Avantages et inconvénients des cartouches filtrantes plissées préenrobées

Rédigé par Mark Belcher, directeur de l’ingénierie de filtration Donaldson Torit

Le pré-enrobage du filtre est une pratique qui consiste à ajouter volontairement une couche de particules poreuse sur le matériau filtrant du dépoussiéreur afin d’améliorer certains aspects des performances. Pour les raisons abordées ci-dessous, le pré-enrobage est parfois considéré comme un avantage pour les filtres à cartouche plissés, mais il ne s’agit peut-être pas du meilleur choix pour de nombreuses applications.

Le pré-enrobage peut être envisagé pour deux raisons simples pour un matériau filtrant neuf et propre. Avant d’envisager de recourir au pré-enrobage, vous devez comprendre les différences et les incidences induites, notamment la raison pour laquelle une seule application de pré-enrobage peut n’être que temporaire.

Pré-enrobage pour une efficacité initiale supérieure

Le pré-enrobage est souvent conseillé comme un moyen d’accroître l’efficacité initiale des filtres dont les performances sont de qualité inférieure. Désormais, les supports filtrants cellulosiques ou comportant un mélange de cellulose et de matériaux de synthèse inutilisés offrent souvent une efficacité initiale de seulement 30 % sur les particules submicroniques (selon les tests ASHRAE 52.2). La performance de l’efficacité de filtration s’améliore progressivement à mesure que la poussière se dépose sur le support (lors de son chargement), mais cette performance d’efficacité accrue peut être accélérée grâce au pré-enrobage. Le pré-enrobage crée une couche de particules à la surface du matériau filtrant, et agit donc comme un préfiltre qui capture les particules submicroniques et autres dans le flux d’air avant qu’elles ne pénètrent dans le matériau filtrant : l’efficacité globale de filtration est ainsi améliorée.

Les fournisseurs de pré-enrobage recommandent souvent de nombreuses applications de matériaux de ce type, le matériau de pré-enrobage en question ne pesant parfois pas plus de 227 g (0,5 lb) par filtre à cartouche, ou jusqu’à 1 134 g (2,5 lb) par filtre. Il convient de noter que si l’ajout de pré-enrobage sur le filtre peut accroître l’efficacité initiale, cet ajout peut également signifier que la restriction du débit d’air sera elle aussi plus importante. Selon la nature et la quantité du pré-enrobage, cette augmentation de la restriction du débit d’air peut être considérable et la hausse de la perte de charge aura besoin de plus d’énergie pour déplacer l’air. En outre, l’application de pré-enrobage a un coût, tout comme l’élimination du flux de déchets secondaire.

Le pré-enrobage du matériau filtrant en vue d’améliorer l’efficacité de filtration n’est qu’une solution temporaire. Les dépoussiéreurs à cartouche prolongeaient généralement la durée de vie du filtre à l’aide du nettoyage par impulsions d’air comprimé afin de retirer périodiquement les « gâteaux de poussières » accumulés à la surface du matériau filtrant. Lors du nettoyage des cartouches par impulsions, des quantités considérables de particules collectées et du matériau de pré-enrobage sont délogées et retirées de la surface du support. Une fois recouvert de pré-enrobage, le support se comporte davantage comme un matériau filtrant non traité. L’efficacité évolue en conséquence, car le matériau filtrant est exposé aux particules fines qui peuvent le pénétrer et circuler en son sein.

Pré-enrobage pour une durée de vie prolongée

La vie du matériau filtrant s’achève lorsque la perte de charge dans ce média devient soit suffisante pour réduire considérablement le débit d’air, soit la hausse des coûts énergétiques pour exploiter le ventilateur par rapport à la résistance accrue atteint un tel niveau qu’il devient impossible de continuer à utiliser ce ventilateur avec des filtres obstrués. La logique courante qui explique la volonté de prolonger la durée de vie du filtre grâce au pré-enrobage est liée à l’hypothèse selon laquelle ce processus réduirait la quantité de petites particules pénétrant en profondeur dans le matériau filtrant (ce qui diminue le taux d’obstruction pour le support). Il peut s’agir d’une hypothèse raisonnable qui succède immédiatement à l’application du matériau de pré-revêtement. En effet, ce dernier agit comme une barrière contre les particules fines qui pénètrent effectivement dans le support. Toutefois, comme nous l’avons vu auparavant, tout nettoyage par impulsions du matériau filtrant perturbe cette barrière, et comme le pré-enrobage est retiré à chaque nettoyage par impulsions, son bénéfice est lui aussi annulé. Une fois le pré-enrobage retiré et son effet annulé lors du nettoyage par impulsions, les filtres commencent à se charger à l’image de filtres non traités, et la chute de la pression d’exploitation s’accroît à nouveau en conséquence à mesure que le filtre commence à se boucher, voir Figure 1.

