El desarrollo de la industria moderna ha impuesto crecientes demandas en el entorno de experimentación, investigación y producción. La principal manera de cumplir con este requisito es usar ampliamente filtros de aire en sistemas de aire acondicionado limpios. Entre ellos, los filtros HEPA y ULPA son la última protección para partículas de polvo que entran en la sala limpia. Su rendimiento está directamente relacionado con el nivel de la sala limpia, que a su vez afecta el proceso y la calidad del producto. Por lo tanto, es significativo realizar investigación experimental en el filtro. El rendimiento de resistencia y el rendimiento de filtración de los dos filtros se compararon a diferentes velocidades del viento midiendo la eficiencia de filtración del filtro de fibra de vidrio y el filtro de PTFE para partículas PAO de 0,3 μm, 0,5 μm, 1,0 μm. Los resultados muestran que la velocidad del viento es un factor muy importante que afecta la eficiencia de filtración de los filtros de aire HEPA. Cuanto mayor sea la velocidad del viento, menor será la eficiencia de filtración y el efecto es más obvio para los filtros de PTFE.
Palabras clave:Filtro de aire HEPA; Rendimiento de resistencia; Rendimiento de filtración; Papel de filtro de PTFE; Papel de filtro de fibra de vidrio; Filtro de fibra de vidrio.
Número CLC: X964 Código de identificación del documento: A
Con el continuo desarrollo de la ciencia y la tecnología, la producción y modernización de productos industriales modernos se han vuelto cada vez más exigentes para la limpieza del aire interior. En particular, la microelectrónica, la medicina, la química, la biología, el procesamiento de alimentos y otras industrias requieren miniaturización. Precisión, alta pureza, alta calidad y alta confiabilidad en ambientes interiores, lo que impone requisitos cada vez más altos en el rendimiento del filtro de aire HEPA, por lo que cómo fabricar un filtro HEPA para satisfacer la demanda del consumidor se ha convertido en una necesidad urgente de los fabricantes. Uno de los problemas resueltos [1-2]. Es bien sabido que el rendimiento de resistencia y la eficiencia de filtración del filtro son dos indicadores importantes para evaluar el filtro. Este documento intenta analizar el rendimiento de filtración y el rendimiento de resistencia del filtro de aire HEPA de diferentes materiales de filtro mediante experimentos [3], y las diferentes estructuras del mismo material de filtro. El rendimiento de filtración y las propiedades de resistencia del filtro proporcionan una base teórica para el fabricante de filtros.
1 Análisis del método de prueba
Existen muchos métodos para detectar filtros de aire HEPA, y los estándares varían según el país. En 1956, la Comisión Militar de los Estados Unidos desarrolló el estándar USMIL-STD282 para pruebas de filtros de aire HEPA, y el método DOP para pruebas de eficiencia. En 1965, se estableció el estándar británico BS3928, que utilizó el método de llama de sodio para la detección de eficiencia. En 1973, la Asociación Europea de Ventilación desarrolló el estándar Eurovent 4/4, que siguió el método de detección de llama de sodio. Posteriormente, la Sociedad Americana para Pruebas Ambientales y Ciencias de la Eficiencia de los Filtros recopiló una serie de estándares similares para los métodos de prueba recomendados, todos utilizando el método de conteo de calibrador DOP. En 1999, Europa estableció el estándar BSEN1822, que utiliza el tamaño de partícula más transparente (MPPS) para detectar la eficiencia de filtración [4]. El estándar de detección de China adopta el método de llama de sodio. El sistema de detección del rendimiento del filtro de aire HEPA utilizado en este experimento se desarrolló con base en el estándar US 52.2. El método de detección utiliza un método de conteo con calibrador y el aerosol utiliza partículas de PAO.
1. 1 instrumento principal
Este experimento utiliza dos contadores de partículas, que son simples, prácticos, rápidos e intuitivos en comparación con otros equipos de análisis de concentración de partículas [5]. Las ventajas mencionadas anteriormente hacen que el contador de partículas esté reemplazando gradualmente a otros métodos y se convierta en el principal método de análisis de concentración de partículas. Permite contar tanto el número de partículas como su distribución granulométrica (es decir, el conteo), lo cual constituye el equipo principal de este experimento. El caudal de muestreo es de 28,6 LPM y su bomba de vacío sin carbón se caracteriza por su bajo nivel de ruido y un rendimiento estable. Si se instala esta opción, se pueden medir la temperatura, la humedad y la velocidad del viento, y se puede probar el filtro.
El sistema de detección utiliza aerosoles que utilizan partículas de PAO como polvo para filtrar. Utilizamos generadores de aerosoles (generación de aerosoles) del modelo TDA-5B, fabricados en Estados Unidos. El rango de ocurrencia es de 500 a 65 000 cfm (1 cfm = 28,6 LPM), y la concentración es de 100 μg/L (6500 cfm); 10 μg/L (65 000 cfm).
