Non ci sono mai stati standard per misurare in modo appropriato e preciso l'efficacia dei sistemi di raccolta delle polveri industriali. Poiché molti fabbricanti di filtri e collettori di polveri rivendicano prestazioni eccellenti dei loro prodotti, molti utenti finali si ritrovano persi in un mondo di vanterie e promesse. Nel tentativo di implementare una base per il confronto, molti settori, aziende e giurisdizioni hanno fatto ricorso all'applicazione delle classificazioni MERV, stabilite da ASHRAE 52.2 per il settore della pulizia della ventilazione industriale generale. Ma questa è una misura appropriata dell'efficacia dei collettori di polveri industriali?

L'applicazione del sistema di classificazione MERV per misurare l'efficacia dei collettori di polveri industriali è problematica per i seguenti motivi:

• I test MERV alle portate dei setti filtranti stabilite sono molto diversi dalle portate operative tipiche dei collettori di polveri industriali;
• Le classificazioni MERV indicano l'efficienza minima del filtro (in genere all'avvio) anziché le emissioni tipiche del filtro nel corso del suo ciclo di vita;
• MERV misura l'efficacia del setto filtrante, piuttosto che l'intero sistema di raccolta delle polveri e il suo sistema autopulente; e
• MERV identifica la caduta di pressione ma non affronta il consumo energetico complessivo.

Che cos'è MERV?

MERV è l'acronimo di Minimum Efficiency Reporting Value. Si tratta di un sistema di classificazione incorporato nelle specifiche di test di ASHRAE 52.2. Assegna un singolo numero a un filtro per identificare la sua prestazione minima nella rimozione delle particelle da un flusso d'aria. Numeri più alti indicano una maggiore efficienza di filtrazione, ma molti esperti del settore della raccolta delle polveri industriali sostengono il contrario.

Lo standard ASHRAE 52.2 è stato redatto inizialmente per stabilire un metodo di misurazione delle prestazioni dei dispositivi di depurazione dell'aria per la ventilazione generale. Sebbene i sistemi di depurazione dell'aria per la ventilazione generale e i sistemi industriali di raccolta delle polveri rimuovano entrambi le particelle dal flusso d'aria, hanno pochi altri aspetti in comune. Di seguito vengono illustrate le differenze.

Portate operative per la ventilazione generale rispetto ai collettori di polveri industriali

Lo standard 52.2 è stato stabilito per testare l'efficienza dei filtri dell'aria statici utilizzati nei sistemi di ventilazione generale, come i sistemi di filtrazione dell'aria negli ambienti e negli edifici. Al contrario, i filtri dell'aria per la raccolta industriale delle polveri funzionano in un ambiente molto dinamico, in cui la polvere si accumula continuamente e viene rimossa dal setto secondo necessità. La maggior parte dei collettori di polveri industriali è dotata di un sistema autopulente che consente ai filtri di continuare a funzionare molto più a lungo rispetto a quando non vengono puliti ripetutamente. A volte i filtri vengono puliti quando non c'è flusso d'aria, ma spesso la pulizia avviene durante il normale funzionamento. Il continuo cambiamento della polvere solidificata (e la conseguente caduta di pressione) implica anche un cambiamento continuo dell'efficienza del filtro. Ogni volta che un filtro viene pulito, l'efficienza dei filtri cambia. Le condizioni statiche utilizzate in ASHRAE 52.2 non possono essere applicate in modo appropriato alle condizioni dinamiche all'interno di un collettore di polveri.

I processi di produzione industriale creano polvere, in quantità non previste nei sistemi di pulizia per ventilazione generale. I flussi d'aria all'interno dei processi presso segherie, impianti di movimentazione dei cereali, officine di lavorazione dei metalli e cabine di verniciatura termica producono in genere da 0,5 a 20 grani in 16,4 centimetri cubi di particolato. I fabbricanti non possono permettersi di interrompere la produzione per sostituire i filtri con frequenza, quindi si affidano a collettori di polveri dotati di sistemi autopulenti. I sistemi autopulenti consentono al filtro di rimanere in uso per un periodo di tempo più lungo.

Al contrario, un test ASHRAE 52.2 immette relativamente poca polvere nel flusso d'aria. Utilizza circa 0,005 grani ogni 16,4 centimetri cubi di aria. Si tratta di una concentrazione di polvere da 100 a 4.000 volte inferiore rispetto a quella presente in un tipico flusso d'aria di un collettore di polveri industriale.

Un altro fattore critico da considerare è che la velocità del mezzo varia notevolmente tra la ventilazione generale e la raccolta di polveri industriali. Un collettore di polveri standard avrà una velocità del mezzo compresa tra 15 cm e 3,6 metri al minuto. Al contrario, ASHRAE 52.2 testa velocità del flusso d'aria comprese tra 36 e 228 metri al minuto. Ciò significa che le grandezze sono da 10 a 1.500 volte superiori in un test MERV rispetto a un collettore di polveri. Poiché la velocità del mezzo può influire sull'efficienza, l'applicabilità del test MERV per un'applicazione di raccolta industriale delle polveri deve essere messa in discussione.

