UME Ultrasound Micro-cut Ecosustainable

LIFE06 ENV/IT/000254 UME Ultrasound Micro-cut Ecosustainable

Iride S.r.l. IRIDE S.r.l. Our company was established in 1985 as supplier of cutting and rectification services for the ceramic tile industry and following the market trend over the years it has reported significant growth. Today it boasts a great experience in third party processing and offers high quality services to some of the most important manufacturers. The company has always paid particular attention to the technological and environmental aspects of this sector and over the years it has observed the changes in production methods trying to interpret future trends; over the years, in fact, the production of ceramic wall and floor tiles has passed from a phase in which the products were produced in the final format and dimension to the current phase in which a single large size format is produced and then cut to obtain smaller formats; the latter simplifies the pressing, decorating and sintering processes but at the same time significantly increases the cutting and rectification processes. The exponential increase of the processing operations mentioned above has led to an increase in water consumption, consumption of abrasive wheels, used for both cutting and rectification, and production of processing sludge and sub-products which are rarely reusable and that must be disposed of in disposal centres with heavy economic and environmental impact. In order to try and tackle this increasing problem, considering also the European scale of tile manufacturing, Iride S.r.l. started to study different possible technical solutions to the solve the problem: first of all it introduced the existing cracking technology as alternative to the wet cutting system, thus eliminating part of the water consumption. This technology however does not guarantee, on its own, an accurate linearity of the fracture line therefore wet rectification is then necessary. Following preliminary studies and research, we examined the possibility of using the cracking system and “guiding” the tile fracture using ultrasounds to make the rectification process significantly less impacting and polluting: this led to the development of the U.M.E. project which was included in the Life programme and received the relevant financing which has allowed the company to successfully complete the demo plant.

Iride S.r.l.

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La nostra azienda è nata nel 1985 come fornitrice di servizi di taglio e rettifica all’industria ceramica ed ha avuto negli anni una forte espansione, seguendo il trend del settore. Oggi vanta una grandissima esperienza nelle lavorazioni conto terzi ed una conseguente elevata qualità dei servizi offerti, potendo annoverare fra i clienti i produttori più importanti. Da sempre attenta alle problematiche di settore di tipo tecnologico ed ambientale, da molti anni osserva i cambiamenti nei metodi produttivi e cerca di interpretarne le tendenze per il futuro; nel tempo infatti la produzione di piastrelle ceramiche, da pavimento o rivestimento che siano, è passata da una fase in cui i prodotti erano creati già del formato e delle dimensioni finali, ad una fase, quella attuale, nella quale si tende a produrre un unico formato di grandi dimensioni dal quale poi, per tagli successivi, ottenere i formati più piccoli, semplificando la fase di pressatura, decorazione e sinterizzazione del pezzo ma incrementando notevolmente le operazioni di taglio e rettifica. L’aumento esponenziale delle lavorazioni citate si è trascinato anche l’aumento conseguente dei consumi di acqua, di consumi di mole abrasive, usate sia per il taglio che per la rettifica, e la produzione di fanghi di risulta, sottoprodotti difficilmente riutilizzabili e per lo più da smaltire in discarica con pesanti oneri sia economici che ambientali. Per tentare di far fronte a questo problema, sempre maggiore, considerando anche la dimensione europea della produzione ceramica, l’Iride S.r.l. ha iniziato a studiare diverse possibilità di soluzioni tecniche al problema: ha dapprima introdotto lo spacco, tecnologia esistente, quale alternativa al taglio ad acqua, riuscendo ad eliminare parte del consumo di acqua. Tale tecnologia però non garantisce, da sola, una linearità precisa della linea di frattura e costringe comunque ad una rettifica ad acqua a posteriori. Attraverso alcuni studi e ricerche preliminari abbiamo verificato la possibilità di utilizzare il sistema di spacco, “guidando” la frattura nella piastrella mediante l’applicazione di ultrasuoni, rendendo il processo di rettifica sensibilmente meno invasivo ed inquinante: questo ha portato allo sviluppo del progetto U.M.E., che ha ricevuto il riconoscimento del Life con il relativo finanziamento ed ha permesso all’azienda di ultimare con successo l’impianto dimostrativo.

