali che si renderanno necessarie durante il proseguire delle attività 24/03/2010 Pistoia

Sviluppi VS Risorse 24/03/2010 Pistoia

Sviluppi VS Risorse  Attività di sviluppo  A seguito delle attività sperimentali, ma anche in parallelo ad esse, ci sarà ovviamente una fase di analisi dei dati con conseguente studio di soluzioni o modifiche volte all’incremento delle prestazioni. Triturazione: -Incremento efficienza -Affidabilità -Scalabilità Deumidificazione: -Caratterizzazione dei fenomeni fisici -Caratterizzazione dei parametri funzionali del sistema -Incremento dell’efficienza -Scalabilità 24/03/2010 Pistoia

Sviluppi VS Risorse  Attività di sviluppo (maggio 2006/giugno 2010) 24/03/2010 Pistoia Attività non ancora coperte da risorse finanziarie Attività coperte con risorse Stern Progetti e UNIFI Oggi

Contatti 24/03/2010 Pistoia Office: Ing. Federico Rotini Tel Fax Lab: Ing. Lorenzo Fiorineschi Tel Fax Alessandro Tonarelli Tel Fax Progetto parzialmente finanziato dalla Regione Toscana : "Aiuti alla ricerca industriale e precompetitiva" Docup obiettivo 2 anni 2000/2006 misura 1.8 Azione "Aiuti allo sviluppo precompetitivo" D.D.R.T. N° 6427 del