Modulo 0.4: Richiami di componentistica · PDF file 2019. 12. 16. · Modulo 0.4:...

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  • Modulo 0.4: Richiami di componentistica

    Filtri

    Prof. Ing. Cesare Saccani

    Prof. Ing. Augusto Bianchini

    Ing. Marco Pellegrini

    Department of Industrial Engineering (DIN) - University of Bologna

    Corso di Impianti Meccanici

    Laurea Triennale e Magistrale

  • 2

    Generalità

    Agenda

    Filtri

    Separatori inerziali

    Filtri a tessuto

    Separatori elettrostatici

    Separatori a umido

    Confronto sistemi filtranti

  • 3

    Generalità

    Le particelle sospese in una corrente fluida possono essere campionate mediante

    appositi sistemi di misura, e vengono classificate in base al loro diametro

    aerodinamico equivalente. Il diametro aerodinamico equivalente di una particella è

    definito come il diametro di una sfera di densità unitaria (ρ = 1000 kg/m3) che ha lo

    stesso coefficiente di resistenza aerodinamico Cr (definito dalla legge di Stockes) della

    particella in questione.

    Si utilizza spesso l’identificativo PM, abbreviazione di Particulate Matter, seguito dal

    diametro aerodinamico massimo delle particelle.

    Ad esempio si parla di PM10 per tutte le particelle con diametro inferiore o uguale a

    10 µm e di PM2,5 per tutte le particelle con diametro inferiore o uguale a 2,5 µm. Il

    PM2,5 è, ovviamente, un sottoinsieme del PM10.

    Qualunque sistema di separazione deve poter incidere sull’energia cinetica della

    particella, annullandola o almeno riducendola fortemente. Questo si ottiene mandando

    le particelle ad urtare contro mezzi diversi, solidi, fluido, ecc… I vari sistemi si

    differenziano tra loro per le modalità con le quali le particelle vengono guidate

    all’ostacolo.

    Filtri: generalità

  • 4

    Granulometria

    Molto importante nella separazione delle particelle è conoscerne la

    composizione granulometrica, costituite in genere da una miscela di

    elementi di diverse forme e dimensioni.

    Uno dei modi più semplici per determinare la granulometria di un

    quantitativo noto, ad esempio, di polveri contenute in aria, è la

    setacciatura. Le polveri vengono inserite in una serie di setacci con

    maglie di dimensioni via via decrescenti, posizionati su un

    basamento che li mette in vibrazione.

    Le polveri di dimensioni maggiori vengono trattenute dai setacci

    superiori, mentre le polveri più fini arrivano ai settaci a maglia più

    stretta.

    Sui setacci si possono avere delle spazzole che favorire il

    passaggio delle particelle più fini attraverso la maglia del setaccio. A

    volte vengono identificati tramite la dimensione dl passaggio in mm,

    altre volte viene dato il ‘’numero di mesh’’, ovvero il numero di fili

    della trama che si hanno per pollice quadrato

    Con granulometrie molto fini, per un’analisi quantitativa del

    particolato formatosi, si utilizzano laser o impattori.

    Filtri: generalità

  • 5

    Generalità

    Separatori inerziali

    Agenda

    Filtri

    Filtri a tessuto

    Separatori elettrostatici

    Separatori a umido

    Confronto sistemi filtranti

  • 6

    Separatori inerziali Separatori inerziali

    Nei sistemi ad inerzia il fluido portante subisce

    una serie di deviazioni, che le particelle non

    riescono a seguire completamente a causa

    delle forze di inerzia dovute alla loro massa.

    Finiscono così contro ostacoli o pareti esterne,

    perdono energia cinetica e precipitano verso le

    tramogge di scarico e le coclee di estrazione.

    Tra i sistemi di separazione inerziale particolarmente importanti sono quelli basato

    sulla forza centrifuga. Il fluido viene sottoposto a moto rotatorio sicché le particelle

    vengono sottoposte a forze di inerzia centrifughe che le spingono ad urtare contro la

    parete del contenitore.

  • 7

    Separatori a Ciclone

    Nei separatori a ciclone si provoca un vortice in una camera cilindrica. Si

    introduce il fluido tangenzialmente dall’alto imprimendogli una forte componente

    tangenziale e una modesta componente verso il basso della velocità.

    Le particelle centrifugate contro la parte cilindrica vengono frenate nel loro moto

    rotatorio scendendo ad elica verso il fondo. Il fluido che le accompagna, giunto

    alla zona conica che ne riduce la traiettoria, acquista velocità e forma un vortice

    più stretto che risale allo scarico coassiale con l’involucro.