1. 2 sala limpia
Para mejorar la precisión del experimento, el laboratorio de 10,000 niveles fue diseñado y decorado de acuerdo con la Norma Federal de EE. UU. 209C. Se utiliza un piso de revestimiento, que se caracteriza por las ventajas del terrazo, resistencia al desgaste, buen sellado, flexibilidad y construcción compleja. El material es laca epoxi y la pared está hecha de revestimiento de sala limpia ensamblado. La sala está equipada con 6 lámparas de purificación de 220v, 2×40w y dispuestas de acuerdo con los requisitos de iluminación y equipo de campo. La sala limpia tiene 4 salidas de aire superiores y 4 puertos de retorno de aire. La sala de ducha de aire está diseñada para un solo control táctil ordinario. El tiempo de ducha de aire es de 0-100 s, y la velocidad del viento de cualquier boquilla de volumen de aire circulante ajustable es mayor o igual a 20 ms. Debido a que el área de la sala limpia es <50 m² y el personal es <5 personas, se proporciona una salida segura para la sala limpia. El filtro HEPA seleccionado es GB01×4, el volumen de aire es de 1000m3/h y la eficiencia de filtración es mayor o igual a 0,5μm y 99,995%.
1. 3 muestras experimentales
Los modelos del filtro de fibra de vidrio son: 610 (L) × 610 (H) × 150 (W) mm, tipo deflector, 75 arrugas, tamaño 610 (L) × 610 (H) × 90 (W) mm, con 200 pliegues, tamaño de filtro de PTFE 480 (L) × 480 (H) × 70 (W) mm, sin tipo deflector, con 100 arrugas.
2 Principios básicos
El principio básico del banco de pruebas es que el ventilador sopla aire. Dado que el filtro HEPA/UEPA también está equipado con un filtro de aire HEPA, se puede considerar que el aire está limpio antes de llegar al filtro HEPA/UEPA probado. El dispositivo emite partículas PAO en la tubería para formar la concentración deseada de gas con polvo y utiliza un contador láser de partículas para determinar dicha concentración. El gas con polvo fluye entonces a través del filtro HEPA/UEPA probado, y la concentración de partículas de polvo en el aire filtrado por el HEPA/UEPA también se mide utilizando un contador láser de partículas. Se compara la concentración de polvo del aire antes y después del filtro, determinando así el rendimiento del filtro HEPA/UEPA. Además, se disponen orificios de muestreo antes y después del filtro, y se prueba la resistencia a cada velocidad del viento utilizando un micromanómetro de inclinación.
Comparación del rendimiento de la resistencia de 3 filtros
La resistencia de los filtros HEPA es una de sus características más importantes. Con el objetivo de satisfacer la demanda de los consumidores, esta resistencia se relaciona con el costo de uso: una resistencia baja, un bajo consumo de energía y un ahorro económico. Por lo tanto, el rendimiento de la resistencia del filtro se ha convertido en un factor clave. Es un indicador importante.
Según los datos de medición experimental, se obtiene la relación entre la velocidad promedio del viento de los dos filtros estructurales diferentes de fibra de vidrio y el filtro de PTFE y la diferencia de presión del filtro.La relación se muestra en la Figura 2:
Los datos experimentales muestran que, a medida que aumenta la velocidad del viento, la resistencia del filtro aumenta linealmente de menor a mayor, y las dos líneas rectas de los dos filtros de fibra de vidrio coinciden sustancialmente. Es fácil observar que, cuando la velocidad del viento de filtración es de 1 m/s, la resistencia del filtro de fibra de vidrio es aproximadamente cuatro veces mayor que la del filtro de PTFE.
Conociendo el área del filtro, se puede derivar la relación entre la velocidad frontal y la diferencia de presión del filtro:
Los datos experimentales muestran que, a medida que aumenta la velocidad del viento, la resistencia del filtro aumenta linealmente de menor a mayor, y las dos líneas rectas de los dos filtros de fibra de vidrio coinciden sustancialmente. Es fácil observar que, cuando la velocidad del viento de filtración es de 1 m/s, la resistencia del filtro de fibra de vidrio es aproximadamente cuatro veces mayor que la del filtro de PTFE.
Conociendo el área del filtro, se puede derivar la relación entre la velocidad frontal y la diferencia de presión del filtro:
Debido a la diferencia entre la velocidad superficial de los dos tipos de filtros y la diferencia de presión de los dos papeles de filtro, la resistencia del filtro de 610 × 610 × 90 mm, a la misma velocidad superficial, es mayor que la del filtro de 610 × 150 mm.
Sin embargo, es evidente que, a la misma velocidad superficial, la resistencia del filtro de fibra de vidrio es mayor que la del PTFE. Esto demuestra que el PTFE es superior al filtro de fibra de vidrio en términos de rendimiento de resistencia. Para comprender mejor las características de la resistencia del filtro de fibra de vidrio y del PTFE, se realizaron experimentos adicionales. Estudiando directamente la resistencia de los dos papeles de filtro a medida que cambia la velocidad del viento del filtro, los resultados experimentales se muestran a continuación:
Esto confirma además la conclusión anterior de que la resistencia del papel de filtro de fibra de vidrio es mayor que la del PTFE bajo la misma velocidad del viento [6].
