I Setacci Invisibili: filtri autopulenti

Quando si parla di filtrazione dell'acqua, si pensa spesso alle cartucce filtranti o ai filtri a sacco, componenti indispensabili in moltissimi impianti industriali. Esiste però una categoria di sistemi progettata per lavorare in modo continuo, riducendo al minimo gli interventi dell'operatore: i filtri autopulenti.

INDICE

• Come funzionano i filtri autopulenti
• Le principali tecnologie disponibili
• Applicazioni dei filtri autopulenti nell'industria alimentare
• I vantaggi rispetto ai filtri tradizionali
• I filtri autopulenti a garanzia di interi impianti

Come funzionano i filtri autopulenti

Il loro principio è semplice quanto efficace. Anziché sostituire periodicamente l'elemento filtrante quando questo si intasa, il filtro autopulente è in grado di pulirsi autonomamente, mantenendo elevate prestazioni e continuità di esercizio.

Per le industrie alimentari e delle bevande, dove i fermi impianto hanno un costo elevato e la continuità produttiva è fondamentale, questa tecnologia rappresenta spesso la soluzione più efficiente.

A differenza dei filtri tradizionali, che richiedono l'intervento dell'operatore per sostituire o lavare l'elemento filtrante, i filtri autopulenti monitorano costantemente il proprio stato.

Quando l'accumulo di particelle provoca un aumento della perdita di carico (oppure dopo un tempo prestabilito), il sistema avvia automaticamente il ciclo di pulizia. Nella maggior parte dei casi il processo dura pochi secondi e non richiede l'arresto della produzione.

Il risultato è un impianto capace di filtrare grandi volumi d'acqua con costi di gestione sensibilmente inferiori rispetto ai sistemi tradizionali.

Le principali tecnologie disponibili

Esistono diverse tipologie di filtri autopulenti. Ogni tecnologia nasce per rispondere a esigenze differenti in termini di portata, qualità dell'acqua e tipologia delle particelle da rimuovere.

Filtri autopulenti a rete con tecnologia meccanica

Sfruttano una cartuccia cilindrica a maglia (in acciaio inox). La pulizia avviene senza interrompere il flusso principale. Si dividono in due sottocategorie industriali:

• A pattini aspiranti: un albero centrale motorizzato scansiona la rete con pattini flessibili. L'apertura di una valvola di scarico crea un effetto Venturi localizzato che "aspira" lo sporco. Solitamente utilizzato nella pre-filtrazione di acque di lavaggio o ingredienti a monte dei sistemi a membrana (es. osmosi inversa). Ottimo per liquidi con carichi di sporco elevati, fibre o particelle grossolane.
• A spazzole raschianti: spazzole in nylon o raschiatori in PTFE rimuovono meccanicamente lo sporco accumulato sulla rete, convogliandolo sul fondo del filtro dove viene spurgato. In generale, ottimo per liquidi con carichi di sporco elevati, fibre o particelle grossolane. Molto usato per liquidi di processo più viscosi (succhi, sciroppi, cioccolato) o acque di lavaggio con residui organici filamentosi.

Filtri autopulenti a controlavaggio idrodinamico (Backwash)

Sono probabilmente la soluzione più diffusa. A differenza dei filtri a pattini (che aspirano localmente), questi sistemi puliscono l'elemento filtrante invertendo bruscamente la direzione del flusso d'acqua sull'intera cartuccia o su singoli settori isolati. Utilizzano cartucce a rete, elementi a filo avvolto (wedge wire) o candele porose. Durante il lavaggio, una valvola devia una parte dell'acqua già filtrata (o aria compressa) spingendola al contrario attraverso la maglia. Questo shock idrodinamico solleva e rigetta lo sporco verso la linea di drenaggio.

Il principale vantaggio di questa tecnologia è la possibilità di lavorare con portate molto elevate, richiedendo una manutenzione minima. Sono solitamente utilizzati nei trattamenti d'ingresso dello stabilimento (acque primarie) per la rimozione di macro-inquinanti prima della potabilizzazione. Trovano anche impiego nei circuiti di cogenerazione, teleriscaldamento e nel trattamento di acque di pozzo o di mare ad altissima portata, usati come sistemi di sicurezza a protezione di pompe e ugelli.

