I vantaggi e gli svantaggi delle cartucce filtranti pieghettate prerivestimento

Di Mark Belcher, Responsabile dell'ingegneria della filtrazione di Donaldson Torit

Il prerivestimento del filtro è la pratica di caricare intenzionalmente uno strato di particolato poroso su un setto filtrante in un collettore di polveri per migliorare alcuni aspetti delle prestazioni. Per i motivi discussi di seguito, il prerivestimento è talvolta considerato vantaggioso per i filtri a cartuccia pieghettati, ma potrebbe non essere la scelta migliore per molte applicazioni.

Vi sono due ragioni principali per cui il prerivestimento potrebbe essere preso in considerazione in considerazione per i nuovi setti filtranti puliti. Prima di considerare il possibile utilizzo del prerivestimento, è necessario comprendere le differenze e i suoi impatti, incluso il modo in cui un'unica applicazione di un prerivestimento può essere solo una soluzione temporanea.

Prerivestimento per una maggiore efficienza iniziale

Il prerivestimento è spesso suggerito come mezzo per aumentare l'efficienza iniziale dei setti filtranti a prestazioni inferiori. I nuovi setti filtranti in cellulosa o in miscela di cellulosa-materiale sintetico non utilizzati spesso offrono efficienze iniziali solo del 30% su particelle submicroniche (basate sui test ASHRAE 52.2). Le prestazioni dell'efficienza di filtrazione migliorano gradualmente man mano che la polvere si deposita sui setti filtranti (mentre vengono caricati), ma questa prestazione a efficienza potenziata può essere accelerata con l'uso del prerivestimento. Poiché il prerivestimento crea uno strato di particolato sulla superficie dei setti filtranti, agisce come prefiltro, catturando particelle submicroniche e altre particelle dal flusso d'aria prima che possano penetrare nei setti filtranti, quindi l'efficienza complessiva del filtro migliora.

I fornitori di prerivestimenti suggeriscono spesso quantità di applicazione del materiale di prerivestimento, da un minimo di 227 grammi (0,5 libbre) di prerivestimento per filtro a cartuccia fino a 1.134 grammi (2,5 libbre) di prerivestimento per filtro. Vale la pena notare che sebbene l'aggiunta del prerivestimento al filtro possa aumentare l'efficienza iniziale, l'aggiunta del prerivestimento significa anche che ci sarà un aumento della strozzatura del filtro per il flusso d'aria. A seconda del tipo e della quantità di prerivestimento, questo aumento della strozzatura del filtro può diventare molto significativo e l'aumento della caduta di pressione richiederà più energia per spostare l'aria. Inoltre, vi è un costo associato all'applicazione del prerivestimento, nonché allo smaltimento del flusso di rifiuti secondario.

Rivestire i setti filtranti per una maggiore efficienza di filtrazione è solo una soluzione temporanea. I collettori a cartuccia in genere prolungano la durata del filtro utilizzando impulsi di pulizia ad aria compressa per rimuovere periodicamente la "torta di polvere" accumulata dalla superficie del setto filtrante. Quando le cartucce sono pulite a impulsi, quantità sostanziali di particolato raccolto e materiali di prerivestimento sono spostate e rimosse dalla superficie del setto. Il setto filtrante un tempo coperto dal prerivestimento ora si comporta più come un setto filtrante non trattato. L'efficienza si adatta di conseguenza perché il setto filtrante è esposto a particelle fini che possono penetrare e passare attraverso il mezzo.

Prerivestimento per una maggiore durata

La fine della vita utile per i setti filtranti si verifica quando la caduta di pressione attraverso i setti filtranti diventa sufficientemente elevata da limitare sostanzialmente il flusso d'aria o l'aumento del costo dell'energia per far funzionare la ventola in base all'aumento della resistenza raggiunge un livello tale che diventa poco pratico continuare a far funzionare la ventola con filtri ostruiti. La logica generale alla base delle affermazioni sulla durata estesa del filtro attraverso il prerivestimento dipende dal presupposto che il prerivestimento minimizza la quantità di piccole particelle che penetrano in profondità nel setto filtrante (riducendo al minimo la velocità di ostruzione del setto). Questo può essere un presupposto ragionevole immediatamente dopo l'applicazione del materiale di prerivestimento poiché il materiale di prerivestimento funge da barriera per le particelle più piccole che entrano nel setto filtrante presente. Tuttavia, come discusso in precedenza, l'eventuale pulizia a impulsi del setto filtrante interromperà quella barriera e poiché il prerivestimento è rimosso con ogni pulizia a impulsi, anche i suoi benefici sono rimossi. Dopo che il prerivestimento è stato rovinato e perso durante la pulizia a impulsi, i filtri iniziano a caricarsi proprio come i filtri non trattati e la caduta di pressione di esercizio inizia nuovamente ad aumentare di conseguenza quando il setto filtrante inizia a ostruirsi, vedi figura 1.

