Cenni sulla filtrazione dell aria

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1 Cenni sulla filtrazione dell aria La filtrazione tessile è un processo di abbattimento del particolato solido che si realizza facendo passare il flusso d aria contaminato attraverso dei filtri costituiti da fibre tessili di varia natura. Una volta venivano utilizzati solo prodotti naturali, come la lana od il cotone, caratterizzati da un efficacia ed una resistenza relativamente basse; in seguito, però, l avvento di fibre sintetiche come il nylon ed il polipropilene ha permesso di ottenere dei nuovi materiali più resistenti al logoramento, al calore, all erosione ed all attacco delle sostanze corrosive. In alcuni casi vengono anche utilizzate le fibre di vetro. La filtrazione tessile è anche denominata filtrazione a tessuto, questo termine non è comunque molto corretto in quanto nelle varie applicazioni industriali non ci si limita all utilizzo dei tessuti ma si impiegano anche feltri o addirittura agglomerati di fibre. Di solito i feltri garantiscono una migliore filtrazione ma necessitano di sistemi di pulizia più complessi, mentre i tessuti vengono utilizzati con flussi d aria a bassa velocità e necessitano di una pulizia più occasionale. Gli elementi filtranti possono essere strutturati a pannello, a cartuccia o a tasca, ma molto più frequentemente presentano una forma cilindrica, per cui si parla spesso di sacche o di maniche. I dispositivi più importanti sono sicuramente quelli a maniche per cui nella trattazione si farà quasi esclusivamente riferimento a questa particolare configurazione, anche se in definitiva quelli indicati sono tutti sistemi molto simili dal punto di vista applicativo. I filtri a fibre tessili sono estremamente diffusi perchè offrono il vantaggio di abbinare un alta efficienza ad un azione di depurazione in genere indipendente dalla composizione chimica del particolato. Le poche limitazioni al loro impiego si manifestano quando nel flusso contaminato sono presenti delle polveri adesive oppure del liquido che non si può eliminare; in questi casi, infatti, sulla superficie del filtro si possono formare delle incrostazioni che vanno ad ostruire il passaggio dell aria e quindi la filtrazione. Allo stesso modo possono insorgere problemi quando si ha a che fare con polveri, gas e vapori combustibili o potenzialmente esplosivi per cui risulta preferibile l utilizzo di altri sistemi di abbattimento, come i sistemi ad umido. Nella filtrazione tessile l efficienza nella cattura delle polveri è variabile nel tempo a causa della stessa natura del filtro, per cui solitamente si preferisce valutare le varie prestazioni sulla base della concentrazione delle polveri in uscita; in ogni caso l efficienza è sempre molto alta, supera il 99% e spesso raggiunge il 99,9%. Questo alto rendimento è possibile perché nell abbattimento entrano in gioco vari fattori: ad un azione di setaccio data dalla presenza delle fibre si aggiungono un effetto di sbarramento, un interazione di natura elettrostatica ed un effetto di inerzia dovuto alla deviazione ed al rallentamento del flusso d aria; la cattura del particolato di minori dimensioni è anche facilitata dal continuo moto browniano a cui sono soggette le particelle. Da notare che la stessa deposizione delle polveri sul materiale filtrante favorisce l ulteriore cattura di altro particolato aerodisperso in quanto aumenta drasticamente l azione del vaglio; in pratica tanto più il filtro è sporco, tanto più aumenta l efficienza di abbattimento. Per mantenere la caduta di pressione entro limiti ragionevoli, è comunque necessario effettuare una periodica pulizia del filtro. Sulla base dei metodi utilizzati per rimuovere il deposito di polveri sugli elementi filtranti si distinguono essenzialmente tre diversi dispositivi di abbattimento: i filtri con pulizia a scuotimento; i filtri con pulizia ad inversione di flusso; i filtri con pulizia a getto d aria compressa.

