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Filtri per Verniciatura, Filtri UTA e strumenti per trattamento Aria
AEROFEEL - Filtri per Verniciatura, Filtri UTA e strumenti per trattamento Aria

La Ventilazione Meccanica Controllata

Negli ultimi anni è cresciuta l’esigenza di migliorare il livello di vita e degli standard qualitativi e di comfort degli edifici, unitamente a quella di contenere il più possibile le dispersioni termiche e quindi ridurre il consumo energetico.
Assistiamo così, sia nelle nuove costruzioni che nella ristrutturazione degli edifici esistenti, all’utilizzo di tecniche e tecnologie quali, ad esempio, un migliore isolamento termico, una maggiore tenuta all’aria dell’edificio, l’utilizzo di serramenti più prestanti, etc.
Come effetto collaterale all’utilizzo di materiali e tecnologie sempre più efficienti, si ha per contro il fatto che i locali in cui viviamo diventano sempre più sigillati.
E negli ambienti sigillati, naturalmente, l’aria interna diventa facilmente umida e inquinata, a causa di numerosi fattori, quali ad esempio, i prodotti per la pulizia domestica, i vapori e gli odori che derivano dalla cottura dei cibi, l’umidità e le esalazioni prodotte nei locali igienici, la CO2 prodotta dalla respirazione umana e delle piante, le polveri e i batteri portati dall’esterno; tutto ciò contribuisce alla formazione di un’aria indoor potenzialmente insalubre ed allergenica.
La ventilazione dei locali diventa dunque una priorità.

Fino a ieri, il ricambio d’aria è stata sia una operazione manuale volontaria, ottenuta tipicamente mediante l’apertura delle finestre, sia un effetto secondario dovuto alle aperture presenti nell’edificio (porte, camini, etc.) e alle infiltrazioni degli infissi.
L’abitudine comune dell’apertura delle finestre, tuttavia, comporta delle controindicazioni quali:

  • notevole dispersione di energia termica;
  • ingresso di aria troppo calda in estate o troppo fredda in inverno;
  • ingresso di inquinanti (pollini, polveri, particolato, ecc.) che permangono poi nell’ambiente.

L’alternativa moderna per il ricambio d’aria senza l’apertura delle finestre è la Ventilazione Meccanica Controllata (VMC); sono già operativi alcuni protocolli di certificazione che ritengono fondamentale, anzi obbligatoria, l’introduzione di adeguati sistemi VMC all’interno di edifici con classi energetiche elevate (A+, A e B).
I sistemi di ventilazione meccanica controllata sono costituiti da apparecchiature che ricambiano l’aria di un ambiente, estraendo quella viziata ed immettendone di nuova di elevata qualità.
Il ricambio avviene in modo continuo e regolato – cioè tenendo sotto controllo parametri quali la temperatura, l’umidità relativa e la concentrazione degli inquinanti – senza l’apertura delle finestre, limitando così i consumi energetici in modo rilevante.
È quindi la qualità dell’aria introdotta ed il suo mantenimento nel tempo all’interno dell’ambiente, che contraddistingue la VMC dal “normale” ricambio d’aria da “apertura delle finestre”.
Un impianto VMC, consente dunque di mantenere controllato il microclima dell’appartamento, attraverso un’impercettibile, ma costante ricambio dell’aria.
Nella sua tipica configurazione, l’aria di ricambio percorre a bassissima velocità tutti gli ambienti, attraverso una serie di bocchette di ingresso, ed esce dalle stanze tramite una serie di bocchette di estrazione.
In linea generale, i sistemi VMC si possono distinguere secondo il seguente schema:

Impianto Centralizzato

Permette la copertura totale dell’intera superficie dell’abitazione o dell’edificio. Il ricambio dell’aria viene garantito tramite l’utilizzo di uno o più ventilatori.
Può essere del tipo a SINGOLO FLUSSO oppure a DOPPIO FLUSSO.
Gli impianti a singolo flusso effettuano l’aspirazione di aria dall’ambiente e la convogliano tramite canalizzazioni all’esterno, generalmente attraverso il tetto. L’ingresso di aria esterna avviene mediante apposite feritoie posizionate sui muri perimetrali. Affinché tutti i locali coinvolti siano attraversati dal flusso dell’aria, è prevista la presenza di griglie di transito sulle porte interne.
In ambito residenziale l’aspirazione avviene di norma negli ambienti umidi (bagno, cucina).