Efficienza iniziale ed efficienza nel ciclo di vita a confronto

L'obiettivo di ASHRAE 52.2 è misurare l'efficienza di un sistema di pulizia per ventilazione generale. L'obiettivo di un collettore di polveri è controllare le emissioni nel tempo. A prima vista, sembrerebbe che l’efficienza di un filtro sia direttamente correlata alle emissioni che il filtro lascia fuoriuscire dal sistema. Tuttavia, l’efficienza di un filtro non può essere correlata direttamente alle emissioni di un collettore di polveri industriale. Se si cercasse di calcolare le emissioni nel tempo in base ai livelli di efficienza MERV, le emissioni sarebbero notevolmente sovrastimate. L'errore di calcolo si verifica perché il filtro di un collettore si carica di polvere e genera continuamente strati solidificati.

Il principio di funzionamento di un collettore di polveri industriale sfrutta l'accumulo di polvere per fornire un'ulteriore filtrazione. Poiché la polvere crea una resistenza al flusso d'aria, la resistenza attraverso il setto filtrante di un collettore di polveri è in genere compresa tra 50,8 e 127 millimetri d'acqua. Durante questo periodo, la polvere solidificata viene costantemente sostituita man mano che i filtri vengono puliti e la polvere si accumula nuovamente. Il test ASHRAE 52.2 opera in un intervallo di resistenza completamente diverso. Il test si interromperà quando la resistenza massima sarà di 35,6 millimetri d'acqua (o prima, a seconda del livello di efficienza ottenuto). Il test per MERV è legato semplicemente alla capacità del setto filtrante di catturare la polvere, mentre il ciclo operativo di un collettore di polveri utilizza l'accumulo e il rilascio della polvere solidificata come fattore significativo per l'efficienza delle prestazioni.

Queste differenze nella funzione di un collettore di polveri rispetto all'applicazione di un test ASHRAE 52.2 renderanno l'approccio alla progettazione dei setti significativamente diverso. Per un sistema di filtrazione statico, sarebbe vantaggioso disporre di un setto filtrante per l'accumulo di polvere in profondità che consenta al particolato di caricarsi per tutta la profondità del mezzo senza effettivamente penetrare attraverso l'elemento filtrante. Il mezzo che consente alla polvere di accumularsi nel filtro senza creare uno strato solidificato gestirà più particolato e durerà più a lungo in un ambiente statico. Tuttavia, questa non è la soluzione ideale quando si cerca di pulire il setto in un ambiente dinamico. Maggiore è la polvere trattenuta sulla superficie del setto (accumulo in superficie), più facile sarà pulirla. È molto vantaggioso avere un setto filtrante per l'accumulo di polvere in superficie in un collettore di polveri per garantire una maggiore durata del filtro. Un fabbricante di filtri potrebbe facilmente progettare un setto filtrante per l'accumulo di polvere in profondità per garantire un valore MERV più elevato per i suoi filtri, e i consumatori potrebbero probabilmente supporre che un valore MERV più elevato significhi un filtro migliore. Tuttavia, questi setti filtranti per l'accumulo di polvere in profondità spesso sacrificano la capacità di rilasciare particelle durante la pulizia. Un possibile consumatore interessato a un collettore di polveri industriale che acquista un filtro basandosi esclusivamente sulla classificazione MERV potrebbe non essere consapevole del fatto che sta sacrificando un aspetto significativo delle prestazioni: la capacità di essere pulito. Il filtro migliore per i collettori di polveri industriali dovrebbe offrire maggiore efficienza E migliori prestazioni di pulizia. Considerato il numero e la complessità dei fattori che incidono sulle prestazioni di un collettore di polveri industriale, si potrebbe sostenere che non sia efficace prendere decisioni di acquisto di un collettore di polveri facendo affidamento su una valutazione MERV basata esclusivamente sull'efficienza iniziale. Le condizioni che separano una classificazione delle prestazioni MERV 13 da una classificazione delle prestazioni MERV 14 rappresentano solo una piccola parte della durata del filtro del collettore di polveri. Il valore MERV stabilito durante i primi minuti di vita del filtro non può prevedere l'efficacia dei restanti 6-24 mesi di vita del filtro. Anche in questo caso, la caratterizzazione dell'efficienza di 52.2 non è affidabile. Le prestazioni effettive dei collettori di polveri industriali si basano con maggiore precisione sulla progettazione del sistema di pulizia, sulla tecnologia del setto filtrante per l'accumulo di polvere in superficie e sulla gestione del flusso d'aria.

