O desenvolvimento da indústria moderna tem imposto crescentes exigências ao ambiente de experimentação, pesquisa e produção. A principal maneira de atender a esse requisito é o amplo uso de filtros de ar em sistemas de ar condicionado limpos. Entre eles, os filtros HEPA e ULPA são a última proteção contra partículas de poeira que entram na sala limpa. Seu desempenho está diretamente relacionado ao nível da sala limpa, o que por sua vez afeta o processo e a qualidade do produto. Portanto, é significativo conduzir pesquisas experimentais sobre o filtro. O desempenho de resistência e o desempenho de filtragem dos dois filtros foram comparados em diferentes velocidades do vento, medindo a eficiência de filtragem do filtro de fibra de vidro e do filtro de PTFE para partículas de PAO de 0,3 μm, 0,5 μm e 1,0 μm. Os resultados mostram que a velocidade do vento é um fator muito importante que afeta a eficiência de filtragem dos filtros de ar HEPA. Quanto maior a velocidade do vento, menor a eficiência de filtragem, e o efeito é mais óbvio para os filtros de PTFE.
Palavras-chave:Filtro de ar HEPA; Desempenho de resistência; Desempenho de filtragem; Papel de filtro PTFE; Papel de filtro de fibra de vidro; Filtro de fibra de vidro.
Número CLC: X964 Código de identificação do documento: A
Com o desenvolvimento contínuo da ciência e da tecnologia, a produção e a modernização de produtos industriais modernos tornaram-se cada vez mais exigentes em termos de limpeza do ar interior. Em particular, as indústrias de microeletrônica, médica, química, biológica, de processamento de alimentos e outras exigem miniaturização. Precisão, alta pureza, alta qualidade e alta confiabilidade em ambientes internos, que impõem requisitos cada vez maiores ao desempenho do filtro de ar HEPA, portanto, como fabricar um filtro HEPA para atender à demanda do consumidor tornou-se uma necessidade urgente dos fabricantes. Um dos problemas resolvidos [1-2]. É bem conhecido que o desempenho de resistência e a eficiência de filtragem do filtro são dois indicadores importantes para avaliar o filtro. Este artigo tenta analisar o desempenho de filtragem e o desempenho de resistência do filtro de ar HEPA de diferentes materiais de filtro por meio de experimentos [3], e as diferentes estruturas do mesmo material de filtro. O desempenho de filtragem e as propriedades de resistência do filtro fornecem uma base teórica para o fabricante do filtro.
1 Análise do método de teste
Existem muitos métodos para detectar filtros de ar HEPA, e diferentes países têm padrões diferentes. Em 1956, a Comissão Militar dos EUA desenvolveu o USMIL-STD282, um padrão de teste de filtro de ar HEPA, e o método DOP para testes de eficiência. Em 1965, o padrão britânico BS3928 foi estabelecido, e o método de chama de sódio para detecção de eficiência foi usado. Em 1973, a Associação Europeia de Ventilação desenvolveu o padrão Eurovent 4/4, que seguiu o método de detecção de chama de sódio. Posteriormente, a Sociedade Americana de Testes Ambientais e Ciência da Eficiência de Filtros compilou uma série de padrões semelhantes para métodos de teste recomendados, todos usando o método de contagem de paquímetro DOP. Em 1999, a Europa estabeleceu o padrão BSEN1822, que usa o tamanho de partícula mais transparente (MPPS) para detectar a eficiência da filtragem [4]. O padrão de detecção da China adota o método de chama de sódio. O sistema de detecção de desempenho do filtro de ar HEPA usado neste experimento foi desenvolvido com base no padrão US 52.2. O método de detecção usa um método de contagem de paquímetro, e o aerossol usa partículas de PAO.
1. 1 instrumento principal
Este experimento utiliza dois contadores de partículas, que são simples, convenientes, rápidos e intuitivos em comparação com outros equipamentos de teste de concentração de partículas [5]. As vantagens mencionadas acima fazem com que o contador de partículas substitua gradualmente outros métodos e se torne o principal método de teste para concentração de partículas. Eles podem contar tanto o número de partículas quanto a distribuição do tamanho das partículas (ou seja, contagem), que é o equipamento central deste experimento. A vazão de amostragem é de 28,6 LPM e sua bomba de vácuo sem carbono possui as características de baixo ruído e desempenho estável. Se a opção for instalada, a temperatura e a umidade, bem como a velocidade do vento, podem ser medidas e o filtro pode ser testado.
