Ventajas y desventajas de los cartuchos de filtro plisados con recubrimiento previo

Por Mark Belcher, Director de Ingeniería de filtración de Donaldson Torit

El recubrimiento previo del filtro es la práctica de cargar una capa de partículas porosas en el medio filtrante de un captador para optimizar algún aspecto de su rendimiento. Por los motivos que analizamos a continuación, el recubrimiento previo a veces se considera beneficioso para filtros de cartuchos plisados, pero puede no parecerle la mejor opción en numerosas aplicaciones.

Existen dos motivos básicos por los que el recubrimiento previo se podría tener en cuenta para un nuevo medio filtrante limpio. Antes de considerar el posible uso del recubrimiento previo, debe comprender las diferencias y los efectos del mismo, por ejemplo, cómo aplicarlo puede ser una mera solución temporal.

Recubrimiento previo para una mayor eficiencia inicial

Por lo general, el recubrimiento previo se sugiere como opción para aumentar la eficiencia inicial de los medios filtrantes de menor rendimiento. Los medios filtrantes de celulosa o de mezcla de celulosa con material sintético nuevos y sin usar ofrecen eficiencias iniciales de tan solo el 30 % en partículas submicrónicas (según las pruebas ASHRAE 52.2). El rendimiento de la eficiencia de filtración va aumentando gradualmente a medida que el polvo se deposita en el medio (cuando se carga), pero es posible acelerar esta mejora con el uso de recubrimiento previo. Como el recubrimiento previo crea una capa de partículas en la superficie del medio filtrante, actúa como un prefiltro, capturando partículas submicrónicas de otros tamaños desde el flujo de aire antes de que puedan penetrar en el medio filtrante, de manera que la eficiencia general del filtro mejora.

Los proveedores de recubrimiento previo a menudo sugieren las cantidades de material de recubrimiento previo que se deben aplicar, desde apenas 227 gramos hasta 1134 gramos (0,5 lb a 2,5 lb). Cabe señalar que, aunque incorporar recubrimiento previo al filtro puede incrementar la eficiencia inicial, también significa que se producirá un aumento en la restricción al flujo de aire del filtro. Dependiendo del tipo y la cantidad de recubrimiento previo, este aumento en la restricción del filtro puede ser bastante considerable y la pérdida de presión aumentada requerirá más energía para hacer circular el aire. Además, hay un coste asociado a la aplicación del recubrimiento previo, así como la eliminación del flujo de desechos secundario.

El medio filtrante con recubrimiento previo para optimizar la eficiencia de filtración es solo una solución temporal. Generalmente, los captadores de cartuchos prolongan la vida útil del filtro usando pulsos de limpieza por aire comprimido para eliminar periódicamente la «pasta de polvo» acumulada de la superficie del medio filtrante. Cuando los cartuchos se limpian por pulsos, grandes cantidades de material particulado captado y materiales de recubrimiento previo se desprenden y eliminan de la superficie del medio. El medio, que antes contaba con recubrimiento previo, vuelve a funcionar más como un medio filtrante sin tratamiento. La eficiencia se ajusta al estar expuesto a partículas finas que pueden penetrar y purgarse a través del medio.

Recubrimiento previo para una vida útil prolongada

El final de la vida útil del medio filtrante llega cuando la pérdida de presión es tan alta que restringe de manera notable el flujo de aire o cuando el aumento del coste de energía para operar el ventilador contra la resistencia aumentada alcanza un nivel tal que ya no resulta práctico ponerlo en funcionamiento con filtros conectados. La lógica general tras saber que el recubrimiento previo prolonga la vida útil del filtro depende de la suposición de que el recubrimiento previo minimiza la cantidad de partículas pequeñas que penetran en el medio filtrante (minimizando la tasa de obstrucción del medio). Esa puede ser una suposición razonable tras la aplicación del material de recubrimiento previo, ya que este actúa como una barrera para las partículas más pequeñas que entran al medio real. Sin embargo, como analizamos antes, cualquier limpieza por pulsos del medio filtrante eliminará esa barrera y, como el recubrimiento previo desaparece con cada limpieza por pulsos, también lo hacen sus beneficios. Después de que el recubrimiento previo se altere y desaparezca durante la limpieza por pulsos, los filtros comenzarán a cargarse de la misma manera que filtros no tratados y la pérdida de presión operativa comienza nuevamente a aumentar a medida que el medio se obstruye. Consulte la Figura 1.