Gli impianti a doppio flusso provvedono contemporaneamente e automaticamente sia all’immissione dell’aria nuova nell’ambiente che all’estrazione di quella viziata.
Le canalizzazioni di immissione e di estrazione sono separate tra di loro ed ognuna è provvista di ventilatore e di bocchette terminali installate in ogni singolo ambiente. L’aria di rinnovo viene prelevata dall’esterno e spinta dal ventilatore lungo la canalizzazione di mandata, mentre l’aria viziata viene estratta dai locali e inviata all’esterno attraverso la canalizzazione di aspirazione.
Normalmente l’estrazione viene effettuata nei locali con la maggior presenza di inquinanti o umidità (bagno, cucina), mentre l’immissione viene invece effettuata nei cosiddetti locali nobili (soggiorno e camere).
Gli impianti a doppio flusso possono essere dotati di un dispositivo per il recupero del calore: in questo caso, l’aria estratta e l’aria immessa attraversano uno scambiatore dove avviene lo scambio termico.
In un edificio con un buon isolamento termico e climatizzato con impianti a basso consumo, la continua estrazione dell’aria calda (o fredda) dall’ambiente interno determina un aumento dei consumi della climatizzazione. Il recupero del calore permette quindi di ovviare a questo difetto, garantendo una riduzione dei consumi energetici dell’edificio.
Altro elemento importante in questa tipologia di impianti è la presenza di filtri ad elevato grado di filtrazione, la cui funzione è quella di fornire all’aria di rinnovo immessa nell’ambiente un alto grado di pulizia, eliminando le sostanze inquinanti ed il particolato atmosferico.
Sono da preferire filtri a tasche, che hanno una grande superficie di accumulo per la polvere e garantiscono minori perdite di carico. Inoltre sono di facile manutenzione ed essendo facilmente accessibili, possono essere sostituiti senza l’intervento di tecnici specializzati.
I vantaggi degli impianti a doppio flusso sono dunque molteplici rispetto alla versione a singolo flusso: il principale è la capacità di trattare, filtrare, riscaldare o raffreddare l’aria esterna garantendone il ricambio costante e il recupero del calore dell’aria esausta.

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La norma UNI 11304 sugli impianti di abbattimento polveri e VOC

Nel 2008 è stata pubblicata la norma UNI 11304 Impianti di abbattimento polveri, nebbie oleose, aerosol e composti organici volatili (VOC) – Requisiti minimi prestazionali e di progettazione”, redatta con il supporto tecnico di UNIARIA (Unione Costruttori Impianti di Depurazione Aria) e di alcuni enti istituzionali (ARPA, Regioni, Province, ecc).
La norma è costituita da due parti:
parte 1: Depolveratori a secco a matrice filtrante;
parte 2: Impianti di trattamento VOC.
La UNI 11304 è una norma tecnica volontaria che si applica ad alcune tipologie di impianti di abbattimento. Essa ha come obbiettivo quello di fornire un riferimento per gli utilizzatori ed i costruttori, che consenta loro di progettare ed utilizzare impianti che corrispondano a requisiti prestazionali e tecnici di elevata compatibilità ambientale.
Qui di seguito si propone una breve sintesi dei contenuti della parte 1.

