Por Mark Belcher, Gerente de engenharia de filtragem da Donaldson Torit
A pré-cobertura do filtro é a prática de carregar intencionalmente uma camada particulada porosa sobre um elemento filtrante em um coletor de pó para melhorar algum aspecto do desempenho. Por razões discutidas abaixo, a pré-cobertura é às vezes considerada vantajosa para filtros de cartucho plissados, mas você pode não achar que seja a melhor escolha para muitas aplicações.
Há duas razões básicas para se considerar a pré-cobertura para novos meios filtrantes limpos. Antes de considerar o possível uso da pré-cobertura, você deve compreender as diferenças e impactos da mesma, incluindo como uma única aplicação de pré-cobertura pode ser apenas uma solução temporária.
Pré-cobertura para uma maior eficiência inicial
Normalmente, a pré-cobertura é sugerido como um meio de aumentar a eficiência inicial dos elementos filtrantes de menor desempenho. Os novos elementos filtrantes de celulose ou de mistura sintética de celulose não utilizados muitas vezes oferecem eficiências iniciais de apenas 30% em partículas submicrônicas (com base no teste ASHRAE 52.2). O desempenho da eficiência de filtragem melhora gradualmente à medida que o pó é depositado no elemento (à medida que ele é carregado), mas este desempenho de eficiência melhorada pode ser acelerado com o uso de pré-cobertura. Como a pré-cobertura constrói uma camada de partículas na superfície do elemento filtrante, ele atua como um pré-filtro, capturando partículas submicrônicas e outras da corrente de ar antes que possam penetrar no elemento filtrante, de modo que a eficiência geral do filtro melhora.
Os fornecedores de pré-cobertura frequentemente sugerem quantidades de aplicação de material de pré-cobertura, desde apenas 0,5 lb (ou 227 gramas) de pré-cobertura por filtro de cartucho até 2,5 lb (ou 1.134 gramas) de pré-cobertura por filtro. Vale notar que embora a adição de pré-cobertura ao filtro possa aumentar a eficiência inicial, a adição de pré-cobertura também significa que haverá um aumento na restrição do filtro ao fluxo de ar. Dependendo do tipo e da quantidade de pré-cobertura, este aumento na restrição do filtro pode tornar-se muito significativo e a maior queda de pressão exigirá mais energia para mover o ar. Além disso, há um custo associado com a aplicação do revestimento prévio, bem como a eliminação do fluxo de resíduos secundários.
A pré-cobertura do elemento filtrante para aumentar a eficiência da filtragem é apenas uma correção temporária. Os coletores de cartucho normalmente prolongam a vida útil do filtro usando pulsos de limpeza de ar comprimido para remover periodicamente a “aglutinação de pó” acumulada da superfície do elemento filtrante. Quando os cartuchos são limpos por pulso, quantidades significativas de partículas coletadas e materiais de cobertura prévio são desalojados e removidos da superfície do elemento. O elemento antes coberta pela pré-cobertura agora se comporta mais como elemento filtrante não tratado. A eficiência se ajusta de forma correspondente, pois o elemento filtrante é exposto a partículas finas que podem penetrar e sangrar através do elemento.
Pré-cobertura para uma vida útil mais longa
O fim da vida útil do elemento filtrante ocorre quando a queda de pressão através do elemento filtrante se torna suficientemente alta para restringir significativamente o fluxo de ar ou o aumento do custo de energia para operar o ventilador contra o aumento da resistência atinge um nível tal que se torna impraticável continuar a operar o ventilador com filtros entupidos. A lógica geral por trás das alegações de vida útil prolongada do filtro por meio da pré-cobertura depende da suposição de que a pré-cobertura minimiza a quantidade de pequenas partículas que penetram na profundidade do elemento filtrante (minimizando a taxa de entupimento para o elemento filtrante). Essa pode ser uma suposição razoável imediatamente após a aplicação do material de pré-cobertura, pois este atua como uma barreira para que partículas menores entrem no elemento real. Entretanto, como discutido anteriormente, qualquer limpeza de pulso do elemento filtrante romperá essa barreira, e como a pré-cobertura é removida com cada limpeza por pulso, seus benefícios também são removidos. Após a pré-cobertura ter sido perturbada e perdida durante a limpeza por pulso, os filtros começam a carregar exatamente como os filtros não tratados, e a queda de pressão operacional começa a aumentar de forma correspondente, à medida que o elemento começa a entupir, ver Figura 1.