Un medio filtrante de categoría premium puede ofrecer las características de filtración mejoradas que promete el recubrimiento previo sin la pérdida potencial de rendimiento que se produce con la desaparición de los materiales de recubrimiento previo durante la limpieza por pulsos. A continuación, explicamos esta oportunidad para mejorar el rendimiento.

Una mejor solución

Para evitar las desventajas del recubrimiento previo, los usuarios pueden utilizar filtros premium. En general, los filtros de categoría premium ofrecen un cierto tipo de tratamiento permanente de superficie que recolecta el material particulado en la superficie del medio y protege el sustrato contra la carga de polvo. Los tipos más comunes de tratamientos de superficie incluyen nanofibras aplicadas directamente, laminaciones pulverizadas o capas de PTFE. Los filtros premium con recubrimiento pulverizado ofrecen eficiencia pero no limpian por pulsos de manera eficaz, ya que las partículas submicrónicas a menudo son capturadas en la capa pulverizada. Esto da como resultado una vida útil general más corta del filtro. Los filtros con recubrimiento de PTFE también suelen ser eficientes y, en la mayoría de los casos, limpian por pulsos con eficacia, aunque operan a una resistencia al aire o a una pérdida de presión más altas (y consumen más energía). Normalmente, también son mucho más costosos que otros filtros premium. Los filtros con una capa de superficie de nanofibras aplicadas directamente ofrecen una eficiencia excelente y limpian por pulsos con eficacia; además, operan a pérdidas de carga relativamente bajas y suelen ser muy accesibles. Consulte la Figura 2.

Entre los filtros premium, los filtros de nanofibras constituyen la mejor opción para la mayoría de los casos. Los medios para filtros de categoría premium con nanofibras se componen de un sustrato (a menudo similar al medio de cartucho de celulosa genérica) con una capa de superficie permanente elaborada de fibras finas. Esta capa suele tener un grosos inferior a un micra, de manera que la obstrucción o la carga en profundidad en esta capa no constituyen un problema. Las fibras finas de categoría premium en cartuchos de nanofibras de alta calidad son nanofibras que miden 0,3 micras o menos de diámetro y forman una matriz permanente de poros pequeños en la superficie del medio filtrante. Como las fibras en la capa de la superficie son tan pequeñas, no aumentan de manera notable la resistencia al aire, de manera que la pérdida de presión inicial se mantiene baja.

Si un usuario desea una eficiencia inicial más alta, los filtros de nanofibras son una opción excelente. La eficiencia de un cartucho de nanofibras limpio y nuevo es mucho mayor que la de un cartucho genérico; los cartuchos de nanofibras típicos son eficientes en al menos un 65 % en partículas submicrónicas, en tanto que un filtro genérico puede tener problemas para alcanzar el 30 % de eficiencia inicial, y la eficiencia operativa del filtro de nanofibras aumenta con mucha rapidez. Las pruebas ASHRAE 52.2 demuestran que, después de suministrar 28,35 gramos (o una onza) de material particulado a un cartucho de nanofibras, su eficiencia submicrónica puede superar fácilmente el 90 %.

Los usuarios a los que también les interesa una vida útil ampliada del cartucho del filtro se beneficiarán del uso de filtros de nanofibras de categoría premium. Durante el funcionamiento, el polvo se carga en la superficie del medio de nanofibras. Cuando el medio se limpia por pulsos, la mayor parte de la pasta de polvo se desprende del medio y se elimina del filtro. No obstante, la capa de nanofibras permanece intacta y sigue protegiendo el sustrato contra la carga en profundidad y la obstrucción. Como la carga en profundidad ya no es considerable, los cartuchos de nanofibras limpian continuamente a una pérdida de presión operativa más baja que cualquier otra opción de medio, y aumentan en gran medida la vida útil. Consulte la Figura 3.

Para terminar, el rendimiento mejorado de limpieza por pulsos de un medio de nanofibras de categoría premium no requiere una limpieza tan frecuente y genera una resistencia media más baja al flujo de aire (pérdida de presión) en los filtros, porque el sustrato no experimenta la carga en profundidad asociada a un filtro de medio genérico. La demanda más baja de limpieza por pulsos permite conservar el aire comprimido y, dado que los filtros de nanofibra premium operan a una pérdida de presión operativa media más baja, los cartuchos de medio de nanofibras premium ahorran potencia durante el funcionamiento del ventilador. La combinación de ahorro de potencia y ahorro de aire comprimido puede redundar en ahorros importantes de energía durante su ciclo de vida útil.

La vida útil prolongada, la eficiencia mejorada y los ahorros de energía que ofrecen los cartuchos de nanofibra premium los suelen convertir en una solución más rentable que el recubrimiento previo.