U.M.E. Project

(Ultrasound Microcut Ecosustainable) This is how the U.M.E. project was born; it was appreciated and financed by the European Union through the Life Programme dedicated to the protection of the environment. The basic idea was to apply ultrasound technology to create a practically perfect fracture during the tile cracking process, thus making the following rectification phase almost superfluous with a significant reduction of the negative environmental aspects of the process. The objectives were: - Elimination of cutting sludge (-100%) - Drastic reduction of rectification sludge (-90%) - Drastic control of processing waste (-90%) - Significant positive energy balance, specifically as regards cutting (-98%) - Suppression of water consumption (-100%) - Elimination of resin or cement binder based wheels currently used - Significant reduction of noise pollution to 3-5 dB and consequent improvement of the working environment.

Il progetto U.M.E.

(Ultrasound Microcut Ecosustainable)

Il progetto U.M.E.

(Ultrasound Microcut Ecosustainable) Nasce così il progetto U.M.E., apprezzato e finanziato dall’Unione Europea attraverso lo strumento dedicato all’ambiente, il Programma Life. L’idea di fondo è l’applicazione tecnologica di ultrasuoni per poter creare una frattura pressoché perfetta durante l’operazione di spacco della piastrella, rendendo quasi superflua la successiva fase di rettifica, riducendo sensibilmente gli aspetti ambientalmente scomodi del processo. Gli obiettivi prefissati erano: - l’eliminazione dei fanghi di taglio (-100%); - la drastica riduzione dei fanghi di rettifica (-90%); - il drastico contenimento degli scarti di lavorazione (-90%); - un consistente bilancio energetico positivo, specifico del taglio (98%); - la soppressione dei consumi d’acqua del processo (-100%); - il disuso delle mole resinoidi od a legante cementizio di attuale normale impiego; - il notevole attutimento dell’inquinamento acustico compreso tra i 3 ed i 5 dB con il conseguente quanto prevalente miglioramento delle condizioni di lavoro degli addetti;

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The project implemented a cutting system assisted by ultrasounds, in which a pulsating load, with frequency established according to the characteristics of the material to be cut, creates the best conditions so that the fracture can spread in the required way (straight, without branching and with smooth fracture surfaces). From a system engineering point of view, the heart of the new system is made up of the knife which typically makes up the cracking system. In this system, a gripping system blocks the piece in the optimal position and a mobile “knife” in intermediate position between the two parts of the material to be separated applies the load, creating a maximum bending moment precisely where the knife is. On the material section, this translates into a traction force, which is at its maximum on the surface and which, after passing a critical point, leads to the rapid fracture of the material. Since critical conditions are affected by the presence of faults, such as fissures or incisions, to provide an initial fracture guideline, the material to be cut is first of all scored using a hard and abrasion-resistant tool, which scratches the surface to be cut to a controlled depth. To make sure the fracture spreads as required, this knife is connected to two ultrasonic transducers, which make it vibrate at very high frequencies, creating a loading/unloading cycle that is repeated several times in one second. The frequency and acting load are modulated accordingly. The project was carried out as foreseen with small adjustments and technical modification; the main problems faced by the technicians concerned the positioning of the ultrasonic transmitters (sonotrodes), the definition of the most suitable frequencies according to the type of material and of the power to be applied.

Il progetto U.M.E.

(Ultrasound Microcut Ecosustainable)

