SURFACE FINISHING # POWDER COATING SYSTEM # CYCLONE SEPARATOR & CARTRIDGE FILTER [SPRAY BOOTH] # CURING & DRYER OVEN # PRETREATMENT & BLASTING # ALTERNATIVE ELECTRO DEPOSIT COATING

JANUARY 2011 CILEUNGSI – BOGOR

by Cremuss Tarapu

Sistem Powder Coating

Pengantar Aplikasi elektrostatik powder coating dimulai dengan fluidisasi. Fluidisasi adalah proses di mana bubuk disemprotkan bercampur dengan udara bertekanan, memungkinkan untuk dipompa dari sebuah wadah yang disediakan untuk alat { senjata ] semprot. Aliran bubuk diatur dengan mengontrol udara yang disuplai ke pompa/kompresor. Bubuk dialirkan dengan tekanan udara ke pistol semprot baik menggunakan pistol korona atau tribocharging. Partikel bubuk yang disemprot sudah terionisasi secara electrostatis dan umumnya bermuatan Negatif. Ada juga spray gun positif tapi jarang,biasanya untuk penyemprotan dengan Nylon. Barang yang disemprot dihubungkan dengan ground/arde , Karena bermuatan listrik statis , bubuk dapat menempel pada barang yang akan dicoating. Sistem Tribo mendapatkan muatan statis karena gesekan bubuk [friction].. Untuk system Corona , bubuk di charged dengan tegangan DC 60 – 100 KV. Tribo > Internal Charge. Corona > External charge.

Yang banyak dipakai metode Corona charged, karena pilihan powdernya banyak, mis: Epoxy , Polyester , Acrylic , Hybrid , Metalic dll. Penyemprotan dilakukan dalam bilik penyemprotan [spray booth/stand booth] yang dilengkapi dengan cyclone separator atau cartridge filter untuk menangani bubuk overspray. Bubuk overspray ini disedot kemudian dipisahkan kedalam tong khusus , untuk diisi lagi ke tangki spray gun/ Powder Feed Hopper.  Jarak spray gun dengan material  10 – 25 cm Kemudian barang yang sudah dilapisi, dimasukkan {dilewatkan dengan konveyor} kedalam oven [curing] dengan temperature 140 – 200 *C dengan ketebalan 30 – 80u untuk dekoratif dan 200 – 500u untuk aplikasi khusus. Bubuk Enamel dapat diterapkan dengan ketebalan 80 – 200u , tapi untuk curing membutuhkan temperature 700 – 830*C.

1/ Vent hose adapter 2/ Lid 3/Body 4/Ground stud 5/Fluidizing air connector 6/Fluidizing drum

Powder Feed Hopper [NORDSON]                                             [Coating Cileungsi ‐1   // by Cremuss Tarapu] 

Powder  Hopper  / Powder Container                                                                           

Setiap hopper terdiri plenum input udara, fluidplate (membran berpori), drum dan penutup. Ketika dirakit, udara dimasukkan ke bagian plenum, kemudian udara melewati secara merata di seluruh fluidplate kedalam bodi drum. Pada kondisi ini bubuk dalam drum tercampur udara atau terfluidisasi. Setelah fluidisasi terjadi bubuk dengan mudah diangkut ke gun melalui pompa [injector]

R-Hopper ITW Gema Reclaim System dengan Vibrator

[Coating Cileungsi ‐2 // by Cremuss Tarapu]

Spray gun

TRIBO Charging Powder Gun [Internal charge]

Spray Gun elektrostatik  [External  Charge}                                                                                                           Tipe spray gun : 1/ kaskade di unit power supply 2/ kaskade didalam spray gun [kaskade / cascade / pembangkit tegangan tinggi]

Fungsi dasar dari spray gun : • Membentuk dan mengarahkan aliran bubuk. • Mengontrol ukuran pola, bentuk dan kepadatan bubuk. • Memberikan muatan elektrostatik terhadap serbuk yang disemprot. [dengan arus DC 30 – 100 KV] • Mengontrol pengendapan bubuk ke bagian-bagian yang disemprot. Kriteria Desain Corona *Menciptakan medan listrik statis di area penyemprotan antara gun dan barang garapan , dari satu titik terkuat medan listriknya [ujung elektroda / cincin karbon nosel] *Mengisi saat kecepatan udara rendah *Mengisi saat bubuk terdispersi *Mengatur geometri elektroda pengisian sehingga aliran ion melalui aliran bubuk dan elektroda berada dalam garis lurus ke ground [garapan] ---------------------------------------------------------------------------[Coating Cileungsi -3 // by Cremuss Tarapu]

Pompa bubuk venturi [Venturi powder pump ] Bubuk disedot dari tangki hopper dan dialirkan ke gun untuk disemprot ke garapan,[pompa bubuk] menggunakan prinsip venturi. Dibawah ini adalah gbr Injector dari ITW Gema [OptiFlow], juga memakai prinsip yang sama.

