Soluzioni di filtrazione per il trasporto pneumatico

Introduzione

Il trasporto pneumatico è un processo importante per molti settori, tra cui la produzione e il trasporto di materie plastiche, la lavorazione e l'imballaggio degli alimenti, il trasporto e lo stoccaggio di semi agricoli, per citarne alcuni. Le soluzioni di filtrazione e silenziamento sono parte integrante di un sistema di trasporto pneumatico efficace. I compiti vanno dalla protezione delle apparecchiature di movimentazione dell'aria al silenziamento del rumore emesso dalle apparecchiature. La filtrazione è necessaria per pulire l'aria atmosferica che entra nel processo attraverso l'aspirazione della soffiante/pompa e qualsiasi valvola di sfiato o valvola di scarico del vuoto all'interno del sistema. Questo articolo illustra il processo di trasporto pneumatico e l'importanza della filtrazione nel sistema.

La tramoggia e le tubazioni trasparenti consentono di verificare visivamente il corretto funzionamento del sistema di trasporto pneumatico.

Che cos'è un sistema di trasporto pneumatico?

Il trasporto pneumatico è un processo che utilizza l'aria per trasferire prodotti sfusi come polveri, pellet e altri solidi da un punto A a un punto B all'interno di tubi o tubazioni. Il successo del trasporto di materiale si basa sul flusso d'aria tra i punti di partenza e di arrivo del sistema. Il flusso si ottiene tipicamente con una soffiante, un compressore, una ventola o una pompa a vuoto.

I progettisti e i costruttori di sistemi di trasporto pneumatico considerano il tipo di prodotto da trasportare per scegliere il sistema di trasporto pneumatico più appropriato.

Questo impianto di stampaggio a iniezione utilizza un sistema di trasporto pneumatico per scaricare i pellet di plastica dai vagoni ferroviari ai silos di stoccaggio e distribuzione.

Tipi di trasporto primario

Il tipo più comune di sistema di trasporto pneumatico è il sistema a fase diluita o magra, in cui il flusso d'aria può essere generato utilizzando apparecchiature a pressione o a vuoto. Le pressioni di esercizio sono tipicamente inferiori a 1 bar(g) negli ambienti in pressione, mentre i sistemi a vuoto operano tipicamente intorno ai 500 mbar. Questi sistemi utilizzano velocità elevate per fluidificare il prodotto nel flusso d'aria.

Il trasporto pneumatico in fase densa viene applicato come metodo per spostare materiali pesanti, fragili o abrasivi a bassa velocità. Il materiale si muove lungo un tubo chiuso a bassa velocità. Ciò consente di ridurre l'usura delle tubazioni del sistema e dei materiali trasportati. Pertanto, la fase densa è spesso il sistema preferito quando i materiali devono essere trasportati su lunghe distanze.

Il trasporto pneumatico in fase densa e in fase diluita è utilizzato nelle applicazioni agricole per spostare cereali, mais e altri prodotti all'interno e all'esterno dei silos di stoccaggio.

Velocità di trasporto

Un fattore comune nel processo di progettazione del trasporto pneumatico è il calcolo della velocità di trasporto. La velocità di trasporto è la velocità dell'aria al di sotto della quale i solidi trasportati iniziano a depositarsi sul fondo delle tubazioni orizzontali. Queste informazioni sono importanti per la scelta del tipo di apparecchiatura necessaria per un sistema di trasporto di successo. Un'apparecchiatura di movimentazione dell'aria sbagliata può danneggiare i prodotti trasportati o impedirne del tutto il trasporto. Per trasportare solidi sfusi come polveri o granulati, la velocità minima di trasporto dell'aria deve essere superiore alla velocità di trasporto delle particelle.

Quali tipi di apparecchiature per la movimentazione dell'aria vengono utilizzate nel trasporto pneumatico?

Nelle applicazioni di trasporto pneumatico vengono applicati diversi tipi di tecnologie di movimentazione dell'aria, che vengono decisi dal costruttore del sistema. Nei sistemi di trasporto a pressione positiva, i tipi di apparecchiature per il movimento dell'aria includono:

 

Nei sistemi di trasporto a pressione negativa (vuoto), i tipi di apparecchiature per la movimentazione dell'aria includono:

Apparecchiature di trasporto pneumatico in un impianto di produzione di caffè. Il sistema utilizza pompe a vuoto e soffiatori PD per spingere e tirare i materiali.