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Il progetto ha visto l’implementazione di un sistema di spacco assistito da ultrasuoni, in cui un carico pulsante, con frequenza regolata in funzione delle caratteristiche del materiale da trattare, permetta di instaurare le condizioni migliori affinché la frattura si propaghi con le modalità desiderate (rettilinea, senza ramificazioni e con superfici di frattura lisce). Da un punto di vista impiantistico, il cuore del nuovo sistema è costituito dal coltello che tipicamente compone un sistema di spacco. In questo sistema, un sistema di afferraggio blocca il pezzo in posizione ottimale ed un “coltello” mobile in posizione intermedia tra le due parti di materiale da separare applica il carico, creando un momento flettente massimo proprio in corrispondenza del coltello stesso. Sulla sezione del materiale, ciò si traduce in uno sforzo di trazione, massimo in superficie, che, superato un valore critico, porta alla rapida frattura del materiale. Dal momento che le condizioni di criticità sono influenzate dalla presenza di difetti, quali fessure o incisioni, per fornire una prima guida alla frattura, il materiale da tagliare viene pre-inciso, mediante l’azione di un utensile duro e resistente all’abrasione, che ricaverà sulla superficie da tagliare un incavo (graffio) di profondità controllata. Affinché la frattura si propaghi con le modalità auspicabili, tale coltello è stato collegato a due trasduttori di ultrasuoni, che lo pongono in vibrazione a frequenze elevatissime, creando un ciclo di carico e scarico che si ripete moltissime volte in un secondo. La frequenza ed il carico agente sono modulate opportunamente. Il progetto si è svolto secondo quanto previsto, con minimi aggiustamenti e modifiche tecniche; le difficoltà maggiori che i tecnici hanno dovuto affrontare hanno riguardato il posizionamento degli emettitori di ultrasuoni (sonotrodi), l’individuazione delle frequenze più idonee per ogni tipologia di materiale, la potenza da applicare.

From a technical point of view, the project was carried out in partnership by two companies (Iride S.r.l. e Cerabra S.r.l.) part of the same group, each one specialised in different types of products and formats in order to cover the highest possible number of cases and obtain processing parameters as complete as possible. A number of important changes were made to the cracking systems in order to isolate the part subjected to ultrasounds from the rest of the equipment to avoid problems of wear and early breakage. The gripping system and scoring system also had to be redesigned and modified: in fact in the original project ultrasounds were also applied to the scoring system but testing showed a poor performance and anomalous wear. The results obtain successfully meet expectations and can be summarised and quantified as follows: - Elimination of cutting and rectification sludge equal to about 1.7 Kg of sludge per square metre of product - Reduction of processing waste equal to about 1.08 Kg per square metre of product - Elimination of water consumption in cutting operations equal to 3 l/m2 - Increased energy saving equal to 0.62 Kw/m2 - Reduction of the plant’s noise pollution by 4 dB. These results also offer interesting economic advantages as regards the industrialisation of the project. An important part of the project was the dissemination phase to transfer the idea to other industries in the same sector or similar sectors like the natural stone processing sector; to fully achieve the objective, we involved in the partnership the Amsterdam-based group Grontmji Carl Bro, a large company that operates in international communications; this company involved the European institutions by sending newsletters and information material. In this way, we contacted Eurochambres (European Association of Chambers of Commerce), public institutions, trade associations and similar companies.

Il progetto U.M.E.

(Ultrasound Microcut Ecosustainable)

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Il progetto è stato condotto, dal punto di vista tecnico, da due aziende in partenariato (Iride S.r.l. e Cerabra S.r.l.) del medesimo gruppo, ognuna esperta in diverse tipologie di prodotto e di formato, così da riuscire a coprire una casistica maggiore ed avere parametri di lavorazione il più completi possibile. E’ stato necessario apportare diverse ed importanti modifiche agli impianti di spacco per poter isolare la parte interessata dagli ultrasuoni dal resto dell’apparecchiatura, evitando problemi, rotture precoci, usure. E’ stata necessaria la riprogettazione e relative modifiche al sistema di afferraggio e dell’incisore di spacco: il progetto iniziale prevedeva infatti l’applicazione degli ultrasuoni a quest’ultimo ma test sperimentali hanno rivelato usure anomale e scarso rendimento. I risultati ottenuti sono conformi alle aspettative e possono essere riassunti e quantificati come segue: - eliminazione dei fanghi di taglio e rettifica nella misura di circa 1,7 Kg per mq di prodotto; - riduzione degli scarti di lavorazione, quantificati in 1,08 Kg per mq di prodotto; - azzeramento dei consumi di acqua nelle operazioni di taglio dell’ordine di 3 lt/mq; - elevato risparmio energetico, nell’ordine di 0,62 Kw/mq; - riduzione di circa 4 dB dell’inquinamento acustico dell’impianto. In queste condizioni risultano interessanti anche i vantaggi economici dovuti all’industrializzazione del progetto. Parte importante del progetto ha riguardato la disseminazione, grazie alla quale l’idea potrà essere trasferita ad altre industrie dello stesso settore o di settori affini, come quello della lavorazione delle pietre naturali; per adempiere allo scopo in modo ottimale abbiamo coinvolto nel partenariato una grande azienda attiva nelle comunicazioni internazionali, il gruppo Grontmji Carl Bro con sede ad Amsterdam, che si è preoccupato di coinvolgere istituzioni europee tramite l’invio di newsletter e di materiale informativo. Sono state così contattate le Eurochambre europee, diverse istituzioni pubbliche, associazioni di categoria ed aziende affini.

