Elementos filtrantes, el corazón de los aspiradores: qué son y cómo funcionan

14. diciembre 2021

HET-Filter

Lesezeit: 6 min.

El polvo es un problema recurrente en la producción de las industrias farmacéutica y química. Como esto no es deseable, deben tomarse medidas para evitar la aparición de estos polvos. Una posibilidad es utilizar sistemas de filtrado, los llamados extractores de polvo. El polvo se separa del aire y se recoge en estos sistemas.

Para ello, los sistemas de filtrado están equipados con elementos filtrantes cuyos medios filtrantes o esteras filtrantes atrapan el polvo e impiden que siga siendo transportado con el aire. Hay distintos diseños de filtros y distintos materiales de los que pueden estar hechos.

A continuación te explicamos cómo funciona el principio de la filtración para que entiendas lo que es importante a la hora de seleccionar los materiales.

Criterios que influyen en la selección del filtro

La selección del número, tipo y materiales de los elementos filtrantes -también denominados celdas filtrantes- depende de la naturaleza de la sustancia que se va a filtrar y de las condiciones en las que tiene lugar la filtración. Deben cumplirse las siguientes condiciones:

  • Caudal volumétrico[m3/h]:
    El caudal volumétrico describe la cantidad de aire que hay que filtrar por hora. Como el elemento filtrante está limitado por su diseño, hay que aumentar el número de elementos filtrantes a medida que aumenta el caudal volumétrico.
  • Composición del medio:
    Las aplicaciones suelen implicar aire cargado de partículas. Sin embargo, el medio también puede contener otros gases y polvos. La composición del medio que fluye a través del filtro determina la elección de los materiales filtrantes, ya que las sustancias deben ser compatibles entre sí y no deben reaccionar para evitar peligros mayores.
  • Temperatura del aire [°C]:
    La temperatura del aire que fluye a través de las celdas del filtro, así como su composición, determinan los materiales filtrantes. A temperaturas más altas, debe utilizarse material resistente al calor para evitar un desgaste prematuro o incluso la destrucción de la célula filtrante.
  • Carga de polvo en el aire [mg/m3]:
    La carga de polvo indica cuánto polvo o cuántas partículas hay en el aire que hay que filtrar. Esta cantidad determina el tipo de filtro. Un elemento filtrante sólo tiene una determinada vida útil, es decir, sólo puede absorber polvo hasta que se obstruye. Cuantas más partículas haya en el aire, más rápidamente se obstruye el filtro y se alcanza su límite de funcionamiento. Dependiendo del tipo de filtro, éste se puede limpiar y, por tanto, está listo para volver a utilizarse o -si esto no es posible- hay que sustituirlo.
  • Requisitos del proceso:
    Del proceso surgen las siguientes preguntas:
    – ¿Qué debe hacerse con el material separado?
    – ¿Debe simplemente separarse o debe reutilizarse?
    – ¿Cómo debe funcionar el sistema de filtrado? ¿Son los tiempos de inactividad debidos a actividades de servicio en
    – ¿es posible el proceso o debe funcionar continuamente el sistema de filtrado?
    – ¿Existen normativas que deban cumplirse debido a las aplicaciones, por ejemplo, ATEX?
    – ¿Hay algún requisito relativo a la contención?

Las respuestas son importantes para la selección de los elementos filtrantes, porque determinan la capacidad de limpieza y el número de filtros o el tipo de diseño.

  • Si hay que reciclar sustancias, la célula filtrante debe poder limpiarse. Si no es así, la sustancia permanece en el medio filtrante y se elimina junto con la célula filtrante.
  • Si el sistema de filtrado se va a utilizar de forma continua, hay que prever filtros adicionales para que el caudal volumétrico se distribuya en consecuencia durante la limpieza (la filtración en el filtro no es posible durante la limpieza, por lo que el caudal volumétrico se distribuye a los demás filtros).
  • Si hay una atmósfera explosiva y existe riesgo de explosión, la célula filtrante y sus componentes deben conectarse a tierra para evitar efectos electrostáticos.
  • Si existen requisitos relativos a la pureza del aire, deben respetarse los grupos de filtros según las clases de filtros

Estructura y modo de funcionamiento de una célula filtrante

Para comprender mejor la influencia de estos criterios, hay que conocer el principio de funcionamiento de los elementos filtrantes.

El polvo, o más bien las distintas partículas que contiene, tienen distintas propiedades que son decisivas para la eficacia de la filtración.