Udara bertekanan ditiup dari lobang nosel kesaluran keluar, membuat saluran yang ke hopper vakum hingga menyedot bubuk, dan terbawa aliran udara keluar injector,bercampur dengan udara tambahan [suplemen] ke gun.Banyaknya aliran bubuk diatur oleh komposisi tekanan udara nosel & suplemen oleh valve regulator di mesin. Juga diameter selang, panjang selang, beda ketinggian injector dengan gun dan jenis nosel.

Contoh tabel pengaturan Optiflex ITW Gema

Sumber ; Optiflex manual

[Coating Cileungsi -4 // by Cremuss Tarapu]

                                         Transfer Efisiensi                                                                         Berapa banyak bubuk yang disemprot , berapa banyak bubuk yang melekat , berapa banyak bubuk yang jatuh sebagai overspray. Normalnya, semprotan bubuk berkabut tipis, yang menempel 75 – 80 % . Transfer muatan statis dari elektroda di ujung gun ke material garapan dengan media bubuk coating.Bubuk di “muati” oleh elektroda hingga bermuatan listrik dan bisa menempel di garapan.

                               

Mencegah  terjadinya Poor Charging & Penetration                                                    

 *Konektor ground/arde harus benar juga gantungan/hanger

*Kwalitas udara ; kering tak berair & minyak , tekanan cukup

*Barang garapan harus kering , tidak boleh lembab.

*Pemakaian jenis/model nosel disesuaikan.

* Perawatan dan pembersihan spray gun,valve , injector dll...

*Tekanan udara juga harus sesuai, udara yang terlalu kencang membuat sebagian partikel bubuk lewat tak sempat dimuati, juga karena tekanan udara yang tinggi membuat bubuk yang sudah melekat jatuh lagi.Jadi pengaturan aliran bubuk dan udara disesuaikan

*Bubuk yang terlalu banyak tidak semuanya dapat di”muati” oleh elektroda. Jadi sebagian bermuatan listrik , sebagian tidak. Kalaupun bisa, muatannya lemah,sebagian besar bubuk rontok lagi,padahal pemakaian ampere dari spray gun naik.Jadi tidak menjamin semprotan bubuk yang banyak mempercepat proses, malah jadi lebih sering membersihkan tangki penampung cyclone. [bubuk recycle yang dipakai berulang kali tak terjamin kwalitasnya] --==Terlalu sedikitpun tidak efisien dalam hal waktu.                                                                                                

[Coating Cileungsi -5 // by Cremuss Tarapu]

Efek sangkar Faraday [Faraday Cage Effect] Banyak masalah penetrasi terjadi disebabkan oleh efek sangkar Faraday. [lihat gbr] Bentuk dari garapan yang membentuk sudut agak dalam , bagian dalamnya sering agak sulit ditembus partikel bubuk , karena ujung ujung tepi luar [sudut luar] membentuk medan statis sendiri yang membuat partikel bubuk terhambat menembusnya,bubuk tertarik kesudut tepi luar dan terjadi penimbunan [lebih tebal]. Efek ini dikenal dengan Sangkar Faraday,

.Untuk proses cara manual tidak terlalu sulit , gun didekatkan dengan jarak 5 – 15 cm dari garapan dan gun bsa diatur sudut dan pola oleh operator. Pada cara otomatis yang jarak gun sudah diatur 20 – 30 cm dari garapan, jadi kendala maju mundurnya. Penambahan tekanan udara mungkin bisa,tapi tekanan berlebihan hanya membuat bubuk terpental balik dari sudut garapan. Jadi pemilihan jenis nosel, pengaturan aliran bubuk dan tekanan udara layak diuji dulu.

Back Ionization

Back ionization terjadi karena saat partikel bubuk yang disemprot tidak menemukan potensi arde/ground dipermukaan barang garapan,akhirnya menempel tidak merata pada bubuk yang sudah melekat [menempel dipunggung bubuk yang sudah melekat], Hasilnya adalah tekstur permukaan yang kasar ,seperti jeruk yang dikupas, efek ini disebut “starring”. Kalau yakin gantungan/hanger bersih,coba dibantu dengan cincin atau tongkat arde dikaitkan ke garapan. Hal ini juga bisa terjadi karena bubuk terlalu konduktif, voltage gun coba diturunkan tapi proses penetrasi jangan sampai terganggu.

