Lavorazione a umido: Controllo della qualità dell'aria mediante l'efficace raccolta di fumo

Di Nick Welter, Responsabile di zona di Donaldson Torit

La raccolta delle nebbie è un mezzo chiave per controllare la qualità dell'aria nell'industria metallurgica. I processi di lavorazione a umido possono creare goccioline di nebbia o fumo liquido che è necessario raccogliere per motivi di carattere ambientali, sanitario e di sicurezza. Il fumo liquido è il sottoprodotto più difficile da catturare della lavorazione a umido. Questo articolo esaminerà il fumo e i metodi di raccolta.

Definizione di fumo

Generalmente si pensa al fumo come alla nuvola scura proveniente da un falò, da una sigaretta o da un metallo che si scioglie. Il tipo di fumo presente nelle lavorazioni a umido è in genere molto diverso. Ai fini di questo articolo, il fumo è definito come una goccia di liquido che si condensa passando dal vapore allo stato liquido, generalmente di dimensioni che vanno da 0,7 a 1,0 micron; una nebbia generata termicamente o un fumo oleoso.

Questo fumo liquido viene generato da processi che riscaldano e/o comprimono i liquidi ad alta pressione e che, quindi, possono produrre un vapore che può nuovamente condensare in una nuvola. Il fumo liquido è generalmente presente in applicazioni metallurgiche, come: stampaggio a freddo, lavorazione di leghe metalliche dure con lubrorefrigeranti, serbatoi di olio lubrificante in grandi generatori, trattamento termico e/o formatura di plastica.   

Cattura di fumi

Per catturare correttamente il fumo liquido, devi comprendere la differenza fondamentale tra fumo e nebbia. Le nebbie sono costituite da goccioline liquide, che generalmente raggiungono dimensioni di 20 micron. (Per dare un'idea, un capello umano ha un diametro di circa 40 micron.) Le nebbie vengono create mediante lubrificanti o refrigeranti a base di olio e idrosolubili, inoltre, maggiore sarà il calore e/o la pressione applicati a questi refrigeranti, o dall'unità dispensatrice o dal processo di lavorazione, più piccole saranno le gocce di nebbia prodotte. Se l'applicazione di calore o pressione sul refrigerante è sufficiente, le goccioline sono talmente piccole che si può creare un fumo liquido. A 0,7 micron, il fumo liquido è quasi 30 volte più piccolo di una goccia di nebbia media. Come si potrebbe immaginare, catturare questa gocciolina estremamente piccola richiede un collettore di nebbia molto efficiente.

Mentre il fumo liquido può essere facilmente catturato, in genere è meglio iniziare limitando la quantità di fumo prodotta nel processo. Il primo modo di limitare la quantità di fumo in un processo è quello di raffreddare il processo stesso. Come accennato in precedenza, il fumo liquido viene spesso creato dal calore, quindi se il processo viene raffreddato prima del collettore di nebbia, il fumo ha la possibilità di condensarsi nuovamente in un liquido. Ciò può essere ottenuto immettendo aria più fresca all'interno del flusso d'aria di processo. Si consiglia di raffreddare l'aria a meno di 105 °F almeno quindici piedi prima del collettore. Ciò garantisce che il fumo non si condensi dopo il collettore di nebbia, che altrimenti potrebbe dare apparire poco efficiente.

Rallentare la velocità dell'aria in un sistema di condotti può anche consentire al fumo di condensarsi in modo più completo prima dei collettori, con velocità di 2.500 piedi al minuto, che spesso consentono un tempo sufficiente per una condensazione più completa. Rallentare ulteriormente la velocità nel condotto può risultare complesso, poiché se si riduce troppo può consentire alle nebbie di raggrupparsi e accumularsi all'interno del condotto. Una pratica generale è quella di consentire sempre una leggera pendenza nei condotti per aiutare a ridurre al minimo "l'aggregazione" della nebbia nei condotti.

Se esce ancora fumo dal collettore, anche dopo che sono state apportate le modifiche sopra descritte, la strategia migliore può essere uno sforzo mirato sulla filtrazione finale. Considera la quantità generale di fumo emesso per determinare la tua strategia. Se la quantità di fumo prodotta è considerevole, l'opzione migliore può essere un collettore di nebbia multistadio. Tuttavia, per quantità inferiori di fumo, una strategia tipica è semplicemente quella di fornire un postfiltro dopo il filtro principale.