Gli impianti The equipment

Sistema di trasporto e bloccaggio

Cabina di protezione della linea pilota

Modulo di caricamento esterno

Handling and blocking system

Protection cab of the pilot plant

External loading system

Centralina di controllo del sistema di movimentazione e bloccaggio e alimentatori dei sonotrodi

Applicazione dei sonotrodi al “coltello” di spacco ad ultrasuoni

Prove di spacco ad ultrasuoni

Control box of the handling and blocking system and power of sonotrode

Application of the sonotrodes in the ultrasound cracking cutter

Ultrasuond cracking tests

The LIFE Programme In the last decades, the growing and widespread awareness of the need to preserve the territory in which we live and consequent rising collective pressure to safeguard the environment have brought all national and European public economic planning structures to question themselves about the ecological impact of economic activities in general and about the possibility of influencing them by searching for profitable and eco-friendly solutions. Since the 80s, the European Community has always been sensitive to this matter and active in this sector, at first by financially supporting environmental projects for the protection of dying species or natural habitats, and then by encouraging actions aimed at the sustainable management of different types of waste or reducing pollution. The first LIFE programme (LIFE I) was created in 1992. Other successful LIFE programmes followed. Our company benefited from the second to last programme which was called LIFE III. LIFE III This programme was divided into three thematic components: Life-Nature, Life-Environment and Life-Third Countries with different specific objectives but the common purpose of contributing to the improvement of the environment in which we live; this programme financed with important amounts demonstrative projects of great environmental value. LIFE-Nature supported nature conservation projects that maintain or restore natural habitats and/or species populations. LIFE-Third Countries was meant for non-EC countries that are in the Mediterranean area and in a strategic position in environmental terms for Europe. This programme is aimed at developing environmental national policies of the said countries. LIFE-Environment, which also funded our company, supported the development of innovative clean and eco-friendly techniques and method in any sectors that could be transferred and reproduced to multiply the environmental benefits. The general purpose of LIFE-Environment was to contribute to the development of innovative techniques and methods in environmental terms by co-financing demonstrative projects with grants supplied directly by the European Commission. The programme aimed to fill the gap between the results of research and development activities and their implementation on a large scale.