Un matériau filtrant de qualité supérieure peut offrir les caractéristiques de filtration améliorées promises par le pré-enrobage sans engendrer la baisse des performances de filtration qui accompagne la perte du matériau de pré-enrobage lors du nettoyage par impulsions. Cette opportunité d’amélioration des performances est décrite ci-dessous.

Une meilleure solution

Afin d’éviter les inconvénients du pré-enrobage, les utilisateurs peuvent opter pour des filtres de qualité supérieure. Les filtres de qualité supérieure offrent généralement une sorte de traitement de surface permanent qui capture les particules à la surface du support et protège le substrat du chargement de la poussière. Les types de traitements de surface les plus répandus comprennent les nanofibres directement appliquées, les feuilletages obtenus par extrusion/soufflage ou les couches PTFE. Les filtres de qualité supérieure obtenus par extrusion/soufflage sont efficaces mais ne permettent pas un nettoyage par impulsions performant, car les particules submicroniques sont souvent capturées dans la profondeur de la couche obtenue par extrusion/soufflage. Cela se traduit par une réduction de la durée de vie. Les filtres enduits de PTFE sont eux aussi généralement efficaces et permettent un nettoyage par impulsions performant dans la plupart des situations. Toutefois, ils fonctionnent habituellement à un niveau de résistance à l’air ou de perte de charge supérieur (et consomment davantage d’énergie). Ils sont aussi généralement beaucoup plus coûteux que les autres filtres de qualité supérieure. Les filtres dotés d’une couche superficielle en nanofibres directement appliquée offrent une excellente efficacité et un nettoyage par impulsions performant ; ils fonctionnent également à une perte de charge relativement basse et sont généralement très rentables, voir Figure 2.

Parmi les produits de qualité supérieure, les filtres en nanofibres constituent la meilleure option dans la majorité des cas. Les supports pour filtres de qualité supérieure dotés de nanofibres comportent un substrat (souvent similaire à un support à cartouche en cellulose générique) et une couche superficielle permanente de fibres fines. Cette couche fait souvent moins d’un micron d’épaisseur. Le colmatage ou la filtration en profondeur n’est donc pas un problème. Les fibres fines de qualité supérieure sur les cartouches en nanofibres performantes sont des nanofibres mesurant généralement 0,3 micron de diamètre au maximum, et elles forment une matrice permanente de petits pores à la surface du matériau filtrant. Compte tenu de la petite taille des fibres de la couche superficielle, celles-ci n’accroissent pas sensiblement la résistance à l’air. La perte de charge initiale reste donc limitée.

Les filtres en nanofibres sont une excellente option pour l’utilisateur qui souhaite accroître l’efficacité initiale. L’efficacité d’un filtre à cartouche en nanofibres propre et neuf est supérieure à celle d’un filtre à cartouche générique ; les filtres à cartouche en nanofibres types sont efficaces à au moins 65 % sur les particules submicroniques, alors qu’un filtre générique peut atteindre difficilement une efficacité initiale de 30 %. En outre, l’efficacité opérationnelle des filtres en nanofibres augmente très rapidement. Les tests ASHRAE 52.2 démontrent que l’efficacité submicronique d’un filtre à cartouche en nanofibres peut facilement dépasser les 90 % après un apport de 28,35 g (une once) de particules.

Les utilisateurs qui souhaitent également prolonger la durée de vie des cartouches filtrantes tireront parti de l’utilisation de filtres en nanofibres de qualité supérieure. En fonctionnement, la poussière s’accumule à la surface du support en nanofibres. Lors du nettoyage du support par impulsions, la plus grande partie du gâteau de poussières est délogée du support, puis retirée du filtre. La couche en nanofibres reste toutefois intacte et continue de protéger le substrat de la filtration en profondeur et du colmatage. La filtration en profondeur ne suffisant plus, les filtres à cartouche en nanofibres nettoient en continu avec une perte de charge de fonctionnement inférieure à tout autre filtre disponible. Ces filtres prolongent également considérablement la durée de vie, voir Figure 3.

Enfin, les performances optimisée du nettoyage par impulsions du support en nanofibres de qualité supérieure se traduit par une fréquence de nettoyage réduite et une résistance moyenne au débit d’air inférieure (perte de charge) dans les filtres, car le substrat ne subit pas la filtration en profondeur associée au matériau filtrant générique. Le besoin réduit en nettoyage par impulsions économise l’air comprimé, et comme les filtres en nanofibres de qualité supérieure fonctionnent à une perte de charge de fonctionnement moyenne inférieure, les cartouches du support en nanofibres de grande qualité économisent la puissance durant le fonctionnement du ventilateur. L’association des économies de puissance et d’air comprimé peut se traduire par des économies d’énergie significatives sur la durée de vie utile de l’équipement.

La durée de vie prolongée, l’efficacité améliorée et les économies d’énergie permises par les filtres en nanofibres de qualité supérieure signifient généralement que l’équipement est une solution présentant une meilleure rentabilité que le pré-enrobage.