Ghidul filtrării aerului din industrie al Universitatii Tehnice din Berlin descrie modul de utilizare a filtrelor de aer industrial în mod corect.
13.8 Ingineria siguranţei
13.8.3 Protecţia emisiilor la masinile de prelucrare prin separarea vaporilor de ulei şi emulsie în intervalul micronilor
Lubrifianţii de răcire (uleiuri si emulsii) sunt indispensabili pentru procesele de prelucrare a metalelor. Datorită căldurii generate în procesul de prelucrare, lubrifianţii de răcire emană vapori de ulei şi emulsie, precum şi fum şi aerosoli.
La viteze ridicate de procesare cu plăcuţe indexabile, de exemplu, temperatura poate atinge chiar şi 1.000 °C. Orice lubrifiant de răcire ajuns în zona de procesare s-ar evapora instantaneu.
Gama de particule emise este una foarte largă şi cuprinde toate dimensiunile, de la picături cu diametrul de 100 µm până la particulele ultra-fine cu o dimensiune mai mică de 0,5 µm. Aceste particule nu doar contaminează mediul de lucru, ci reprezintă şi un risc pentru sănătatea personalului operator.
Particulele inhalate cu o dimensiune mai mică de 5 µm ajung în tractul respirator inferior.
Picăturile mai mici de 2 µm intră în alveolele pulmonare. Acestea sunt transportate prin sânge şi pot ajunge şi la alte organe.
Potrivit specialiştilor de protecţia sănătăţii la locul de muncă, expunerea operatorilor la aceşti factori de poluare, cu o protecţie minimă sau inexistentă, atrage după sine efecte toxice, alergice, neurale, cancerigene sau genotoxice asupra sănătăţii personalului.
Din acest motiv, protecţia împotriva emulsiilor este absolut necesară – mai ales în ceea ce priveşte cerinţele igienice pentru spaţii interioare şi protecţia structurală împotriva incendiilor.
13.8.3.1 Separatoare compacte verificate şi testate
Abordările privind protecţia emisiilor la maşinile de prelucrare prin aşchiere, reformare sau erodare sunt versatile şi depind de lubrifianţii de răcire care sunt folosiţi, factorii de poluare care sunt emanaţi şi dimensiunea particulelor acestor factori de poluare.
La maşinile unelte cu un spaţiu de lucru în jur de 4 m şi generare redusă de fum şi aburi, separatoarele compacte care au fost instalate deasupra acestor maşini-unelte şi-au dovedit utilitatea (Figura 1).
Figura 1: Separator compact pe o maşină de procesare Figura 2: Separator compact cu capac detaşabil
Capacitatea de tratare a aerului variază între 400 şi 800 m³/h. Ulterior, aerul purificat este redirecţionat în zona de lucru.
Separatoarele compacte moderne sunt prevăzute cu un sistem de auto-curăţare cu lame de separare ciclon.
Separarea se bazează pe procese pur mecanice şi nu se folosesc filtre tradiţionale, care cu timpul, se îmbibau şi trebuiau înlocuite la intervale regulate.
Unităţile compacte sunt adesea proiectate ca separatoare rotative sau centrifuge.
La vechile echipamente întregul tambur de filtru se roteşte şi produce vibraţii şi zgomote.
La versiunile moderne, doar ventilatorul se roteşte şi nu întregul tambur de filtru.
De asemenea, viteza ventilatorului şi volumul de aer pot fi reglate încontinuu în funcţie de emanaţii. Inginerii trebuie să ia în considerare aceste caracteristici.
Figura 3: Separator electrostatic pentru vapori de ulei în mai multe etape
Separatoarele compacte sunt adesea gata pentru a fi conectate.
Ele pot fi deschise în partea superioară, asigurând acces facil la elementele de separare ale ciclonului. Colectoarele electrostatice sunt disponibile ca accesorii.
Combinarea ambelor dispozitive este adecvată pentru maşini de şlefuit mai mici, de exemplu, care utilizează ulei pur pentru ungere şi răcire.
Limitele în aplicarea separatoarelor compacte sunt presiunile lubrifianţilor de răcire de aproximativ 20 bari.
13.8.3.2 Combinaţii flexibile
Maşinile-unelte mai mari, cu o suprafaţă de lucru de aproximativ 16 m şi o presiune a lubrifianților de răcire de până la 40 de bari necesită sisteme de separare în mai multe etape.