Perché la filtrazione è necessaria nel trasporto pneumatico

Senza un'adeguata filtrazione, un sistema di trasporto pneumatico rischia di diminuire le prestazioni dell'apparecchiatura, compresi i guasti e la contaminazione del processo che può comportare un aumento dei costi di scarto e dei rifiuti.

I tempi di inattività di un processo sono indesiderati e costosi. Un fattore comune che contribuisce ai tempi di inattività dei processi è il guasto delle apparecchiature causato da contaminanti ambientali e materiali di processo che entrano nelle apparecchiature di movimentazione dell'aria. Questo può essere evitato con la scelta di una soluzione di filtrazione adeguatamente specificata.

I filtri di aspirazione e i silenziatori svolgono un ruolo fondamentale nella protezione delle apparecchiature di movimentazione dell'aria a pressione positiva. Senza una soluzione filtrante adeguatamente dimensionata, oggetti estranei come polveri e particelle trasportate dall'aria, insetti, animali o parti varie (dadi, bulloni, ecc.) rischiano di essere trascinati all'interno dell'apparecchiatura. Questo può portare a guasti alle macchine e a tempi di inattività del sistema. L'aggiunta di un filtro di alta qualità per pulire l'aria atmosferica in ingresso e proteggere la soffiante, il compressore o il ventilatore può ridurre i tempi di fermo. Quando il rumore nell'ambiente circostante è un problema, il silenziamento può essere integrato con il filtro in una soluzione compatta chiamata filtro silenziato in ingresso.

A seconda delle condizioni operative e delle capacità dell'apparecchiatura, è possibile selezionare un media filtrante specifico per soddisfare i requisiti di prestazione ed efficienza di rimozione. Ad esempio, un ambiente di confezionamento alimentare può richiedere un filtro dell'aria per particolato ad alta efficienza (HEPA) di grado E12 per catturare il 99,97% del carico di particolato a 0,3 micron o superiore. In questo scenario, il dimensionamento del filtro è fondamentale per garantire che la caduta di pressione attraverso il filtro abbia un impatto trascurabile sulle prestazioni dell'apparecchiatura.

Sul lato del processo/della consegna delle apparecchiature di movimentazione dell'aria a pressione positiva, è spesso richiesta una soluzione di filtrazione nelle applicazioni di trasporto pneumatico. Questi filtri in linea proteggono i materiali di processo da particelle estranee e garantiscono l'erogazione di aria pulita. Anche in questo caso, il dimensionamento è fondamentale per garantire che le apparecchiature di movimentazione dell'aria possano funzionare a livelli di prestazioni ottimali. Nell'industria farmaceutica, la filtrazione in linea è comunemente richiesta a causa della natura sensibile del prodotto trasferito. In caso di contaminazione, il costo della rottamazione del prodotto può essere estremamente elevato. In molti casi, sarà necessario un media filtrante ad alta efficienza, come il filtro aria a bassissimo particolato (ULPA) di grado H14, grazie alle proprietà di rimozione offerte, con un'efficienza di rimozione del 99,995% a 0,1 micron.

Un'altra sfida potenziale da considerare è la separazione dei liquidi che possono essere presenti tra l'apparecchiatura di movimentazione dell'aria e il processo. Alcune tecnologie utilizzano l'olio come fluido lubrificante e, in caso di guasto, l'olio può migrare nel sistema di trasporto. Un separatore d'olio in linea può garantire la rimozione di livelli elevati di olio dal flusso d'aria. Questo risultato è ottenuto grazie a soluzioni di separazione multistadio che incorporano una serie di tecnologie meccaniche, tra cui il baffling, le variazioni di velocità e direzionali e il pacchetto finale di media coalescenti ad alta efficienza per le nebbie d'olio.

Nei sistemi di trasporto a pressione negativa o a vuoto, le soluzioni di filtrazione servono a proteggere la pompa del vuoto. Le proprietà e le caratteristiche della sostanza trasportata influenzano fortemente la scelta del tipo di alloggiamento del filtro, dei materiali di costruzione e dei materiali filtranti necessari per ottimizzare le prestazioni e la durata. (La scelta del filtro migliore per il lavoro è importante e ci sono alcuni fattori da considerare quando si esaminano le specifiche.

Soffiante PD con filtro silenziatore in ingresso per la protezione di un'applicazione di trasporto del cemento.

Ad esempio, qual è la dimensione in micron del prodotto trasportato? Se si tratta di un prodotto grossolano, come i pellet di plastica, un supporto industriale in poliestere da 5 micron di efficienza è probabilmente sufficiente per il lavoro.

Quali sono i livelli di carico di polvere in entrata? In molti sistemi di trasporto pneumatico, la sfida del particolato al filtro può essere piuttosto significativa. Se il carico di particolato è estremo, i filtri possono intasarsi molto rapidamente, con conseguenti intervalli di manutenzione eccessivi e tempi di fermo del processo. In questi scenari, un singolo gruppo di filtri primari può essere rapidamente sovraccaricato, causando differenziali di pressione elevati e prestazioni ridotte dell'apparecchiatura se il filtro non è sottoposto a una manutenzione adeguata. La soluzione ideale in questo caso è un sistema di filtrazione multistadio con un gruppo di pre-pulizia per affrontare la maggior parte della polvere, seguito da un filtro primario per il particolato. Un prefiltro meccanico, come la serie SM Spinmeister® prodotta da Solberg, utilizza una girante per separare centrifugamente dal flusso d'aria il particolato di dimensioni pari o superiori a 15 micron. Il prefiltro Spinmeister® rimuove gran parte della polvere e delle particelle permettendo al filtro primario di funzionare più a lungo, allungando gli intervalli di manutenzione per gli operatori.

Un'altra soluzione speciale prevede un sistema di filtraggio autopulente, come la serie RST a impulsi inversi sviluppata da Solberg. Un sistema a impulsi inversi utilizza l'aria compressa per spurgare l'elemento filtrante caricato dalle polveri raccolte, rendendolo un sistema di filtrazione autopulente. Entrambe le opzioni contribuiscono a prolungare la durata del filtro primario, allungando così gli intervalli di assistenza e manutenzione. Il risultato è la massima operatività dei processi.

Una serie di Solberg ST protegge un sistema di trasporto pneumatico per materiale riciclato in una fabbrica di estrusione di plastica.

Nelle applicazioni ad alta temperatura, in cui il flusso di gas supera i 100°C, il materiale filtrante dovrà essere adattato all'ambiente di lavoro. A seconda dei requisiti di efficienza di filtrazione, è possibile selezionare un materiale filtrante adatto alle alte temperature per garantire una lunga durata. I supporti disponibili sono, tra gli altri, la fibra aramidica, la fibra di vetro e l'acciaio inossidabile intrecciato.

Se l'applicazione prevede l'umidità, un separatore di liquidi multistadio / filtro a vuoto è progettato per gestire la sfida del processo. La maggior parte delle tecnologie delle pompe per vuoto non funzionano bene quando sono contaminate da liquidi e quindi è importante una corretta filtrazione e separazione.

Se il liquido di sfida contiene sostanze chimiche aggressive o corrosive, i materiali di costruzione del gruppo filtro e dell'elemento filtrante dovranno essere resistenti. I materiali adatti agli ambienti corrosivi includono acciaio inossidabile, alluminio o plastica per gli alloggiamenti e una varietà di materiali sintetici o metallici per gli elementi filtranti. Per migliorare la resistenza alla corrosione, è possibile applicare agli alloggiamenti metallici anche rivestimenti speciali come il PTFE o combinazioni multistrato di primer e vernice.

Alcune tecnologie di pompe per vuoto, come quelle a palette rotanti, a vite rotante, a pistone rotante e ad anello liquido, utilizzano l'olio come fluido lubrificante. In condizioni operative difficili, la pompa del vuoto può scaricare nebbia d'olio e fumo nell'ambiente di lavoro. Sebbene la maggior parte dei sistemi di pompe per vuoto a tenuta d'olio sia dotata di un separatore aria/olio, a volte è necessario un filtro lucidato per mantenere l'ambiente di lavoro pulito e privo di nebbie d'olio. Un eliminatore di nebbie oleose esterno che utilizza la tecnologia di coalescenza delle nebbie oleose in fibra di vetro funzionerà per rimuovere le emissioni oleose sfiatate dalle apparecchiature rotanti. Con un'efficienza di rimozione del 99,97% a 0,3 micron, il risultato è un ambiente di lavoro molto più pulito per gli operatori della struttura.

Un'altra area in cui la filtrazione è importante all'interno di un sistema di trasporto pneumatico è quella delle valvole di sfiato o di scarico del vuoto. Quando si aziona una valvola di sfiato del vuoto, l'aria entra nel sistema e può introdurre contaminanti nel flusso dell'aria di processo. L'aggiunta di un filtro in questo punto di ingresso dell'aria protegge le apparecchiature di movimentazione dell'aria e contribuisce a garantire l'integrità del prodotto nei sistemi push-pull. Il filtro silenziatore è una scelta popolare, in quanto le caratteristiche di attenuazione del rumore contribuiscono a ridurre il rumore emesso dal sistema, causato dall'aria che scorre attraverso l'apertura della valvola. Senza un silenziatore, il rumore può essere acuto e fastidioso per l'orecchio umano.

I filtri di sfiato del silo costituiscono una parte importante del sistema. Agiscono per pulire l'aria che esce dal silo e che contiene il particolato del prodotto che viene soffiato nel silo. Un filtro dell'aria o un gruppo filtro-silenziatore adeguatamente dimensionato contribuirà a ridurre al minimo lo scarico del prodotto nell'ambiente. Come per tutti i filtri descritti, il dimensionamento è un fattore critico che assicura una restrizione minima alle apparecchiature che è stato progettato per proteggere.

Come influisce la filtrazione sulle prestazioni di filtrazione

Tutti i filtri richiedono una manutenzione periodica. Senza controlli regolari, un filtro può caricarsi di contaminanti, causando una caduta di pressione eccessiva e una riduzione delle prestazioni del sistema. I diversi tipi di materiali filtranti possono essere sottoposti a manutenzione in modo diverso. Alcuni sono progettati come elementi singoli, ad esempio la maggior parte degli elementi filtranti in carta. Alcuni supporti sintetici come il poliestere possono essere puliti con il lavaggio, la spazzolatura o l'aspiratura per rimuovere l'accumulo di polvere. È importante implementare un programma di manutenzione preventiva per garantire la massima operatività del processo.

Considerazioni speciali

La certificazione ATEX è spesso richiesta nelle applicazioni di trasporto pneumatico. Si tratta di uno standard dell'Unione Europea che mira a ridurre al minimo la possibilità di esplosioni legate alle apparecchiature che operano in ambienti gassosi o polverosi potenzialmente esplosivi. I gruppi di filtri possono richiedere la certificazione ATEX in quanto possono costituire una fonte di accensione a causa dell'accumulo di elettricità statica. Un alloggiamento del filtro classificato ATEX è progettato in modo che l'alloggiamento, l'elemento filtrante e tutti gli altri componenti siano elettricamente conduttivi e quindi incapaci di accumulare una carica statica quando sono adeguatamente messi a terra. I prodotti di filtrazione certificati ATEX sono sottoposti a un rigoroso regime di test. Le targhette identificative e la documentazione che verifica le condizioni di funzionamento sono fornite di serie con ogni filtro.

Questo filtro silenziatore in ingresso ATEX protegge dalla contaminazione quando una camera di compensazione immette il materiale nella linea di trasporto.

I materiali di costruzione in acciaio inox sono spesso richiesti per il gruppo del filtro per soddisfare requisiti applicativi specifici, per prevenire problemi di corrosione o per ridurre al minimo l'usura generale. A seconda del settore e della natura del processo, i requisiti vanno dall'acciaio inossidabile 304 al 316L. Nelle applicazioni in cui l'ambiente operativo è difficile o la natura del prodotto trasportato è particolarmente aggressiva, è possibile applicare rivestimenti personalizzati al contenitore del filtro metallico per resistere alla sfida, ad esempio rivestimenti in PTFE, epossidici di alta qualità o vernici in acciaio inossidabile.

Le norme sui recipienti in pressione variano a seconda del paese e della regione, quindi è importante conoscere i requisiti locali quando si sceglie la filtrazione per il sistema di trasporto pneumatico.

 

Conclusioni

Sebbene vi siano diverse variabili da considerare nella progettazione di un sistema di trasporto pneumatico efficace, una cosa è costante: la filtrazione è essenziale. Le giuste soluzioni di filtrazione proteggono le apparecchiature di movimentazione dell'aria e mantengono la purezza del prodotto trasportato.

Solberg Manufacturing è un esperto leader del settore in tutti i tipi di filtri per aria e gas, nonché in trappole per vapori, silenziatori ed elementi di ricambio. Per saperne di più sulle nostre soluzioni di filtrazione o per effettuare un ordine, contattateci attraverso il nostro modulo online e un membro del team Solberg vi contatterà a breve.