תכנון מערכות שאיבה וסינון אבק – מדריך הנדסי עם נוסחאות

תכנון מערכות שאיבה וסינון אבק

1) מטרה והיקף

מערכת שאיבה וסינון אבק (Dust Collection) נועדה:

• ללכוד את האבק בנקודת יצירתו,
• להוביל אותו בתעלות במהירות הובלה שלא תאפשר שקיעה,
• לסנן/להפריד את האבק לדרישות הפליטה או המחזור,
• ולהבטיח בטיחות (אבק דליק/נפיץ) ויעילות אנרגטית.

2) שלבי תכן – מבט-על

1. הגדרת נקודות היניקה ומהירות לכידה (Capture Velocity).
2. חישוב ספיקה נדרשת לכל נקודה ולמערכת כולה.
3. קביעת מהירות הובלה בצנרת ובחירת קטרים.
4. חישוב לחץ סטטי כולל: חיכוך, איבודי מקטעים/זוויות, כניסת קולט, מסנן/ציקלון, ארובה.
5. בחירת מפוח: ספיקה × לחץ, כולל מקדם ביטחון ויעילות.
6. בחירת טכנולוגיית סינון: שקיות/קרטרידג’, ציקלון, שוטף (Scrubber), או שילוב.
7. בדיקת בטיחות דליקות/נפיצות, רעש ותחזוקה.

3) מהירות לכידה (Capture Velocity)

ערכים מנחים (בנקודת פליטה, תלוי בתהליך ומרחק הפיה):

• גריסה/השחזה קלה: ‎0.5–1.0 m/s
• שפיכה/פריקה מאובקת: ‎0.7–1.5 m/s
• חיתוך מתכתי/ניצוצות: ‎1.0–2.0 m/s
• אבק נייד ברוח קלה: ‎1.0–2.5 m/s

הערה: ככל שהמרחק בין המקור לפתח הקליטה גדול יותר – נדרש ערך גבוה יותר.

4) ספיקה (Flow Rate)

ספיקה נקבעת מהמהירות הרצויה בשטח פתיחת הקולט/מנדף:

• – מהירות לכידה (m/s)
• – שטח פתח קליטה (m²)
  למערכת מרובת נקודות: סכום הספיקות, בתוספת מקדם בו־זמניות (0.6–0.9 לפי אופי ההפעלה).

5) מהירות הובלה בצנרת (Transport Velocity)

נדרש למנוע שקיעה/סחיפה חוזרת:

בצנרת ראשית (Main) לעיתים בוחרים טיפה נמוך יותר מאשר בענפים, אך לא לרדת מתחת לערכי המינימום לחומר הכבד ביותר במערכת.

בחירת קוטר צינור מתוך ספיקה ומהירות הובלה:

6) איבודי לחץ – עקרונות חישוב

לחץ סטטי כולל של המערכת הוא סכום הרכיבים להלן (בפסקל, Pa):

1. חיכוך צנרת (Darcy–Weisbach):

• – מקדם חיכוך (0.018–0.03 לצנרת פלדה חלקה/מגולוונת; תלוי ריינולדס וחספוס)
• – אורך הצינור (m)
• – קוטר פנימי (m)
• – צפיפות אוויר (≈1.20 kg/m³ ב־20°C)
• – מהירות זרימה (m/s)

2. אביזרים/ברכיות/מעברים (Loss Coefficients):

ערכים אופייניים: ברך 90° ארוכה , קצרה , מצערת/דמפר פתוח חלקית , חיבור T/מפצל לפי גאומטריה.

3. כניסת קולט/מנדף (Entry):

4. מסנן/קרטרידג'/שקיות:
   ירידת לחץ נומינלית מהיצרן (לדוגמה): לפי עומס אבק ומהירות שטחית (Air-to-Cloth).
5. ציקלון (אם קיים):
   לפי גודל/דגם.
6. תרומה של ארובה/יציאה:
   לעיתים נלקחת כ- באזור היציאה (200–300 Pa).

סה״כ לחץ מערכת:

מוסיפים מרווח תכן 10–20% לבחירת מפוח.

המרות שימושיות:
·

7) בחירת מפוח והספק

לחץ מפוח כולל (Fan Total Pressure) צריך לכסות את בקצב הספיקה .
הספק הידראולי:

הספק מנוע משוער (כולל יעילויות):

טיפוסי: , .

