Podstawową właściwością pyłów powstających w procesach szlifowania i polerowania detali są niewielkie rozmiary ziaren. Średnica większości z nich nie przekracza 1 μm, a tym samym są one niewidoczne dla ludzkiego oka. Skupiska tych cząstek tworzą frakcje unoszące się w powietrzu, które właśnie ze względu na mikroskopijną strukturę stanowią duże zagrożenie zarówno dla pracowników, jak i maszyn, urządzeń oraz całego zakładu. Regularnie wdychane sprzyjają rozwojowi chorób, a przedostając się do wnętrza maszyn, powodują zacieranie się układów mechanicznych. Ponadto ich długotrwałe odkładanie się na płaskich powierzchniach zwiększa zagrożenie wybuchem na skutek przypadkowego podpalenia zalegających frakcji. Ryzyko zapłonu jest szczególnie wysokie w przypadku materiałów łatwopalnych i wybuchowych, jednak nawet mąka czy pył drzewny w odpowiednim stężeniu mogą się zapalić, np. pod wpływem iskrzenia mechanicznego. Dla mąki dolna granica wybuchowości wynosi 40 g/m3, a dla pyłu drzewnego – 50 g/m3.

Aby skutecznie zniwelować niebezpieczeństwo, należy zadbać o odpowiednią filtrację pyłów. Pierwszym krokiem powinien być właściwy dobór systemu filtracji, uwzględniający zarówno rodzaj szlifowanego i polerowanego materiału, jak i jego stężenie oraz sposób rozchodzenia się w przestrzeni.

Cztery fazy procesu odpylania

Odpylanie polega na oddzielaniu pyłów od pozostałych gazów tworzących lotną mieszaninę różnych frakcji. W procesie tym można wyodrębnić cztery fazy: kształtowanie ruchu mieszaniny, łączenie ziaren w grupy (koagulacja), separację pyłu oraz ewakuację pyłu z mieszaniny. Analogicznie system do filtracji tego typu zanieczyszczeń powinien składać się z: wentylatora lub dmuchawy, które wytwarzają podciśnienie w układzie w celu zasysania zanieczyszczeń ze strefy obróbki, ramion i węży transportujących je na filtry, filtrów separujących pył i/lub zbiorników umożliwiających jego gromadzenie. Efektem procesu powinno być oczyszczenie mieszaniny z pyłów w stopniu umożliwiającym jej ponowne wprowadzenie do wnętrza zakładu, co istotnie przyczynia się do ograniczenia kosztów ogrzewania hal w porze zimowej.

Skuteczność oczyszczania powietrza z pyłu determinowana jest przez szereg czynników, wśród których najistotniejsze znaczenie mają: typ zastosowanych filtrów, przepustowość systemu oraz właściwie dobrany zestaw węży i końcówek zasysających zanieczyszczone powietrze ze strefy obróbki. Dopiero uwzględnienie wszystkich tych trzech aspektów daje gwarancję, że zastosowana filtracja pozwoli na usunięcie ponad 90%, a w wielu przypadkach nawet 99% zanieczyszczeń.

Filtracja niewielkich frakcji zanieczyszczeń

Jak wskazują eksperci, dobór systemu filtracji powinien być realizowany etapami, w kolejności odwrotnej do przebiegu procesu odpylania. Oznacza to, że projektowanie odciągu należy zacząć nie od doboru mocy czy wyposażenia urządzenia, ale od podjęcia decyzji o rodzaju i liczbie zastosowanych filtrów. Ta zaś wymaga wiedzy o właściwościach filtrowanej mieszaniny, w tym przede wszystkim jej składzie, stężeniu, elektrostatyczności, wilgotności i lepkości. Dane te można znaleźć w dostarczonej przez producenta karcie charakterystyki obrabianego materiału.

