Impianto pilota per estrazione automatica di fibra di ginestra

Abstract

La tesi di dottorato che è stata illustrata si colloca nell’ambito dell’ingegneria meccanica e più specificatamente nell’area di robotica e automazione. Lo scopo della tesi è stata la progettazione e realizzazione di un impianto automatizzato per l’estrazione di fibre dalla pianta di ginestra. L’impianto, attualmente allocato nel capannone dell’ex-Dipartimento di Difesa del Suolo Vincenzo Marone dell’Università della Calabria (località S. Antonello di Settimo di Montalto), consente di estrarre fibra di ginestra in maniera efficace. Come si è detto nei capitoli precedenti, le fibre di ginestra possiedono ottime proprietà fisico-chimiche e si prestano a molteplici applicazioni. Inoltre, si noti come in questi ultimi anni ci sia un interesse crescente nella ricerca di materiali di derivazione naturale e a basso impatto ambientale. I settori di utilizzo di questa fibra spaziano dal settore tessile alla bio-edilizia, dalla cosmetica alla medicina, ma anche nel settore automotive, nella depurazione dai metalli pesanti e in molte altre applicazioni industriali. Attualmente l’estrazione di fibre vegetali attraverso trattamenti di tipo chimicofisico o microbiologico è quasi esclusivamente affidato a lavorazioni manuali, ciò rende questa attività costosa e rischiosa per il lavoratore, che molto spesso entra in contatto con sostanze pericolose per la salute. Scopo dell’impianto realizzato è quello di estrarre fibra di ginestra in maniera automatizzata, per ridurre al minimo l’utilizzo di personale, e sopratutto annullare il contatto con sostanze potenzialmente nocive. Per progettare l’impianto, si è partiti dall’analisi della possibile sequenza di operazioni necessarie per estrarre le fibre di cellulosa e le ramificazioni esterne (vermene), che potrebbero essere utilizzate come isolante termico. Si sono divise le diverse operazioni, necessarie per la produzione della fibra, in sei stazioni di lavorazione fisicamente separate. Tutte le scelte effettuate evitano l’utilizzo di materiale monouso. Per questo motivo, quasi tutti i componenti sosono in acciaio inossidabile, anche per la presenza di sostanze corrosive nel ciclo. Per trasferire le piante da una stazione di lavoro all’altra sono state impiegate delle barre, appositamente progettate per velocizzare le operazioni di aggancio-sgancio delle ginestre. In più per ridurre al minimo il costo del lavoro, soltanto nella prima stazione sarà necessario l’intervento di un operatore, mentre tutte le rimanenti saranno automatizzate. Inoltre le sei stazioni sono state posizionate in una linea di montaggio a circuito chiuso, che parte dalla stazione di carico e termina con la stazione di separazione delle piante dalle barre, per riavviare il ciclo immediatamente dopo. La prima stazione è quella adibita al carico delle ginestre sulle barre. Questa è l’unica stazione controllata direttamente dall’operatore, che provvederà ad agganciare le ginestre sulle barre di acciaio inossidabile. Nella seconda stazione le barre porta ginestre vengono calate nella vasca di macerazione, contenente una soluzione al 5% di idrato sodico e tenuta alla temperatura di 80 °C. Le barre, quindi, vengono spostate da un’estremità all’altra della vasca e qui le ginestre macerano per un tempo di circa 20 minuti, arrivando così alla terza stazione. Terminata la fase di macerazione, sarà possibile prelevare la barra porta ginestre dalla vasca ed effettuare una prima spremitura delle ginestre. Si arriva alla quarta stazione che si occupa del lavaggio delle ginestre dalla soluzione di idrato sodico, che viene recuperata, filtrata e reimmessa nella vasca di macerazione. Dopo questa fase si arriva alla quinta stazione, dedicata al distacco delle fibre dalle piante di ginestra, utilizzando getti d’acqua in pressione e spazzole appositamente realizzate. In fine, nella sesta stazione, vengono liberate le piante prive di fibre dalle barre porta ginestre. La barra, oramai libera, verrà impegnata nuovamente nella prima stazione per avviare un nuovo ciclo di carico. Durante la progettazione e la costruzione dell’impianto di tesi, è stato redatto e approvato un brevetto [8], mentre un terzo brevetto, sulle spazzole di estrazione, è in fase di stesura. Nel prossimo futuro verranno ottimizzati i vari processi automatici dell’impianto agendo sul software di controllo e anche su alcuni meccanismi già realizzati, qualora fosse necessario. Ad esempio si potrebbero ridurre il numero di stazioni, unendo la quarta stazione con la quinta per effettuare lavaggio delle ginestre ed estrazione delle fibre in un unico passaggio. Oppure si potrebbero combinare la prima stazione con la sesta stazione per rendere più efficiente la procedura di carico e scarico delle barre porta ginestre. Tutto questo nell’ottica di poter continuamente migliorare l’impianto proposto in questa tesi e renderlo sempre più efficace ed efficiente. Inoltre non è esclusa la possibilità di utilizzare l’impianto anche per l’estrazione di fibra da piante quali canapa, lino, ecc. Terminata l’ottimizzazione dell’impianto pilota si cercherà di realizzare altri impianti in ginestreti già esistenti per effettuare estrazione di fibra in filiera corta e rendere remunerativi terreni altrimenti poco appetibili economicamente.