I fattori tecnici che determinano la resistenza dei filtri dell'aria ad alta-efficienza possono essere intesi come un risultato completo dell'interazione tra meccanica dei fluidi e scienza dei materiali. La resistenza si riferisce essenzialmente alla perdita di energia causata dall'attrito con il materiale del filtro, dalla contrazione/espansione del canale e dai vortici locali quando il flusso d'aria passa attraverso il filtro.
Da un punto di vista tecnico, i seguenti quattro fattori fondamentali determinano collettivamente l’entità della resistenza:
1. Proprietà intrinseche del materiale filtrante: il "gene" della resistenza, il materiale filtrante stesso è il sito principale per generare resistenza e la sua microstruttura determina direttamente la resistenza di base.
- Diametro della fibra: questo è uno dei fattori più critici. Secondo i principi della meccanica dei fluidi la resistenza è inversamente proporzionale al quadrato del diametro della fibra. Più fine è la fibra, maggiore è l'area di attrito e la resistenza quando il flusso d'aria passa attorno alla fibra. Ad esempio, i materiali filtranti costituiti da fibre di vetro ultrafini (diametro 0,5-2 μm) hanno una resistenza molto più elevata rispetto alle normali fibre sintetiche (diametro 10-20 μm).
- Tasso di riempimento e porosità: il tasso di riempimento si riferisce alla proporzione di fibre per unità di volume, mentre la porosità si riferisce alla proporzione di vuoti. Maggiore è il tasso di riempimento e minore è la porosità, più stretta è la disposizione delle fibre, più stretto e tortuoso è il canale del flusso d'aria e maggiore è la resistenza.
- Spessore del materiale filtrante: maggiore è lo spessore, maggiori sono gli strati di fibre che il flusso d'aria deve attraversare, più lungo è il percorso e maggiori sono le opportunità di collisione e attrito con le fibre, con conseguente maggiore resistenza.
- Trattamento superficiale: alcuni trattamenti speciali (come rivestimenti oleorepellenti e idrofobici, rivestimenti antibatterici) possono bloccare alcuni pori delle fibre o alterare le proprietà superficiali delle fibre, aumentando così la resistenza al flusso d'aria.
2. Progettazione della struttura fisica: lo "scheletro" della resistenza, dopo aver determinato il materiale del filtro, come assemblare il materiale del filtro in un filtro ha un impatto decisivo sulla resistenza.
- Area di filtraggio: questa è la variabile più influente nelle applicazioni pratiche. La resistenza è inversamente proporzionale all'area di filtrazione. Quando il volume d'aria nominale rimane costante, maggiore è l'area spiegata della carta da filtro, minore è la velocità apparente (velocità di filtrazione) del flusso d'aria che passa attraverso il materiale filtrante. Secondo la legge di Darcy, la resistenza è direttamente proporzionale alla velocità di filtrazione, quindi aumentare l'area di filtrazione è il modo più diretto ed efficace per ridurre la resistenza.
- Esempio: Con lo stesso volume d'aria, un filtro con una superficie di carta da filtro di 20 m² può avere solo la metà della resistenza di un filtro con una superficie di carta da filtro di 10 m². *
- Parametri dello strato (altezza e spaziatura delle pieghe):
- Area di filtraggio effettiva: ottimizzando l'altezza e la spaziatura delle pieghe, è possibile caricare più carta da filtro in un volume limitato.
- Forma del canale del flusso d'aria: una spaziatura adeguata delle pieghe può mantenere liberi i canali tra le carte da filtro. La spaziatura delle pieghe è troppo stretta e la velocità del flusso d'aria cambia bruscamente dopo essere entrato nel canale, producendo un "effetto spray" che non solo aumenta la resistenza ma colpisce anche la carta da filtro; Se la spaziatura delle pieghe è troppo ampia, si sprecherà spazio, portando ad un aumento della velocità di filtrazione e della resistenza. Di solito esiste un rapporto d'aspetto ottimale che riduce al minimo la perdita di pressione dinamica del flusso d'aria quando entra nelle pieghe.
