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Un ciclone o depolveratore centrifugo è un sistema di depurazione preliminare dell’aria che permette l’abbattimento parziale degli inquinanti da una corrente contaminata.

Meccanismo

I cicloni sono dei sistemi di abbattimento che, senza utilizzo di organi in movimento e sfruttando ingressi opportunamente sagomati, permettono di separare le particelle contaminanti; queste precipitano per gravità andando a depositarsi in un contenitore fino alla successiva fase di trattamento. Idealmente un ciclone può essere rappresentato da una struttura cilindrica con uscita ad imbuto, costituita da una bocca di entrata del gas da trattare e una di uscita. Solitamente il contaminante viene raccolto sul fondo del dispositivo mentre il gas trattato esce dall’alto (configurazione convenzionale). La capacità di trattare particelle con granulometria più o meno fine dipende dal diametro del ciclone.

Tipologie

I principali tipi di cicloni sono:

convenzionale, con ingresso tangenziale dell’aria da trattare e uscita assiale dell’aria trattata e delle polveri
a ingresso tangenziale e uscita laterale delle polveri
a ingresso assiale e scarico assiale delle polveri
a ingresso assiale e scarico laterale delle polveri

Il sistema più utilizzato è il ciclone convenzionale che basa il suo funzionamento su un processo che presenta le seguenti fasi:

il gas contaminato viene inserito con direzione tangenziale al ciclone
il flusso d’aria assume un moto a spirale direzionato verso il basso grazie alla forma e dimensione del dispositivo
le particelle si depositano sulle pareti del ciclone per effetto della forza centrifuga
il contaminante precipita sul fondo per forza di gravità, dove in seguito viene raccolto
grazie alla forma conica della bocca di uscita si crea una differenza di pressione nella zona inferiore del ciclone che genera l’inversione del moto di rotazione del flusso di gas. L’aria trattata senza le particelle più grossolane risale verso l’alto, si genera quindi un vortice più piccolo lungo il corpo del ciclone che permette la fuoriuscita del gas trattato dalla bocca di scarico posta lungo l’asse del ciclone.

In uscita il gas depurato dal contaminante più grossolano, risulta ancora inquinato da particelle di piccole dimensioni che il sistema non riesce a separare.

Vantaggi

I cicloni presentano molteplici vantaggi:

manutenzione semplificata, vista la mancanza di organi in movimento
semplicità nel recupero delle polveri
necessità di spazi limitati per l’implementazione del sistema
bassi costi di implementazione e utilizzo

Svantaggi

La scarsa efficienza per granulometrie fini è uno degli svantaggi, che limitano pesantemente l’applicazione di questo metodo di trattamento. Si hanno inoltre rischi di intasamento e corrosione del ciclone per effetto dei contaminanti.

I cicloni possono essere impiegati anche come parti di unità modulari in parallelo che prendono il nome di multicicloni. In questo caso si utilizzano elementi di piccolo diametro (dai 15 ai 50 cm).

Nei multicicloni gli elementi possono essere disposti nei seguenti modi:

disposti verticalmente, a ingresso assiale;
disposti in modo inclinato con ingresso tangenziale;
disposti in modo orizzontale.

Per elevate quantità di gas da trattare i multicicloni possono essere formati anche da centinaia di elementi in parallelo: questo comporta costi di trattamento molto elevati (sia di installazione che di esercizio). In queste situazioni si preferiscono sistemi formati da uno o più cicloni disposti in parallelo e di diametro maggiore così da avere una riduzione dei costi del sistema a scapito però di un decremento della capacità di separazione delle polveri fini.

Applicazioni

I cicloni sono applicati quando l’aria da trattare presenta una concentrazione di particelle estremamente alta o quando devono essere rimosse polveri grossolane che potrebbero danneggiare i più delicati dispositivi di depurazione. Nelle applicazioni industriali i cicloni vengono impiegati per trattare gas contenenti particelle di particolato con diametro maggiore di 10µm.

La maggior parte dei dispositivi in commercio è costituita da cicloni con un diametro che va dai 5 ai 30 cm e permettono di abbattere contaminanti con granulometria maggiore di 5µm, mentre dispositivi con diametro più elevato (dai 30 ai 200 cm) vengono utilizzati per l’eliminazione di particelle con dimensione granulare superiore al millimetro. Quest’ultimi sono utilizzati generalmente per concentrazioni di particolato molto elevate.

Per i cicloni convenzionali si ha un’efficienza di abbattimento delle polveri che può andare dal 30 al 90% per granulometria fino a 10µm, il così detto PM10 (vedi note) e fino al 40% per polveri con dimensioni fino a 2,5µm (il PM2,5).

Esistono inoltre cicloni ad alta efficienza con rendimenti che vanno dal 60 al 95% per dimensioni fino a 10µm e dal 20 al 70% per polveri con granulometria dell’ordine dei 2,5µm. Questi sistemi caratterizzati da un’elevata caduta di pressione richiedono però un grande dispendio energetico per poter funzionare. Nel caso dei multicicloni si possono ottenere rendimenti variabili tra l’80 ed il 95% nel caso di polveri con dimensioni inferiori ai 5µm (PM5).

I flussi pretrattati sono poi convogliati ad altri sistemi di abbattimento più costosi ed efficaci che vengono sempre posti a valle di questa tipologia di depuratori.

I PM o particolati

PM, Particulate Matter, è la sigla utilizzata comunemente per indicare un insieme di particelle solide e liquide che si trovano in sospensione nell'aria. Queste particelle, di varie dimensioni, hanno origine da industrie, apparecchiature e mezzi in movimento. Quelle "sottili" hanno diametro inferiore ai 2,5µm (PM2,5) e provengono dai motori dei veicoli, dai generatori, dagli stabilimenti industriali, ma anche da incendi boschivi e fonti naturali. Le particelle con diametro superiore (PM10) sono generalmente emesse dal transito dei veicoli sulle strade, dai cantieri, e anche dall'erosione dei suoli da parte del vento.

Per particelle con granulometrie inferiori ai 5µm non si riescono ad ottenere rendimenti superiori al 90% con l’utilizzo di questa tecnica. Queste limitazioni e l’evoluzione delle normative hanno declassato la tecnica di trattamento a cicloni a sistema di pretrattamento da impiegare a monte di dispositivi più sofisticati. I cicloni sono in grado di realizzare il rispetto dello standard solo nel caso di contaminanti con granulometria dell’ordine dei 20-30 µm e permettere quindi l’emissione del gas trattato direttamente in atmosfera.

Bibliografia

La fonte diretta usata nella redazione di questa voce è la scheda tecnica

Ciclone, da Novambiente.it

Voci correlate

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