בחירת טיפוס מפוח: לאבק מומלץ רדיאלי כנפי אחורה/ישרות (High-Solids), עם להבים עמידים לשחיקה וגישה לניקוי.

8) טכנולוגיות סינון – בקצרה

• Baghouse / שקיות: יעיל מאוד לחלקיקים 1–10 µm; ΔP 1000–2000 Pa; רתיטה/פולס אוויר לניקוי.
• Cartridge / קרטרידג’: שטח סינון גבוה ביחס לנפח; ΔP 800–1500 Pa; רגיש לאבק לח/דביק.
• Cyclone / ציקלון: קדם-מפריד (Pre-separator) מוריד עומס למסנן; יעילות טובה >10 µm; ΔP 600–1500 Pa.
• Wet Scrubber: לאבק לח/דביק, או כשיש גם גזים מסיסים; ניהול שפכים נדרש.

9) דוגמה מספרית מלאה (תהליך השחזה יבש)

נתון: נקודת שאיבה אחת, נדרש Q = 2000 m³/h; חומר – אבק מתכת/כבד → בוחרים מהירות הובלה ; אורך צנרת L = 25 m; 4 ברכיות 90° ארוכות; כניסת קולט חלקה; ציקלון + קרטרידג’.

א. קוטר צינור (עיגול למסחר):

ב. איבודי לחץ:

• צפיפות אוויר , מהירות .
• חיכוך צנרת (נניח ):

• אביזרים (4× ברך ארוכה → + דמפר/מצערת קלה → סה״כ ):

• קולט/כניסה ():

• ציקלון: (דגם בינוני).
• מסנן קרטרידג’ נקי-למדיום: .
• יציאה/ארובה: .

סיכום לחץ מערכת:

מקדם ביטחון 15% → .

ג. בדיקת הספק מפוח/מנוע:

בחירה בפועל: מפוח 2000 m³/h @ 4.5 kPa עם מנוע 5.5 kW (שוליים לעומס סינון).

10) בטיחות: אבק דליק/נפיץ (קריטי!)

• לזהות Kst, Pmax של האבק (אם רלוונטי).
• לשקול הקלת-פיצוץ (Explosion Venting), מערכות דיכוי או בידוד להבה בין מסנן למכונה.
• הארקה וBonding למניעת חשמל סטטי.
• להימנע מניצוצות: בחירת להבים, מיסבים, ומהירות.
• מיגון אש וניצוצות לפני מסנן בדידים (Spark Trap / Arrestor) בתהליכים נוצצים.

11) אקוסטיקה ותחזוקה

• לרוב נדרש משתיק קול ביציאה ו/או חיפוי אקוסטי לבית המפוח.
• לדאוג ל-Air-to-Cloth Ratio מתאים במסנן, ניקוי Pulse יעיל, וניטור ΔP לצורך התראות תחזוקה.
• שסתומי פריקה, ספי־מלאי במיכל אבק, גישה לשטיפה/בדיקה.

12) בדיקת אנרגיה ושדרוגים

• Inverter/VFD להתאמת ספיקה לצריכה אמיתית.
• חלוקת קווים עם שסתומי ענף (Blast Gates) ובקרה לוגית.
• אופטימיזציה של קטרים כדי לשמור מהירות הובלה – אבל לצמצם ΔP.

13) צ’קליסט קצר לפני הזמנה

• מהירויות לכידה ופתחי קולט מאושרים מול התהליך.
• מהירויות הובלה וקטרים לפי החומר הכבד.
• סכימת ΔP מפורטת, כולל K לכל אביזר.
• בחירת מסנן/ציקלון עם ΔP מציאותי (נקי/מלוכלך).
• מפוח: נקודת עבודה על עקומת היצרן + 10–20% מרווח.
• דרישות בטיחות לאבק דליק/נפיץ.
• תתכנון מערכות שאיבה וסינון אבק – מדריך הנדסי עם נוסחאות
  1) מטרה והיקף
  מערכת שאיבה וסינון אבק (Dust Collection) נועדה:
  ללכוד את האבק בנקודת יצירתו,
  להוביל אותו בתעלות במהירות הובלה שלא תאפשר שקיעה,
  לסנן/להפריד את האבק לדרישות הפליטה או המחזור,
  ולהבטיח בטיחות (אבק דליק/נפיץ) ויעילות אנרגטית.
   
