Una telaio per la raccolta delle cartucce di deflusso

Di John Woolever, Responsabile di produzione di Donaldson Torit

La raccolta di polvere con l'impiego di elementi filtranti dotati di setti pieghettati, chiamati cartucce, è diventata, negli ultimi decenni, una soluzione generalizzata per le esigenze di ventilazione industriale. Le apparecchiature per la raccolta della polvere, dotate di cartuccia, possono essere raggruppate secondo due categorie in base all'orientamento della cartuccia e alla progettazione del flusso d'aria della cabina:

1) Un modello del collettore di deflusso con filtri a cartuccia posizionati orizzontalmente e l'ingresso dell'aria sporca posizionato sopra tutti i setti filtranti e

2) Modelli del collettore a flusso incrociato o ascendente, dotati di filtri a cartuccia sospesi verticalmente e l'ingresso dell'aria sporca posizionato sotto o lateralmente al setto di filtrazione.

Nel mercato della ventilazione industriale alcuni affermano che un collettore a cartucce sospese verticalmente sia superiore; citano come esempio degli aneddoti privi di dati a supporto di quanto sostenuto. Esistono tuttavia fatti credibili a supporto dei vantaggi di un progetto del collettore di flusso discendente, come riporta il Manuale di ventilazione industriale, Industrial Ventilation, dell'American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH®):

La Sezione 8.3.2 del Manuale di ventilazione industriale afferma che la ricerca sponsorizzata dall'EPA¹ ha dimostrato che prestazioni superiori derivano dal flusso discendente dell'aria sporca. Questo flusso discendente riduce la rideposizione in quanto favorisce lo spostamento delle particelle di polvere verso la tramoggia.

Prima di esaminare altri fattori in merito alla questione, è utile una breve rassegna delle origini della raccolta mediante cartucce.

Nel 1970, i collettori a cartuccia furono originariamente progettati per replicare i collettori di polveri a maniche con maniche filtranti in tessuto, appese verticalmente, con aria sporca che entrava nel collettore da sotto i filtri. (Vedi immagine A.) I setti pieghettati di un elemento filtrante a cartuccia hanno fornito un'efficienza di filtrazione superiore e minori emissioni rispetto a una manica in tessuto comparabile. Tuttavia, il nuovo modello di collettore di polveri presentava ancora molte limitazioni in comune con il suo predecessore dotato di filtro a maniche, tra cui:

• La polvere scaricata dai filtri a cartuccia puliti doveva comunque combattere contro l'aria in ingresso prima di depositarsi nella tramoggia / nel contenitore di contenimento. Ciò comportava un ritrascinamento della polvere sulla superficie del setto filtrante, con una maggiore caduta di pressione operativa netta e una vita utile del filtro ridotta.
• Le attività di sostituzione del filtro risultavano ancora dispendiose in termini di tempo, sporche e generalmente spiacevoli, in quanto la manutenzione dei filtri prevedeva che un operatore aprisse il plenum dell'aria sporca attraverso una grande porta di accesso.

Nel corso degli anni è migliorata la progettazione nel collettore posizionato verticale, mediante l'integrazione di ingressi laterali (che hanno permesso all'operatore di entrare nel collettore posizionandosi lateralmente al setto filtrante anziché al di sotto di esso). Ciò ha comportato una certa riduzione del ritrascinamento della polvere. Tuttavia, le particelle di polvere pulite continuavano a risentire dell'aria in ingresso e i processi di sostituzione delle cartucce esponevano ancora gli operatori e l'ambiente circostante al collettore di polveri a una grande apertura al plenum dell'aria sporca. (Vedi immagine B.)

Infine, nel 1980, si compì un passo in avanti ruotando l'orientamento della cartuccia filtrante, riposizionandola così da verticale a orizzontale e posizionando l'ingresso dell'aria sporca sopra tutti i setti filtranti. Tale modifica permise di creare uno schema di flusso d'aria in ingresso allineato con la posizione finale desiderata della polvere scaricata dalle cartucce filtranti pulite. Dato che la gravità conduce naturalmente le particelle di polvere scaricate verso il recipiente di contenimento situato nella parte inferiore del collettore, lo schema dell'aria in entrata di un collettore di flusso discendente potrebbe ora favorire il movimento di particelle verso il recipiente di stoccaggio alla base dell'unità, anziché ostacolarlo. (Vedi immagine C.)

Questa migliore progettazione per la gestione del flusso d'aria ha ridotto il ritrascinamento della polvere, fattore che potrebbe essere ulteriormente migliorato mediante l'impiego di cartucce filtranti contenenti setti filtranti in nano-fibra a carico di superficie. La riduzione del fenomeno di ritrascinamento della polvere può, a sua volta, ridurre la caduta di pressione operativa, prolungare la vita utile del filtro e ridurre il consumo di aria compressa impiegata per gli elementi filtranti di pulizia a impulsi; tutto ciò va a beneficio delle spese operative del collettore di polveri e migliora il costo totale di gestione del collettore.

Sono possibili guadagni ancora maggiori mediante nuovi approcci per il posizionamento dell'ingresso dell'aria sporca per una separazione preventiva con perdite ridotte. Recenti progressi nella progettazione mostrano che la capacità del flusso d'aria aumenta quando l'ingresso dell'aria sporca viene posizionato secondo un orientamento di flusso discendente, lontano dal setto filtrante. Questa area di dispersione consente al particolato pesante di cadere dal flusso d'aria senza toccare i setti filtranti oltre a una distribuzione uniforme del flusso d'aria, eliminando i "punti critici" ad alta velocità, che possono usurare prematuramente i setti filtranti. (Vedi immagine D.)