UNI 11304-1 Depolveratori a secco a matrice filtrante
La presente parte della norma definisce i requisiti minimi prestazionali e di progettazione dei depolveratori a secco a matrice filtrante, utilizzati per l’abbattimento del particolato solido presente nelle emissioni aeriformi di processi industriali.
Essa si applica esclusivamente alle seguenti tipologie di filtri: a maniche (compresi quelli a cassetto); a tasche; a cartuccia; a pannelli; sinterizzati.
Sono escluse le applicazioni relative al condizionamento ed alla ventilazione degli ambienti.
Dopo il capitolo 1 (Scopo e campi di applicazione) e il capitolo 2 (Riferimenti normativi), la norma prevede nel capitolo 3 la definizione di alcuni termini utilizzati nel testo (capacità di accumulo, capacità filtrante, costo di gestione unitario, efficienza di filtrazione, grado di filtrazione, grammatura, granulometria, ecc.).
Il capitolo 4 prosegue con la descrizione dei principi di funzionamento dei filtri, dei diversi tipi di materiali utilizzabili e delle loro caratteristiche, dei metodi di pulizia degli elementi filtranti e delle possibili anomalie di funzionamento.
Il capitolo 5 è invece dedicato all’esposizione di quei requisiti minimi progettuali necessari per ottenere i requisiti minimi prestazionali riportati nel successivo capitolo.
Le voci che caratterizzano il capitolo 5 sono le seguenti: distribuzione dimensionale del particolato solido da trattare, che influenza l’efficienza del filtro nonché la scelta della matrice filtrante e del grado di filtrazione; caratteristiche qualitative e quantitative del particolato solido, che devono essere dettagliatamente fornite dall’acquirente; caratteristiche quantitative e qualitative dell’effluente aeriforme; velocità di attraversamento e carico superficiale, di cui vengono forniti gli intervalli di valori in funzione della dimensione del particolato e del tipo di pulizia del filtro; tipo di matrice filtrante, di cui vengono forniti i parametri essenziali ed i relativi intervalli ottimali di progettazione; campi di impiego.
Nel capitolo 6 vengono invece presentati i requisiti minimi prestazionali, cioè i valori minimi che devono assumere alcuni parametri affinché le prestazioni del filtro possano essere considerate ad elevata compatibilità ambientale. I parametri considerati sono: efficienza di filtrazione; grado di filtrazione; concentrazione di particolato solido al camino; sistemi di controllo presenti.
Nel capitolo 7 viene affrontato il tema dei costi di gestione dell’impianto, con l’indicazione di tutti quei parametri che devono essere presi in considerazione per un corretto computo di questa voce e con l’introduzione del concetto di “costo di gestione unitario” (rapporto tra la somma dei costi e la quantità di polvere trattata in un certo arco di tempo), utile per poter effettuare significativi confronti tra differenti soluzioni impiantistiche.
La norma termina con il capitolo 8, dedicato alle garanzie minime che il costruttore deve fornire al committente nel contratto d’acquisto o nella conferma d’ordine.

La norma è infine corredata di tabelle che permettono di avere una immediata fruizione delle informazioni utili per un corretto dimensionamento e/o per una più agevole scelta del filtro più idoneo alle proprie necessità.

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La ventilazione in cabina: una variabile sotto controllo (parte 2)

Storicamente, i tentativi di controllare il flusso d’aria nelle cabine a spruzzo hanno seguito due strade differenti: ventilatori assistiti da tubi pitot; valvole attuate da pressostati differenziali.

Entrambi gli approcci hanno seri difetti che ne hanno limitato l’uso in questo settore.

Vediamoli in sintesi.

Sensore a tubo pitot

L’orifizio ha generalmente diametro inferiore a 0,125” ed è posizionato nella corrente aeriforme rivolto a monte e parallelo alle linee di flusso. E’ facilmente soggetto a sporcamento e intasamento da parte dell’overspray che riesce a by-passare il filtro. La correttezza del segnale in uscita dipende anche dal corretto allineamento del tubo nel condotto, a volte influenzato dalle vibrazioni presenti nel sistema e causate dal passaggio dell’aria nei condotti. Inoltre, nella maggior parte dei sistemi di aspirazione, il flusso è turbolento e non uniforme a causa della scarsa linearità del percorso. Infine il tubo di pitot fornisce una misura puntuale (cioè del punto dove è posizionato l’orifizio) della velocità dell’aria e quindi non è rappresentativo del flusso totale.

Valvola assistita da pressostato differenziale

Questo è un dispositivo progettato per mantenere una resistenza costante al flusso d’aria, mediante variazione dell’apertura della valvola durante le varie fasi del processo produttivo. In pratica, il pressostato differenziale rileva la caduta di pressione a cavallo del filtro e regola l’apertura della valvola man mano che il filtro si carica di overspray al fine di compensare la resistenza opposta al flusso d’aria dal filtro stesso; in questo modo il carico complessivo sul ventilatore rimane costante e così la portata d’aria. Sebbene questo sistema sia efficiente e venga ampiamente usato, in realtà risulta poco efficiente dal punto di vista del consumo energetico: il motore consuma inutilmente energia e si accelera il degrado dei componenti del ventilatore.