Comparación del rendimiento de 4 filtros
De acuerdo con las condiciones experimentales, se puede medir la eficiencia de filtración del filtro para partículas con un tamaño de partícula de 0,3 μm, 0,5 μm y 1,0 μm a diferentes velocidades del viento, y se obtiene el siguiente gráfico:
Obviamente, la eficiencia de filtración de los dos filtros de fibra de vidrio para partículas de 1,0 μm a diferentes velocidades del viento es del 100 %, mientras que la eficiencia de filtración para partículas de 0,3 μm y 0,5 μm disminuye con el aumento de la velocidad del viento. Se observa que la eficiencia de filtración del filtro para partículas grandes es mayor que para partículas pequeñas, y el rendimiento de filtración del filtro de 610 × 610 × 150 mm es superior al del filtro de 610 × 610 × 90 mm.
Utilizando el mismo método, se obtiene un gráfico que muestra la relación entre la eficiencia de filtración del filtro de PTFE de 480×480×70 mm en función de la velocidad del viento:
Al comparar las figuras 5 y 6, el efecto de filtración del filtro de vidrio para partículas de 0,3 μm y 0,5 μm es mejor, especialmente para el efecto de contraste de polvo de 0,3 μm. El efecto de filtración de las tres partículas sobre partículas de 1 μm fue del 100 %.
Para comparar de forma más intuitiva el rendimiento de filtración del filtro de fibra de vidrio y el material de filtro de PTFE, las pruebas de rendimiento del filtro se realizaron directamente en los dos papeles de filtro y se obtuvo el siguiente gráfico:
El gráfico anterior se obtuvo midiendo el efecto de filtración del papel de filtro de PTFE y fibra de vidrio sobre partículas de 0,3 μm a diferentes velocidades del viento [7-8]. Es evidente que la eficiencia de filtración del papel de filtro de PTFE es menor que la del papel de filtro de fibra de vidrio.
Teniendo en cuenta las propiedades de resistencia y las propiedades de filtración del material del filtro, es fácil ver que el material de filtro de PTFE es más adecuado para fabricar filtros gruesos o sub-HEPA, y el material de filtro de fibra de vidrio es más adecuado para fabricar filtros HEPA o ultra-HEPA.
5 Conclusión
Las perspectivas para diferentes aplicaciones de filtros se exploran comparando las propiedades de resistencia y filtración de los filtros de PTFE con los filtros de fibra de vidrio. Del experimento, podemos concluir que la velocidad del viento es un factor muy importante que afecta el efecto de filtración del filtro de aire HEPA. Cuanto mayor sea la velocidad del viento, menor será la eficiencia de filtración, más obvio será el efecto en el filtro de PTFE y, en general, el filtro de PTFE tiene un efecto de filtración menor que el filtro de fibra de vidrio, pero su resistencia es menor que la del filtro de fibra de vidrio. Por lo tanto, el material de filtro de PTFE es más adecuado para hacer un filtro grueso o de eficiencia sub-alta, y el material de filtro de fibra de vidrio es más adecuado para la producción. Filtro eficiente o ultraeficiente. El filtro HEPA de fibra de vidrio con una especificación de 610 × 610 × 150 mm es menor que el filtro HEPA de fibra de vidrio de 610 × 610 × 90 mm, y el rendimiento de filtración es mejor que el filtro HEPA de fibra de vidrio de 610 × 610 × 90 mm. Actualmente, el precio del material filtrante de PTFE puro es mayor que el de la fibra de vidrio. Sin embargo, en comparación con esta última, el PTFE ofrece mayor resistencia a la temperatura, la corrosión y la hidrólisis. Por lo tanto, se deben considerar diversos factores al fabricar el filtro. Es fundamental combinar rendimiento técnico y económico.
Referencias:
[1]Liu Laihong, Wang Shihong. Desarrollo y aplicación de filtros de aire [J]•Filtrado y separación, 2000, 10(4): 8-10.
[2] Filtro de aire CN Davis [M], traducido por Huang Riguang. Pekín: Atomic Energy Press, 1979.
[3] GB/T6165-1985 Método de prueba de rendimiento de filtros de aire de alta eficiencia: transmitancia y resistencia [M]. Oficina Nacional de Normas, 1985.
[4] Xing Songnian. Método de detección y aplicación práctica de filtros de aire de alta eficiencia. [J] • Equipos de prevención de epidemias bioprotectoras, 2005, 26(1): 29-31.
[5] Hochrainer. Desarrollos posteriores del contador de partículas.
sizerPCS-2000fibra de vidrio [J]•Filter Journal ofAerosolScience, 2000,31(1): 771-772.
[6]E. Weingartner, P. Haller, H. Burtscher, etc. Presión
DropAcrossFiberFilters[J]•Aerosol Science, 1996, 27(1): 639-640.
[7]Michael JM y Clyde Orr. Filtración: principios y prácticas[M].
Nueva York: MarcelDekkerInc, 1987•
[8] Zhang Guoquan. Mecánica de aerosoles: base teórica de la eliminación y purificación de polvo [M] • Beijing: China Environmental Science Press, 1987.
Hora de publicación: 06-ene-2019