Postfiltri

Nelle applicazioni di lavorazione a umido svengono generalmente impiegati due tipi di postfiltri: Filtri HEPA o DOP al 95%. I filtri HEPA, per definizione, offrono un'efficienza del 99,97% su materiali di dimensioni pari a 0,3 micron. Uno svantaggio che deriva dall'impiego di un filtro HEPA è la limitata capacità di ritenzione della filtrazione. Un filtro DOP al 95% può raggiungere una vita utile cinque volte superiore rispetto a un filtro HEPA, tuttavia offre solo il 95% di efficienza su materiali di 0,3. L'esperienza ha dimostrato che i filtri DOP al 95% sono spesso accettabili, poiché la maggior parte dei fumi oleosi corrispondono mediamente a 0,7 micron. Un filtro DOP al 95% può avere un'efficienza tra il 98% e il 99% a 0,7 micron. Questo livello di efficienza può consentire alla qualità dell'aria di un collettore di nebbia di raggiungere standard federali, statali o locali. Infine, un filtro DOP al 95% costa in genere circa quanto un filtro HEPA nonostante la sua durata solitamente superiore. Queste caratteristiche spiegano i vantaggi distintivi dei filtri DOP al 95% e il motivo per cui sono stati i preferiti negli ultimi anni.

Se un processo di lavorazione a umido genera una quantità significativa di fumo, catturare e rimuovere efficacemente il fumo prima dei postfiltri rappresenta l'opzione migliore per un funzionamento economico. Per catturare il fumo prima di un postfiltro, è necessario comprendere l'efficienza delle comuni apparecchiature di raccolta della nebbia nel settore.

Collettori di nebbie

Un apparecchio molto comune per la raccolta della nebbia è il collettore di nebbia centrifugo. I collettori di nebbia centrifughi sono generalmente piccoli, relativamente economici e spesso richiedono una sostituzione minima del filtro. Molti collettori di nebbia centrifughi possono inoltre prevedere l'aggiunta di un postfiltro. Un tipico collettore centrifugo può offrire circa il 98% di efficienza su materiali da 1 micron. Tale efficienza diminuisce al diminuire della dimensione dei materiali. Poiché la dimensione media del fumo oleoso è di 0,7 micron, l'efficienza di un collettore centrifugo potrebbe non essere conforme agli standard e sarebbe considerato necessario un postfiltro. Un ulteriore svantaggio dei collettori centrifughi è dato dalla loro limitata capacità del flusso d'aria. Un tipico collettore centrifugo è limitato a una capacità del flusso d'aria pari o inferiore a 500 CFM.

I filtri a barriera costituiscono un altro modo comune di filtrare la nebbia (Figura 1). I collettori dei filtri a barriera sono generalmente costituiti da reti metalliche di alluminio per grandi nebbie pesanti, seguite da una serie di pannelli o cartucce a base di poliestere. Quando un processo genera una quantità significativa di fumo, un filtro a barriera può offrire livelli di filtrazione superiori e flussi d'aria più elevati rispetto ai collettori centrifughi. Ad esempio, un filtro in fibra a flusso incrociato consente all'aria sporca di fluire orizzontalmente attraverso le pareti del filtro e consente alla nebbia raccolta di drenare per il filtro. Questa opzione può offrire un'efficienza di filtrazione del 99,3% per un materiale di 1,2 micron con flussi d'aria fino a 1.000 cfm a 4" di pressione statica esterna. Questi livelli di prestazione sono difficili e costosi da raggiungere per i collettori centrifughi. Questo modello di collettore aumenta la vita utile del filtro e limita i costi di manutenzione.

In sintesi, catturare il fumo liquido può essere molto impegnativo. Tuttavia, quando si comprende il processo che produce il fumo, solitamente la soluzione di filtrazione è a portata di mano. Mantenere la corretta velocità nel condotto, inclinare i condotti e abbassare le temperature al loro interno contribuirà a semplificare il problema di filtrazione del fumo liquido. E, infine, si considera solitamente di impiegare un postfiltro quando ci si trova a trattare questo materiale difficile.  

Scegliere un'adeguata attrezzatura di filtrazione per il processo di lavorazione a umido dovrebbe offrirti bassi costi operativi per il sistema, aiutandoti al contempo a eliminare il materiale problematico dal flusso d'aria.