Nella progettazione di un sistema di raccolta delle polveri, l'attenzione si concentra spesso sul dispositivo di filtrazione (collettore). Di conseguenza, i progettisti di sistemi potrebbero trascurare altri fattori, come ad esempio le opzioni da considerare per quanto riguarda l'aria in uscita dal collettore di polveri. In questo articolo vengono illustrate alcune delle opportunità e delle sfide relative all'aria scaricata dai dispositivi di filtrazione. I vecchi sistemi di raccolta delle polveri utilizzavano un approccio molto semplice per gestire l'aria di scarico dei collettori di polveri: semplicemente la scaricavano nell'atmosfera. Questo approccio veniva utilizzato sia che i collettori fossero posizionati all'interno che all'esterno. Sebbene questo approccio possa rimanere valido in alcune applicazioni, le attuali preoccupazioni relative al risparmio energetico, alle polveri combustibili e alla conformità alle normative ambientali suggeriscono di valutare con prudenza altre misure.

1. Risparmio energetico: l'aria di scarico deve essere sostituita

Durante il funzionamento di un sistema di raccolta delle polveri, l'aria utilizzata per aspirare la polvere nel collettore lascia un vuoto che deve essere riempito con aria di ricambio. Questo può essere semplice se si vive in un clima temperato, ma molti impianti devono investire energia e denaro per rendere confortevole la loro struttura. Ciò significa che lo smaltimento e la successiva sostituzione dell'aria condizionata all'esterno aumenta il carico sui sistemi di trattamento dell'aria di reintegro e alza i costi operativi.

Per evitare di perdere l'investimento nel riscaldamento o nel raffreddamento, si potrebbe decidere di riportare l'aria condizionata all'edificio dopo averla lavorata attraverso il collettore. Questa opzione viene solitamente applicata con setti filtranti ad alte prestazioni per garantire un'efficace rimozione delle particelle e consentire la ricircolazione. Questo approccio può potenzialmente rappresentare un notevole risparmio di denaro se la tua struttura è soggetta a condizioni meteorologiche estreme, ma potrebbe essere necessario valutare alcuni costi di capitale aggiuntivi prima di iniziare a reimmettere aria nella struttura.

Molti studi di progettazione raccomandano che il sistema di ricircolo dell'aria negli spazi occupati sia dotato di sistemi di monitoraggio per garantire la qualità dell'aria riportato all'interno dell'ambiente. Un approccio relativamente comune è l'aggiunta di filtri HEPA o ASHRAE come filtri di monitoraggio tra il collettore e lo scarico che ritorna nell'edificio. I filtri HEPA e ASHRAE tendono a mostrare aumenti relativamente rapidi della caduta di pressione quando catturano quantità relativamente piccole di polvere. Posizionandoli a valle di un collettore primario, possono monitorare il carico di polvere nell'aria di ritorno e mostrare un aumento della caduta di pressione per avvisare l'operatore che c'è una perdita evidente nel filtro primario. La polvere che passa attraverso il filtro primario viene comunque catturata (dall'HEPA) ed evita quindi di ritornare nello spazio occupato. In condizioni normali, il filtro HEPA o ASHRAE vede così poca polvere che la caduta di pressione rimane bassa e stabile e la durata del filtro rimane ragionevole. Ciò riduce al minimo le spese di manutenzione dei filtri di monitoraggio.

L'investimento di capitale aggiuntivo è compensato dal risparmio derivante dal ricircolo dell'aria? Una stima del risparmio energetico su un sistema di raccolta delle polveri da 10.000 cfm (piedi cubi al minuto) in funzione 168 ore alla settimana a Madison, Wisconsin è la seguente:

I costi di riscaldamento per l'aria di ricambio possono essere stimati utilizzando la seguente formula:

Risparmio sui costi = (0,154 x Q x T x D x C) ÷ q

Quindi, nel nostro esempio, il costo annuale del riscaldamento sarebbe:

 = (0,154 x 10.000 x 168 x 7.673 x 6,11) ÷ 824.000 = 14.720 $ di costo del riscaldamento all'anno

Anche il costo del raffreddamento può essere stimato utilizzando una formula:

Costi di raffreddamento = (0,0000258 x Q x T x H x C)

Quindi, nel nostro esempio, i costi annuali di raffreddamento sarebbero:

= (0,0000258 x 10.000 x 168 x 293 x 0,0804) = 1.021 $ di costi di raffreddamento all'anno

Riportando l'aria filtrata ed evitando la necessità di sostituire l'aria condizionata scaricata dall'attrezzatura di filtrazione, si ottiene un risparmio annuo complessivo di poco meno di 16.000 dollari per il riscaldamento e il raffreddamento dell'aria di reintegro necessaria. Questo risparmio si ottiene ogni anno in cui l'attrezzatura di filtrazione è in funzione.

