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¿Qué factores afectan a la eficacia de trabajo del filtro de alta eficacia sin separadores?
La eficacia de trabajo (es decir, la capacidad de capturar partículas) de los filtros no tejidos de alta eficacia (normalmente referida a los niveles HEPA o ULPA) no es fija, sino que está influida por una combinación de múltiples factores. Estos factores pueden clasificarse en tres grandes categorías: las características inherentes al propio filtro, las condiciones externas de funcionamiento y el proceso de uso y mantenimiento. Concretamente, son los siguientes
I. Características inherentes del filtro: El factor central que determina la eficiencia básica
Tales factores son los "atributos inherentes" del filtro que se determinan durante la fase de producción y fabricación, determinando directamente el límite superior de su eficacia inicial de filtración.
1. Rendimiento del material filtrante (el factor más
Los materiales filtrantes son los portadores clave para capturar partículas, y su material, estructura y tecnología de procesamiento afectan directamente a la capacidad de filtración.
Tipo de material: Los principales materiales filtrantes son la fibra de vidrio (alta eficacia, resistencia a altas temperaturas, pero relativamente frágil) y las fibras sintéticas como el polipropileno (PP) (buena tenacidad, resistencia a la humedad, pero escasa resistencia a altas temperaturas). Las fibras de los materiales filtrantes de fibra de vidrio son más finas y tienen una distribución más uniforme del tamaño de los poros. Su eficacia de captura de partículas de 0,3μm e inferiores suele ser mejor que la de las fibras sintéticas ordinarias.
Diámetro y densidad de la fibra: Cuanto más fina es la fibra, mayor es la probabilidad de contacto con las partículas y mayor es la eficacia de filtración (por ejemplo, las fibras de vidrio ultrafinas con un diámetro de 0,5-1μm tienen una eficacia un orden de magnitud superior a las fibras gruesas con un diámetro de 5μm o más). Cuanto mayor sea la densidad de las fibras (más fibras por unidad de superficie), menor será relativamente la porosidad del material filtrante y mayor será el efecto de interceptación de las partículas, pero la resistencia también aumentará en consecuencia.
Grosor del material filtrante: Dentro de un rango razonable, el aumento del grosor del material filtrante puede prolongar el tiempo de retención de las partículas en el material filtrante, aumentar las posibilidades de acción de mecanismos de captura como la colisión y la difusión y, por tanto, mejorar la eficacia (por ejemplo, un material filtrante de 10 mm de grosor suele ser superior a un material filtrante del mismo material de 5 mm de grosor).
2. 2. Diseño estructural
El filtro sin separadores pliega el material filtrante en forma de "V" o "W" mediante adhesivo termofusible o separadores. Su diseño estructural afecta directamente a la utilización eficaz del material filtrante y a la distribución del flujo de aire.
Densidad de plegado y área desplegada: Cuanto más apretado sea el plegado, mayor será el área desplegada del material filtrante por unidad de volumen, menor será la velocidad del flujo cuando lo atraviese el caudal de aire y más tiempo tendrán las partículas para ser capturadas, lo que se traducirá en una mayor eficiencia. Por el contrario, un plegado disperso provocará un bajo índice de utilización de los materiales filtrantes y una disminución de la eficacia.
Rendimiento de sellado: El efecto de sellado entre el marco del filtro y el material filtrante, así como entre el marco y el bastidor de instalación, es de vital importancia. Si el sellado es deficiente (por ejemplo, adhesión débil del adhesivo o deformación del marco), se formará un "flujo de aire de derivación": parte del aire pasa directamente a través del hueco sin atravesar el material filtrante, lo que provoca un descenso significativo de la eficacia de filtración real (posiblemente de 99,99% a menos de 90%).
Material del bastidor: Normalmente aleación de aluminio o chapa de acero galvanizado. Si la planitud del marco es deficiente o la precisión dimensional es insuficiente, se producirá una incapacidad para encajar estrechamente durante la instalación, lo que afectará indirectamente a la estanqueidad y la eficacia.
Ii. Condiciones de funcionamiento externas: Factores dinámicos que afectan a la eficiencia real
Aunque el filtro en sí funcione bien, si el entorno operativo no cumple los requisitos de diseño, la eficacia real se desviará significativamente del valor teórico.
1. Parámetros del flujo de aire
El flujo de aire sirve de "portador" de las partículas que pasan por el filtro, y su caudal, volumen y distribución afectan directamente al efecto de captura del material filtrante.