  2) שלבי תכן – מבט-על
  הגדרת נקודות היניקה ומהירות לכידה (Capture Velocity).
  חישוב ספיקה נדרשת לכל נקודה ולמערכת כולה.
  קביעת מהירות הובלה בצנרת ובחירת קטרים.
  חישוב לחץ סטטי כולל: חיכוך, איבודי מקטעים/זוויות, כניסת קולט, מסנן/ציקלון, ארובה.
  בחירת מפוח: ספיקה × לחץ, כולל מקדם ביטחון ויעילות.
  בחירת טכנולוגיית סינון: שקיות/קרטרידג’, ציקלון, שוטף (Scrubber), או שילוב.
  בדיקת בטיחות דליקות/נפיצות, רעש ותחזוקה.
   
  3) מהירות לכידה (Capture Velocity)
  ערכים מנחים (בנקודת פליטה, תלוי בתהליך ומרחק הפיה):
  גריסה/השחזה קלה: ‎0.5–1.0 m/s
  שפיכה/פריקה מאובקת: ‎0.7–1.5 m/s
  חיתוך מתכתי/ניצוצות: ‎1.0–2.0 m/s
  אבק נייד ברוח קלה: ‎1.0–2.5 m/s
  הערה: ככל שהמרחק בין המקור לפתח הקליטה גדול יותר – נדרש ערך גבוה יותר.
   
  4) ספיקה (Flow Rate)
  ספיקה נקבעת מהמהירות הרצויה בשטח פתיחת הקולט/מנדף:
  
  
  
  – מהירות לכידה (m/s)
  – שטח פתח קליטה (m²)
  למערכת מרובת נקודות: סכום הספיקות, בתוספת מקדם בו־זמניות (0.6–0.9 לפי אופי ההפעלה).
   
  5) מהירות הובלה בצנרת (Transport Velocity)
  נדרש למנוע שקיעה/סחיפה חוזרת:
  חומר/אבק
  מהירות הובלה מומלצת (m/s)
  אבק עדין/קמח/טל"ק
  16–20
  נסורת/עץ יבש
  20–25
  שבבי פלסטיק/קלקר
  18–22
  שבבי מתכת קלים
  20–25
  חול/מינרלים/אבק כבד
  22–28
  בצנרת ראשית (Main) לעיתים בוחרים טיפה נמוך יותר מאשר בענפים, אך לא לרדת מתחת לערכי המינימום לחומר הכבד ביותר במערכת.
  בחירת קוטר צינור מתוך ספיקה ומהירות הובלה:
  
  
  
   
  6) איבודי לחץ – עקרונות חישוב
  לחץ סטטי כולל של המערכת הוא סכום הרכיבים להלן (בפסקל, Pa):
  חיכוך צנרת (Darcy–Weisbach):
  
  
  
  – מקדם חיכוך (0.018–0.03 לצנרת פלדה חלקה/מגולוונת; תלוי ריינולדס וחספוס)
  – אורך הצינור (m)
  – קוטר פנימי (m)
  – צפיפות אוויר (≈1.20 kg/m³ ב־20°C)
  – מהירות זרימה (m/s)
  אביזרים/ברכיות/מעברים (Loss Coefficients):
  
  
  
  ערכים אופייניים: ברך 90° ארוכה , קצרה , מצערת/דמפר פתוח חלקית , חיבור T/מפצל לפי גאומטריה.
  כניסת קולט/מנדף (Entry):
  
  
  
  מסנן/קרטרידג'/שקיות:
  ירידת לחץ נומינלית מהיצרן (לדוגמה): לפי עומס אבק ומהירות שטחית (Air-to-Cloth).
  ציקלון (אם קיים):
  לפי גודל/דגם.
  תרומה של ארובה/יציאה:
  לעיתים נלקחת כ- באזור היציאה (200–300 Pa).
  סה״כ לחץ מערכת:
  
  
  
  מוסיפים מרווח תכן 10–20% לבחירת מפוח.
  המרות שימושיות:
  ·
   
  7) בחירת מפוח והספק
  לחץ מפוח כולל (Fan Total Pressure) צריך לכסות את בקצב הספיקה .
  הספק הידראולי:
  
  
  
  הספק מנוע משוער (כולל יעילויות):
  
  
  
  טיפוסי: , .
  בחירת טיפוס מפוח: לאבק מומלץ רדיאלי כנפי אחורה/ישרות (High-Solids), עם להבים עמידים לשחיקה וגישה לניקוי.
   