Filtri autopulenti a raschiatore magnetico

Una tecnologia specialistica ma cruciale per l'acqua tecnica, che non usa barriere meccaniche per bloccare le particelle, bensì l'attrazione magnetica. Il fluido passa attraverso un nucleo contenente potenti magneti permanenti (spesso al neodimio). Le particelle ferrose sospese vengono attratte e trattenute sui corpi magnetici. Ciclicamente, un sistema meccanico motorizzato (un raschiatore o un manicotto pneumatico) scivola lungo i magneti, accumulando le morchie metalliche e scaricandole all'esterno senza interrompere il flusso.

Sono impiegati raramente nel processo fluido diretto, tuttavia trovano applicazione nelle linee tecniche di termoregolazione dei pastorizzatori o dei fermentatori per preservare l'impianto idraulico. Si usano nei circuiti chiusi di riscaldamento/raffreddamento e nelle linee di ritorno della condensa per eliminare la magnetite e gli ossidi di ferro. Questi ossidi sono la causa principale di usura delle pompe, intasamento delle valvole a spillo e calo di efficienza delle caldaie.

Filtri autopulenti a dischi

La filtrazione avviene attraverso una colonna di dischi plastici compressi tra loro, sui quali sono incise micro-scanalature geometriche. L'acqua è costretta a passare attraverso i minuscoli canali formati dalla compressione dei dischi (filtrazione tridimensionale). In fase di lavaggio, i dischi si decomprimono, si distanziano e getti d'acqua ad alta pressione in controflusso li fanno ruotare, espellendo lo sporco.

Questa tecnologia offre un'elevata superficie filtrante in ingombri contenuti ed è molto utilizzata nel trattamento delle acque di processo. Viene impiegata principalmente nella chiarificazione delle acque primarie di stabilimento prima della potabilizzazione o nei circuiti di lavaggio delle verdure e dei macchinari prima delle fasi sterili. Eccellente per il trattamento di acque di torre o acque di pozzo cariche di sostanze organiche (alghe, cariche batteriche macroscopiche) che intaserebbero rapidamente una comune rete.

Filtri separatori centrifughi

Questa tipologia è altamente consigliata per applicare un primo stadio di sgrossatura, a monte di ogni altro sistema filtrante. Questi dispositivi agiscono come uno "scudo", intercettando i solidi più pesanti e abrasivi prima che possano danneggiare le reti, i dischi o le membrane posizionate a valle.

Comunemente noti come idrocicloni, sono dispositivi statici, privi di parti meccaniche in movimento e internamente vuoti. La separazione dei solidi avviene sfruttando esclusivamente la combinazione di forza centrifuga e gravità

• L'acqua grezza viene pompata ad alta velocità all'interno del corpo cilindro-conico del separatore attraverso un ingresso laterale tangenziale.
• La geometria interna costringe il fluido a compiere un movimento rotatorio accelerato, creando un potente vortice che si spinge verso il basso (vortice primario esterno).
• Sotto l'effetto della forza centrifuga, le particelle solide con peso specifico superiore a quello dell'acqua (come sabbia, scaglie metalliche e frammenti di roccia) vengono spinte contro le pareti coniche. Per gravità, scivolano poi verso il basso, depositandosi in un serbatoio di accumulo inferiore.
• Arrivato sul fondo del cono, il liquido privo dei solidi pesanti inverte la propria direzione. Risale al centro della struttura formando un secondo vortice ascensionale (vortice interno) ed esce pulito dal condotto superiore.

Il vantaggio cruciale dell'idrociclone risiede nella manutenzione. Non avendo una rete o dei dischi, non può intasarsi e non richiede controflussi o cicli di lavaggio automatici che interrompono la linea. L'unica operazione necessaria è lo svuotamento del polmone di raccolta inferiore. Negli impianti industriali e alimentari, questa operazione viene resa automatica installando una valvola di scarico motorizzata asservita a un temporizzatore (es. apertura di 5 secondi ogni ora), garantendo un ciclo continuo a manutenzione zero.