Alcuni produttori di collettori fanno riferimento a immagini aneddotiche di filtri orizzontali con accumulo di polvere e collegamento tra le superfici superiori degli elementi filtranti. In realtà, i collettori di flusso discendente adeguatamente progettati, gestiti e sottoposti a manutenzione dispongono di sistemi di pulizia a impulsi inversi che limitano questo accumulo di polvere sulle superfici dei setti filtranti. Un esperto fornitore di collettori a cartuccia dovrebbe essere in grado di fornire dati complessivi degli impulsi che quantifichino l'energia di pulizia somministrata ai setti filtranti.

Recentemente, è stata introdotta sul mercato un importante innovazione tecnologia per la pulizia a impulsi, attualmente disponibile solo nella configurazione che prevede una cartuccia a flusso discendente. Con un design che controlla l'espansione dell'aria compressa e la riduzione al minimo delle perdite di energia somministrata del sistema di pulizia a impulsi, è stato dimostrato che il nuovo sistema di pulizia fornisce un'energia di pulizia a impulsi superiore del 27%. Una maggiore energia di pulizia può aumentare la capacità di filtrazione e ridurre il consumo di energia dell'aria compressa.

Quando vengono forniti in un unico pacchetto un eccellente progettazione di gestione del flusso d'aria, prestazioni di pulizia a impulsi efficaci e setti filtranti in nano-fibra a carico di superficie, un collettore di polveri a flusso discendente può trarre notevoli vantaggi relativamente alla capacità di filtrare l'aria. Un modo per valutare la capacità del flusso d'aria di un collettore è confrontando la portata d'aria volumetrica con l'area dei setti di filtrazione. Questo rapporto aria/setto (AMR, air-to-media ratio) o velocità di filtrazione viene generalmente utilizzato per dimensionare le apparecchiature per determinate applicazioni.

Oltre alle prestazioni e alla capacità del collettore di polveri, la scalabilità e configurabilità costituiscono altri due vantaggi che presentano i collettori a flusso discendente rispetto ai collettori appesi verticali. L'orientamento orizzontale del filtro di un collettore a flusso discendente consente di posizionare le cartucce in una matrice che può aumentare sia in altezza sia in larghezza per una maggiore flessibilità e riduzioni dell'ingombro totale nell'officina. I collettori appesi verticalmente presentano solamente uno strato di filtri, quindi gli aumenti nell'area dei setti filtranti richiedono aumenti in larghezza e profondità poiché l'altezza è fissa. Ciò si traduce spesso in un maggiore ingombro totale per consentire una capacità superiore di gestione dell'aria.

Lo sfogo dell'esplosione è un'altra area in cui i collettori a flusso discendente si distinguono dai collettori che prevedono elementi verticali. Sistemi di sfogo anti-esplosione possono essere posizionati sul tetto o sul lato di un collettore a flusso discendente senza modificare l'ingombro dell'attrezzatura. Dato che i sistemi di sfogo anti-esplosione devono essere posizionati sul lato dei collettori appesi verticalmente, questi richiedono generalmente un ingombro esteso per indirizzare gli sfiati verso l'alto. Molti stabilimenti prediligono sfoghi anti-esplosione orientati verso l'alto o installati sul tetto perché la parte anteriore della fiamma di deflagrazione e i materiali scaricati durante un evento di deflagrazione sono entrambi diretti verso l'alto dove c'è una ridotta esposizione alle aree occupate.

Infine, il processo di sostituzione del filtro in un collettore a flusso discendente semplifica la sostituzione degli elementi e contribuisce a ridurre al minimo l'esposizione dell'operatore ai contaminanti raccolti rispetto al vecchio modello del collettore verticale. Generalmente, il collettore a flusso discendente possiede coperture che forniscono l'accesso a poche cartucce per volta. Ciò può costituire un grande vantaggio se il collettore si trova all'aperto, in luoghi potenzialmente ventosi. I collettori vecchio stile, appesi verticalmente, richiedono solitamente porte di accesso più grandi che espongono l'operatore e l'area circostante all'intero plenum dell'aria sporca. La rimozione della cartuccia orizzontale del collettore a flusso discendente è inoltre più semplice e pulita, richiedendo all'operatore di posizionare all'interno del collettore solamente il braccio per poter raggiungere i filtri a cartuccia. I collettori sospesi verticalmente prevedono di utilizzare particolari strumenti per raggiungere il plenum dell'aria sporca oppure che l'operatore entri fisicamente (ingresso nello spazio potenzialmente limitato) in modo da avere accesso ai filtri a cartuccia più in profondità nella struttura a cabina. Sebbene quasi tutti i progetti di collettori di polveri ospitino piattaforme industriali per raggiungere i filtri, i collettori a flusso discendente sono accessibili anche tramite una scala a gradini così da contribuire a ridurre l'impatto sull'area dell'officina.

A causa della porta più grande e dell'accesso più difficile ai filtri a cartuccia, nonché ai filtri generalmente più grandi/pesanti, la sostituzione del filtro sui collettori appesi verticalmente richiede di solito una piattaforma, una cella di sollevamento o un altro tipo di accesso elaborato.

Più di 40 anni dalla loro apparizione, i collettori a cartucce continuano a rappresentare una soluzione accattivante ed economica per gli operatori degli stabilimenti in molti settori diversi. I collettori a flusso discendente offrono una riduzione del ritrascinamento della polvere, un ingombro minimo, una maggiore flessibilità di configurazione ed esperienze di sostituzione del filtro superiori. Considerando tali vantaggi per l'utilizzatore, il caso della raccolta mediante cartucce a flusso discendente è chiaramente apprezzabile.