Velocidad de paso/velocidad del filtro: Se refiere a la velocidad a la que fluye el aire a través del área efectiva del material filtrante (unidad: m/s o m³/(m² - h)).
La velocidad de diseño del filtro no tejido de alta eficacia suele ser de 0,3-0,5 m/s.
Baja velocidad del viento: Aunque el tiempo de captura teórico es mayor, puede provocar una distribución desigual del flujo de aire, con estancamiento del mismo en algunas zonas, lo que a su vez reduce la eficiencia global.
Velocidad del viento excesivamente elevada: aumenta el "empuje" del flujo de aire sobre las partículas, lo que puede volver a expulsar las partículas diminutas ya capturadas (es decir, "levantamiento secundario de polvo"), al tiempo que se acorta el tiempo de contacto entre las partículas y el material filtrante, lo que reduce la eficacia de mecanismos como la difusión y la interceptación, y provoca una disminución de la eficacia.
Uniformidad de la distribución del flujo de aire: Si el flujo de aire que entra en el filtro está distribuido de forma desigual (como una velocidad del viento local excesivamente alta o la presencia de vórtices), provocará una carga local excesiva sobre el material filtrante y un desequilibrio de la eficiencia: la eficiencia disminuye en la zona de alta velocidad del viento, y el material filtrante no se utiliza completamente en la zona de baja velocidad del viento.
2. Características del aire a filtrar
Los tipos, concentraciones y propiedades fisicoquímicas de los contaminantes en el propio aire afectarán directamente a la eficacia de captura y a la vida útil de los materiales filtrantes.
Concentración de partículas: Cuando la concentración de partículas pequeñas en el aire (especialmente el "tamaño de partícula más penetrable" de 0,1-0,3μm) es demasiado alta, se formará rápidamente una "capa de polvo" en la superficie del material filtrante. La capa de polvo inicial puede ayudar en la captura de partículas (es decir, el "efecto puente", con un ligero aumento de la eficiencia); Sin embargo, si la concentración es demasiado alta durante mucho tiempo, hará que la capa de polvo sea demasiado gruesa, lo que no sólo aumenta la resistencia al flujo de aire, sino que también puede conducir a la penetración de partículas debido a la presión interna desigual de la capa de polvo, lo que resulta en una disminución de la eficiencia.
Propiedades de las partículas
Tamaño de las partículas: La eficiencia de captura de los filtros HEPA para partículas de 0,3μm es la estándar (por ejemplo, el grado H13 es ≥99,97%), pero para partículas más pequeñas (1μm), se basa principalmente en la "interceptación y colisión inercial". La eficacia de estos dos tipos de tamaños de partículas suele ser mayor.
Forma: Las partículas irregulares y angulares se interceptan más fácilmente que las esféricas.
Carga: Los materiales filtrantes con electricidad estática (como los "materiales filtrantes con carga electrostática") tienen una mayor eficacia en la captura de partículas cargadas. Sin embargo, si la humedad del aire es alta o hay contaminantes aceitosos, la electricidad estática de los materiales filtrantes puede neutralizarse, lo que provoca una disminución de la eficacia.
Humedad y temperatura del aire
Humedad: La humedad elevada (como la humedad relativa > 80%) puede hacer que las fibras del material filtrante absorban humedad, lo que provoca la adhesión entre las fibras y cambios en el tamaño de los poros. Al mismo tiempo, puede hacer que la capa de polvo se agrupe, afectando al paso del flujo de aire y a la eficacia de captura. Si la humedad se aproxima al punto de rocío, también puede formarse agua de condensación, dañando el material filtrante (por ejemplo, los materiales filtrantes de fibra de vidrio son propensos a romperse tras absorber humedad).
Temperatura: Cuando la temperatura excede el rango de tolerancia del material filtrante (por ejemplo, los materiales filtrantes de fibra de vidrio suelen tolerar 80-120℃, y los materiales filtrantes de PP pueden tolerar menos de 60℃), el material filtrante se ablandará, deformará o incluso se quemará, lo que provocará un fallo total de la eficacia.
