Filtri Magnetici

 

La separazione magnetica é una tecnica ingegneristica utilizzata a partire dal XIX secolo per l’arricchimento di minerali magnetici o la rimozione di particelle magnetizzabili da un fluido in moto. La separazione é ottenuta passando le sospensioni o le miscele di particelle da separare attraverso un campo magnetico disuniforme, che determina una ritenzione preferenziale o una deflessione del particolato magnetizzabile.

 

Lo stesso obiettivo viene raggiunto in modi molto differenti nei diversi tipi di separatori magnetici. In tutti i processi di separazione magnetica, comunque, vi é la competizione tra una forza esterna dominante di origine magnetica ed altre forze (gravitazionali, fluidodinamiche, inerziali, centrifughe, elettrostatiche e di Van Der Waals) la cui intensità dipende dalla particolare applicazione.

 

L’avvento della separazione magnetica ad alto gradiente (High Gradient Magnetic Separation) ha rappresentato uno dei più significativi avanzamenti nella possibilità di trattamento delle particelle fini negli ultimi 20 anni. Lo sviluppo della tecnologia dei magneti superconduttori consente di produrre un elevato campo di induzione magnetica in volumi notevoli a bassi consumi di energia. La forza magnetica agente su una particella di volume Vp e suscettività magnetica c ha l’espressione:

Questa espressione forza mostra che per ottenere una forza magnetica intensa occorrono campi magnetici e gradienti di campo elevati. Esistono diverse tecnologie atte alla creazione di un campo magnetico disuniforme necessario per la separazione magnetica.

 

Nei dispositivi HGMS, il gradiente di campo è generato da una griglia di materiale ferromagnetico immerso in un campo magnetico esterno. Le linee di flusso magnetico tendono a convergere sui fili di griglia, generando il necessario gradiente di campo. Il limite superiore di temperatura per un corretto funzionamento del dispositivo di filtrazione è costituito dalla temperatura di Curie del materiale che costituisce la griglia, al di sopra della quale la griglia non esibisce più il necessario comportamento ferromagnetico.

 

Sono stati studiati presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica i processi di cattura nei filtri magnetici superconduttivi ad alto gradiente. In particolare sono state studiate le traiettorie delle particelle attratte da un singolo filo di griglia, estendendo i risultati con diverse metodologie a griglie composte da molti fili. Sono stati esaminati la formazione del sedimento e la dinamica di caricamento dei fili di griglia al variare delle proprietà del particolato da filtrare, del campo magnetico esterno e dei principali parametri di progetto della griglia. In figura è mostrato un tipico processo di caricamento della griglia di un filtro magnetico, dove C indica il numero di particelle presenti nel fluido per unità di volume e Cin lo stesso valore all’ingresso del filtro. Dopo un certo tempo, detto tempo di saturazione, il caricamento della griglia è tale per cui il filtro non è più in grado di catturare particolato e il numero di particelle nel fluido rimane inalterato. A questo punto è necessaria la pulitura del filtro.

 

 

Bibliografia

 

M. Breschi “Processi di cattura nei separatori magnetici superconduttivi”, Università di Bologna, Luglio 1997

 

A. Cristofolini, M. Breschi, F. Negrini, “Capture processes in superconducting HGMS”, Proceedings of the 1998 International Symposium on Advanced Energy Technology, Hokkaido University, Sapporo, Japan, 2-4 Febbraio 1998

 

Adalberto Miani, "Processi di separazione e filtrazione magnetica ad alto campo", Relatore Prof. F. Negrini, Correlatore: Prof. A. Cristofolini, 1999

 

F. Negrini, A. Cristofolini, M. Fabbri, P.L. Ribani, “A Multi-wire Model for Superconducting HGMS Filter”, Proc. Int. Conf. on MHD Power Generation and High Temperature Technologies, Beijing, PRC, pp. 715-720, Ottobre 1999