Le centrifughe decanter migliorano le operazioni necessarie per la realizzazione di microtunnel

Secondo Ben Truschel, Equipment Manager della Bradshaw Construction Corporation, solitamente non capita di prendere in considerazione una centrifuga Flottweg quando si lavora su un progetto civile per la realizzazione di microtunnel. "Quando si pensa alle centrifughe Flottweg, si pensa all'industria mineraria, chimica, delle acque reflue e ad altri settori", spiega Truschel. "Di certo non si pensa a progetti per la realizzazione di tunnel. Nella realizzazione di microtunnel, il protagonista è il fango, molto fango".

Tuttavia, viaggiando in Europa e Medio Oriente, Truschel ha preso spunto da un progetto per la realizzazione di microtunnel a Doha, in Qatar, che stava utilizzando con successo le centrifughe decanter Flottweg. Il lavoro è stato annullato e l'attrezzatura era disponibile a un prezzo scontato. Fu allora che Truschel decise di lanciarsi alla scoperta di un fornitore di attrezzature alternativo rispetto al suo campo di competenza. "Oltre al prezzo, ciò che è stato interessante di Flottweg è che hanno fornito un kit completo per questo particolare lavoro. Includeva un pannello di comando, la pompa di ingresso, le tubazioni: si trattava di un sistema completo.  Questo di solito non accade. Il ragazzo con cui ho lavorato era tedesco e descriveva Flottweg come "la Mercedes delle centrifughe".

 

A Truschel è piaciuto che il portafoglio Flottweg fosse tutto incentrato sulle centrifughe e che fossero orgogliosi di affermare che le tecnologie di separazione fossero la loro competenza principale. Ha deciso di utilizzare l'attrezzatura in combinazione con le macchine per polimeri di ClearWater Industries, un produttore con sede nel Wisconsin di apparecchiature per la depurazione dell'acqua e sistemi di preparazione chimica. "Abbiamo unito le attrezzature delle due aziende in un pacchetto modulare", afferma. "Credo che sia stata probabilmente la prima volta che è stato fatto. L'unione delle tecnologie di due aziende altamente specializzate come Flottweg e ClearWater era perfetta per i nostri progetti civili per la realizzazione di microtunnel, ovvero la nostra competenza principale". 

Il processo di realizzazione dei microtunnel

Considerati i "tunnel dell'era digitale", per la realizzazione di microtunnel si utilizza un sistema di sollevamento tubi all'avanguardia controllato a distanza da una combinazione di PLC, HMI e operatore fisico. L'operatore in superficie aziona il sistema per la realizzazione di microtunnel utilizzando un computer per far avanzare e dirigere la perforatrice di microtunnel, sollevare il tubo e scavare il terreno.  Circa il 90% dell'attività della Bradshaw Construction Corporation è composto dalla realizzazione dei microtunnel, principalmente per progetti di approvvigionamento idrico o di depurazione delle acque. I tunnel, creati principalmente per le utenze future, hanno un diametro compreso tra i 50 e i 300 cm. 

 

Il mezzo di trasporto della perforatrice di microtunnel è un fango a base d'acqua, che opera in modo simile a quanto accade nelle attività di trivellazione verticale per l'estrazione di petrolio o gas in un'azienda petrolifera. Bradshaw utilizza un fluido di perforazione simile nel suo processo di realizzazione dei tunnel, con un approccio a circolazione inversa rispetto alla circolazione diretta comunemente utilizzata nel settore della perforazione orizzontale controllata (HDD). "Dobbiamo separare il liquido finale e il materiale di scavo dal liquido di perforazione. È qui che entra in gioco Flottweg", spiega Truschel. "Nel settore minerario o degli aggregati, il loro prodotto è l'aggregato, il solido. Il materiale viene estratto e quindi deve essere pulito molte volte, utilizzando acqua. L'acqua si sporca e quindi è necessario pulirla, di solito per motivi ambientali o di scarico.

"Nel nostro mondo è il contrario: il prodotto è il fango. Non dobbiamo far altro che rimuovere il terreno per poter entrare nel nostro tunnel. La maggiore difficoltà per noi è rappresentata dalla frequente mancanza di uniformità nel terreno. Può trattarsi di sabbia, fango, argilla, roccia dura, roccia debole e così via". La Bradshaw Construction è responsabile dello scavo del terreno, del suo sostegno sicuro e del trasporto degli scarti. Poiché le macchine per la realizzazione di microtunnel trasportano i fanghi, il solido deve essere separato dal liquido. 

"Il nostro prodotto è davvero il fango", afferma. "È il fluido di perforazione. Vogliamo usare il fluido di perforazione nelle migliori condizioni per il processo di scavo del tunnel." La maggior parte dei progetti della Bradshaw, che vanta oltre 30 anni di esperienza, è rappresentato dalle nuove costruzioni. Nel corso del tempo, hanno provato diversi tipi di attrezzature di separazione.

