I filtri per aria sono utilizzati per la purificazione dell’aria principalmente per impianti di climatizzazione come pure negli impianti per centrali nucleari e per installazioni batteriologiche. Negli ultimi anni il loro uso si è molto esteso grazie all’impiego delle cosiddette “camere bianche” per la lavorazione di componenti elettronici e nelle camere operatorie degli ospedali. Anche l’impiego dei filtri assoluti nei calcolatori ha subito un grande sviluppo.
I filtri per aria sono utilizzati per abbattere concentrazioni non molto elevate di polvere nell’ordine di 0.2 mg/m3. Per concentrazioni di polveri superiori si ricorre alla depolverazione a mezzo di filtri a cartuccia, a maniche, inerziali ecc…
A seconda della loro costruzione, del grado si separazione e dal loro impiego i filtri vengono così suddivisi: filtri grossolani, filtri alta efficienza e filtri assoluti.
Filtri grossolani: sono destinati alla filtrazione delle polveri più grosse. Vengono realizzati nelle forme più diverse e con vari materiali. Generalmente si utilizzano fibre di vetro o sintetiche con diametro fra 30 e 50 micrometri con distanza fra le fibre da 100 a 300 micrometri. La separazione della polvere può avvenire per effetto setaccio, ma soprattutto per l’effetto di collisione. Risulta pertanto chiaro che l’efficienza di questi filtri grossolani è proporzionale al diametro delle particelle mentre cala con l’aumentare della velocità. Negli impianti questa viene generalmente mantenuta a circa 1.5m/s. I rendimenti migliori si ottengono con particelle superiori a 5 micrometri mentre i risultati non sono apprezzabili con particelle da 2 a 3 micrometri. Per migliorare il rendimento in caso di velocità elevate dell’aria si ricorre a rivestimenti adesivi od oleosi sul materiale filtrante.
Filtri alta efficienza e filtri assoluti: sono realizzati con setti in microfibre di vetro stratificate. Il diametro delle fibre è compreso fra 1 e 10 micrometri con distanza fra le fibre di circa 10 micrometri. La velocità di attraversamento dell’aria è tenuta molto più bassa che nei filtri grossolani ed è generalmente compresa fra 0.12 e 0.45 m/s. In questo tipo di filtri le particelle sono trattenute per effetto di intercettazione e diffusione. I filtri alta efficienza e assoluti si impiegano quando si richiedono i massimi gradi di filtrazione con particelle dell’ordine dei 0.3 micrometri.
CARATTERISTCHE DI UN FILTRO
Efficienza: caratteristica principale di un filtro è la sua capacità di trattenere un certo tipo di particelle disperse nell’aria.
| QPT | CM-CV | |||
| L’efficacia è il rapporto di: | ——— | x100 = | ———— | x100 |
| QPR | CM |
» QPT = quantità di polvere trattenuta
» QPR = quantità di polvere rilasciata
» CM = concentrazione a monte
» CV = concentrazione a valle
L’efficienza di un filtro è caratteristica per un dato tipo di particelle e varia al variare di queste,pertanto quando si riporta l’efficienza di un filtro è indispensabile indicare con quale metodo di prova è stata misurata. Per i filtri alta efficienza ed assoluti si usa anche il termine “permeabilità” o “penetrazione”, che è il complemento a 100 dell’efficacia. Una terza grandezza caratteristica di un filtro è il coefficiente di depurazione o di decontaminazione che è il rapporto tra la concentrazione a monte e la concentrazione a valle.
Nella tabella seguente riportiamo i rapporti intercorrenti fra le tre grandezze succitate riferite a tre ipotetici filtri.
Efficienza % |
Permeabilità |
Coeff. Depurazione |
|
| Filtro 1 | 95 | 5 | 20 |
| Filtro 2 | 99.99 | 0.01 | 10.00 |
| Filtro 3 | 99.999 | 0.001 | 10.000 |
Perdita di carico: è la caduta di pressione derivante dal passaggio dell’aria attraverso il setto filtrante.Viene generalmente espressa in mm H2O o Pa (1 Pa =10 mm H2O).
Capacità di ritenzione della polvere (colmatazione)
Durante il suo funzionamento, un filtro trattiene le particelle disperse nell’aria facendole depositare nel setto filtrante in strati successivi a seconda delle loro dimensioni: le più piccole internamente, le più grandi esternamente. Questo deposito di particelle riduce la sezione di passaggio dell’aria, lo rende più tortuoso e aumenta lo spessore del setto stesso producendo in questo modo un aumento della perdita di carico del filtro.
La quantità di polvere trattenuta da un filtro, che produce un determinato aumento della perdita di carico, indica la capacità di ritenzione (altrimenti chiamata colmatazione). L’accumulo di particelle solide oltre che aumentare la perdita di carico produce anche un aumento dell’efficienza del filtro. La capacità di colmatazione dipende da molti fattori difficilmente misurabili come la natura e la granulometria della polvere, il grado igrometrico, la concentrazione, ecc…
Come regola generale si può affermare che l’aumento della perdita di carico di un filtro funzionante a portata costante, e a una concentrazione costante, è sensibilmente proporzionale alla durata di utilizzazione.