I setti filtranti di grado premium possono offrire le migliori caratteristiche di filtrazione promesse dal prerivestimento senza la potenziale perdita delle prestazioni di filtrazione che si verifica con la perdita dei materiali di prerivestimento durante la pulizia a impulsi. Questa opportunità per migliorare le prestazioni è spiegata di seguito.

Una soluzione migliore

Per evitare gli svantaggi del prerivestimento, gli utenti potrebbero invece utilizzare filtri di alta qualità. I filtri di alta qualità offrono in genere una forma di trattamento permanente della superficie che raccoglie il particolato sulla superficie del materiale e protegge il substrato dal caricamento della polvere. I tipi più comuni di trattamenti superficiali comprendono nanofibre applicate direttamente, laminazioni soffiate a fusione o strati di PTFE. I filtri premium con rivestimento soffiato a fusione offrono efficienza ma non puliscono efficacemente a impulsi perché le particelle submicroniche vengono spesso catturate in profondità nello strato soffiato a fusione. Ciò determina una riduzione della durata complessiva del filtro. Anche i filtri con rivestimento in PTFE sono generalmente efficienti e nella maggior parte dei casi puliscono efficacemente a impulsi, ma in genere funzionano con una maggiore resistenza all'aria o caduta di pressione (e consumano più energia). In genere, sono anche molto più costosi rispetto ad altri filtri di alta qualità. I filtri con uno strato superficiale in nanofibra applicato direttamente offrono un'eccellente efficienza e un'efficace pulizia a impulsi, inoltre funzionano a cadute di pressione relativamente basse e sono generalmente molto convenienti, vedi figura 2.

Tra i gradi premium, i filtri in nanofibra offrono l'opzione migliore nella maggior parte dei casi. I setti filtranti per filtri premium con nanofibre sono composti da un substrato (spesso simile ai setti filtranti generici delle cartucce di cellulosa) con uno strato superficiale permanente di fibre fini. Questo strato ha spesso uno spessore inferiore a un micron, quindi l'ostruzione o il carico in profondità in questo strato non sono un problema. Le pregiate fibre premium su cartucce in nanofibra di alta qualità saranno nanofibre, che di solito misurano hanno un diametro di 0,3 micron o inferiore e formeranno una matrice permanente di piccoli pori sulla superficie del setto filtrante. Poiché le fibre nello strato superficiale sono di dimensioni così ridotte, non aumentano notevolmente la resistenza all'aria, quindi la caduta di pressione iniziale rimane inferiore.

Se un utente desidera una maggiore efficienza iniziale, i filtri in nanofibra sono un'opzione eccellente. L'efficienza di una cartuccia in nanofibra pulita e nuova sarà molto più elevata di quella di una cartuccia generica; le cartucce tipiche in nanofibra hanno un'efficienza di almeno il 65% su particelle submicroniche mentre un filtro generico potrebbe avere difficoltà a raggiungere il 30% di efficienza iniziale e l'efficienza operativa del filtro in nanofibra aumenterà molto rapidamente. I test ASHRAE 52.2 dimostrano che dopo aver fatto assorbire 28,35 grammi (un'oncia) di particolato a una cartuccia in nanofibra, la sua efficienza submicronica può facilmente superare il 90%.

Gli utenti che cercano anche una maggiore durata della cartuccia filtrante trarranno vantaggio dall'utilizzo di filtri in nanofibra di alta qualità. Durante il funzionamento, la polvere si carica sulla superficie del setto in nanofibra. Quando il setto è pulito a impulsi, la maggior parte della torta di polvere è tolta dal setto e rimossa dal filtro. Lo strato di nanofibra rimane tuttavia intatto e continua a proteggere il substrato dal caricamento in profondità e dall'ostruzione. Poiché il caricamento in profondità non è più significativo, le cartucce in nanofibra si puliscono continuamente con una caduta di pressione operativa inferiore rispetto a qualsiasi altra scelta di setti filtranti e presentano una durata significativamente più lunga, vedi figura 3.

Infine, le prestazioni di pulizia a impulsi migliorate dei setti filtranti in nanofibra di alta qualità producono una richiesta di pulizia meno frequente e una resistenza media al flusso d'aria inferiore (caduta di pressione) attraverso i filtri perché il substrato non subisce il carico in profondità associato al setto filtrante generico. La minore richiesta di pulizia a impulsi consente di risparmiare aria compressa e poiché i filtri in nanofibra di grado premium funzionano con una caduta di pressione operativa media inferiore, le cartucce di setti filtranti in nanofibra di alta qualità risparmiano potenza durante il funzionamento della ventola. La combinazione di potenza risparmiata e risparmio di aria compressa può portare a significativi risparmi energetici durante la loro vita utile.

La lunga durata, il miglioramento dell'efficienza e il risparmio energetico offerti dalle cartucce in nanofibra di alta qualità indicano che sono generalmente una soluzione più economica rispetto al prerivestimento.