Masalah lain seperti ; bubuk tersendat sendat, bubuk bergelombang, fluidisasi tidak merata , disebabkan pump/injector ,check valve injector, selang, kontainer bubuk harus dibersihkan dan dirawat.Bubuk di container normalnya jadi “encer’ tidak padat. Juga kwalitas suplay udara dan pengaturan tekanan dari kompresor 5 bar minimum, dan pengaturan tekanan pada mesin aplikator.

[Coating Cileungsi -6 // by Cremuss Tarapu]

Powder Proses pembuatan ; Powder untuk coating biasanya berisi: - binder (resin, hardener,accelerator) - pigmen dan pewarna - pengisi (Extenders) - aditif Binder , hardener dan aditif adalah resin padat. Semua bahan diformulasi dan ditimbang kemudian dicampur dalam mesin khusus. Proses berikutnya mengekstrusi campuran yang meleleh pada 100 ° C - 120 ° C dan mencair merata/homogen. Setelah melewati conveyor dan rol pendingin, bahan ini dipecah dan diproses menjadi bubuk Jenis bubuk Bubuk resin Epoxy Bubuk epoxy resin menunjukkan  ketahanan kimia yang baik untuk asam dan alkali.                                                  Kelemahan utama dari bubuk resin epoksi adalah cenderung  menguning saat terkena sinar UV           tapi manfaat anti‐korosi tetap                                                                                                                                                  Epoxy / Polyester bubuk (Hybrid) Bubuk Epoxy / polyester, adalah campuran bubuk epoxy dan polyester.                                                               Lebih tahan terhadap sinar Ultra Violet  tapi kurang tahan dalam asam dan alkali                         Polyester / TGIC  Tahan cuaca. Menguntungkan dari segi karakteristik mekanik  Polyester resin biasanya diterapkan untuk aluminium atau baja untuk keperluan outdoor,  khususnya di sektor otomotif, untuk elemen façade, jendela profil atau taman berkualitas tinggi dan furnitur, dekorasi interior. TGIC digolongkan zat beracun, pelabelan wajib berlaku untuk bubuk pelapisan dengan proporsi TGIC sebesar 0,1%.                                                                                                        Polyester / alkylamide hidroksi Sebagai alternatif dari problem poliester/ TGIC yang disebutkan di atas.                                                  Diperkenalkan ke pasar pada tahun 1990. Penampilan yang baik dan tahan cuaca. suatu alternatif yang valid untuk polyester dan pelapisan poliuretan untuk semua aplikasi outdoor Polyurethane Untuk curing diperlukan temperatur yang lebih tinggi                                                                          Acrylic  Biasanya mengandung asam dikarboksilat, atau isosianat dikarboksilat anhidrida asam.                        ‐ Stabilitas Cuaca Sangat Baik (5 tahun Florida) ‐ tingkat gloss Tinggi ‐ Generasi bebas emisi dan rendah limbah Enamel  Enamel adalah zat seperti kaca ,tahan suhu sampai 450 ° C. Stabil dalam  warna dan fitur karakteristik  scratchproof[tahan gores]. Permukaan dan lapisan halus  Sifat mekanik dan kimia yang sangat baik.

[Coating Cileungsi 7 // by Cremuss Tarapu]

SPRAY BOOTH

Bilik penyemprotan umumnya terbuat dari steel , stainles steel atau plastik dan dilengkapi dengan cyclone separator atau cartridge filter atau keduanya. CYCLONE SEPARATOR Adalah sebuah peralatan yang fungsinya memisahkan partikel bubuk/debu dari udara .Bubuk dan udara yang disedot dipisahkan dengan gaya sentrifugal berdasarkan berat . Dalam perangkat ini, udara dibuat mengalir dengan cepat dan dibuat berputar dalam bejana silinder. Ketika bahan padat mencapai kecepatan tinggi, ia mengambil gaya sentrifugal dan memilih untuk melekat pada permukaan luar didalam silinder.Di bagian tengah, outlet udara disediakan untuk udara keluar sementara karena gaya sentrifugal bahan padat tidak dapat mengubah arah tetapi terus ke bawah dan terpisah. Perangkat ini mampu menawarkan efisiensi pemisahan sampai dengan 90%, tentu saja, tergantung pada, desain, material, dll . Untuk pemisahan yang lebih baik siklon diseri dengan filter atau pengendapan electrostatic, dalam hal ini siklon sebagai precleaner. Multi Cyclone Jika volume aliran udara besar, siklon tunggal cenderung menjadi tidak efisien. Oleh karena itu dianjurkan untuk menggunakan beberapa siklon.Dalam satu wadah terdapat beberapa siklon kecil yang berkerja bersama. ############################ Efisiensi siklon ditentukan oleh parameter geometri siklon, kepadatan dari zat [density] dan kecepatan rotasi dari aliran udara [velocyti]. Sangat penting bahwa geometri setiap komponen internal yang dirancang untuk transisi yang lancar dalam mempertahankan karakteristik aliran laminar.

