Freqüentemente, espera-se que um fluxo de ar mais baixo melhore a captura de pequenas partículas porque elas permanecem no meio filtrante por mais tempo e a difusão browniana se torna mais eficaz. No entanto, um teste de laboratório ou de produção pode, por vezes, reportar menor eficiência num ponto de baixo fluxo de ar..
Esse resultado não deve ser imediatamente explicado como um mecanismo especial de filtração. Em muitos casos, a primeira pergunta não é “Por que o filtro piorou?” mas “O resultado de baixo fluxo está sendo medido sob condições válidas e comparáveis?”
Este artigo apresenta uma ordem prática de investigação.
Comece com a quantidade que está sendo comparada
Comece com a quantidade que está sendo comparada
A eficiência de filtração não é uma constante de um único material. Depende de várias condições de teste, incluindo:
- tamanho de partícula ou distribuição de tamanho de partícula;
- filtrar velocidade média e filtrar velocidade facial;
- material aerossol e estado de carga;
- condicionamento do filtro e estado eletrostático;
- temperatura e umidade relativa;
- concentração a montante e duração da amostragem; e
- a condição do filtro e do sistema de vedação.
Uma comparação só é significativa quando essas variáveis são controladas. “Eficiência de 500 m³/h” e “eficiência de 1.000 m³/h” não podem ser interpretadas corretamente sem conhecer também a área do filtro, o canal de partículas sendo comparado, e o método de teste.
O que a teoria da filtragem realmente prevê
O que a teoria da filtragem realmente prevê
A filtração fibrosa mecânica é governada principalmente pela difusão, interceptação, e impactação inercial.
- A difusão é mais importante para partículas muito pequenas. A velocidade mais baixa geralmente dá a essas partículas mais tempo para se afastarem da linha de corrente e entrarem em contato com uma fibra..
- A interceptação se torna mais importante à medida que o tamanho da partícula aumenta e uma partícula seguindo uma linha de corrente passa dentro de um raio de partícula de uma fibra.
- A impactação inercial torna-se mais importante para partículas maiores e velocidades mais altas porque as partículas são menos capazes de seguir o ar ao redor de uma fibra.
O MPPS ocorre próximo ao mínimo da curva de eficiência combinada, onde nenhum mecanismo de captura é especialmente forte. Alterar a velocidade pode alterar tanto a eficiência mínima quanto o tamanho da partícula em que esse mínimo ocorre.
Isso não significa que a baixa velocidade crie um novo mecanismo de “desvio simplificado”. O fluxo ao redor das fibras é normalmente laminar em condições de escala de filtração. Uma diminuição medida em baixo fluxo de ar deve, portanto, ser demonstrada com controle, dados resolvidos por tamanho, em vez de assumidos a partir de uma explicação verbal.
Primeira verificação: O ponto de teste está dentro da faixa válida?
Primeira verificação: O ponto de teste está dentro da faixa válida?
Cada sistema de teste possui uma faixa operacional validada. Na extremidade inferior dessa faixa, vários limites de controle e medição podem se tornar mais influentes:
- resolução de controle de fluxo de ar;
- mistura de aerossol e uniformidade espacial;
- tempo de resposta entre amostragem upstream e downstream;
- perdas de partículas em tubos de amostragem;
- fundo do detector e contagens zero; e
- o número de partículas contadas durante o período de amostragem.
Se o fluxo de ar solicitado estiver abaixo da faixa validada para o duto, bocal, medidor de vazão, gerador de aerossol, ou arranjo de amostragem, o resultado deve ser tratado como um resultado de diagnóstico e não como um resultado padrão.
Causas comuns de uma aparente queda de eficiência com baixo fluxo de ar
Causas comuns de uma aparente queda de eficiência com baixo fluxo de ar
1. O vazamento de desvio se torna uma fração maior do fluxo total
1. O vazamento de desvio se torna uma fração maior do fluxo total
Um pequeno vazamento fixo através de uma junta, braçadeira, luminária, ou duto de teste pode ser difícil de ver em um fluxo de ar total alto. Com baixo fluxo de ar, o mesmo fluxo de vazamento representa uma fração maior do total e pode produzir uma aparente diminuição na eficiência.
Verifique o perímetro do filtro, placas cegas de fixação, separação a montante/a jusante, portas de amostra, e quaisquer adaptadores temporários. Um teste de vazamento em placa branca costuma ser mais informativo do que repetir a mesma medição do filtro.
2. O aerossol upstream não é estável ou uniforme
2. O aerossol upstream não é estável ou uniforme
Em uma velocidade de duto mais baixa, a configuração do gerador de aerossol, comprimento de mistura, e a posição da injeção podem não produzir mais o mesmo desafio estável na face do filtro. Se as concentrações a montante e a jusante forem medidas em momentos diferentes, desvio de concentração pode aparecer como uma mudança na penetração.
Verifique a estabilidade temporal, uniformidade espacial, e o atraso entre os dois caminhos de amostragem. Não presuma que uma configuração do gerador validada em um fluxo de ar permanece válida em cada fluxo de ar inferior.
