¿Por qué la eficiencia del filtro disminuye con el grosor?

Entiendo que los parámetros más importantes para un filtro son básicamente la caída de presión y el grosor, los cuales afectan la eficiencia. Sin embargo, ¿por qué el grosor causa un cambio en la eficiencia?

Estoy particularmente interesado en el uso de nanofibras como filtros, y por qué la disminución del diámetro aumenta la eficiencia.

Más cosas en el camino del flujo causan más contrapresión.

Piense en un filtro más grueso como dos filtros en serie. Por ejemplo, si un filtro desarrolla 0.1 PSI a través de él cuando el flujo de aire de 100 CFM lo atraviesa, entonces dos filtros en el mismo flujo de aire de 100 CFM deben caer juntos 0.2 PSI a través de ellos.

Dependiendo de cuáles sean exactamente sus criterios de eficiencia, más filtros en serie pueden disminuir la eficiencia. Si el primer filtro bloquea todas las partículas que le interesan, los filtros adicionales solo causan más contrapresión sin un mejor filtrado. Por ejemplo, considere dos pantallas de ventana en la misma ventana. El exterior ya bloquea todos los mosquitos, por lo que el interior no hace que la pantalla en general funcione mejor. Sin embargo, hace que sea más difícil ver a través de la pantalla general. Si considera la eficiencia como mosquitos bloqueados por luz bloqueada, entonces dos pantallas son claramente menos eficientes que una pantalla.

Los filtros se pueden evaluar mediante algunos parámetros diferentes. "eficiencia" es un término amplio que no se presta a una mejor comprensión en esta aplicación. Aquí hay algunas mejores métricas para considerar:

1. Caudal máximo (igual que la caída de presión o la eficiencia cuando se considera una pérdida de potencia por la caída de presión. Aumenta proporcionalmente con el área de superficie del filtro).
2. Presión máxima (antes de la ruptura)
3. Material (resistencia química)
4. Almacenamiento (cuánta contaminación puede contener el filtro; qué tan rápido aumenta la caída de presión)
5. Diámetro máximo de partículas que pueden atravesar. (ej. 1 micra, 10 micras, malla 400 )
6. Otras tecnologías / principios utilizados (vórtice, humectación de aceite, filtro de tierra de diatomeas, autolimpieza, sedimentación por gravedad, depuración, etc.)

En un cartucho de filtro enrollado de algodón (u otra fibra) hay un grosor adicional más allá de lo necesario para archivar la clasificación de partículas máxima de 1 micra. Este medio adicional aumenta el almacenamiento del filtro; dándole una superficie abierta incluso cuando el filtro está contaminado. Si hubiera una sola membrana de 1 micra en la superficie externa, se taponaría rápidamente incluso con la más mínima contaminación. Entonces, aunque el filtro más grueso inicialmente puede tener una caída de presión mayor para un flujo y área de superficie dados, durará mucho más que un filtro delgado que se taponará rápidamente y tendrá una caída de presión aún mayor.

Las nano fibras son atractivas para el filtrado porque la relación de volumen del espacio vacío a las fibras es mucho mayor para una clasificación de tamaño de partícula deseada. La mayor cantidad de espacio vacío reduce la resistencia al flujo (caída de presión) y aumenta la capacidad de almacenamiento del filtro. Puede ser más fácil visualizar en los extremos; podría hacer un filtro de 400 micras con varillas mecanizadas de 1 pulgada de diámetro colocadas una al lado de la otra, pero el caudal máximo y el almacenamiento serían muy bajos en comparación con la misma superficie de tela de algodón compuesta de fibras pequeñas.