Pierwsze dwie z wymienionych właściwości, tj. skład i stężenie mieszaniny, będą w dużej mierze determinowały wybór podstawowej metody filtracji. Do odpylania mieszanin suchych lub lepkich o niewielkim stężeniu zaleca się stosowanie filtrów kasetowych, które co prawda wymagają regularnej wymiany, ale dzięki temu mogą być stosowane do filtracji mieszanin kleistych. Kaseta filtracyjna składa się z reguły z filtra wstępnego i filtra zasadniczego HEPA. Jeśli proces obróbki może generować iskry, warto dodatkowo zastosować filtr przeciwiskrowy wyłapujący drobinki żaru i niwelujący niebezpieczeństwo zapłonu skomasowanych na filtrze lub transportowanych w układzie zanieczyszczeń. Jest to szczególnie istotne w przypadku obróbki materiałów niewybuchowych, których pył w dużych stężeniach tworzy mieszaniny łatwopalne, np. aluminium. Z kolei w procesach obróbki materiałów organicznych (m.in. tworzyw sztucznych, drewna czy skóry) warto zastosować dodatkowy filtr gazowy z węglem aktywnym neutralizujący nieprzyjemne zapachy.

Odciągi w produkcji 24/7

Zaletą wymiennych filtrów kasetowych jest niska cena jednostkowa i niewielka waga przekładająca się na relatywnie dużą mobilność urządzeń filtracyjnych, wadą natomiast – konieczność częstej wymiany filtrów, co powoduje, że przy większych stężeniach pyłu rozwiązanie to przestaje się opłacać. W takich aplikacjach lepiej sprawdzą się filtry patronowe z funkcją automatycznego czyszczenia ograniczającą częstotliwość ich wymiany. W realizowanym cyklicznie procesie samooczyszczania filtry poddawane są silnym uderzeniom powietrza generowanym przez dmuchawę, co powoduje osypywanie się pyłu do pojemnika zbiorczego. Warunkiem poprawnego przebiegu procesu jest niska kleistość filtrowanych zanieczyszczeń: substancje lepkie, przywierając do filtrów, uniemożliwiłyby bowiem ich skuteczne oczyszczenie. Aby temu przeciwdziałać, można zastosować specjalny dozownik domieszkujący proszek, który, łącząc się z klejącym pyłem, ułatwia jego odklejanie i opadanie do zbiornika.

Oprócz opisanych systemów na rynku dostępne są również wersje hybrydowe składające się z filtrów kasetowych wychwytujących mniejsze drobinki zanieczyszczeń oraz worka/pojemnika na frakcje cięższe opadające pod wpływem oddziaływania grawitacyjnego lub siły odśrodkowej. Ciekawym typem urządzeń filtracyjnych są także układy bazujące na zjawisku jonizacji gazu i pyłu między dwoma elektrodami. Współtworzące je elektrofiltry składają się z elektrody emisyjnej (ujemnej) i osadczej (dodatniej), które przyciągają odpowiednio jony dodatnie i ujemne. Te ostatnie wyłapują pył, który, wędrując z nimi do elektrody osadczej, jest zatrzymywany na filtrze.

Moc, lokalizacja i wyposażenie

Odpowiedni dobór zestawu filtrów stanowi warunek wysokiej skuteczności filtracji, jednak sam w sobie jej nie gwarantuje. Aby filtry spełniały swoje zadanie, wyposażony w nie system musi cechować się odpowiednią przepustowością i generować podciśnienie umożliwiające odsysanie całości powstających zanieczyszczeń. Wartości te – definiowane jako przepływ nominalny i wyrażane w m3/h/Pa – zależą w dużej mierze od metody filtracji (filtry kasetowe/patronowe) oraz rozmiarów jednostki filtracyjnej. Co do zasady, im większy jest odciąg, tym większa będzie jego przepustowość i generowane podciśnienie.

Od reguły tej istnieją jednak wyjątki: przepustowość systemu może być do pewnego stopnia modyfikowana na wejściu układu. Istotne znaczenie ma tu przede wszystkim odległość od strefy obróbczej – jak dowodzą badania, dwukrotne zwiększenie odległości powoduje, że dla uzyskania takiej samej siły zasysania należy aż czterokrotnie zwiększyć moc odciągu.