Además de estas propiedades del polvo en sí -el polvo pegajoso, por ejemplo, hace que el medio filtrante se atasque más rápidamente, mientras que el polvo que fluye libremente es muy fácil de filtrar-, también hay que tener en cuenta las propiedades de las partículas individuales y de la célula filtrante.

Estructura de la célula filtrante

Estructura de la célula filtrante
Estructura de una célula filtrante
  1. Medio filtrante
  2. Espaciador
  3. Encapsulado
  4. Junta
  5. Armazón de metal

Efectos de la filtración

Para explicar el principio de la filtración, es decir, la separación mecánica de las sustancias de los gases, es necesario pasar de la célula filtrante en su conjunto a la fibra filtrante en particular: aquí actúan a pequeña escala efectos físicos que son importantes para el resultado a gran escala.
Las partículas que atraviesan la célula filtrante siguen el flujo de aire. El tamaño y la naturaleza de estas partículas determinan lo que ocurre dentro de la célula filtrante, en las fibras filtrantes.

Efecto de inercia:
una partícula de gran masa es relativamente inerte. Si el aire pasa por delante de la fibra filtrante, esta partícula no puede seguirla, choca contra la fibra y se pega a ella.

Efecto de inercia

Difusión
Una partícula de tamaño muy pequeño fluye con la corriente de aire, pero no sigue las líneas de corriente, sino que se desvía de ellas. Durante estos movimientos, puede golpear una fibra u otras partículas y adherirse a ellas. La causa de este comportamiento difuso reside en el movimiento molecular browniano.

Difusión

Efecto de bloqueo:
Una partícula grandesigue el flujo de aire en las líneas de corriente, pero es demasiado grande para evitar las fibras del filtro. Debido a sus dimensiones, golpea la fibra filtrante al fluir a su alrededor y se pega a ella.

Efecto de bloqueo

Atracción electrostática
(fuerzas de Van der Waals):

El movimiento y la fricción asociada de las partículas pueden hacer que éstas y la fibra filtrante se carguen electrostáticamente. Si la carga es opuesta en cada caso, la partícula es atraída por la fibra filtrante y se adhiere a ella.

Estos efectos garantizan que las partículas del aire queden retenidas en el medio de la célula filtrante. Lo bien que funciona esto lo indica la eficacia, también conocida como eficiencia de separación. Indica cuántas partículas quedan en la célula filtrante o cuántas partículas quedan en el aire de escape después de pasar por la célula filtrante. La eficacia de separación se especifica en porcentaje (número de partículas separadas en relación con las partículas entrantes).
La influencia de los distintos efectos en la eficacia de la separación se muestra en el diagrama siguiente:

  • Difusión A Grado de separación [%]
  • Efecto de bloqueo PM Tamaño de las partículas [µm]
  • Efecto inercia MPPS partículas 0,1-0,3 µm -> filtración mínima

Como en el aire hay partículas de distintos tamaños y propiedades, los efectos mencionados actúan de distintas maneras. Las partículas más pequeñas se separan debido a la difusión. Las partículas más grandes permanecen en el medio filtrante debido al efecto de inercia o de bloqueo. En medio, hay efectos superpuestos que influyen en la eficacia de filtración de la célula filtrante.

El diagrama ejemplar muestra claramente que hay un mínimo de filtración a un determinado tamaño de partícula. Este punto bajo se denomina «MPPS = Tamaño de partícula de mayor penetración». Esta gama está disponible para tamaños de partícula entre 0,1 µm y 0,3 µm y cubre el rendimiento de filtración de las partículas que la experiencia ha demostrado que son las más difíciles de filtrar. La célula filtrante se clasifica en función de la eficacia de separación en este punto. Al clasificar la célula filtrante en distintos niveles o clases en función de distintas normas, la célula filtrante puede describirse en consecuencia, de modo que pueda compararse con los requisitos de contención del proceso.

Conclusión

El conocimiento de las condiciones reinantes y de las propiedades del polvo que se produce desempeña un papel muy importante en la planificación y el diseño de los sistemas de filtrado y, sobre todo, de los elementos filtrantes. De ello se derivan los requisitos que debe cumplir una célula filtrante del sistema de filtrado para producir aire de escape de la calidad deseada. Con este conocimiento, se puede determinar la célula filtrante que mejor se adapte al proceso a partir de la gran cantidad de células filtrantes disponibles. Es fundamental hablar con los ingenieros del fabricante, ya que ellos tienen la experiencia necesaria para diseñar y seleccionar los componentes adecuados.

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