3. Tipos de contaminantes
Además de las partículas sólidas, hay contaminantes especiales en el aire que pueden afectar a la eficacia al "dañar los materiales del filtro" u "obstruir los poros" :
Contaminantes aceitosos: como humos de cocina, neblinas de aceite y gotas de aceite formadas por la condensación de vapores orgánicos. Las sustancias aceitosas se adhieren a la superficie de las fibras del material filtrante, obstruyen los poros y, al mismo tiempo, neutralizan la carga del material filtrante electrostático, lo que provoca una rápida disminución de la eficacia (es decir, "fallo por neblina de aceite"). La tolerancia de los filtros HEPA ordinarios a las partículas aceitosas es mucho menor que a las partículas sólidas, por lo que se requiere un "HEPA resistente al aceite" especial (como el grado H13-O).
Gases químicamente corrosivos: como cloro, dióxido de azufre, amoníaco, etc. Estos gases experimentarán reacciones químicas con las fibras del material filtrante (como los enlaces silicio-oxígeno de las fibras de vidrio) o el material del bastidor, lo que provocará la degradación del material filtrante y la corrosión del bastidor, dañando así la integridad estructural y reduciendo la eficacia.
Iii. Proceso de uso y mantenimiento: Factores clave que determinan la estabilidad de la eficiencia
El uso "postnatal" y los métodos de mantenimiento del filtro afectan directamente al ritmo de disminución de su eficacia y a su vida útil.
La eficacia del sistema de prefiltrado
El filtro no tejido de alta eficacia pertenece a la "filtración final". Normalmente, delante de él se equipan un filtro primario (grados G3-G4) y un filtro de eficacia media (grados F5-F9) para interceptar las partículas grandes de polvo (como polvo y pelo ≥5μm). Si el prefiltro falla (por ejemplo, si no se sustituye a tiempo o su eficacia de filtración es insuficiente), un gran número de partículas grandes impactará directamente en el material filtrante de alta eficacia, lo que provocará una rápida obstrucción del material filtrante, el desgaste de las fibras y una disminución prematura de la eficacia.
2. Calidad de la instalación
La instalación incorrecta es un "factor humano" habitual que provoca una disminución de la eficacia real:
Mal ajuste del marco: Si la planitud del marco de instalación es deficiente y su tamaño no coincide con el del filtro, se producirá una separación entre el filtro y el marco, lo que provocará un flujo de aire desviado.
Daños físicos durante la instalación: Si se aplica una fuerza excesiva durante el proceso de instalación, puede provocar que el material filtrante se doble y deforme, que el marco se agriete o que se dañe el sellante entre el material filtrante y el marco, reduciendo directamente la eficacia.
Dirección incorrecta del flujo de aire: El filtro tiene una "superficie de entrada de aire" y una "superficie de salida de aire" claras (normalmente marcadas con flechas). Si se instala al revés, el flujo de aire no puede atravesar la estructura plegada del material filtrante siguiendo la trayectoria diseñada, lo que provocará un aumento repentino de la resistencia y un descenso significativo de la eficiencia.
3. Ciclo de sustitución y mantenimiento
Uso excesivo: Después de que el filtro haya estado en uso durante un período de tiempo, la capa de polvo en la superficie del material filtrante se espesará gradualmente. Cuando la resistencia alcanza el límite superior de diseño (normalmente de 2 a 2,5 veces la resistencia inicial), aunque no haya daños evidentes, la eficacia disminuirá significativamente debido a la "penetración de partículas" y al "desvío del flujo de aire", por lo que debe sustituirse oportunamente.
Mantenimiento inadecuado: Por ejemplo, utilizar aire a alta presión para soplar la superficie del filtro (lo que puede desprender partículas o dañar las fibras del material filtrante), o no limpiar el polvo acumulado en el marco de instalación durante la sustitución (lo que provoca que el nuevo filtro se vuelva a contaminar), afectarán a la eficacia.
Iv. Conclusiones: Las interrelaciones entre diversos factores
La eficacia de funcionamiento del filtro no tejido de alta eficiencia es el resultado global de "características inherentes + condiciones de funcionamiento + gestión del mantenimiento".
El material filtrante y el diseño estructural son los "cimientos", que determinan el límite superior de la eficacia inicial.
Los parámetros del flujo de aire y las características de los contaminantes son "variables dinámicas" que determinan el rendimiento de la eficiencia en el funcionamiento real.
El prefiltrado y la instalación y el mantenimiento son las "garantías" que determinan la estabilidad de la eficacia y la vida útil.
Por lo tanto, para garantizar que el filtro mantenga siempre una alta eficacia, debe ejercerse un control exhaustivo desde tres aspectos: "selección (materiales y estructuras filtrantes de alta calidad), uso (adecuación a los parámetros de funcionamiento) y mantenimiento (instalación normalizada y sustitución periódica)".

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