  8) טכנולוגיות סינון – בקצרה
  Baghouse / שקיות: יעיל מאוד לחלקיקים 1–10 µm; ΔP 1000–2000 Pa; רתיטה/פולס אוויר לניקוי.
  Cartridge / קרטרידג’: שטח סינון גבוה ביחס לנפח; ΔP 800–1500 Pa; רגיש לאבק לח/דביק.
  Cyclone / ציקלון: קדם-מפריד (Pre-separator) מוריד עומס למסנן; יעילות טובה >10 µm; ΔP 600–1500 Pa.
  Wet Scrubber: לאבק לח/דביק, או כשיש גם גזים מסיסים; ניהול שפכים נדרש.
   
  9) דוגמה מספרית מלאה (תהליך השחזה יבש)
  נתון: נקודת שאיבה אחת, נדרש Q = 2000 m³/h; חומר – אבק מתכת/כבד → בוחרים מהירות הובלה ; אורך צנרת L = 25 m; 4 ברכיות 90° ארוכות; כניסת קולט חלקה; ציקלון + קרטרידג’.
  א. קוטר צינור (עיגול למסחר):
  
  
  
  
  ב. איבודי לחץ:
  צפיפות אוויר , מהירות .
  חיכוך צנרת (נניח ):
  
  
  
  אביזרים (4× ברך ארוכה → + דמפר/מצערת קלה → סה״כ ):
  
  
  
  קולט/כניסה ():
  
  
  
  ציקלון: (דגם בינוני).
  מסנן קרטרידג’ נקי-למדיום: .
  יציאה/ארובה: .
  סיכום לחץ מערכת:
  
  
  
  מקדם ביטחון 15% → .
  ג. בדיקת הספק מפוח/מנוע:
  
  
  
  בחירה בפועל: מפוח 2000 m³/h @ 4.5 kPa עם מנוע 5.5 kW (שוליים לעומס סינון).
   
  10) בטיחות: אבק דליק/נפיץ (קריטי!)
  לזהות Kst, Pmax של האבק (אם רלוונטי).
  לשקול הקלת-פיצוץ (Explosion Venting), מערכות דיכוי או בידוד להבה בין מסנן למכונה.
  הארקה וBonding למניעת חשמל סטטי.
  להימנע מניצוצות: בחירת להבים, מיסבים, ומהירות.
  מיגון אש וניצוצות לפני מסנן בדידים (Spark Trap / Arrestor) בתהליכים נוצצים.
   
  11) אקוסטיקה ותחזוקה
  לרוב נדרש משתיק קול ביציאה ו/או חיפוי אקוסטי לבית המפוח.
  לדאוג ל-Air-to-Cloth Ratio מתאים במסנן, ניקוי Pulse יעיל, וניטור ΔP לצורך התראות תחזוקה.
  שסתומי פריקה, ספי־מלאי במיכל אבק, גישה לשטיפה/בדיקה.
   
  12) בדיקת אנרגיה ושדרוגים
  Inverter/VFD להתאמת ספיקה לצריכה אמיתית.
  חלוקת קווים עם שסתומי ענף (Blast Gates) ובקרה לוגית.
  אופטימיזציה של קטרים כדי לשמור מהירות הובלה – אבל לצמצם ΔP.
   
  13) צ’קליסט קצר לפני הזמנה
  מהירויות לכידה ופתחי קולט מאושרים מול התהליך.
  מהירויות הובלה וקטרים לפי החומר הכבד.
  סכימת ΔP מפורטת, כולל K לכל אביזר.
  בחירת מסנן/ציקלון עם ΔP מציאותי (נקי/מלוכלך).
  מפוח: נקודת עבודה על עקומת היצרן + 10–20% מרווח.
  דרישות בטיחות לאבק דליק/נפיץ.
  תחזוקה, גישה, ופינוי אבק.
   
  נספח – נוסחאות מרוכזות
  ספיקה:
  קוטר:
  חיכוך:
  אביזרים:
  סה״כ מערכת:
  הספק אוויר:
  הספק מנוע:
   חזוקה, גישה, ופינוי אבק.

נספח – נוסחאות מרוכזות

• ספיקה:
• קוטר:
• חיכוך:
• אביזרים:
• סה״כ מערכת:
• הספק אוויר:
• הספק מנוע: