Filtri elettrostatici: dispositivo, principio di funzionamento, aree di applicazione

La possibilità di respirare aria fresca è un nostro bisogno fisiologico, garanzia di salute e longevità. Tuttavia, potenti imprese industriali moderne inquinano l'ambiente e l'atmosfera con emissioni industriali pericolose per l'uomo.

Garantire la purezza dell'aria durante i processi tecnologici nelle imprese e rimuoverne le impurità dannose nella vita di tutti i giorni: questi sono i compiti che svolgono i filtri elettrostatici.

Il primo progetto di questo tipo fu registrato nel brevetto statunitense n. 895729 nel 1907. Il suo autore, Frederick Cottrell, era impegnato nella ricerca di metodi per separare le particelle sospese dai mezzi gassosi.

Per questo, ha utilizzato l'azione delle leggi fondamentali del campo elettrostatico, facendo passare miscele gassose con impurità solide fini attraverso elettrodi con potenziali positivi e negativi. Gli ioni con carica opposta con particelle di polvere sono attratti dagli elettrodi, si depositano su di essi e gli ioni con lo stesso nome vengono respinti.

Questo sviluppo è servito come prototipo per la creazione di moderni filtri elettrostatici.

Potenziali di segno opposto provenienti da una sorgente di corrente continua vengono applicati a elettrodi lamellari (comunemente indicati con il termine «precipitazione») assemblati in sezioni separate e interposte tra loro a griglie di filamenti metallici.

L'entità della tensione tra la rete e le piastre negli elettrodomestici è di diversi kilovolt. Per i filtri che operano in impianti industriali, può essere aumentato di un ordine di grandezza.

Attraverso questi elettrodi, i ventilatori fanno passare attraverso appositi condotti un flusso di aria o gas contenente impurità meccaniche e batteri.

Sotto l'influenza dell'alta tensione, si forma un forte campo elettrico e la scarica corona superficiale fluisce dai filamenti (elettrodi corona). Questo porta alla ionizzazione dell'aria adiacente agli elettrodi con il rilascio di anioni (+) e cationi (-), si crea una corrente ionica.

Gli ioni con carica negativa sotto l'azione di un campo elettrostatico si spostano verso gli elettrodi di raccolta, caricando contemporaneamente i contatori di impurità. Queste cariche subiscono l'azione di forze elettrostatiche che creano un accumulo di polvere sugli elettrodi di raccolta. In questo modo l'aria spinta attraverso il filtro viene purificata.

Quando il filtro è in funzione, lo strato di polvere sui suoi elettrodi aumenta costantemente. Periodicamente dovrebbe essere rimosso. Per le strutture domestiche, questa operazione viene eseguita manualmente. Nei potenti impianti di produzione, gli elettrodi di decantazione e la corona vengono agitati meccanicamente per convogliare gli inquinanti in un'apposita tramoggia, da dove vengono prelevati per lo smaltimento.

Caratteristiche di progettazione del precipitatore elettrostatico industriale

I dettagli del suo corpo possono essere realizzati con blocchi di cemento o strutture metalliche.

All'ingresso dell'aria inquinata e all'uscita dell'aria purificata sono installati schermi di distribuzione del gas che dirigono in modo ottimale le masse d'aria tra gli elettrodi.

La raccolta delle polveri avviene in silos, solitamente a fondo piatto e dotati di trasportatore a raschiatori. I collettori di polvere sono prodotti sotto forma di:

• vassoi;

• piramide rovesciata;

• tronco di cono.

I meccanismi di scuotimento degli elettrodi funzionano secondo il principio di un martello che cade. Possono essere posizionati sotto o sopra le piastre. Il funzionamento di questi dispositivi velocizza notevolmente la pulizia degli elettrodi. I migliori risultati si ottengono con progetti in cui ogni martelletto agisce su un elettrodo diverso.

Per creare una scarica corona ad alta tensione, vengono utilizzati trasformatori standard con raddrizzatori che funzionano da una rete di frequenza industriale o speciali dispositivi ad alta frequenza di diverse decine di kilohertz. I sistemi di controllo a microprocessore sono coinvolti nel loro lavoro.

Tra i diversi tipi di elettrodi di scarica, le spirali in acciaio inossidabile funzionano meglio per una tensione ottimale del filamento. Sono meno inquinati di tutti gli altri modelli.