3. As contagens de partículas são muito baixas para estatísticas confiáveis
3. As contagens de partículas são muito baixas para estatísticas confiáveis
Filtros de alta eficiência produzem muito poucas contagens downstream. Uma amostra curta com apenas um pequeno número de eventos apresenta alta incerteza estatística. Partículas de fundo, partículas residuais na tubulação, ou um vazamento intermitente pode então dominar a eficiência calculada.
Aumente o tempo de amostragem onde o método permitir, confirmar se a concentração a montante está dentro da faixa utilizável do instrumento, realizar uma verificação de zero/background, e relatar a penetração com sua base de contagem, em vez de confiar apenas em uma porcentagem arredondada de eficiência.
4. As duas medições não estão comparando o mesmo tamanho de partícula
4. As duas medições não estão comparando o mesmo tamanho de partícula
Se a distribuição do aerossol de teste mudar com a configuração ou fluxo do gerador, um amplo canal de partículas pode ter pesos diferentes em diferentes pontos de teste. Uma “eficiência de 0,3 μm” relatada também pode se referir a um canal limite em vez de um canal estreito, medição resolvida por tamanho.
Para análise de mecanismo, usar curvas de eficiência resolvidas por tamanho. Compare as mesmas definições de canal, aerossol, estado de neutralização, e configurações do instrumento em cada fluxo de ar.
5. Os efeitos de amostragem e transporte mudaram
5. Os efeitos de amostragem e transporte mudaram
Fluxo de amostragem, comprimento da tubulação, curvas, orientação da sonda, e os atrasos no transporte devem permanecer controlados. O viés relacionado à sonda é geralmente menos severo para partículas submicrométricas do que para partículas grandes, mas não deve ser ignorado quando a velocidade do duto principal muda substancialmente.
Confirme o fluxo da amostra do contador de partículas, razão de diluição, condição do tubo, e equivalência de caminho upstream/downstream.
6. O filtro ou meio alterado entre os testes
6. O filtro ou meio alterado entre os testes
A mídia de eletreto pode ser afetada pela carga de aerossol, solventes, temperatura, umidade, e histórico de condicionamento. A mídia mecânica também pode mudar após o manuseio, vedação, ou instalação repetida. Uma sequência de fluxo que sempre vai de alto para baixo pode, portanto, confundir mudança dependente do tempo com mudança dependente do fluxo de ar.
Use uma sequência aleatória ou repetida – por exemplo baixo → alto → baixo – e inclua um filtro de referência para separar o desvio do sistema da mudança de amostra.
Quando o resultado pode ser um efeito real na mídia
Quando o resultado pode ser um efeito real na mídia
Depois que as verificações do sistema passarem, comportamento do filtro dependente da velocidade pode ser investigado. O método correto é medir a eficiência fracionária em uma faixa de tamanho de partícula em diversas velocidades médias controladas..
A análise deve mostrar:
- a curva completa de eficiência versus tamanho de partícula;
- o MPPS correspondente em cada velocidade;
- repetir medições e incerteza;
- queda de pressão em cada ponto de teste; e
- se o meio é mecânico, cobrado, baseado em membrana, ou um composto.
Uma mudança real pode então estar ligada ao equilíbrio da difusão, interceptação, impactação, e captura eletrostática. Não deve ser atribuído simplesmente a “linhas de corrente laminares que passam através de poros grandes”.
Sequência de solução de problemas recomendada
Sequência de solução de problemas recomendada
- Repita o ponto de baixo fluxo sem alterar a instalação do filtro.
- Execute uma verificação de vazamento no sistema ou placa em branco.
- Verifique o fluxo de ar real e os sensores de pressão no ponto baixo.
- Confirme a estabilidade do aerossol a montante e a uniformidade espacial.
- Verifique as contagens de antecedentes, tempo de amostragem, concentração, e limites do contador de partículas.
- Repita com um filtro de referência estável.
- Execute uma sequência baixo → alto → baixo.
- Se o efeito permanecer, medir uma curva de eficiência resolvida por tamanho em cada velocidade.
Esta ordem evita que um problema do sistema de medição seja transformado em uma explicação não suportada sobre a física dos filtros..
Como o SCPUR apoia a investigação de baixo fluxo
Como o SCPUR apoia a investigação de baixo fluxo
Os sistemas de teste SCPUR são configurados em torno de um fluxo de ar definido, tamanho de partícula, concentração, e faixas de tamanho de filtro. Para meios filtrantes ou pequenos elementos filtrantes, o SC-FT-1406D-Pro fornece eficiência controlada e testes de resistência com óleo- ou configurações de aerossol à base de sal.
Para uma anomalia de baixo fluxo de ar, a saída útil não é apenas um valor de aprovação/reprovação. É um registro de teste repetível que ajuda a separar o controle do fluxo de ar, geração de aerossol, amostragem, vazamento, e o próprio filtro.
- Testador de filtro automático SC-FT-1406D-Pro
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