O sistema de detecção utiliza aerossóis com partículas de PAO como poeira a ser filtrada. Utilizamos os geradores de aerossóis (geradores de aerossóis) do modelo TDA-5B, produzidos nos Estados Unidos. A faixa de ocorrência é de 500 a 65.000 cfm (1 cfm = 28,6 LPM) e a concentração é de 100 μg/L, 6.500 cfm; 10 μg/L, 65.000 cfm.
1. 2 sala limpa
Para aumentar a precisão do experimento, o laboratório de nível 10.000 foi projetado e decorado de acordo com a Norma Federal 209C dos EUA. O piso de revestimento é utilizado, o qual se caracteriza pelas vantagens de terrazzo, resistência ao desgaste, boa vedação, flexibilidade e construção complexa. O material é laca epóxi e a parede é feita de revestimento de sala limpa montado. A sala é equipada com 6 lâmpadas de purificação de 220 V, 2 × 40 W e disposta de acordo com os requisitos de iluminação e equipamentos de campo. A sala limpa possui 4 saídas de ar superiores e 4 portas de retorno de ar. A sala de chuveiro de ar é projetada para controle de toque comum único. O tempo de chuveiro de ar é de 0 a 100 s, e a velocidade do vento de qualquer bico de volume de ar circulante ajustável é maior ou igual a 20 ms. Como a área da sala limpa é <50 m2 e a equipe é <5 pessoas, uma saída segura é fornecida para a sala limpa. O filtro HEPA selecionado é GB01×4, o volume de ar é de 1000m3/h e a eficiência de filtragem é maior ou igual a 0,5μm e 99,995%.
1. 3 amostras experimentais
Os modelos do filtro de fibra de vidro são: 610 (C) × 610 (A) × 150 (L) mm, tipo defletor, 75 rugas, tamanho 610 (C) × 610 (A) × 90 (L) mm, com 200 pregas, tamanho do filtro PTFE 480 (C) × 480 (A) × 70 (L) mm, sem tipo defletor, com 100 rugas.
2 Princípios básicos
O princípio básico da bancada de teste é que o ventilador é soprado no ar. Como o HEPA/UEPA também é equipado com um filtro de ar HEPA, pode-se considerar que o ar se tornou ar limpo antes de atingir o HEPA/UEPA testado. O dispositivo emite partículas de PAO na tubulação para formar uma concentração desejada de gás contendo poeira e usa um contador de partículas a laser para determinar a concentração de partículas. O gás contendo poeira então flui através do HEPA/UEPA testado, e a concentração de partículas de poeira no ar filtrado por HEPA/UEPA também é medida usando um contador de partículas a laser, e a concentração de poeira do ar antes e depois do filtro é comparada, determinando assim o HEPA/UEPA. Desempenho do filtro. Além disso, furos de amostragem são dispostos respectivamente antes e depois do filtro, e a resistência de cada velocidade do vento é testada usando um micromanômetro de inclinação aqui.
Comparação de desempenho de resistência de 3 filtros
A característica de resistência do filtro HEPA é uma das suas características importantes. Sob a premissa de atender à demanda de eficiência das pessoas, as características de resistência estão relacionadas ao custo de uso, sendo a resistência mínima, o consumo de energia baixo e a economia de custos. Portanto, o desempenho da resistência do filtro tornou-se uma preocupação. É um dos indicadores importantes.
De acordo com os dados de medição experimental, é obtida a relação entre a velocidade média do vento dos dois filtros estruturais diferentes da fibra de vidro e do filtro de PTFE e a diferença de pressão do filtro.A relação é mostrada na Figura 2:
Pode-se observar a partir dos dados experimentais que, à medida que a velocidade do vento aumenta, a resistência do filtro aumenta linearmente de baixa para alta, e as duas retas dos dois filtros de fibra de vidro coincidem substancialmente. É fácil observar que, quando a velocidade do vento de filtragem é de 1 m/s, a resistência do filtro de fibra de vidro é cerca de quatro vezes maior que a do filtro de PTFE.
Conhecendo a área do filtro, a relação entre a velocidade da face e a diferença de pressão do filtro pode ser derivada:
Pode-se observar a partir dos dados experimentais que, à medida que a velocidade do vento aumenta, a resistência do filtro aumenta linearmente de baixa para alta, e as duas retas dos dois filtros de fibra de vidro coincidem substancialmente. É fácil observar que, quando a velocidade do vento de filtragem é de 1 m/s, a resistência do filtro de fibra de vidro é cerca de quatro vezes maior que a do filtro de PTFE.