Quando si avvicina il grado di saturazione del setto poroso, la perdita di carico s’innalza rapidamente e si deve procedere alla sostituzione del filtro. La massima perdita di carico ammissibile per un filtro in uso è compresa entro tre-quattro volte la perdita di carico iniziale.
Vita operativa di un filtro
La vita operativa di un filtro dipende da molti fattori, quali:
- Concentrazione della polvere dell’aria
- Granulometria della polvere
- Rendimento di filtrazione
- Capacità di colmatazione
- Aumento della perdita di carico ammessa
La capacità di ritenzione di un filtro, e quindi la sua vita operativa, è direttamente proporzionale alla superficie filtrante e inversamente proporzionale alla portata d’aria.
I fattori su riportati non sono di facile determinazione, ma a seguito di test si è potuto stabilire che per concentrazioni di polveri non superiori a 0.1 mg/m3 approssimativamente la vita media di un filtro può essere:
- Filtri in fibre sintetiche: 1/3 mesi
- Filtri ad alta efficienza: 6/12 mesi
- Filtri assoluti: 12/24 mesi
La maggiore vita operativa dei filtri assoluti rispetto a quella dei filtri ad alta efficienza e di quella dei filtri grossolani dipende dal fatto che il setto filtrante è fittamente pieghettato e perciò la sua superficie è notevolmente maggiore,cosicché la polvere produce un più lento.
Come regola generale possiamo affermare che il solo elemento che modifica il carico di un circuito di ventilazione è il filtro antipolvere. Più precisamente la perdita di carico del circuito aumenta con l’intasamento del filtro,e conseguentemente diminuisce la portata d’aria.
La scelta e il tipo del ventilatore così come la perdita totale del sistema e la variazione di portata ammessa determinano l’aumento di perdita di carico ammissibile dal filtro. Per determinare la variazione di portata di un sistema si deve ricorrere alle curve caratteristiche del ventilatore sulle quali sono rappresentate le curve con e senza filtrazione.
Generalmente è sufficiente considerare il valore medio della perdita di carico iniziale e finale. Si può mantenere costante la portata di un sistema inserendo nel circuito di ventilazione delle serrande di taratura variabili con comando sia manuale che automatico oppure utilizzando dei motori a velocità variabile.
In generale la portata di un sistema diminuisce meno del 5% per un aumento di resistenza nei filtri di 100 N/m2. Grazie alla loro costruzione plissettata, i filtri ad alta efficienza presentano una superficie da 10 a 25 volte superiore alla superficie frontale, cosicché la velocità di attraversamento dell’aria è di circa 0.1 m/s con comportamento di tipo laminare.
Ne consegue che la perdita di carico è direttamente proporzionale alla velocità dell’aria. Questo in linea teorica perché si constata che la perdita di carico varia con il quadrato della velocità dell’aria in quanto una costruzione poco accurata od una plissettatura troppo fitta producono delle perdite di carico maggiore.
I filtri assoluti hanno una superficie filtrante da 25 a 70 volte superiore alla superficie frontale e la perdita di carico totale è di solito direttamente proporzionale alla velocità dell’aria.
Generalmente si accetta una aumento da 100 a 200 N/m2; quanto più alta sarà la perdita di carico finale tanto maggiore sarà ovviamente la quantità di polvere trattenuta dal filtro. A seconda delle loro dimensioni e tipo i filtri ultra fini possono sopportare un aumento di perdita di carico da 200 a 1000 N/ m2.
Per i filtri grossolani non si può accettare un aumento di perdita di carico maggiore di 100 – 150 N/ m2 , altrimenti la polvere già trattenuta potrebbe essere rilasciata e trascinata dal flusso dell’aria. Poiché i filtri grossolani trattengono le particelle essenzialmente a mezzo dell’effetto d’impatto, risulta chiaro che le particelle devono avere una certa dimensione critica al disotto della quale il filtro non esplica più la sua la sua funzione.
Alla stessa maniera per flussi di aria superiori le particelle restano nel flusso d’aria e non vengono trattenute. I filtri alta efficienza e assoluti permettono invece scarti di portata che possono raggiungere anche il 50% del valore nominale senza apprezzabili variazioni del potere filtrante.
Quando si vuole aumentare la vita operativa di un filtro bisogna ricorrere alla prefiltrazione , cioè all’eliminazione dal flusso di tutte quelle particelle che più facilmente possono provocare un rapido intasamento dei filtri finali. Per i filtri assoluti la pratica consiglia di ricorrere ad un prefiltri che abbia almeno una efficienza di F7 secondo normativa UNI EN 779.
I prefiltri grossolani infatti lasciano passare le polveri più fini che più facilmente intasano i filtri assoluti , mentre trattengono le particelle più grosse e le fibre che,non penetrando in profondità nel setto filtrante,influiscono meno sull’intasamento del filtro. Anche i filtri classificati di categoria F8 secondo normativa UNI EN 779 necessitano di una buona prefiltrazione.
Per questo si deve ricorrere ad un prefiltri di classe almeno G4 secondo normativa UNI EN 779. Le categorie a più bassa efficienza G4 secondo normativa UNI EN 779 non necessitano di una prefiltrazione.