2 Filtri con pulizia a scuotimento Nei sistemi di abbattimento che sfruttano i filtri con pulizia a scuotimento, l aria contaminata viene convogliata nella parte inferiore dell impianto; qui il particolato di maggiori dimensioni viene solitamente rimosso in entrata tramite un deflettore che fa depositare per inerzia il materiale più grossolano nella tramoggia. L aria poi risale passando attraverso una piastra forata dalla quale si dipartono verticalmente delle sacche tubolari filtranti, entra in queste maniche e fuoriesce lateralmente attraverso le pareti del filtro. Mentre l aria viene fatta fuoriuscire dall impianto tramite un apposito condotto, il particolato viene raccolto sulla superficie interna delle maniche dove si deposita. In questi sistemi, maggiore è lo strato di polveri presente sulla superficie del filtro, più alta è l efficienza di abbattimento. Comunque per impedire che si raggiungano delle cadute di pressione troppo elevate e quindi per evitare che il sistema diventi inutilizzabile o subisca eventuali danni, si deve provvedere ad una periodica pulizia. Gli impianti che funzionano in modalità continuata devono necessariamente avere una suddivisione in diversi comparti: quando i filtri di un compartimento si stanno ripulendo, il flusso contaminato viene direzionato in un altro settore. La cosa importante è che all interno delle sacche filtranti in pulizia non vi sia una pressione positiva, in caso contrario non si riesce a far staccare adeguatamente i depositi. Nei sistemi a pulizia manuale, oramai pressochè abbandonati, si procedeva di persona a scrollare il filtro per far cadere le polveri. Nelle unità che prevedono l utilizzo di sistemi meccanici, invece, la sommità delle maniche è legata ad una barra di scuotimento che viene mossa energicamente, di solito in direzione orizzontale; le vibrazioni che si generano sulla sacca fanno staccare dalle pareti il materiale raccolto che cade così nella tramoggia. In ogni caso la pulizia non è mai frequente. Fino a qualche anno fa si utilizzavano anche dei sistemi pneumatici ad alta frequenza che fornivano delle vibrazioni a bassa ampiezza, poi questo sistema a vibrazioni è stato pressochè abbandonato in quanto ad una bassa efficacia univa la caratteristica di essere adatto solo agli impianti di abbattimento di ridotte dimensioni. Attualmente si utilizzano come mezzi ausiliari anche dei dispositivi che producono un onda sonora a bassa frequenza mediante dell aria compressa che fa vibrare un diaframma di metallo. Se ne usano da 1 a 4 per compartimento per secondi in ogni ciclo di pulizia e permettono di diminuire in modo significativo la quantità di polveri adese alle pareti. Filtri con pulizia ad inversione di flusso I sistemi di filtrazione tessile che operano la pulizia con l inversione di flusso d aria sono praticamente identici a quelli che funzionano a scuotimento, ad eccezione del fatto che gli elementi filtranti sono fissati a dei supporti fissi. L aria contaminata viene fatta fluire nella parte inferiore dell impianto e quindi convogliata, attraverso una piastra forata, all interno dei dispositivi verticali filtranti, solitamente delle maniche; da qui, passando all esterno attraverso le pareti, l aria si depura delle polveri che si depositano sul lato interno dei filtri. Questi diffusi impianti di abbattimento sono sempre suddivisi in compartimenti per fare in modo che la depurazione possa svolgersi in modo continuativo. Prima che inizi la pulizia, il processo di filtrazione viene bloccato nel compartimento dove dovranno essere ripuliti i filtri. Delle apposite paratie permettono di far fluire dell aria pulita nella direzione opposta a quella usata per la raccolta delle polveri (di solito si utilizza l aria depurata proveniente dagli altri compartimenti). La pressione dell aria fa in parte collassare le maniche filtranti verso l interno, ed in questo modo si frantuma lo strato di polvere depositata sulle pareti e il materiale raccolto cade sul fondo dell impianto, nelle tramogge di raccolta. Alla fine del ciclo di pulizia, si arresta il