Sistema a portata costante
L’evoluzione tecnologica ha permesso di trovare una valida soluzione a questi difetti riuscendo ad ottimizzare sia il monitoraggio sia il controllo in tempo reale della ventilazione in cabina attraverso la progettazione di un sistema in grado di fornire un controllo efficiente, un risparmio di energia e una maggiore durata dei componenti (Figura 2).

Figura2

L’elemento principale del sistema è un sensore che installato nel condotto dell’aria esausta, effettua una misura accurata del flusso d’aria e permette il controllo in continuo (tramite variatore della frequenza del motore – “inverter”) della portata del ventilatore così da mantenere costante la velocità dell’aria in cabina.

L’apparecchiatura è dotata di un processore che permette di selezionare la velocità ottimale per ogni tipo di produzione in corso, variandola all’interno di un ampio intervallo di valori.

Questo sistema può implementare l’efficienza della maggior parte dei filtri per overspray.

I test di laboratorio mostrano che i filtri per overspray sono meno efficienti quando sono puliti, a causa della bassa perdita di carico iniziale che provoca una conseguente elevata portata d’aria rispetto all’ottimale (come si può notare in Figura 1).

Con il sistema di controllo a sensore, nelle cabine a portata costante viene minimizzata l’inefficienza iniziale del filtro in quanto la portata viene regolata sempre sul livello ottimale di funzionamento; questo accorgimento porta addirittura ad incrementare la capacità accumulo del filtro.

I benefici sono numerosi. In funzione dei parametri di processo associati ad una specifica operazione di finitura, i benefici quantificabili comprendono:

  • • l’incremento dell’efficienza di copertura della vernice: dal 10 al 35% in più di superficie coperta, a parità di vernice spruzzata;
  • • la riduzione del consumo di energia: un risparmio dal 10 al 40% del consumo sia di energia elettrica che di combustibile necessari per le operazioni di spruzzo e per il condizionamento dell’aria in ingresso;
  • • la riduzione degli scarti di lavorazione e/o delle doppie lavorazioni;
  • • la riduzione dal 20 al 50% dei costi annuali relativi ai filtri.
    Questi risparmi comprendono:

    • • la riduzione del costo di acquisto dei filtri, in quanto l’incremento della capacità di carico si traduce in una sua maggiore durata e cioè nelle minore frequenza di cambio del filtro;
    • • la riduzione dei costi di manutenzione, grazie alla minore frequenza di cambio dei filtri;
    • • la riduzione dei costi di smaltimento dei filtri esausti.

Tutte le componenti di questo sistema sono resistenti alle sostanze che comunemente sono presenti nelle vernici. Non avendo parti in movimento, il dispositivo non necessita di manutenzione periodica.

Può tuttavia essere necessario operare alcune modifiche al sistema di ventilazione: un adeguamento del ventilatore, un maggior diametro del condotto di aspirazione. Queste modifiche potrebbero però essere problematiche da effettuarsi in una cabina già installata; talvolta risulta più semplice ed economico sostituire la vecchia cabina con una nuova progettata appositamente.

 

[Liberamente tradotto da: “Booth Ventilation: A Controllable Variable” – PCI Magazine – www.pcimag.com]

La ventilazione in cabina: una variabile sotto controllo (parte 1)