Aceste sisteme nu sunt prevăzute cu unităţi rotative, ci sunt compuse din mai multe elemente succesive de separare ciclon.
Separatoarele sunt ca nişte rafturi care pot fi extrase şi dezasamblate pentru curăţare.
Sunt adecvate pentru reutilizare continuă, ceea ce inseamnă că nu există consumabile, acestea doar se spală.
Sistemele în mai multe etape sunt foarte flexibile.
Dacă parametrii maşinii se schimbă sau se foloseşte emulsie în loc de ulei, doar combinaţia de elemente de separare trebuie schimbată.
Iată un exemplu de sistem în trei etape: În prima etapă se separă picăturile de ulei cu dimensiuni de 1 µm şi mai mari pe baza principiului ciclon.
Uleiul separat curge pe lamele verticale ale separatorului ciclon într-un canal colector (Figura 4).
Figura 4: Element de separare X-CYCLONE cu auto-curăţare
Aglomeratorul din aval reţine particulele fine cu dimensiuni sub 1 µm. El constă dintr-o structură cu mai multe straturi de oţel inoxidabil. Suprafeţele sale sunt umezite cu uleiul separat anterior.
Acest lucru cauzează aglomerarea aerosolilor fini, mai exact crearea de particule mai mari ca urmare a forţelor de adeziune şi coeziune. Particulele aglomerate sunt separate în siguranţă în a treia etapă de un al doilea separator ciclon.
În funcţie de cerinţele clientului, se pot lega în serie până la cinci etape de separare în felul acesta, folosind un filtru pentru aer cu particule ca etapă finală, dacă este necesar.
La aplicaţiile cu presiune extrem de ridicată a lubrifiantului de răcire (până la 100 bari) şi/sau generare de fum abundent, un filtru de aer electrostatic asigură post-filtrarea.
Dacă mirosurile şi gazele periculoase trebuie eliminate, filtrele de carbon activ sunt o opţiune bună pentru etapa finală.
Datorită eficienţei ridicate de separare a sistemelor în mai multe etape, aerul purificat poate fi redirecţionat în zona de lucru în condiţii normale.
La sistemele de separare moderne, se poate atinge o rată de separare de 100% la particulele cu dimensiunea de 1 µm.
La particulele de 0,5 µm, rata de separare încă însumează 95%. Este important ca clientul să fie informat în legătură cu ratele de separare fracţionare în etapa de ofertă.
Furnizorii importanți de echipamente pentru filtrarea vaporilor de ulei și emulsii, specifică ratele de separare aferente echipamentelor lor în tot intervalul de particule.
Indicarea ratelor de eficienţă totală gravimetrică este discutabilă, totuşi, deoarece aceste valori fac dificilă compararea cu sistemele concurente şi pot duce la interpretări eronate.
13.8.3.3 Colectoare electrostatice în mai multe etape
Vitezele de tăiere extrem de mari şi încapsulările tot mai strâmte produc concentraţii proporţionale mari de factori de poluare la maşinile-unelte de ultimă generaţie.
Ele sunt adesea de o sută de ori mai mari (!) decât cele ale maşinilor cu o vechime de 5 ani.
Separatoarele de vapori de ulei de tip pur mecanic nu pot face faţă acestor concentraţii. De aceea, industria a dezvoltat colectoare electrostatice în mai multe etape care sunt precedate de un aglomerator sau un separator ciclon.
Pre-etapele separă contaminarea grosieră. Particulele superfine până la 0,01 µm sunt captate eficient în câmpul de ionizare în trei etape a colectorului electrostatic (Figura 5).
Figura 5: Colector electrostatic în mai multe etape
Unii producători specifică ratele de separare fracţionare în documentaţia echipamentului electrostatic de înaltă performanţă, cum ar fi 93% pentru particule cu diametru de 0,05 µm şi 98% pentru particule cu diametru de 0,8 µm.
Datorită performanţei mari de separare, capacitatea de tratare a aerului şi consumul de energie al acestor dispozitive sunt relativ scăzute.
În majoritatea cazurilor, consumul de energie nu este luat în considerare la selectarea separatoarelor de vapori de ulei sau emulsie, deşi potenţialul de reducere a costurilor este considerabil.