3 flusso ripulente e si ricomincia ad utilizzare il compartimento per depurare le emissioni inquinanti. Il flusso contaminato permette di ripristinare la forma delle sacche; comunque, per prevenire il collasso totale dei filtri durante il ciclo di pulizia, il materiale filtrante presenta cuciti all interno e ad intervalli precisi degli anelli rigidi. Disegno schematico di un impianto di abbattimento delle polveri con filtri a maniche e sistema di pulizia ad inversione di flusso d'aria. Per maggiore chiarezza, alcune maniche non sono state disegnate. Pur essendo molto diffusi, questi impianti qualche volta si dimostrano meno efficaci dei sistemi a scuotimento meccanico in quanto presentano una pulizia spesso poco incisiva. Inoltre, proprio perché l azione di pulizia risulta blanda, in questi sistemi vengono utilizzati quasi esclusivamente i tessuti e non i feltri che risultano in generale molto difficili da pulire perché trattengono le polveri molto più fermamente. Spesso, per aumentare l efficacia della pulizia, questi sistemi vengono utilizzati in associazione con dispositivi scrollanti o ad onde sonore. Un metodo che si sta oramai abbandonando prevede l utilizzo di un anello metallico esterno che viene fatto scorrere verticalmente attorno alle maniche. Dall anello vengono emessi dei piccoli getti di aria compressa che vanno in direzione opposta a quella dell aria inquinata. In questo modo si riescono ad eliminare facilmente tutti i depositi sulla superficie interna. La struttura necessaria ad operare l intervento è comunque abbastanza articolata e richiede alti costi di manutenzione, inoltre comporta un grosso logoramento del materiale. Per concludere bisogna sottolineare che esistono anche delle rare applicazioni dove l aria contaminata viene fatta fluire dall esterno delle maniche verso l interno, in modo tale che le polveri si depositino sulla superficie esterna dei filtri. In questi casi, logicamente, il flusso d aria utilizzato per ripulire il tessuto deve essere direzionato dall interno delle maniche verso l esterno, come sempre in direzione opposta. Filtri con pulizia a getto d aria compressa Questa tecnologia si è affermata solo nel corso degli ultimi vent'anni ed è quindi relativamente nuova se paragonata alle altre già citate. La sua diffusione è sostanzialmente dovuta al fatto che permette di depurare grandi flussi d aria caratterizzati da un alta contaminazione di polveri, può operare a caduta di pressione costante e, a parità di rendimento, occupa sensibilmente meno spazio degli impianti di filtrazione tessile dotati di altri dispositivi di pulizia.

4 Nei sistemi di abbattimento con pulizia a getto d aria compressa, le maniche filtranti sono collegate ad un supporto tubolare vicino alla sommità dell impianto; sono chiuse sul fondo, aperte alla sommità e rinforzate all'interno da un intelaiatura metallica che funge da sostegno e che previene il collasso interno dei filtri. Il flusso dell aria contaminata è sempre diretto dall esterno verso l interno delle maniche. L aria che attraversa il materiale filtrante penetra all interno delle maniche e risale verso l apertura posta in cima; poi defluisce all esterno dell impianto attraverso un condotto apposito. Il particolato invece si deposita sulla superficie esterna dei filtri. La pulizia del sistema prevede l immissione all interno di un intera fila di maniche di un rapido getto di aria compressa per un periodo di tempo variabile tra 0,03 e 0,1 secondi. Il getto provoca un onda di pressione che si trasmette velocemente fino al fondo di ogni manica. L onda fa scuotere il materiale filtrante e questo provoca la frantumazione dello strato di polvere accumulata e la sua caduta in una tramoggia di raccolta sottostante. Disegno schematico di un impianto di abbattimento delle polveri con filtri a maniche e sistema di pulizia a getto d'aria compressa. Dato che l impulso è molto breve, la quantità di aria compressa utilizzata è molto più piccola di quella presente nell intera struttura, per cui non c è la necessità di fermare l afflusso nel sistema dell aria contaminata. Le maniche presenti nelle altre file continuano a filtrare anche l aria che dovrebbe essere filtrata da quelle che si stanno ripulendo. Quindi non c è nemmeno la necessità di isolare le maniche per ripulirle e vien meno l esigenza di realizzare più comparti nello stesso impianto. La pulizia è molto intensa e può essere attuata anche con maggiore frequenza, per cui non c è nemmeno una grossa caduta di pressione. L efficace azione ripulente permette di eliminare praticamente tutti i depositi di polveri presenti sulle pareti esterne dei filtri, di conseguenza questi sistemi non sfruttano molto la presenza dell accumulo del particolato per aumentare la capacità di abbattimento. Tutte queste caratteristiche permettono di ripulire alte portate d aria contaminata da grandi quantità di polveri e consentono di sfruttare la maggiore capacità di raccolta dei feltri.