 

Il primo stadio della separazione consiste nel separare i tagli veri e propri che fuoriescono dalla macchina stessa.  Di solito viene consegnata all'impianto in una linea per fanghi da 10, 12 o 15 cm, a seconda delle dimensioni della macchina.  Più grande è la macchina, più grande è la linea creata dal fango. Questa fornitura di fanghi contine di solito almeno il 30% di solidi. Il materiale può contenere aggregati di dimensioni variabili: da 5 micron a 8 cm. L'argilla e il limo arrivano tipicamente a 74 micron. "Quando effettuiamo le estrazioni, il fango latente di scarto entra prima in un impianto di separazione, che ha un piano di scalpatura primario che rimuove tutti i grandi aggregati", afferma Truschel. "Ciò che rimane è sabbia, fango e argilla. Dopo il primo piano di scalpatura, i materiali venivano solitamente raccolti utilizzando una pompa dei fanghi centrifuga per pompare attraverso una serie di idrocicli su un piano di dissabbiatura. Si tratta di un secondo strato: il secondo piano è progettato per rimuovere tutta la sabbia." 

Quello che rimane sono particelle fini di materiale delle dimensioni di fango e argilla, generalmente di 74 micron e anche più piccole una volta che l'attrezzatura di separazione effettua una quantità significativa di pulizia. "L'unico modo per rimuovere le particelle fini o finissime nel fango, dai 74 micron in giù, consiste nel lavorarle con piccoli idrocicloni a vagliatura fine per poi passarle in una centrifuga", afferma Truschel. Combinando le tecnologie Flottweg e ClearWater, Bradshaw ha costruito una serie di unità modulari che utilizzano una centrifuga decanter: si tratta di due modelli per Flottweg (Z4E e Z5E). Utilizzano questo sistema dal 2019 e ne hanno quattro in funzione.

Il processo di separazione

Le centrifughe Flottweg serie Z hanno un design modulare, che le rende personalizzabili per applicazioni specifiche. Quando è necessario separare miscele solide/liquide con un'elevata percentuale di solidi, le centrifughe decanter funzionano continuamente utilizzando elevate forze centrifughe per separare le particelle solide finemente distribuite dalla sospensione. L'accelerazione centrifuga separa la fase solida e uno o due liquidi l'uno dall'altro. Poiché il sedimento (fase solida) ha una densità maggiore, si accumula sulla parete del tamburo. La coclea di trasporto sposta continuamente il solido verso le aperture di uscita. La fase liquida scorre lungo la coclea. 

 

Un decanter può essere considerato un serbatoio di sedimentazione avvolto attorno a un asse. Nel bacino di decantazione, le particelle solide, che sono più pesanti del liquido, si depositano sul fondo per effetto della forza di gravità e qui formano uno strato di sedimenti (fase solida). La fase solida e la fase liquida vengono separate mediante accelerazione centrifuga.  Nel tamburo rotante della centrifuga, le particelle solide, che hanno una densità maggiore e quindi sono più pesanti del liquido, si spostano verso l'esterno a causa della forza centrifuga. Il sedimento si forma sulla parete interna del tamburo della centrifuga. Poiché in una centrifuga vengono esercitate forze centrifughe di circa 3.000 g rispetto a quelle di 1 g di un campo gravitazionale, la separazione delle particelle solide dal liquido è molto più rapida ed efficiente.

Vantaggi dell'utilizzo della tecnologia di centrifugazione per la realizzazione di microtunnel

"In un cantiere edile civile la misurazione dei risultati è l'unica cosa che conta", afferma Truschel.  "Se ci si avvicina a un lavoro e si osserva l'effluente che fuoriesce dallo scarico della centrifuga e l'acqua è cristallina, vuol dire che è stato fatto un ottimo lavoro", spiega. Quindi, anche se non è comune utilizzare una centrifuga Flottweg per un progetto di realizzazione di microtunnel, abbiamo ottenuto importanti risultati".

Truschel ha affermato che il sistema che ha creato utilizzando le attrezzature Flottweg presenta ovvi vantaggi. 

 

1. Macchinari di alta qualità che producono effluenti limpidi con tempi di fermo minimi. "Si tratta di unità mobili, quindi si muovono molto. È davvero difficile farsi un'idea del numero di ore di funzionamento rispetto ai tempi di fermo, ma direi che probabilmente i tempi di fermo sono inferiori all'1% rispetto alle ore di funzionamento effettive", afferma Truschel. "Se si lavora 100 ore di fila, i tempi di fermo saranno pari a meno di un'ora".
2. Supporto in termini di disponibilità dei ricambi e servizio clienti.
3. Personalizzazione. "Molti altri fornitori forniscono una centrifuga e un pannello operatore, mentre il resto è tutto da capire", afferma Truschel. "Flottweg ci ha davvero aiutato a costruire attrezzature personalizzate su misura per noi, che offrono anche flessibilità."
4. Prestazioni. "La cosa principale è che l'attrezzatura funzioni", afferma. "Abbiamo bisogno di estrarre i solidi dal liquido. Dobbiamo essere certi di poter rimuovere abbastanza solidi per creare un effluente chiaro". 

Nel processo di realizzazione di microtunnel, l'acqua pulita viene riciclata nel serbatoio del fluido di perforazione. "Al termine del progetto, quando il tunnel è terminato, rimane moltissimo fluido di perforazione. Non possiamo semplicemente scaricarlo nel terreno", afferma Truschel. "Con una centrifuga Flottweg di buona qualità e un'unità di flocculazione ClearWater di buona qualità, possiamo rimuovere il 99% dei solidi dal fluido di perforazione. Forse sarebbe possibile scaricarlo in un impianto di filtrazione per poi gettarlo letteralmente direttamente in una fognatura". Ciò comporterebbe anche una notevole riduzione dei costi di smontaggio.

 

Redatto da:

Daniel Lakovic è Business Development Manager presso Flottweg Separation Technology