În acest sens, vă prezentăm următorul calcul:
10 maşini de prelucrare cu separatoare de vapori de ulei intră în funcţiune în trei schimburi într-o fabrică de prelucrare a metalelor. Timpul de funcţionare anuală este de 6.400 de ore pe an.
Dacă fiecare separator are un consum de energie de 1,2 kW la un preţ de 16 cenţi/kWh, costurile rezultate cu consumul de energie vor fi:
10 maşini x 1,2 kW x 6.400 ore x 0,16 €/kWh = 12.280 Euro.
În cazul în care consumul de energie al fiecărui separator este doar de 0,4 kW, costurile anuale cu consumul de energie sunt reduse cu două treimi.
De unde provin aceste diferenţe de consum? Ca şi la autovehicule, rezistenţa aerului are o influenţă decisivă.
Valoarea rezistenţei unui separator ciclon cu debit optimizat reprezintă, în cele mai multe cazuri, doar o fracţiune din cea a unui filtru tradiţional sau a unui separator deflector.
De aceea, proiectanţii şi cumpărătorii de sisteme de extracţie trebuie să ia întotdeauna în considerare consumul de energie.
În special separatoarele compacte mai sus menţionate diferă considerabil unele de celelalte atunci când vine vorba de consumul de energie. Costurile suplimentare pentru un sistem de calitate superioară se amortizează în termen de un an şi jumătate.
Dacă se înlocuiesc cartuşele filtrelor din sistemele mai vechi cu elemente de separare moderne, perioada de amortizare poate fi chiar şi mai scurtă. Înlocuirea filtrelor cu dimensiuni standard nu implică nicio problemă.
13.8.3.4 Sistem central sau descentralizat?
În instalaţiile de producţie mai mari, cu un număr mare de maşini-unelte, separatoarele individuale de vapori de ulei sunt adesea conectate la un sistem de extracţie comun (Figura 6). O alternativă la această soluţie descentralizată este un separator central cu un filtru de aer puternic amplasat în conducta de evacuare a aerului.
Figura 6: Separatoare conectate la o conductă de evacuare a aerului cu mai multe racorduri
În ambele cazuri, aerul extras nu este redirecţionat în zona de lucru, ci este eliberat în atmosferă.
Acest lucru contribuie la îmbunătăţirea calităţii aerului la locul de muncă.
Totuşi, implică un dezavantaj: Cu timpul, se pot acumula depuneri de ulei în conductele de aer orizontale lungi, ceea ce va creşte riscul de incendiu.
În cazul unui incendiu, conductele de aer acţionează ca un cordon de aprindere.
În consecinţă, sunt necesare rate ridicate de separare în sistemul de separare central, din motive de protecţie structurală împotriva incendiului.
Clapetele de incendiu ajută la reducerea riscului de incendiu, dar există şi o alternativă mult mai eficientă: pre-separarea emanaţiilor pe maşinile individuale.
Pre-separarea cu elemente de separare cu eficienţă ridicată protejează conductele de aer de depunerile de ulei în măsura posibilă (Figura 7).
Figura 7: Preseparator în conducta de evacuare a aerului
Totuşi, acest lucru este posibil doar dacă preseparatoarele sunt capabile să oprească flăcările.
Un test DIN corespunzător poate stabili această proprietate. Testul se bazează pe DIN 18869-5. Standardul testului DIN a fost publicat în anul 2007.
Este nevoie de separatoare de grăsime cu capacitate de oprire a flăcărilor pentru bucătăriile comerciale, datorită unor evenimente devastatoare din trecut cauzate de probleme la conductele de aer.
Acest standard este în prezent cel mai stringent test de încercare privind capacitatea echipamentelor de oprire a flăcărilor şi este tot mai mult adoptat de către furnizorii din industrie ca punct de referinţă, atunci când maşinile-unelte sunt echipate cu separatoare de vapori de ulei.
Testul DIN corespunzător pentru echipamentul de pre-separare reprezintă o garanţie oferită operatorului, potrivit căreia nu va izbucni vreun incendiu din cauza uleiului de lubrifiere în conducta de aer.
Deflectoarele, care sunt adesea folosite ca preseparatoare, nu sunt conforme cu aceste cerinţe. Ele pot doar sa întârzie apariţia flăcărilor.
