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Dimensionamento dei sistemi di filtrazione per offrire il miglior compromesso tra spese in conto capitale iniziali e costi di gestione bassi

È facile immaginare che il filtro più piccolo in grado di gestire la portata di un liquido sarebbe la scelta migliore per un sistema di filtro. Tuttavia, questo vale solo se si considerano esclusivamente i costi di acquisto iniziali e si ignorano i costi operativi della sostituzione dei filtri ogni volta che si bloccano. D'altra parte, avere un sistema di filtri così grande da non dover mai cambiare i filtri, quindi i costi operativi sono trascurabili potrebbe sembrare una soluzione migliore.

Di David Keay - Responsabile delle vendite all'estero, Filtri Amazon

David Keay - Responsabile vendite export, Filtri Amazon

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In pratica, la situazione ottimale per la maggior parte dei clienti è quella in cui il costo iniziale di acquisto è bilanciato rispetto ai costi operativi per offrire la soluzione più economica in termini di durata, nota anche come costo totale di proprietà.

All'interno di questo articolo, discuteremo di come raggiungere questo obiettivo e forniremo suggerimenti su come garantire l'ottimizzazione del sistema di filtraggio. Infine, tratteremo il dimensionamento ottimale dei filtri per gas, che è diverso dai liquidi.

Sebbene sia i liquidi che i gas siano fluidi, sono diversi tipi di fluidi. I liquidi non sono comprimibili, mentre i gas sono comprimibili e ciò comporta che debbano essere trattati in modo diverso.

Dimensionamento dei sistemi di filtrazione - Fig. 1: il budget iniziale limitato raddoppia l'AP pulito iniziale

Per cosa stai ottimizzando?

Le tre considerazioni principali per la scelta del sistema di filtraggio a funzionamento continuo di dimensioni ottimali sono:

  • Basso costo di capitale iniziale - Ciò accade spesso quando l'utente finale chiede a un fornitore (ad esempio un imprenditore edile) di fornire un sistema che includa il sistema di filtrazione (Figura 1). Un fornitore del genere potrebbe voler minimizzare il prezzo di acquisto iniziale in quanto non sarà in giro a pagare i costi di gestione.
  • Bassi costi operativi: se il sistema verrà installato a lungo, il costo annuale di sostituzione delle cartucce filtranti moltiplicato per il numero di anni di utilizzo può essere molte volte il costo iniziale.
  • Budget disponibile: a volte non è possibile acquistare il filtro di dimensioni ottimali perché al momento non si dispone del budget di capitale necessario disponibile (vedere la Figura 1). In un tale scenario, acquisti il ​​filtro che puoi permetterti e accetti quali possono essere i costi di gestione elevati!

Comprendere la pressione differenziale è la chiave per comprendere il dimensionamento

Dimensionamento dei sistemi di filtrazione Fig. 2: Perché è importante un AP pulito iniziale

La misura chiave per il dimensionamento di un sistema di filtrazione è la pressione differenziale pulita iniziale (dp). La pressione differenziale è la misurazione della perdita di pressione che si verifica attraverso un sistema di filtri. Ciò è facilmente misurabile su un sistema utilizzando manometri posizionati a monte ea valle dell'alloggiamento del filtro.

Più basso è il filtro iniziale inutilizzato (pulito) dp, maggiore è il costo di capitale iniziale del sistema di filtri. Al contrario, maggiore è il clean iniziale di dp, minore è il costo di capitale iniziale del sistema di filtro. Tuttavia, come mostrato nella figura 2, i costi operativi sono influenzati inversamente dalle variazioni di dp.

Raddoppiare la dimensione dei filtri aumenta la loro durata di un fattore quattro, riducendo quindi i costi operativi. In confronto, se si riduce la metà del sistema di filtraggio, si aumentano notevolmente i costi operativi. La nostra raccomandazione sarebbe sempre quella di investire nel dp pulito iniziale più basso che ci si possa permettere.

Allora, qual è il dp pulito iniziale corretto da usare? La risposta è che sarà sempre un compromesso tra costi di capitale e costi di gestione. Per un sistema di filtro per liquidi in uso continuo, consigliamo di scegliere un valore attorno a 200 mbar come punto di partenza e di revisione, verso l'alto o verso il basso, quando si vede il costo iniziale di questa soluzione.

Un altro motivo importante per l'installazione di manometri, sul sistema di filtraggio, è che è quindi possibile misurare esattamente quando è necessario sostituire le cartucce, consentendo di massimizzare la loro durata e ottenere la massima produttività per ogni set di filtri. Il tipico dp di sostituzione per un sistema di filtri a cartuccia è la barra 2.5 e più si avvicina a quel dp quando si cambiano i filtri, migliore diventa il rapporto costo-efficacia.

Che cosa c'è di diverso nel dimensionamento per il funzionamento in batch?

Il presupposto principale sopra è stato che stiamo gestendo un sistema di filtraggio operativo continuo. Tuttavia, esiste un altro scenario operativo comune: l'operazione batch. La differenza fondamentale con il funzionamento in batch è che il sistema di filtrazione verrà utilizzato in modo intermittente per elaborare un volume specifico di prodotto liquido.

A causa di questa differenza, possiamo progettare con una caduta di pressione di pulizia iniziale molto più elevata, come la barra 0.5 o persino la barra 1. La durata della cartuccia del filtro deve solo durare per tutta la durata del batch e il costo del capitale sta determinando la convenienza complessiva dell'installazione. Sapere questo può portare a risparmi significativi sull'esborso di capitale iniziale di un progetto per l'utente finale.

Differenze tra il dimensionamento di liquidi e gas

Dimensionamento dei sistemi di filtrazione Fig. 3: informazioni necessarie per il dimensionamento del filtro

Sebbene liquidi e gas siano entrambi fluidi, sono fluidi di natura molto diversa. La principale differenza che influenza il dimensionamento del filtro è che i gas sono comprimibili mentre i liquidi no. Pertanto, quando si dimensionano i sistemi di filtrazione del gas, è fondamentale conoscere la pressione di linea del sistema.

Con un gas, se la pressione della linea raddoppia da due a quattro bar, la dimensione del sistema di filtraggio può essere dimezzata. La stessa variazione di pressione su un sistema liquido avrebbe un impatto trascurabile sulle sue dimensioni.

La pressione differenziale ha un impatto di gran lunga maggiore sui costi di gestione dei sistemi di filtrazione del gas, pertanto devono essere inferiori ai sistemi liquidi. È comune progettare sistemi di filtri per gas con un dp pulito di decine di millibar.

Cosa devi sapere per dimensionare correttamente i filtri? Esiste un modo ottimale per dimensionare?

Va da sé che maggiore è il numero di informazioni relative alle condizioni del processo, migliore è la scelta del filtro che può essere effettuata per soddisfare i criteri di selezione. La Figura 3 mostra i requisiti minimi tipici e altri dati utili che è meglio fornire.

Dimensionamento dei sistemi di filtrazione Fig. 4: raddoppiare la dimensione del filtro aumenta la durata del filtro di un fattore di 4

Tuttavia, l'importanza di conoscere la caduta di pressione iniziale pulita non può essere sottovalutata. Lasciare questo non specificato è lasciarti aperto alla confusione quando stai cercando di confrontare diverse opzioni di filtro.

È importante perché è necessario essere consapevoli del dp clean iniziale utilizzato per dimensionare i sistemi di diversi fornitori. Se non si conosce il clean dp iniziale, non è possibile eseguire un confronto simile per assicurarsi che si effettui la selezione migliore per la propria applicazione.

Il compratore sta attento. L'offerta "più economica" quotata non è sempre la scelta "giusta"! Il costo a vita del sistema è determinato dai costi di capitale iniziali e dai costi operativi annuali correnti (vedere la figura 4).

I vantaggi della prefiltrazione

Dimensionamento dei sistemi di filtrazione Fig. 5: Vantaggi della pre-filtrazione ottimizzata

Anche quando si ottiene il dimensionamento corretto di un sistema di filtri, a causa dei tipi di filtri finali richiesti in applicazioni critiche (dove vengono spesso utilizzati filtri a membrana), i costi di gestione possono comunque essere molto elevati.

La prefiltrazione del filtro finale è una soluzione che può migliorare l'economia generale di un sistema di filtrazione utilizzato in un'applicazione critica. L'uso di un prefiltro rimuoverà la maggior parte del caricamento sul filtro finale prolungandone significativamente la durata.

I prefiltri sono normalmente 50% o meno il costo del filtro finale e dovrebbero essere previsti per aumentare la durata dei filtri finali di 2.5 a quattro volte. Questo è mostrato nella figura 5

Spesso il modo più semplice per stabilire se un sistema di filtraggio è stato ottimizzato correttamente è determinare il rapporto tra prefiltri e filtri finali. Se quel rapporto non è maggiore di 2: 1, c'è ancora spazio per migliorare l'economia del tuo sistema di filtrazione.

conclusione

Nella discussione sopra è stato spiegato quanto sia importante conoscere la pressione differenziale pulita iniziale del sistema di filtrazione, il suo impatto sul costo di capitale iniziale e i costi operativi in ​​corso. Per aiutarti qui ci sono alcune cose da fare e da non fare:

  • Investi nella pressione differenziale pulita iniziale più bassa che puoi permetterti.
  • Per la filtrazione di liquidi, i sistemi aggiungono altezza e larghezza a un alloggiamento. Prendi le cartucce più lunghe disponibili, in quanto ciò ridurrà al minimo il dp iniziale pulito portando a una maggiore durata del filtro, a minori costi operativi e a una maggiore efficacia dei costi.
  • Ogni volta che chiedi a più di un fornitore di fare un'offerta, chiedi sempre loro di specificare la caduta di pressione iniziale pulita su cui il loro sistema di filtrazione è stato dimensionato nella loro proposta e di confermare la valutazione assoluta della loro cartuccia del filtro. Questo è l'unico modo per ottenere un vero confronto diretto dei costi di capitale iniziali.
  • Montare sempre manometri a monte ea valle, in modo da poter misurare accuratamente le installazioni di filtrazione dp. Ciò consente di confermare il raggiungimento del dp clean iniziale quotato e di misurare accuratamente la modifica del dp.
  • Se si utilizzano filtri a membrana per sterilizzare o stabilizzare liquidi o soluzioni, la prefiltrazione è essenziale. Come regola generale, l'uso dei prefiltri alle membrane dovrebbe essere 2: 1 o superiore. Altrimenti stai sprecando soldi.

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