5 Valutazione dell'efficienza La valutazione dell'efficienza dei sistemi di filtrazione tessile viene attuata in primo luogo esaminando i vari parametri che entrano in gioco nell abbattimento del particolato aerodisperso. Estremamente importante è la temperatura operativa dei vari filtri che deve sempre essere superiore al punto di condensazione dei vapori presenti nell aria da depurare. Infatti nel caso in cui l acqua si condensasse, le gocce che si formerebbero andrebbero ad inumidire lo strato di polveri già depositato sulla superficie del filtro; questo comporta un aumento della resistenza al passaggio dell aria ed un incremento nella caduta di pressione. Inoltre l acqua in fase liquida discioglie gli eventuali composti acidi presenti nei depositi favorendone la dissociazione; il tutto porta alla corrosione dei vari componenti dell impianto, in primo luogo maniche ed intelaiature di sostegno. Infatti quando si ha a che fare con processi industriali che generano emissioni umide e calde, per evitare tutto ciò, il sistema di abbattimento viene solitamente preriscaldato prima dell utilizzo, anche se è già ben isolato. L ispezione condotta in loco con una strumentazione portatile permette di valutare la caduta di pressione lungo gli elementi filtranti, per verificare che i valori rientrino nei limiti di riferimento e che non vi siano degli intasamenti. Anche l individuazione delle infiltrazioni d aria nell impianto riveste un ruolo fondamentale, in genere se sono udibili bisogna anche valutarne la portata. Sicuramente l osservazione ai camini di scarico risulta molto utile, in genere un aumento delle emissioni visibili sta ad indicare una riduzione nell efficienza di abbattimento. Uno sbuffo di polveri al camino di uscita può essere ricondotto agli elementi filtranti oppure al sistema. Le perdite possono essere dovute alla rottura dei filtri, oppure ad un problema di tenuta causato da una installazione non corretta, oppure ad un inefficiente filtrazione dovuta al fatto che non si usano gli elementi filtranti più idonei. In questi impianti bisogna stare molto attenti che non si stacchino le sacche filtranti. La cosa può essere dovuta ad un difetto dei supporti, ad un deposito di polveri eccessivo, ad un ciclo di pulizia troppo frequente, ad uno scuotimento troppo violento, ad una ripressurizzazione troppo elevata, e nei sistemi che usano aria compressa ad una pressione eccessiva. Il sistema può entrare in gioco nel caso in cui i compartimenti e i vari moduli non siano perfettamente isolati oppure se vi è la presenza di giunture o connessioni rotte, mal saldate o staccate. Se l impianto utilizza l aria compressa bisogna valutarne il consumo. Se è eccessivo può essere dovuto ad un ciclo di pulizia troppo frequente, oppure al fatto che le pulsazioni sono troppo prolungate, o perché si impiega una pressione troppo elevata, o ad un difetto nella valvola di regolazione. L impiego di un quantitativo insufficiente di aria compressa comporta l impossibilità di ripulire efficacemente i filtri. La cosa può essere dovuta ad una errata regolazione del sistema, o all utilizzo di tubazioni non adatte o difettate, a problemi al compressore, a difetti nelle valvole, ecc.