Principes de la filtration particulaire

Les filtres à air mécaniques éliminent les particules du flux d'air, car les particules entrent en contact avec la surface des fibres du média filtrant et adhèrent à celles-ci. Les mécanismes par lesquels les particules entrent en contact avec les fibres du média filtrant sont le tamisage, l’interception, la diffusion, la séparation inertielle et l’attraction électrostatique. Le premier de ces mécanismes s’applique principalement aux filtres mécaniques et est influencé par la taille des particules. La filtration électrostatique est obtenue en chargeant le média pendant le process de fabrication.

Mécanismes

Il existe cinq mécanismes par lesquels les particules sont éliminées de l'air par les médias filtrants. Il s’agit du tamisage, de l’interception, de la diffusion, de la séparation inertielle et de l’attraction électrostatique. Chaque mécanisme est adapté à une plage de taille de particules pour laquelle il est le principal facteur de filtration. La séparation inertielle et l'interception sont les principaux mécanismes de collecte pour les particules supérieures à 0,2 µm. La diffusion est, quant à elle, la méthode de choix pour les particules inférieures à 0,2 µm. L’attraction électrostatique est obtenue en chargeant le média dans le cadre du process.


Le tamisage

se produit lorsque l’ouverture entre les éléments des médias (fibres, maille de filtre, métal ondulé, etc.) est inférieure au diamètre de particule de la particule que le filtre est conçu pour capturer. Ce principe s'applique à la plupart des conceptions de filtres et est entièrement lié à la taille de la particule, à l'espacement et à la densité des médias.


La séparation inertielle

utilise un changement rapide dans la direction de l'air et les principes d'inertie pour séparer la masse (particules) du flux d'air. Les particules à une certaine vitesse ont tendance à rester à cette vitesse et à se déplacer dans une direction continue. Ce principe s’applique normalement en cas de forte concentration de particules grossières et, dans de nombreux cas, en mode de préfiltration sur des filtres finaux à efficacité supérieure.


L’interception

Pour qu’une particule soit interceptée, la distance la séparant d’une fibre doit être égale à son rayon. La particule entre alors en contact avec la fibre, qui la retient. Le mécanisme d'interception peut être mis en contraste avec le mécanisme d'impaction en ce sens qu'une particule interceptée est plus petite et son inertie n'est pas assez forte pour que la particule continue en ligne droite. Elle suit donc le flux d'air jusqu'à son entrée en contact avec une fibre.


La diffusion

se produit lorsque sous l’effet de son mouvement aléatoire (brownien), une particule entre en contact avec une fibre. Lorsqu'une particule quitte une zone dans le média, par attraction et capture, elle crée une zone de concentration inférieure dans le média dans lequel se diffuse une autre particule, uniquement afin d’être elle-même capturée. Pour renforcer ce pouvoir attractif, les filtres utilisant ce principe fonctionnent à de faibles vitesses de média et/ou à de fortes concentrations de fibres microfines, de verre ou autres. Plus une particule séjourne longtemps dans la « zone de capture », plus la surface du média de capture (fibres) est grande, et plus les chances de capture sont élevées. Les fabricants de filtres ont recours à deux méthodes distinctes pour appliquer ce principe — utiliser davantage de mètres carrés de médias en fibres de verre fines ou moins de mètres carrés de médias en verre à haut gonflement.


L’attraction électrostatique

Les filtres utilisant des médias en fibres de grand diamètre utilisent des charges électrostatiques pour augmenter l'efficacité de l'élimination des particules fines. Les médias en fibres de grand diamètre sont normalement choisis pour leur faible coût et leur résistance au débit d'air. Cependant, ils perdent généralement leur charge électrostatique au fil du temps, car les particules captées à leur surface occupent des sites chargés, neutralisant ainsi leur charge électrostatique.


Filtres mécaniques et électrostatiques

À mesure que les filtres mécaniques se chargent de particules, leur perte de charge et d’efficacité augmentent généralement. À terme, la perte de charge accrue réduit considérablement le débit d'air et les filtres doivent être remplacés. De ce fait, la perte de charge des filtres mécaniques est fréquemment contrôlée puisqu'elle indique quand remplacer les filtres.

En revanche, les filtres électrostatiques, qui sont composés de fibres polarisées, peuvent perdre leur efficacité de capture au fil du temps ou lorsqu’ils sont exposés à certains produits chimiques, à des aérosols ou à une humidité relative élevée. La perte de charge dans un filtre électrostatique augmente généralement plus lentement que dans un filtre mécanique à efficacité similaire.

Ainsi, contrairement au filtre mécanique, la perte de charge du filtre électrostatique est un indicateur faible de la nécessité de remplacer le filtre. Lorsque vous choisissez un filtre CVC, vous devez garder à l’esprit ces différences entre filtres mécaniques et filtres électrostatiques, car elles ont un impact sur les performances de votre filtre (efficacité de capture sur la durée), ainsi que sur les exigences en matière de maintenance (programmes de remplacement).


2]Les médias à fibres fines fonctionnant selon un principe d'élimination mécanique, les fibres ne perdent pas leur efficacité avec le temps. Leur efficacité initiale ne différant pas de leur efficacité réelle sur leur durée de vie, elles offrent à l'utilisateur les performances d'élimination des particules qui sont spécifiées.
Les fibres grossières/électret, en raison de leur grande taille, sont plus faciles et moins coûteuses à produire. Leur propriété principale, la capture des particules, nécessite une charge appliquée à la fibre au cours du process de fabrication. Au fur et à mesure que la charge se dissipe sous l’effet des particules, l'efficacité du filtre diminue. Il s'agit d'un problème majeur car 99 % de toutes les particules ont une taille inférieure à 1 micron, plage dans laquelle ces types de filtres subissent une perte d'efficacité critique.