Molto si è detto circa i benefici economici ed operativi che si possono ottenere applicando i principi del controllo di processo al settore della finitura.
L’avvento di PLC affidabili e di strumentazione adeguata come i trasduttori di pressione e i misuratori di flusso ha messo gli operatori del settore nelle condizioni di monitorare e controllare la maggior parte delle variabili di processo relative all’applicazione a spruzzo delle vernici liquide. Ciò ha comportato sia un miglioramento delle prestazioni tecniche (ad esempio, la durata del rivestimento) che la riduzione degli scarti e delle doppie lavorazioni. Nella maggior parte dei casi, inoltre, il costo di investimento aggiuntivo viene velocemente ripagato.
Ciononostante, una delle variabili più significative nel processo di finitura, la ventilazione della cabina, rimane difficile da controllare. Nonostante molti tecnici si siano cimentati nel controllare questo parametro, in rari casi è stato raggiunto un successo duraturo.
Le variazioni della portata di aria nelle cabine a secco sono di gran lunga maggiori rispetto a quelle nelle cabine ad acqua. La resistenza al flusso d’aria aumenta man mano che il filtro si carica di overspray e il flusso in uscita decresce rapidamente.
In confronto, le cabine ad acqua a cui viene fatta una corretta manutenzione, forniscono un flusso d’aria pressoché costante.
Ma in seguito ai cambiamenti nelle normative ambientali, le cabine a secco – una volta relegate a fine linea o per semplici operazioni di rifinitura – sono diventate la scelta principale per molte industrie. Gli operatori non devono più preoccuparsi di pompe e ugelli che si intasano, né di quintali di acque esauste contaminate da residui chimici potenzialmente pericolosi.
Sfortunatamente però le cabine a secco non forniscono una aspirazione stabile e costante. La linea rossa in Figura 1 illustra accuratamente la variazione del flusso d’aria esausta scaricata da una cabina a secco, in funzione della durata del filtro (ciclo completo di carico).

Figura1

A filtro pulito, la portata d’aria risulta in eccesso mentre, al contrario, a filtro carico risulta decisamente in difetto. In un filtro a secco tipico è normale che la velocità dell’aria abbia variazioni comprese tra il 15% e oltre il 60% di quella ottimale.
Queste eccessive variazioni possono avere conseguenze negative sia per la salute dei lavoratori che per la sicurezza degli stessi e delle attrezzature presenti in cabina.
Il paragrafo 7.2 dell’NFPA 33 richiede che la ventilazione interna sia “in grado di confinare e rimuovere i vapori e le nebbie in un luogo sicuro” e sia “in grado di confinare e controllare i residui combustibili, le polveri e i depositi. La concentrazione di vapori e nebbie nell’aria esausta non deve superare il 25% del LEL”. Inoltre, il regolamento OSHA n. 29 CFR 1910.94 richiede che la cabina sia progettata in modo tale che la velocità dell’aria attraverso la sezione della cabina non sia inferiore a quanto specificato in Tabella 1.
Tabella1

Ma anche per quanto concerne le prestazioni tecniche, così elevate variazioni della velocità dell’aria possono risultare negative.
I verniciatori sanno sanno bene che la maggior parte dei metodi di applicazione ad alta efficienza della vernice (campane elettrostatiche, HVLP, airless) sono particolarmente sensibili alle minime variazioni di movimento dell’aria nello spazio tra l’atomizzatore e la superficie del pezzo da verniciare. Inoltre, è stato osservato – a parità di altre condizioni – che l’efficienza di trasferimento aumenta al diminuire della velocità media dell’aria in questo spazio.
Il corretto dimensionamento di una cabina a spruzzo è quindi un delicato bilanciamento tra il mantenere da un lato le adeguate misure di sicurezza e l’ottimizzare dall’altro le prestazioni della finitura. Data la breve vita di un filtro nei cicli ad alta produttività, ottimizzare le prestazioni di un sistema a spruzzo non è tecnicamente impossibile, ma sicuramente è una grossa sfida.
La velocità media dell’aria attraverso la sezione del filtro nelle cabine a spruzzo varia tipicamente tra 0,3 e 0,5 m/s. Le variazioni all’interno di questo intervallo sono difficili da rilevare senza l’aiuto di strumentazione sensibile. Ed è praticamente impossibile per l’operatore rilevare le variazioni e compensarle manualmente in tempo reale durante la normale attività produttiva.

La domanda a cui si deve dare risposta dunque è: quali strumenti sono disponibili affinché un operatore possa ottimizzare le prestazioni del processo di finitura e contemporaneamente assicurare i margini di sicurezza richiesti? [continua nella seconda parte]

[Liberamente tradotto da: “Booth Ventilation: A Controllable Variable” – PCI Magazine – www.pcimag.com]

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