Ulteriori risparmi potrebbero essere ottenuti installando un sistema di controllo automatico del flusso d'aria con un azionamento a velocità variabile che manterrebbe il flusso d'aria della progettazione e manterrebbe uniforme il carico sul sistema di reintegro dell'aria. Con questo sistema si ottengono maggiori risparmi utilizzando un setto filtrante con accumulo di polveri in superficie con una caduta di pressione inferiore. Se il sistema funziona a una pressione inferiore a due pollici (circa 5 cm) di colonna d'acqua con un setto filtrante con accumulo di polveri in superficie migliorato rispetto a un setto filtrante standard su questo stesso sistema da 10.000 cfm, il risparmio energetico annuo stimato dovuto a una minore caduta di pressione è di 2.262 $.

Questi risparmi non tengono conto del minor capitale necessario per il sistema di aria di reintegro. Se si sta valutando un nuovo progetto, verifica con le aziende di servizi locali la disponibilità di sconti e programmi di incentivi che incoraggino l'investimento di capitale extra in un sistema efficiente dal punto di vista energetico. 

2. Considerazioni sulla polvere combustibile

I sistemi di controllo delle polveri che gestiscono polvere combustibile potrebbero richiedere investimenti di capitale aggiuntivi per evitare che l'energia o il fumo di un incendio ritornino nell'edificio. Una saracinesca di arresto è una delle numerose strategie di mitigazione che aiutano a ridurre i rischi di eventi di combustione in un collettore di polveri che ritornano in uno spazio occupato. (Vedi Figura 1)

Una saracinesca di arresto riceve un segnale da un qualche tipo di sensore situato nel collettore o nelle sue vicinanze. Quando il sensore attiva la saracinesca di arresto, questa si chiude di colpo. In questa posizione, l'aria scaricata dal collettore viene deviata all'esterno anziché rientrare nell'edificio. Per attivare la saracinesca di arresto si possono utilizzare diversi sensori, tra cui i rilevatori che rilevano scintille o fumo dopo il collettore.

Se il tuo impianto si trova in un luogo in cui le condizioni meteorologiche sono un fattore determinante, potresti avere periodi dell'anno in cui preferiresti evitare di immettere aria nell'edificio. Forse l'aria attorno ai tuoi processi è calda e in estate preferiresti scaricare l'aria calda all'esterno. In queste condizioni, spesso viene attivata manualmente una saracinesca di arresto, in modo tale che l'aria calda venga scaricata all'esterno anziché essere reimmessa nell'edificio. Tieni presente che il funzionamento del collettore con scarico dell'aria all'esterno aumenterà la richiesta sul tuo sistema di aria di reintegro.

Se stai prendendo in considerazione un filtro di monitoraggio, una saracinesca di arresto o entrambi nel tuo condotto di scarico, non dimenticare che oltre alla spesa per l'attrezzatura, avrai anche costi energetici per spingere l'aria attraverso il/i dispositivo/i. Quando hai calcolato i costi energetici (pressione statica) per mantenere l'aria in movimento nel tuo sistema originale, hai incluso i costi energetici per accelerare e far sì che l'aria attorno alle attrezzature si muova nelle cappe per attirare la polvere nel collettore. Sono stati aggiunti anche i costi della pressione statica per far sì che l'aria e la polvere continuassero a muoversi attraverso curve, giunti e tratti rettilinei del condotto fino a raggiungere il collettore. Sono stati inclusi i costi energetici per la resistenza attraverso i condotti dal collettore al punto di scarico. E, infine, sono stati inseriti i costi energetici statici per far passare l'aria attraverso il collettore e i filtri. Queste perdite di energia del collettore dovrebbero includere una capacità di pressione statica sufficiente a consentire il movimento dell'aria attraverso i filtri anche quando questi sono sufficientemente sporchi da dover essere sostituiti. Tutti questi costi energetici sommati ti hanno indirizzato verso la ventola di cui avevi bisogno.