W przypadku systemów wyposażonych w ramię odciągowe i/lub wąż ssawny wartość podciśnienia generowanego przez układ, a tym samym efektywność zasysania, będzie również częściowo zależna od średnicy tych komponentów. Zbyt duża średnica spowoduje redukcję siły ssącej, zbyt mała może sprzyjać zapychaniu się systemu. Podobny wpływ na efektywność zasysania ma całkowita długość węża, dlatego eksperci zalecają, by była ona jak najmniejsza, a sam wąż nie wykazywał załamań utrudniających przepływ zanieczyszczeń.

Nawet odpowiednia siła zasysania nie będzie miała jednak przełożenia na wysoką efektywność końcową filtracji, jeżeli zastosowana oprawa będzie zbyt mała lub niewłaściwie ulokowana względem strumienia zanieczyszczeń. Zależność ta ponownie wymaga uwzględnienia właściwości obrabianych materiałów – ich znajomość znacznie zmniejsza niebezpieczeństwo niewłaściwego zaprojektowania układu, np. ulokowania oprawy nad strefą obróbczą, podczas gdy większość pyłu ze względu na duży ciężar frakcji opada na dół, kumulując się tuż przy podłodze.

Cyfrowa przyszłość

Oferta dostępnych dziś na rynku systemów do filtracji pyłów szlifierskich i polerskich obejmuje różnorodne typy tych urządzeń, różniące się zarówno zasadą filtracji, jak i rozmiarami, średnicą przyłączy, rodzajem opraw i materiałem wykonania. Ich cechą wspólną jest jednak daleko idąca cyfryzacja, przejawiająca się w rosnącej dostępności systemów wyposażonych w cyfrowe interfejsy umożliwiające komunikację z maszyną obróbczą, a nawet z centralnym systemem sterowania i zbierania danych. Dzięki temu możliwe jest nie tylko sterowanie pracą odciągu przez interfejs maszyny, ale także – coraz częściej – programowanie jej z poziomu komputera, tabletu czy komórki zlokalizowanych w dowolnym miejscu na świecie. Co więcej, tego typu komunikacja pozwala także na realizację zadań związanych z predyktywnym utrzymaniem ruchu. Zbierane z odciągu dane mogą być bowiem udostępniane w chmurze, a także dowolnie przetwarzane i wizualizowane z wykorzystaniem złożonych algorytmów. To zaś stwarza możliwość stałego monitorowania stanu urządzeń w czasie rzeczywistym i wyznaczania trendów o istotnym znaczeniu dla procesu planowania produkcji i redukcji liczby przestojów.

Ten kierunek rozwoju – wspólny dla wielu sektorów przemysłowych – stanowi istotny krok na drodze do realizacji idei Przemysłu 4.0, także w sektorze filtracji zanieczyszczeń.

____

Stanisław Nieświec,  dyrektor ds. handlowych w firmie BART:

Zastosowanie konkretnego typu systemu filtracyjnego zależy od wymaganych środków bezpieczeństwa i ochrony dla instalacji produkcyjnej lub stanowiska pracy, adekwatnych do rodzaju realizowanych procesów technologicznych. W przypadku działań wykonywanych przy wytwarzaniu lub naprawie produktów o dużej wrażliwości na działanie ładunków elektrostatycznych, np. lutowania urządzeń elektronicznych, konieczne jest stosowanie narzędzi i systemów wentylacyjnych spełniających wymagania ESD. Są to urządzenia o odpowiedniej konstrukcji, wykonane z materiałów pozwalających na odprowadzenie ładunków elektrostatycznych z ich powierzchni, co uniemożliwia przeskok iskry z narzędzia na lutowany element.

Gdy mamy do czynienia z gazami lub pyłami, które w powietrzu tworzą atmosferę potencjalnie wybuchową, mówimy o urządzeniach w wykonaniu zgodnym z ATEX. Powstanie atmosfery wybuchowej jest możliwe wszędzie tam, gdzie występują gazy lub pyły posiadające własności palne i zachodzi ich dyspersja w atmosferze zamkniętej przestrzeni. Systemy HRD mają za zadanie wykrycie początkowej fazy wybuchu i jego stłumienie. W wyjątkowych przypadkach zaleca się także urządzenia odporne na ciśnienie wybuchu.