13.8.3.5 Caz special cu lubrifiere minimă
Lubrifierea minimă implică cerinţe speciale privind protecţia la emanaţii deoarece concentraţia de aerosoli şi generarea de fum sunt foarte ridicate în acest proces.
Specialiştii din industrie au dezvoltat sisteme de separare cu până la 9 etape pentru acest tip de lubrifiere.
Ele sunt adaptate la parametrii maşinii şi la tipul de ulei sau emulsie folosit pentru lubrifiere.
În prima etapă se captează aerosolii şi prafurile destul de grosiere, în etapele următoare se aglomerează şi se îndepărtează cele mai mici picături, cu dimensiuni sub 1 µm.
Cazurile tipice de aplicare sunt maşinile de şlefuit cu viteze mari care funcţionează cu ulei fluid şi presiuni ridicate ale uleiului.
„Sistemul de separare Venturi” şi-a dovedit utilitatea în aplicaţii cu lubrifiere minimă.
Conducta Venturi alimentează aer suplimentar de interior (aer secundar) la camera de separare şi măreşte fluxul de aer total.
Aerul furnizat suplimentar reduce temperatura de admisie a aerului, ceea ce determină condensarea parţială a aerosolilor din fluxul de aer.
Acest efect garantează separarea timpurie a particulelor ultra-fine.
De exemplu, particulele cu un diametru de 0,8 µm sunt separate în proporţie de 99%.
Datorită duzelor reglabile Venturi, se poate ajusta cantitatea adăugată de aer şi temperatura aerului furnizat.
Unii furnizori de soluţii Venturi se asigură că o parte din aerosolii condensaţi este îndepărtată înainte de a ajunge în camera de separare.
Astfel se măreşte considerabil durata de viaţă a elementului de separare, cu până la 2.000 de ore de funcţionare în unele cazuri.
De aceea, este convenabil ca sistemele Venturi să fie operate cu un volum mare de aer secundar.
Cel mai bun raport de amestec este 1:1.
Principiul Venturi protejează şi sistemul de control electronic foarte sofisticat al maşinii-unelte de efectele căldurii.
Sistemul poate fi modernizat, deoarece componentele prizei de aer descrise pot fi conectate cu uşurinţă în amonte de separator (Figura 8).
Figura 8: Separator cu priză de aer Venturi
Un alt caz special este prelucrarea uscată, cum ar fi prelucrarea pieselor turnate şi a grafitului fără lubrifiant de răcire.
Separatoarele mecanice ciclon şi-au dovedit utilitatea şi în acest segment.
Ele sunt combinate în sisteme cu mai multe etape, în conformitate cu aplicaţia lor.
Se recomandă un sistem de pulverizare montat în continuarea sistemului.
Un set de duze pulverizează apă pe lamele de separare din oţel inoxidabil pentru a îndepărta particulele de aşchii pulverizate într-un rezervor de colectare.
13.8.3.6 Rezumat
Normele legate de sănătatea şi securitatea la locul de muncă sunt principalul motiv pentru care separatoarele de vapori de ulei şi emulsie de eficienţă ridicată au devenit atât de importante în fabricile care procesează metal.
Separarea particulelor ultra-fine cu un diametru mai mic de 1 µm reprezintă punctul central de interes în acest sens.
Aceste particule nu pot fi vizualizate şi nici detectate folosind instrumente manuale tradiţionale de măsurat.
Ele reprezintă cel mai mare risc pentru sănătatea operatorilor.
Soluţiile de separare a factorilor de poluare sunt diverse şi diferite de la un caz la altul. Sistemele de separare moderne au o structură în mai multe etape, iar combinaţia elementelor de separare este adaptată la dimensiunea particulelor şi la concentraţia factorilor de poluare.
În multe cazuri, separatoarele mecanice şi/sau electrostatice disponibile fără filtre de degajare pot rezolva problema.
Investitorii care caută un sistem adecvat trebuie să solicite specificaţii detaliate privind ratele de separare fracţionare, deoarece eficienţa totală nu este un criteriu pentru calitatea separării.
Dacă folosești freze și strunguri CNC în procesul de producție și vrei să ai aer curat în hală, atunci vezi echipamentele REVEN pentru extractia și filtrarea vaporilor de ulei și emulsie.
Comenteaza