    Camere di depolverazione

    Nei sistemi a caduta vengono ridotte fortemente le velocità del fluido portante e delle particelle.

    Si riduce la resistenza al moto delle particelle ma anche la portanza, sicché la particella scende,

    in un moto combinato, sotto l’azione della gravità e finisce contro il fondo del contenitore o altre

    pareti, cedendo la già modesta energia cinetica.

    Separatori inerziali

  • 8

    Generalità

    Separatori inerziali

    Agenda

    Filtri a tessuto

    Filtri

    Separatori elettrostatici

    Separatori a umido

    Confronto sistemi filtranti

  • 9

    I filtri contemplati dalle norme sono suddivisi in:

    grossolani

    fini

    assoluti HEPA (High Efficiency Particulate Air filter)

    ULPA ( Ultra Low Penetration Air filter)

    Efficienze di filtraggio dalla uni en EN 1822-1:2009 (slide 11)

     I depolveratori industriali non sono contemplati dalle norme, per essi

    sono state create opportune tabelle basate sull’esperienza in campo

    Classificazione dei filtri

  • 10

    Classificazione dei filtri CEN EN 779-2002

    “Determinazione della prestazione di filtrazione”

    La norma contiene i requisiti che i filtri d’aria antipolvere devono possedere:

    - arrestanza dei filtri grossolani

    misurazione della capacità (% in peso) di un filtro di trattenere una polvere

    standardizzata di prova, in sospensione nel flusso di aria che lo attraversa

    - efficienza dei filtri fini

    rapporto tra il numero di particelle aventi un certo diametro trattenute rispetto al numero

    di particelle a monte del filtro aventi lo stesso diametro (espresso in %)

    Descrive i metodi di prova e l’impianto di prova per la misura delle prestazioni del filtro,

    con particolare riferimento alle perdite di carico nell’attraversamento del filtro

  • 11

    Classificazione dei filtri

    CEN EN 1822

    “ Filtri aria a particelle per alta ed altissima efficienza (HEPA e ULPA). Classificazione, prove di prestazione e marcatura”

    La norma si applica ai filtri aria a particelle per alta ed altissima efficienza

    e a bassissima penetrazione (HEPA e ULPA).

    Essa definisce un procedimento per la determinazione dell’efficienza sulla base

    di un metodo di conteggio delle particelle per mezzo di un aerosol liquido di

    prova e permette di classificare i filtri in funzione della loro efficienza.

    Secondo tale norma i filtri vengono classificati in:

    - gruppo H: filtri HEPA (da H10 a H 14) con efficienze tra (8599,995) %

    - gruppo U: filtri ULPA (da U 15 a U 17) con efficienze tra (99,999599,999995)%

  • 12

    Classificazione dei filtri

  • 13

    Classificazione dei filtri

  • 14

    Filtri a tessuto

    Filtri a tessuto

    Questi filtri sono costituiti da materiali fibrosi.

    Questi filtri possono trattenere particelle dalle dimensioni

    inferiori a quelle degli interstizi. Le particelle, infatti,

    possono essere intercettate dalle fibre non solo per

    l’impossibilità di infilarsi nei vani, ma soprattutto per urto

    diretto contro le fibre o indotto per inerzia dalle deviazioni

    subite dal fluido portante.

    Con il depositarsi delle prime polveri, il filtro migliora perché presenta più accidentalità e

    vani più piccoli, ma, in seguito, si hanno eccessive cadute di pressione.

    Sorge così il problema della pulizia dei filtri. A questo scopo di solito i piccoli filtri sono tutti

    smontabili, mentre i filtri più importanti sono di tipo autopulente. Nel filtro a sbattimento

    meccanico di figura a), si provoca l’agitazione delle maniche a mezzo di dispositivi meccanici,

    biellette, camme, sistemi vibranti (M). In quello a pulizia pneumatica di figura b), quando la

    perdita di pressione raggiunge un determinato valore, viene immessa aria compressa attraverso

    elettrovalvola V in elementi toroidali T che scendono verso il basso.

  • 15

    Generalità

    Separatori inerziali

    Agenda

    Filtri a tessuto

    Separatori elettrostatici

    Filtri

    Separatori a umido

    Confronto sistemi filtranti

  • 16

    Separatori elettrostatici

    Separatori elettrostatici

    La carcassa è portata a terra e un elettrodo centrale caricato è

    mantenuto ad un potenziale molto elevato (migliaia di Volt).

    Il gas interposto tra i due elettrodi viene così ionizzato. Gli ioni

    gassosi negativi, ionizzano le particelle solide del gas polveroso

    entrante, che, quindi, si caricano positivamente, vengono attratte

    dall’elettrodo costituito dall’involucro, lo urtano riducendo