Por Mark Belcher, Gerente de Ingeniería en Filtración de Donaldson Torit
El recubrimiento anticipado del filtro es la práctica de cargar intencionalmente una capa de particulado poroso en un medio de filtración de un colector de polvo para optimizar algún aspecto del rendimiento. Por los motivos que analizamos a continuación, el recubrimiento anticipado a veces se considera beneficioso para filtros tipo cartucho plisados, pero puede no parecerle la mejor opción para numerosas aplicaciones.
Existen dos motivos básicos por los que el recubrimiento anticipado se consideraría para un nuevo medio de filtración limpio. Antes de considerar el uso posible del recubrimiento anticipado, debe comprender las diferencias e impactos del mismo, incluso cómo una sola aplicación de recubrimiento anticipado puede constituir apenas una solución temporal.
Recubrimiento anticipado para una mayor eficiencia inicial
Por lo general, el recubrimiento anticipado se sugiere como una opción para aumentar la eficiencia inicial de los medios de filtración de menor rendimiento. Los medios de filtración de celulosa o de mezcla de celulosa con material sintético nuevo y sin usar ofrecen eficiencias iniciales de 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 anticipado. Como el recubrimiento anticipado crea una capa de particulado en la superficie del medio de filtración, actúa como un prefiltro, capturando partículas submicrónicas de otros tamaños desde el flujo de aire antes de que puedan penetrar en el medio de filtración, de manera que la eficiencia general del filtro mejora.
Los proveedores de recubrimiento anticipado a menudo sugieren las cantidades de material de recubrimiento anticipado que se deben aplicar, desde apenas 0.5 lb (o 227 gramos) de recubrimiento anticipado por filtro tipo cartucho hasta 2.5 lbs (o 1.134 gramos) de recubrimiento anticipado por filtro. Cabe señalar que, aunque la adición de recubrimiento anticipado 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 anticipado, este aumento en la restricción del filtro puede ser bastante considerable y la caída de presión aumentada requerirá más energía para mover el aire. Además, hay un costo asociado a la aplicación del recubrimiento anticipado, así como la eliminación del flujo de desechos secundario.
El medio de filtración con recubrimiento anticipado para optimizar la eficiencia de filtración es solo una solución temporal. Generalmente, los colectores con 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 de filtración. Cuando los cartuchos se limpian por pulsos, cantidades considerables de material particulado recolectado y materiales de recubrimiento anticipado se desprenden y eliminan de la superficie del medio. El medio que antes contaba con recubrimiento anticipado vuelve a funcionar más como un medio de filtración que no recibió tratamiento alguno. La eficiencia se ajusta conforme con ello porque el medio de filtración está expuesto a partículas finas que pueden penetrar y purgarse a través del medio.
Recubrimiento Anticipado para una Vida Útil Más Prolongada
El término de la vida útil del medio de filtración se produce cuando la caída de presión en el medio de filtración es lo suficientemente alta como para restringir considerablemente el flujo de aire o el aumento del costo de energía para operar el ventilador contra la resistencia aumentada alcanza un nivel tal que ya no resulta práctico operar el ventilador con filtros conectados. La lógica general tras las afirmaciones de que el recubrimiento anticipado prolonga la vida útil del filtro depende de la suposición de que el recubrimiento anticipado minimiza la cantidad de partículas pequeñas que penetran profundamente el medio de filtración (minimizando la tasa de obstrucción del medio). Esa puede ser una suposición razonable inmediatamente después de la aplicación del material de recubrimiento anticipado, ya que este actúa como una barrera para las partículas más pequeñas que ingresan al medio real. Sin embargo, como analizamos antes, cualquier limpieza por pulsos del medio de filtración eliminará esa barrera y, como el recubrimiento anticipado desaparece con cada limpieza por pulsos, también lo hacen sus beneficios. Después de que el recubrimiento anticipado se altera y pierde durante la limpieza por pulsos, los filtros comienzan a cargar de la misma manera que filtros no tratados y la caída de presión operativa comienza nuevamente a aumentar a medida que el medio se obstruye. Consulte la Figura 1.
Un medio de filtración premium puede ofrecer las características de filtración mejoradas que promete el recubrimiento anticipado sin la pérdida potencial de rendimiento de filtración que se produce con la desaparición de los materiales de recubrimiento anticipado durante la limpieza por pulsos. A continuación, explicamos esta oportunidad para mejorar el rendimiento.
Una Solución Mejor
Para evitar las desventajas del recubrimiento anticipado, los usuarios pueden utilizar filtros premium. En general, los filtros 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 porque las partículas submicrónicas a menudo son capturadas profundamente 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, pero, por lo general, operan a una resistencia al aire o a una caída 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 caídas de presión relativamente bajas y suelen ser muy asequibles. Consulte la Figura 2.
Entre los filtros premium, los filtros de nanofibra constituyen la mejor opción para la mayoría de los casos. Los medios para filtros premium con nanofibra 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 con frecuencia tiene un grosor de menos de un micrón, de manera que la obstrucción o la carga en profundidad en esta capa no constituyen un problema. Las fibras finas premium en cartuchos de nanofibra de alta calidad son nanofibras que normalmente miden 0.3 micrones o menos de diámetro y forman una matriz permanente de poros pequeños en la superficie del medio de filtración. 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 caída de presión inicial se mantiene baja.
Si un usuario desea una eficiencia inicial más alta, los filtros de nanofibra son una opción excelente. La eficiencia de un cartucho de nanofibra limpio y nuevo es mucho mayor que la de un cartucho genérico; los cartuchos de nanofibra 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 nanofibra aumenta con mucha rapidez. Las pruebas ASHRAE 52.2 demuestran que, después de que una onza (o 28.35 gramos) de material particulado se suministra a un cartucho de nanofibra, su eficiencia submicrónica puede superar fácilmente el 90%.
Los usuarios a los que también les interesa una vida útil más prolongada del cartucho del filtro se beneficiarán del uso de filtros de nanofibra premium. Durante la operación, el polvo se carga en la superficie del medio de nanofibra. Cuando el medio de 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 nanofibra 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 nanofibra limpian continuamente a una caída de presión operativa más baja que cualquier otra opción de medio, y promueven una vida útil mucho más prolongada. Consulte la Figura 3.
Para terminar, el rendimiento mejorado de limpieza por pulsos de un medio de nanofibra premium da lugar a una demanda menos frecuente de limpieza y una resistencia promedio más baja al flujo de aire (caída 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, como los filtros de nanofibra premium operan a una caída de presión operativa promedio más baja, los cartuchos de medio de nanofibra 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 generalmente los convierte en una solución más rentable que el recubrimiento anticipado.
