Cicloni e multicicloni

Il ciclone è un sistema di abbattimento di forma vagamente cilindrica che permette di raccogliere le particelle aerodisperse sfruttando la loro forza di inerzia. In questo dispositivo il flusso contaminato viene fatto entrare dall’alto e tangenzialmente in modo da assumere un moto a spirale direzionato verso il basso. Per effetto della forza centrifuga, il particolato di dimensioni maggiori fuoriesce dal flusso e, per inerzia, va a contatto con le pareti interne del ciclone; per la gravità scivola poi sul fondo del dispositivo dove viene raccolto in un’apposita tramoggia che viene periodicamente svuotata.
La parte inferiore del ciclone è di forma conica ed in questa zona il flusso d’aria inverte il senso del suo moto a causa della differenza di pressione esistente fra l’apertura di entrata e quella di uscita, posta sulla sommità. Così il flusso d’aria risale in una stretta spirale verso l’alto e fuoriesce dal tubo di scarico che ha l’asse coincidente con quello del ciclone. All’uscita la corrente si presenta depurata dal materiale più grossolano, ma permane contaminata dal particolato di dimensioni minori che non riesce a sfuggire alla forza di trascinamento dell’aria.

A seconda delle dimensioni si possono distinguere essenzialmente due tipi di cicloni.
I dispositivi a largo diametro (da 30 a 200 cm) vengono utilizzati per l’abbattimento del materiale solido con un diametro superiore ad 1 mm. In genere si impiegano quando la concentrazione del particolato è molto alta e sono caratterizzati da aperture di entrata ed uscita relativamente grandi; il vortice che si forma all’interno è relativamente lento e non permette di abbattere il particolato di piccole dimensioni ma solamente il materiale grossolano.

La maggior parte dei dispositivi in commercio ha invece un diametro che va dai 5 ai 30 cm. Questo diametro permette di accelerare il movimento a spirale del flusso molto più di quanto sarebbe possibile in un ciclone a diametro maggiore. Inoltre, il particolato che fuoriesce dal flusso vorticoso deve compiere una distanza relativamente minore prima di andare a finire la sua corsa contro la parete del ciclone. Tutte queste caratteristiche fanno sì che i cicloni a piccolo diametro siano in grado di raccogliere particolato molto più fine, così in genere sono molto utilizzati per abbattere il materiale caratterizzato da un diametro superiore ai 5 micrometri.
A causa della limitata capacità di depurazione di ogni tubo, spesso molti piccoli cicloni vengono installati in parallelo all’interno di un cassone metallico per formare un singolo impianto definito multiciclone. Tutti questi cicloni sono montati sulla stessa lastra di supporto e pescano dalla medesima condotta; inoltre hanno in comune anche l’uscita: dall’interno di ogni dispositivo si diparte un tubo di scarico che convoglia in un’unica tubazione il flusso d’aria ripulito. Questo sistema permette di abbinare l’alta efficienza di abbattimento caratteristica dei piccoli cicloni con una capacità di predepurazione estremamente elevata.

Nella varie applicazioni industriali i cicloni vengono per lo più utilizzati per raccogliere il particolato con diametro maggiore di 10 micrometri.
L’efficienza d’abbattimento delle polveri varia in genere dal 70 al 90%, dal 30 al 90% per il PM10 e dallo 0 al 40% per il PM2,5.
Esistono anche cicloni ad alta efficienza, caratterizzati da flussi interni estremamente veloci ed in grado di raggiungere dei rendimenti migliori: dal 60 al 95% per il PM10 e dal 20 al 70% per il PM2,5; questi dispositivi sono però caratterizzati da un’elevata caduta di pressione, per cui il loro funzionamento richiede un grande dispendio energetico.
Per quanto riguarda i multicloni, sembra che siano in grado di raggiungere un’efficacia di abbattimento variabile tra l’80 ed il 95% per il PM5.