Le costruzioni degli elettrodi collettori sotto forma di piastre con un profilo speciale sono combinate in sezioni create per una distribuzione uniforme delle cariche superficiali.

Filtri industriali per la cattura di aerosol altamente tossici

Un esempio di uno degli schemi di funzionamento di tali dispositivi è mostrato nella foto.

Queste strutture utilizzano una zona di purificazione dell'aria a due stadi contaminata da impurità solide o vapori di aerosol.Le particelle più grandi si depositano sul prefiltro.

Il flusso viene quindi diretto a uno ionizzatore con un filo corona e piastre di messa a terra. Circa 12 kilovolt vengono forniti dall'unità ad alta tensione agli elettrodi.

Di conseguenza, si verifica una scarica corona e le particelle di impurità si caricano. La miscela d'aria soffiata passa attraverso un precipitatore, in cui le sostanze nocive sono concentrate su piastre messe a terra.

Un postfiltro situato dopo il precipitatore cattura le restanti particelle non sedimentate. La cartuccia chimica pulisce inoltre l'aria dalle restanti impurità di anidride carbonica e altri gas.

Gli aerosol applicati alle piastre scorrono semplicemente lungo il pozzo sotto l'influenza della gravità.

Applicazioni dei precipitatori elettrostatici industriali

La purificazione dell'aria inquinata viene utilizzata in:

• centrali elettriche a carbone;

• siti per la produzione di olio combustibile;

• impianti di incenerimento dei rifiuti;

• caldaie industriali per recupero chimico;

• forni industriali per calcare;

• caldaie tecnologiche per la combustione di biomasse;

• imprese di metallurgia ferrosa;

• produzione di metalli non ferrosi;

• siti dell'industria del cemento;

• aziende agricole e altre industrie.

Possibilità di pulizia di un ambiente contaminato

Nello schema sono riportati gli schemi di funzionamento di potenti filtri elettrostatici industriali con varie sostanze nocive.

Caratteristiche delle strutture filtranti nei dispositivi domestici

La purificazione dell'aria nei locali residenziali viene effettuata:

• condizionatori;

• ionizzatori.

Il principio di funzionamento del condizionatore d'aria è mostrato nella foto.

L'aria contaminata viene spinta dai ventilatori attraverso gli elettrodi con una tensione di circa 5 kilovolt applicata ad essi. Microbi, acari, virus, batteri nel flusso d'aria muoiono e le particelle di impurità, essendo cariche, volano verso gli elettrodi di raccolta della polvere e si depositano su di essi.

Allo stesso tempo, l'aria viene ionizzata e viene rilasciato ozono. Poiché appartiene alla categoria dei più forti ossidanti naturali, tutti gli organismi viventi nel condizionatore d'aria vengono distrutti.

Il superamento della concentrazione normativa di ozono nell'aria è inammissibile secondo le norme igienico-sanitarie. Questo indicatore è attentamente monitorato dalle autorità di vigilanza dei produttori di condizionatori d'aria.

Caratteristiche di uno ionizzatore domestico

Il prototipo dei moderni ionizzatori è lo sviluppo dello scienziato sovietico Alexander Leonidovich Chizhevsky, che ha creato per ripristinare la salute delle persone esauste in carcere dai lavori forzati più pesanti e dalle cattive condizioni di detenzione.

A causa dell'applicazione della tensione ad alta tensione agli elettrodi di una sorgente sospesa al soffitto anziché al lampadario di illuminazione, la ionizzazione avviene nell'aria con il rilascio di cationi sani. Erano chiamati "ioni d'aria" o "vitamine d'aria".

I cationi danno energia vitale al corpo indebolito e l'ozono rilasciato uccide microbi e batteri che causano malattie.

Gli ionizzatori moderni sono privi di molte carenze che erano nei primi progetti. In particolare, la concentrazione di ozono è ora strettamente limitata, vengono prese misure per ridurre l'effetto di un campo elettromagnetico ad alta tensione e vengono utilizzati dispositivi di ionizzazione bipolare.

Vale la pena notare, tuttavia, che molte persone confondono ancora lo scopo di ionizzatori e ozonizzatori (produzione di ozono nella quantità massima), utilizzando quest'ultimo per altri scopi che danneggiano notevolmente la loro salute.

Secondo il principio del loro funzionamento, gli ionizzatori non svolgono tutte le funzioni dei condizionatori d'aria e non purificano l'aria dalla polvere.