Perché l'efficienza del filtro diminuisce con lo spessore?

Comprendo che i parametri più importanti per un filtro sono fondamentalmente la caduta di pressione e lo spessore, entrambi fattori che incidono sull'efficienza. Tuttavia, perché lo spessore provoca un cambiamento di efficienza?

Sono particolarmente interessato all'utilizzo di nanofibre come filtri e perché il diametro ridotto aumenta l'efficienza.

Più roba sulla strada del flusso provoca più contropressione.

Pensa a un filtro più spesso come a due filtri in serie. Ad esempio, se un filtro sviluppa 0,1 PSI attraverso di esso quando il flusso d'aria 100 CFM lo attraversa, allora due filtri nello stesso flusso d'aria 100 CFM devono far cadere insieme 0,2 PSI attraverso di essi.

A seconda di quali siano esattamente i criteri per l'efficienza, un numero maggiore di filtri in serie può ridurre l'efficienza. Se il primo filtro blocca tutte le particelle che ti interessano, i filtri aggiuntivi causano solo una maggiore contropressione senza un migliore filtraggio. Ad esempio, considera due schermate della finestra nella stessa finestra. Quello esterno blocca già tutte le zanzare, quindi quello interno non migliora le prestazioni dell'intero schermo. Rende tuttavia più difficile la visione attraverso lo schermo generale. Se consideri l'efficienza come le zanzare bloccate per luce bloccata, due schermi sono chiaramente meno efficienti di uno schermo.

I filtri possono essere valutati con alcuni parametri diversi. "efficienza" è un termine generico che non si presta a una migliore comprensione in questa applicazione. Ecco alcune metriche migliori da considerare:

1. Portata massima (uguale alla caduta di pressione o all'efficacia quando si considera una perdita di potenza dalla caduta di pressione. Aumenta proporzionalmente con la superficie del filtro.)
2. Pressione massima (prima della rottura)
3. Materiale (resistenza chimica)
4. Conservazione (quanta contaminazione può contenere il filtro; quanto velocemente aumenta la caduta di pressione)
5. Diametro massimo delle particelle che possono fluire attraverso. (es. 1 micron, 10 micron, 400 mesh )
6. Altre tecnologie / principi utilizzati (vortice, bagnatura ad olio, filtro antiatomico a terra, autopulizia, decantazione per gravità, lavaggio, ecc.)

In una cartuccia filtrante in cotone (o altra fibra) è presente uno spessore aggiuntivo oltre a quello necessario per archiviare la classificazione massima delle particelle da 1 micron. Questo supporto aggiuntivo aumenta la memorizzazione del filtro; dandogli una superficie aperta anche se il filtro è contaminato. Se ci fosse una singola membrana da 1 micron sulla superficie esterna, si tapperebbe rapidamente anche con la minima contaminazione. Quindi, sebbene il filtro più spesso possa inizialmente avere una caduta di pressione maggiore per un determinato flusso e area superficiale, durerà molto più a lungo di un filtro sottile che si tapperebbe rapidamente e avrebbe una caduta di pressione ancora maggiore.

Le nano fibre sono attraenti per il filtraggio poiché il rapporto di massa dello spazio vuoto rispetto alle fibre è molto maggiore per la classificazione desiderata delle dimensioni delle particelle. La maggiore quantità di spazio vuoto riduce sia la resistenza al flusso (caduta di pressione) sia aumenta la capacità di conservazione del filtro. Potrebbe essere più facile visualizzare agli estremi; potresti realizzare un filtro da 400 micron con aste lavorate da 1 pollice di diametro affiancate, ma la portata massima e lo stoccaggio sarebbero molto bassi rispetto alla stessa superficie del tessuto di cotone composto da piccole fibre.