Os elementos filtrantes de categoria superior podem oferecer as características de filtragem melhoradas prometidas pela pré-cobertura sem a perda potencial de desempenho de filtragem que ocorre com a perda dos materiais de pré-cobertura durante a limpeza por pulso. Esta oportunidade de melhorar o desempenho é explicada abaixo.
Uma solução melhor
Para evitar as desvantagens da pré-cobertura, os usuários poderiam, em vez disso, utilizar filtros de categoria superior. Os filtros de categoria superior geralmente oferecem alguma forma de tratamento de superfície permanente que coleta partículas na superfície do meio e protege o substrato da carga de pó. Os tipos mais comuns de tratamentos de superfície incluem fibras finas aplicadas diretamente, laminações fundidas, ou camadas de PTFE. Os filtros premium fundidos oferecem eficiência, mas não pulsam efetivamente porque as partículas submicrônicas são frequentemente capturadas na profundidade da camada fundida. Isso resulta em uma vida útil global mais curta do filtro. Os filtros revestidos com PTFE também são geralmente eficientes e, na maioria das situações, pulsam com eficiência, mas normalmente operam com maior resistência ao ar ou queda de pressão (e utilizam mais energia). Normalmente, eles também são muito mais caros do que outros filtros de grau superior. Os filtros com uma camada superficial de fibra fina aplicada diretamente oferecem excelente eficiência e limpeza por pulso de forma eficaz. Além disso, operam com quedas de pressão relativamente baixas e geralmente são muito econômicos, veja a Figura 2.
Das categorias premium, os filtros de fibra fina oferecem a melhor opção na maioria dos casos. As elementos para filtros premium com fibra fina são compostas de um substrato (muitas vezes semelhante aos cartuchos genéricos de celulose) com uma camada superficial permanente de fibras finas. Muitas vezes, essa camada tem menos de um mícron de espessura, portanto, o entupimento ou carga em profundidade nesta camada não é um problema. As fibras finas premium em cartuchos de fibra fina de alta qualidade serão fibras finas que, geralmente, medem 0,3 micra ou menos de diâmetro, e formarão uma matriz permanente de pequenos poros na superfície do elemento filtrante. Como as fibras na camada superficial são tão pequenas em tamanho, elas não aumentam notavelmente a resistência ao ar, de modo que a queda de pressão inicial permanece mais baixa.
Se um usuário deseja maior eficiência inicial, os filtros de fibra fina são uma excelente opção. A eficiência de um cartucho limpo e novo de fibra fina será muito maior do que um cartucho genérico. Cartuchos típicos de fibra fina são pelo menos 65% eficientes em partículas submicrônicas, enquanto um filtro genérico pode ter dificuldades para atingir 30% de eficiência inicial, e a eficiência operacional para o filtro de fibra fina aumentará muito rapidamente. Os testes ASHRAE 52.2 demonstram que após uma onça (ou 28,35 gramas) de partículas ser alimentada com um cartucho de fibra fina, sua eficiência submicrônica pode facilmente exceder 90%.
Os usuários que também buscam maior vida útil do cartucho filtrante se beneficiarão com o uso de filtros de fibra fina de grau superior. Em operação, cargas de pó na superfície dos elementos de fibra fina. Quando o elemento é limpo por pulso, a maior parte da aglutinação de pó é desalojada do elemento e removida do filtro. A camada de fibra fina, porém, permanece intacta e continua a proteger o substrato contra carga de profundidade e cegamento. Como a carga de profundidade não é mais significativa, os cartuchos de fibra fina limpam continuamente a uma queda de pressão operacional menor do que qualquer uma das outras opções de elemento, e proporcionam vida útil significativamente maior, ver Figura 3.
Finalmente, o melhor desempenho de limpeza por pulso dos meios de fibra fina premium resulta em menor demanda por limpeza e menor resistência média ao fluxo de ar (queda de pressão) através dos filtros porque o substrato não sofre a carga de profundidade associada ao filtro de elementos genéricos. A menor demanda de limpeza por pulso conserva ar comprimido, e como os filtros de fibra fina de grau superior operam com menor queda média de pressão operacional, os cartuchos de fibra fina de categoria superior economizam potência durante a operação do ventilador. A combinação de economia de potência e ar comprimido pode totalizar economias significativas de energia ao longo de sua vida útil.
A vida útil prolongada, a maior eficiência e a economia de energia oferecida pelos cartuchos de fibra fina de categoria superior significam que eles são geralmente uma solução mais econômica do que a pré-cobertura.