Applicazioni dei filtri autopulenti nell'industria alimentare

Nel settore Food & Beverage l'acqua non viene utilizzata solamente come ingrediente. È coinvolta praticamente in ogni fase produttiva:

• alimentazione degli impianti
• lavaggio delle linee
• raffreddamento
• produzione di acqua tecnica
• servizi ausiliari

In tutti questi casi la presenza di sabbia, ossidi, sedimenti o particelle sospese può compromettere l'affidabilità dell'impianto. I filtri autopulenti vengono quindi impiegati per proteggere:

• impianti di osmosi inversa
• sistemi di ultrafiltrazione
• microfiltrazione
• scambiatori di calore
• valvole automatiche
• strumenti di misura
• pompe
• ugelli di lavaggio
• linee CIP

Alcuni esempi di applicazione per un efficace sistema di prefiltrazione autopulente.

• Birrifici: contribuisce a preservare le membrane di osmosi inversa utilizzate per la regolazione della composizione dell'acqua.
• Caseifici: può evitare l'intasamento degli scambiatori di calore e delle linee dedicate ai lavaggi.
• Imbottigliamento bibite: protegge le apparecchiature più sensibili, migliorandone affidabilità e durata.

I vantaggi rispetto ai filtri tradizionali

L'investimento iniziale è generalmente superiore rispetto a un filtro a cartuccia, ma i benefici nel medio-lungo periodo sono spesso significativi. Tra i principali vantaggi troviamo:

• funzionamento continuo
• drastica riduzione dei fermi impianto
• minori costi di manutenzione
• eliminazione della sostituzione frequente delle cartucce
• minore produzione di rifiuti
• maggiore automazione
• elevata affidabilità

In molti casi il ritorno economico deriva semplicemente dalla riduzione delle ore di manutenzione e dalla maggiore durata delle apparecchiature poste a valle.

I filtri autopulenti a garanzia di interi impianti

Uno degli errori più comuni consiste nel selezionare un filtro esclusivamente in base al grado di filtrazione espresso in micron. In realtà la scelta dipende da numerosi fattori:

• portata richiesta
• pressione disponibile
• qualità dell'acqua in ingresso
• tipologia delle particelle
• concentrazione dei solidi
• continuità di esercizio
• trattamento previsto nelle fasi successive

Un filtro sottodimensionato tenderà a lavarsi continuamente, aumentando i consumi. Uno sovradimensionato rappresenterà invece un investimento non necessario.

Allo stesso modo, una tecnologia scelta senza considerare il resto dell'impianto potrebbe non garantire la protezione richiesta oppure creare inutili perdite di carico. Per questo motivo, il filtro autopulente dovrebbe essere considerato parte integrante dell'intero sistema di trattamento dell'acqua, dalla captazione fino all'utilizzo finale.

Non esiste un filtro autopulente "migliore" in assoluto.

L'approccio corretto consiste nell'analizzare le caratteristiche dell'acqua, comprendere gli obiettivi del cliente e progettare una linea di trattamento completa, nella quale il sistema di filtrazione lavori in perfetta sinergia con tecnologie come microfiltrazione, ultrafiltrazione, osmosi inversa, sterilizzazione UV o altri trattamenti necessari. È proprio questa progettazione integrata che permette di ottenere impianti affidabili, efficienti e realmente ottimizzati per il processo produttivo.

Scegliere la tecnologia corretta, tuttavia, significa valutare molto più del semplice grado di filtrazione: significa considerare l'intero ciclo dell'acqua, le caratteristiche del processo produttivo e gli obiettivi dell'azienda.

Lo staff di Idroricerche può essere d'aiuto per dimensionare correttamente il filtro autopulente da inserire all'interno di ogni processo produttivo, ottimizzando i costi in materia di manutenzione, consumi e fermi impianto e migliorando l'efficienza complessiva dei sistemi di trattamento.