Prestazioni del setto e prestazioni di sistema a confronto

Anche il sistema di classificazione MERV non è adeguato per identificare l'efficacia di un sistema di raccolta di polvere industriale, perché valuta il setto filtrante anziché l'intero sistema di filtrazione. L'ideale sarebbe che uno standard consentisse all'utente finale di confrontare le emissioni durante il normale funzionamento. Permetterebbe di misurare l'efficacia dell'intero sistema di filtrazione. La gestione del flusso d'aria all'interno di un collettore di polveri è fondamentale per le sue prestazioni complessive. Il suo design dovrebbe gestire il flusso d'aria in modo tale che la maggior parte della polvere non raggiunga mai i filtri, consentendo così al setto filtrante di durare più a lungo. Anche il flusso d'aria deve essere gestito in modo tale che la polvere raccolta si depositi senza essere nuovamente trascinata nel flusso d'aria o rimanere sospesa in modo permanente. Vi sono molti approcci ai meccanismi di pulizia Donaldson® Torit® 4, ma la progettazione del sistema di pulizia e del setto devono andare di pari passo. L'utente del collettore di polveri è interessato solo alle prestazioni complessive, quindi la misurazione di uno o dell'altro aspetto risulta incompleta.

Caduta di pressione e consumo energetico totale a confronto

Un altro problema è che la notazione della caduta di pressione di ASHRAE 52.2 non riconosce la caratteristica prestazionale più ampia che preoccupa sempre di più molti utenti finali: il consumo energetico e i suoi costi. Una maggiore restrizione in un filtro richiede più energia per mantenere il corretto flusso d'aria. Anche l'energia della pulizia è molto importante. Un collettore di polveri può avere un ottimo sistema di pulizia e una bassa caduta di pressione, ma può richiedere un'enorme quantità di energia per la pulizia. Pochi considererebbero accettabile questo scenario. Tuttavia, le classificazioni MERV non forniscono indicazioni agli utenti finali su questa caratteristica prestazionale critica.

E quindi cosa si fa?

Considerati tutti i motivi per cui il sistema di classificazione MERV è inappropriato per i collettori di polveri industriali, dove ci porta tutto questo? Se esistesse un nuovo standard, dovrebbe prendere in considerazione molte delle principali caratteristiche prestazionali che interessano all'utente finale, in particolare quelle discusse in questo documento. Gli utenti finali potrebbero dover considerare altri fattori legati alla scelta di un collettore di polveri industriale. Altre caratteristiche che gli utenti finali in genere desiderano conoscere sono le dimensioni, l'integrità dell'armadietto, il rumore e la capacità del sistema di filtrazione di riprendersi dopo una condizione di anomalia.

I leader del settore della raccolta industriale delle polveri, ASHRAE e ISO, stanno attualmente collaborando per affrontare questo problema. Il comitato tecnico 5.4 di ASHRAE ha recentemente completato un progetto di ricerca (RP1284) per determinare il modo migliore per sviluppare una specifica di test per i collettori di polveri, e un comitato di progetti speciali sta lavorando per redigere una specifica di test basata su questa ricerca. Anche il Comitato tecnico 142 di ISO è impegnato nella redazione di una specifica di test simile da utilizzare a livello internazionale. Ci vorranno ancora diversi anni prima che entrambi i progetti siano completamente scritti e sviluppati, ma almeno rispondono alle esigenze del mercato della raccolta industriale delle polveri che il MERV non avrebbe mai potuto soddisfare. Le parti interessate dovrebbero partecipare attivamente a queste iniziative. Valuta la possibilità di prendere parte alle revisioni pubbliche prima della pubblicazione degli standard, in modo tale che il tuo feedback possa contribuire a garantire che le esigenze degli utenti finali vengano finalmente soddisfatte.

Nel frattempo, quando ci si trova a dover scegliere un sistema di filtrazione per la raccolta delle polveri, è opportuno chiedere al fabbricante informazioni sull'applicabilità del MERV alla situazione in questione. E soprattutto, dedica un po' di tempo a chiedere informazioni sulle caratteristiche che possono prevedere nel modo migliore l'efficacia del sistema di raccolta delle polveri, come: flussi operativi, durata prevista del filtro, progettazione dei setti filtranti, gestione del flusso d'aria, progettazione del sistema di pulizia e consumo energetico. Il risultato finale rifletterà la tua scelta più oculata.

Andrew Untz è un ingegnere di progetto senior in Donaldson Company, Inc. Ha conseguito una laurea in ingegneria presso l'Università del Wisconsin River Falls e un MBA presso l'Università di Phoenix. Andrew vanta 16 anni di esperienza nella filtrazione dell'aria industriale. Fa parte del Comitato tecnico 5.4 di ASHRAE e ha partecipato alla stesura di ASHRAE 199. Andrew è anche membro del Comitato tecnico 142, WG5, di ISO, dove gestisce guida lo sviluppo di uno standard di test internazionale per i collettori di polveri industriali.