Un ciclone o depolveratore centrifugo è un macchinario che permette la purificazione dell’aria (o un gas in generale) dalle polveri sfruttando il principio della forza centrifuga. È usato come trattamento preliminare della corrente contaminata per l’abbattimento parziale degli elementi inquinanti nell’aria.

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. In particolare, la corrente di gas e polvere viene fatta passare in un sistema composto da due cilindri concentrici. Al gas in entrata viene imposto un moto a spirale nell’intercapedine presente tra i due cilindri, dall’alto verso il basso. I gas potranno poi uscire passando attraverso il cilindro interno, più basso di quello esterno. Le particelle, aventi maggiore inerzia rispetto al gas, tenderanno a sbattere contro le pareti del cilindro più esterno, e a cadere sul fondo del sistema, ove è collocata una tramoggia per il recupero delle polveri. Le polveri possono quindi essere recuperate per una 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. La capacità di trattare particelle con granulometria più o meno fine dipende dal diametro del ciclone.

Tipologie di cicloni

I principali tipi di cicloni sono:

Fasi del trattamento

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

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

I multicicloni

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 diametro ridotto (dai 15 ai 50 cm).

Nei multicicloni gli elementi possono essere disposti nei seguenti modi:

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 utilizzati nelle segherie per la purificazione dell’aria dalle polveri di segatura, nelle raffineria, nell’industria del cemento e, da qualche anno, in alcuni modelli di aspirapolvere. I cicloni possono essere utilizzati anche per la separazione di solidi sospesi da liquidi, ma in questo caso si parla più propriamente di idrocicloni.

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 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 cicloni presentano molteplici vantaggi:

La scarsa efficienza per granulometrie fini (maggiori di 5 micrometri di diametro) è uno dei principali svantaggi, che limitano pesantemente l’applicazione di questo metodo di trattamento e inoltre si hanno rischi di intasamento e corrosione del ciclone per effetto dei contaminanti. Gli impianti di questo tipo presentano inoltre alte perdite di carico.