 

                                                                                                                     [Coating Cileungsi 8 // by Cremuss Tarapu]

   

Desain

Aliran sikPersamaaperilaku kecepatanuntuk meKarena kmenjadi dDengan apersamaa

Perbandin

                  

Siklon

klon pada daan mekanikaaliran siklonn saluran maenghitung ukkecepatan / vdua komponasumsi hukuan sbb: Fd =

ngan diamete

                       

asarnya terda fluida dan tn. Udara di sasuk Vin. Dekuran kritis pvelocyti fluidnen kecepataum Stokes , g= 6πrpμVr

er , panjang s

                       

diri dua phastransportasi

siklon adalahengan asumspemisahan pda bergerak dan [velocyti] gaya drag par.

silinder , keru

                      

se ; partikel d partikel dap

h awalnya disi bahwa par

partikel dapadalam kecep: tangensia

ada setiap pa

ucut [cone] 

                       

dan fluida. pat digunakaiperkenalkanrtikel berben

at ditentukanpatan gas spil, Vt, dan ra

artikel dalam

     [Coating Cil

an untuk menn tangensial dntuk bola, an. iral , maka dadial Vr.

m aliran inlet

eungsi 9 // by C

nggambarkadengan

nalisis sederh

dapat dibagi ,diberikan

Cremuss Tarapu]

an

hana

]

Stokes' Law shows that the terminal velocity of the particles is related to the force acting. In a centrifugal separator, such as a cyclone, for a particle, rotating round the periphery of the cyclone: Fc = (mv2)/r (10.4) where Fc is the centrifugal force acting on the particle, m is the mass of the particle, v is the tangential velocity of the particle and r is the radius of the cyclone. This equation shows that the force on the particle increases as the radius decreases, for a fixed velocity. Thus, the most efficient cyclones for removing small particles are those of smallest diameter. The limitations on the smallness of the diameter are the capital costs of small diameter cyclones to provide sufficient output, and the pressure drops. The optimum shape for a cyclone has been evolved mainly from experience and proportions similar to those indicated in Fig. 10.2(a) have been found effective. The efficient operation of a cyclone depends very much on a smooth double helical flow being produced and anything which creates a flow disturbance or tends to make the flow depart from this pattern will have considerable and adverse effects upon efficiency. For example, it is important that the air enters tangentially at the top. Constricting baffles or lids should be avoided at the outlet for the air. The efficiency of collection of dust in a cyclone is illustrated in Fig. 10.2(b). Because of the complex flow, the

size cut of particles is not sharp and it can be seen that the percentage of entering particles which are retained in the cyclone falls off for particles below about 10 mm diameter. Cyclones can be used for separating particles from liquids as well as from gases and also for separating liquid droplets from gases. Impingement separators Other mechanical flow separators for particles in a gas use the principal of impingement in which deflector plates or rods, normal to the direction of flow of the stream, abruptly change the direction of flow. The gas recovers its direction of motion more rapidly than the particles because of its lower inertia. Suitably placed collectors can then be arranged to collect the particles as they are thrown out of the stream. This is the principle of operation of mesh and fibrous air filters. Various adaptations of impingement and settling separators can be adapted to remove particles from gases, but where the particle diameters fall below about 5 mm, cloth filters and packed tubular filters are about the only satisfactory equipment. Unit Operations in Food Processing - R. L. Earle http://www.nzifst.org.nz/unitoperations/mechseparation3.htm 5 of 6 1/24/2011 2:35 AM Classifiers Classification implies the sorting of particulate material into size ranges. Use can be made of the different rates of movement of particles of different sizes and densities suspended in a fluid and differentially affected by imposed forces such as gravity and centrifugal fields, by making suitable arrangements to collect the different fractions as they move to different regions. Rotary mechanical classifiers, combining differential settling with centrifugal action to augment the force of gravity and to channel the size fractions so that they can be collected, have come into increasing use in flour milling. One result of this is that because of small differences in sizes, shapes and densities between starch and protein-rich material after crushing, the flour can be classified into protein-rich and starch-rich fractions. Rotary mechanical classifiers can be used for other large particle separation in gases. Classification is also employed in direct air dryers, in which use is made of the density decrease of material on drying. Dry material can be sorted out as a product and wet material returned for further drying. One such dryer uses a scroll casing through which the mixed material is passed, the wet particles pass to the outside of the casing and are recycled while the material in the centre is removed as dry product.