Ora, se stai prendendo in considerazione un filtro di monitoraggio o una saracinesca di arresto, potrebbe essere necessaria una capacità di pressione statica aggiuntiva per l'energia richiesta per far passare l'aria attraverso tali dispositivi. Verifica se è necessario modificare o sostituire la ventola attuale per mantenere le condizioni di flusso di progettazione.

Un'ulteriore considerazione relativa alle polveri combustibili è la necessità di standard quali NFPA per l'isolamento tra le attrezzature di processo o sui condotti che riportano l'aria negli spazi occupati. Questi dispositivi aiutano a ridurre il rischio di un evento di deflagrazione in un collettore che rimanda energia e fiamme nello spazio occupato. I dispositivi di isolamento utilizzano sensori in prossimità del collettore per rilevare l'inizio di un evento nel collettore. Quindi, attivano il dispositivo di isolamento per chiudere il condotto, impedendo alla fiamma e all'energia di tornare nello spazio occupato. I dispositivi di isolamento meccanico tendono a utilizzare saracinesche che si chiudono di scatto in frazioni di secondo mediante meccanismi di chiusura ad alta energia, come il gas compresso. L'isolamento chimico è un tipo di isolamento che utilizza speciali contenitori o cannoni per distribuire rapidamente un agente estinguente nel condotto mediante gas compresso. I dispositivi di isolamento non vengono utilizzati solo sul condotto di ritorno dell'aria dal collettore, ma anche sul condotto di ingresso al collettore per ridurre la possibilità che l'energia e la fiamma ritornino nel processo.

3. Requisiti di conformità normativa per il monitoraggio dell'aria:

Se il tuo processo prevede la manipolazione o la produzione di inquinanti atmosferici pericolosi, i requisiti locali, federali o statali potrebbero imporre il monitoraggio della qualità dell'aria che scarichi nell'atmosfera. Potrebbe essere necessario un rilevatore di sacchi rotti con un allarme per monitorare il carico di polvere nell'aria di scarico del collettore e fornire una registrazione delle prestazioni del collettore (vedi la Figura 2). Questi rilevatori sono posizionati nel condotto di scarico dell'aria pulita o nel camino e devono essere calibrati in base al volume d'aria di progetto. Una volta installati e calibrati, questi rilevatori possono spesso essere configurati non solo per monitorare, ma anche per registrare i carichi di polvere in base al tempo, in modo da stabilire una registrazione permanente delle prestazioni del collettore. Diversi modelli di rilevatori di sacchi rotti consentono inoltre di monitorare la sequenza di pulizia a impulsi del collettore e di correlare l'aumento dello scarico di polvere con un particolare evento di impulsi. In queste configurazioni, i dispositivi fungono da strumenti di manutenzione preventiva per aiutare l'operatore del collettore a restringere la ricerca di filtri danneggiati.

I dispositivi di monitoraggio sono spesso dotati di circuiti per allarmi acustici o indicatori luminosi visivi per avvisare gli operatori di eventuali condizioni anomale. Questi dispositivi di monitoraggio sono stati utilizzati anche per attivare dispositivi, come saracinesche di arresto, quando i livelli di particolato aumentano drasticamente, come in condizioni di fumo generate da un incendio silente su un filtro.

Riepilogo:

Non cadere nella trappola di ignorare l'aria di scarico del tuo collettore di polveri. Dovrai assicurarti in modo proattivo che lo scarico del collettore di polveri sia conforme a tutti i requisiti federali, statali o locali. Dovrai inoltre sfruttare ogni opportunità per aumentare il valore del tuo collettore di polveri, risparmiando sui costi di riscaldamento o raffreddamento o migliorandone l'affidabilità con un monitoraggio e una manutenzione migliori. Quando si tratta dell'aria di scarico del collettore, non puoi permetterti di smaltirla all'esterno senza pensarci.