- Supporto interno e partizioni:
- Filtro divisorio: lo spessore e la levigatezza della superficie della piastra divisoria (foglio di alluminio/carta) influiscono sulla larghezza e sulla resistenza all'attrito del canale del flusso d'aria. Ondulazioni lisce o spessori eccessivi possono aumentare la resistenza locale.
- Nessun filtro divisorio: la forma, l'altezza e la spaziatura della linea dell'adesivo hot melt determinano i canali tra le carte da filtro. Se la linea di colla è troppo alta o irregolare, occuperà troppi canali del flusso d'aria e aumenterà la resistenza.
3. Fattori aerodinamici: anche l'"ambiente" di resistenza e lo stato del flusso d'aria circostante del filtro contribuiscono ad una parte della resistenza durante il funzionamento effettivo.
- Di fronte alla velocità del vento: la resistenza e la velocità del vento non sono completamente correlate in modo lineare. A basse velocità (condizioni operative comuni dei filtri ad alta-efficienza), la resistenza di attrito è il fattore principale, avvicinandosi alla linearità; Ma nelle aree locali ad alta-velocità, ci sarà resistenza (perdita di correnti parassite), che accelererà la crescita della resistenza.
- Uniformità della distribuzione del flusso d'aria: se il flusso d'aria è distribuito in modo non uniforme sulla superficie del filtro (ad esempio, un'elevata velocità del vento nell'area di soffiaggio diretto della ventola e una bassa velocità del vento sul bordo), le aree locali ad alta velocità del vento genereranno una resistenza molto superiore alla media e questa ulteriore perdita di energia aumenterà la resistenza totale dell'intero filtro.
- Condizioni di ingresso e uscita: anche la regolarità dei canali del flusso d'aria a monte e a valle del filtro influisce sulla resistenza. Ad esempio, se il filtro è fissato saldamente a un gomito o a un tubo di diametro variabile, un flusso d'aria irregolare può causare un'ulteriore perdita di vortici quando entra nel filtro.
4. Stato operativo: L '"evoluzione dinamica" della resistenza, che non è un valore statico e cambierà nel tempo.
- Carico di accumulo di polvere: quando la polvere si accumula sulla superficie delle fibre, formando uno strato di polvere, il canale del flusso d'aria si restringe ulteriormente o addirittura si blocca e la resistenza aumenta gradualmente. Questo è il processo dalla resistenza iniziale alla resistenza finale.
- Caratteristiche del gas: la viscosità di un gas varia con la temperatura e la pressione. Più alta è la temperatura, maggiore è la viscosità del gas, più intenso è il movimento molecolare, e si intensificano l'urto e l'attrito con le fibre, con conseguente aumento della resistenza; La pressione diminuisce, la densità del gas diminuisce, la perdita di attrito diminuisce e la resistenza diminuisce.
- Riepilogo: i fattori tecnici che determinano la resistenza dei filtri ad alta-efficienza possono essere riepilogati come segue:
- 1. Fonte fondamentale: il diametro delle fibre e il tasso di riempimento del materiale filtrante determinano la resistenza all'attrito microscopico di base.
- 2. Chiave di progettazione: l'area di filtraggio effettiva è la leva principale per regolare la resistenza e maggiore è l'area, minore è la resistenza.
- 3. Dettagli strutturali: i parametri delle pieghe e dei separatori determinano la perdita di flusso del flusso d'aria nel canale macroscopico.
- 4. Variabili operative: la distribuzione della velocità del vento e il grado di accumulo di polvere influiscono sul valore in tempo reale della resistenza.
- Comprendere questi fattori può aiutare a bilanciare efficienza e resistenza durante la scelta: è necessario risparmiare consumo energetico a bassa resistenza, garantire la durata di servizio con elevata capacità di ritenzione della polvere e garantire che un'elevata efficienza di filtrazione soddisfi i requisiti di pulizia.