Il Programma LIFE

Il Programma LIFE

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La consapevolezza sempre più forte e generalizzata della necessità di salvaguardare maggiormente il territorio in cui viviamo e le conseguenti crescenti spinte collettive di tutela ambientale degli ultimi decenni hanno portato tutte le strutture di pianificazione economica, nazionali ed europee, ad interrogarsi riguardo all'impatto ecologico delle attività economiche in generale ed alla possibilità di influenzare queste ultime indirizzandole verso la ricerca di soluzioni economicamente vantaggiose e contemporaneamente rispettose dell'ambiente. La Comunità Europea fin dagli anni '80 è sempre stata sensibile ed attiva in questo settore dapprima sostenendo finanziariamente iniziative di carattere ambientalistico volte alla protezione di specie a rischio o di habitat naturali, successivamente incoraggiando azioni volte alla gestione sostenibile dei rifiuti di diversa natura o a ridurre l'inquinamento. Nel 1992 nacque infatti il primo programma LIFE (LIFE I). In seguito i programmi LIFE si sono succeduti negli anni con grande successo. Il penultimo, denominato LIFE III, del quale la nostra azienda ha potuto beneficiare. LIFE III Suddiviso in tre settori di intervento, Life Natura, Life Ambiente e Life Paesi Terzi, che hanno avuto obiettivi specifici differenti ma lo scopo comune di contribuire al miglioramento dell'ambiente in cui viviamo, ha finanziato con importanti contributi progetti dimostrativi con forte valenza ambientale. Life Natura era dedicato a progetti di salvaguardia di specie ed habitat. Life Paesi Terzi era rivolto a paesi non facenti parte dell'Unione Europea ma che si collocano nell'area mediterranea e quindi di carattere strategico dal punto di vista ecologico per l'Europa ed e volto a sostenere progetti tendenti a sviluppare la politiche ambientali nazionali di questi paesi. Life Ambiente, attraverso il quale anche la nostra azienda ha potuto essere finanziata, era dedicato ad incoraggiare lo sviluppo di tecnologie pulite e rispettose dell'ambiente in qualsiasi settore, appoggiando progetti che potevano essere trasferiti e replicati per moltiplicarne i benefici ambientali. L’obiettivo generale di Life Ambiente era quello di contribuire allo sviluppo di tecniche e metodi innovativi in materia di ambiente con il cofinanziamento di progetti dimostrativi, attraverso contributi erogati direttamente dalla Commissione Europea. Il programma si prefiggeva di colmare la lacuna esistente tra i risultati delle attività di ricerca e dello sviluppo da un lato, e la loro realizzazione su grande scala dall'altro.

To that end, the programme promoted demonstrative projects that could contribute to the practical implementation of the EC policy defined by the Sixth Action Programme for the Environment. In particular, LIFE-Environment financially supported actions and projects involved in the following thematic areas: · Land development and planning; · Management of groundwater and surface water; · Minimization of environmental impact of economic activities; · Prevention, reuse, recovery and recycling of waste streams; · Product integrated policy. The main characteristics that Life- Environment projects had to show were the demonstrative, pilot or exemplary nature of techniques or methods used, innovative character and transferability to other companies of the sectors concerned and other industrial sectors in Europe. In 2007 LIFE III was replaced by the LIFE + programme which covers the 2007-2013 period. More detailed information is available on the EC website, in the section dedicated to the Life Programme:

http://www.europa.eu.int/comm/environment/life/home.htm

Il Programma LIFE

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A questo scopo venivano promossi progetti dimostrativi che contribuissero all'attuazione pratica della politica comunitaria definita dal Sesto Programma d'Azione per l'Ambiente. In particolare, Life Ambiente sosteneva finanziariamente azioni e progetti riconducibili alle seguenti aree tematiche: · Pianificazione e valorizzazione del Territorio; · Gestione delle Acque; · Impatto delle Attività Economiche; · Gestione dei Rifiuti; · Politica Integrata dei Prodotti. La caratteristica fondamentale che i progetti Life Ambiente dovevano possedere era la natura dimostrativa, pilota, o esemplare, delle tecniche e delle metodologie utilizzate, l'aspetto innovativo e di trasferibilità verso l'insieme del settore interessato e verso altri settori industriali in Europa. Nel 2007 il LIFE III si è trasformato in LIFE+ e comprenderà il periodo 2007-2013. Informazioni più dettagliate ed approfondite sono disponibili direttamente sul sito della Comunità, nella sezione dedicata al Programma LIFE, all'indirizzo internet: http://www.europa.eu.int/comm/environment/life/home.htm

Sede Legale: via Viazza, 10 - 41042 Fiorano Modenese (MO) Sede Produttiva: via Giardini, 32 - 41042 Fiorano Modenese (MO) - Tel. +39 0536 921070 Uffici: via Adda, 50/D - 41049 Sassuolo (MO) - Tel. +39 0536 815674 www.iride-srl.com [email protected]

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