Principios de la filtración de partículas

Los filtros de aire mecánicos eliminan partículas del flujo de aire porque las partículas entran en contacto con la superficie de las fibras del material filtrante y se adhieren a ellas. Los mecanismos por los cuales las partículas entran en contacto con las fibras del material son: tamizado (criba), intercepción, difusión, separación de inercia y atracción electrostática. El primero de estos mecanismos concierne principalmente a los filtros mecánicos y está influenciado por el tamaño de las partículas. La filtración electrostática se obtiene dotando de carga el medio filtrante como parte del proceso de fabricación.

Mecanismos

Hay cinco mecanismos según los cuales se filtran las partículas del aire por medio del material filtrante. Estos son: tamizado (criba), intercepción, difusión, separación de inercia y atracción electrostática. Cada mecanismo es el factor dominante para la filtración de partículas en un intervalo de tamaños determinado. La separación de inercia y la intercepción son los mecanismos de captura principales para las partículas superiores a 0,2 μm, mientras que la difusión es el método predominante con partículas inferiores a 0,2 μm. La atracción electrostática se obtiene dotando de carga el medio filtrante como parte del proceso de fabricación.


Tamizado

Se produce cuando las aberturas entre los componentes del material filtrante (fibras, malla de tamiz, metal corrugado, etc.) son más pequeñas que el diámetro de las partículas que el filtro debe capturar. Este principio se da en la mayoría de los diseños de filtros, y se basa enteramente en el tamaño de la partícula, los espacios en el medio filtrante y la densidad de este.


Separación de inercia

Se basa en un cambio rápido de la dirección del aire y en los principios de la inercia para separar la masa (las partículas) del flujo de aire. Las partículas que se mueven a una velocidad determinada tienden a mantener esa velocidad y a desplazarse en una dirección continua. Este principio suele aplicarse cuando hay concentraciones altas de partículas gruesas y, en muchos casos, como modo de prefiltración para dotar a los filtros finales de mayor eficiencia.


Intercepción

Para poder ser interceptada, una partícula debe acercarse a una fibra a una distancia equivalente a un radio de sí misma. De esta forma, la partícula entra en contacto con la fibra y se adhiere a ella. El mecanismo de intercepción se diferencia del mecanismo de impacto en que la partícula que se intercepta es más pequeña y la inercia no es lo suficientemente fuerte como para que la partícula continúe desplazándose en línea recta. Por lo tanto, la partícula sigue el flujo de aire hasta que entra en contacto con la fibra.


Difusión

Tiene lugar cuando el movimiento aleatorio (browniano) de una partícula provoca que dicha partícula entre en contacto con una fibra. Cuando una partícula abandona una zona del medio filtrante a causa de la atracción y captura, se crea una zona de menor concentración a la que se difunde otra partícula, que queda nuevamente capturada. Para aumentar las posibilidades de atracción, los filtros que se basan en este principio operan a velocidades del material bajas o con altas concentraciones de fibras microfinas, de vidrio u otras. Cuanto más tiempo pasa una partícula en la "zona de captura" o mayor es el área de superficie del medio de captura (las fibras), más aumentan las posibilidades de captura. Los fabricantes de filtros emplean dos métodos distintos para aplicar este principio: usar más metros cuadrados de material fino de fieltro de fibra de vidrio o menos metros cuadrados de material de fibra de vidrio de alta densidad.


Atracción electrostática

Los filtros con material fibroso de diámetro grueso utilizan las cargas electrostáticas para aumentar su eficiencia a la hora de eliminar partículas finas. El material fibroso de mayor diámetro se elige principalmente por su menor coste y resistencia al flujo de aire. Sin embargo, estas fibras suelen perder la carga electrostática con el tiempo porque las partículas capturadas en su superficie ocupan las zonas provistas de carga electrostática y, por lo tanto, la neutralizan.


Filtros mecánicos y electrostáticos

A medida que los filtros mecánicos se cargan de partículas con el tiempo, su eficiencia de captura y caída de presión suelen aumentar. Al final, el aumento en la caída de presión limita en gran medida el flujo de aire y los filtros se deben sustituir. Por ese motivo, en los filtros mecánicos se suele supervisar la caída de presión, ya que indica cuándo se deben cambiar los filtros.

Por el contrario, los filtros electrostáticos, que se componen de fibras polarizadas, pueden perder la eficiencia de captura con el tiempo o cuando se ven expuestos a determinadas sustancias químicas, aerosoles o una humedad relativa elevada. Por lo general, la caída de presión en un filtro electrostático aumenta a un ritmo más lento que en un filtro mecánico de eficiencia similar.

Así pues, a diferencia de los filtros mecánicos, la caída de presión de un filtro electrostático no es un buen indicador del momento en que se deben cambiar los filtros. Al seleccionar un filtro para un sistema de climatización, tenga en cuenta estas diferencias entre los filtros mecánicos y electrostáticos, ya que afectan al rendimiento del filtro (la eficiencia de captura a lo largo del tiempo) y a los requisitos de mantenimiento (el calendario de sustitución).


SE NECESITA IMAGEN SUPERIOR El material fibroso fino funciona según un principio de eliminación mecánica y sus fibras no pierden eficiencia con el tiempo. Su eficiencia inicial es indistinta de su eficiencia real a lo largo de su ciclo de vida, lo que proporciona al usuario el rendimiento de eliminación de partículas deseado.
SE NECESITA IMAGEN SUPERIOR Las fibras gruesas o de electreto, debido a su gran tamaño, son más fáciles y menos caras de producir. Para lograr su efecto primario de captura de partículas, se dota de carga a las fibras durante el proceso de fabricación. A medida que la carga se disipa por efecto de la acumulación de partículas, también disminuye la eficiencia del filtro. Este es un problema grave, ya que el 99 % de las partículas miden menos de 1 micra; justo el rango de tamaños en el que este tipo de filtros experimenta una pérdida de eficiencia crítica.