Conhecendo a área do filtro, a relação entre a velocidade da face e a diferença de pressão do filtro pode ser derivada:
Devido à diferença entre a velocidade de superfície dos dois tipos de filtros e a diferença de pressão de filtro entre os dois papéis de filtro, a resistência do filtro com a especificação de 610 × 610 × 90 mm na mesma velocidade de superfície é maior do que a resistência do filtro de 610 × 150 mm.
No entanto, é evidente que, na mesma velocidade superficial, a resistência do filtro de fibra de vidro é maior que a do PTFE. Isso demonstra que o PTFE é superior ao filtro de fibra de vidro em termos de desempenho de resistência. Para melhor compreender as características do filtro de fibra de vidro e da resistência do PTFE, foram realizados experimentos adicionais. Estudando diretamente a resistência dos dois papéis de filtro à medida que a velocidade do vento no filtro varia, os resultados experimentais são mostrados abaixo:
Isso confirma ainda mais a conclusão anterior de que a resistência do papel de filtro de fibra de vidro é maior do que a do PTFE sob a mesma velocidade do vento [6].
Comparação de desempenho de 4 filtros
De acordo com as condições experimentais, a eficiência de filtragem do filtro para partículas com tamanho de partícula de 0,3 μm, 0,5 μm e 1,0 μm em diferentes velocidades do vento pode ser medida, e o seguinte gráfico é obtido:
Obviamente, a eficiência de filtragem dos dois filtros de fibra de vidro para partículas de 1,0 μm em diferentes velocidades do vento é de 100%, enquanto a eficiência de filtragem das partículas de 0,3 μm e 0,5 μm diminui com o aumento da velocidade do vento. Observa-se que a eficiência de filtragem do filtro para partículas grandes é maior do que para partículas pequenas, e o desempenho de filtragem do filtro de 610 × 610 × 150 mm é superior ao do filtro com a especificação 610 × 610 × 90 mm.
Utilizando o mesmo método, obtém-se um gráfico que mostra a relação entre a eficiência de filtragem do filtro PTFE 480×480×70 mm em função da velocidade do vento:
Comparando as Figuras 5 e 6, o efeito de filtragem do filtro de partículas de vidro de 0,3 μm e 0,5 μm é melhor, especialmente para o efeito de contraste de poeira de 0,3 μm. O efeito de filtragem das três partículas sobre partículas de 1 μm foi de 100%.
Para comparar de forma mais intuitiva o desempenho de filtragem do filtro de fibra de vidro e do material filtrante de PTFE, os testes de desempenho do filtro foram realizados diretamente nos dois papéis de filtro, e o seguinte gráfico foi obtido:
O gráfico acima foi obtido medindo-se o efeito de filtragem do PTFE e do papel de filtro de fibra de vidro em partículas de 0,3 μm em diferentes velocidades do vento [7-8]. É óbvio que a eficiência de filtragem do papel de filtro de PTFE é menor do que a do papel de filtro de fibra de vidro.
Considerando as propriedades de resistência e de filtragem do material do filtro, é fácil perceber que o material do filtro PTFE é mais adequado para fazer filtros grossos ou sub-HEPA, e o material do filtro de fibra de vidro é mais adequado para fazer filtros HEPA ou ultra-HEPA.
5 Conclusão
As perspectivas para diferentes aplicações de filtros são exploradas comparando as propriedades de resistência e as propriedades de filtragem dos filtros de PTFE com filtros de fibra de vidro. A partir do experimento, podemos concluir que a velocidade do vento é um fator muito importante que afeta o efeito de filtragem do filtro de ar HEPA. Quanto maior a velocidade do vento, menor a eficiência de filtragem, mais óbvio o efeito no filtro de PTFE e, em geral, o filtro de PTFE tem um efeito de filtragem menor do que o filtro de fibra de vidro, mas sua resistência é menor do que a do filtro de fibra de vidro. Portanto, o material do filtro de PTFE é mais adequado para fazer um filtro de eficiência grossa ou sub-alta, e o material do filtro de fibra de vidro é mais adequado para a produção. Filtro eficiente ou ultraeficiente. O filtro HEPA de fibra de vidro com uma especificação de 610 × 610 × 150 mm é menor do que o filtro HEPA de fibra de vidro de 610 × 610 × 90 mm, e o desempenho de filtragem é melhor do que o filtro HEPA de fibra de vidro de 610 × 610 × 90 mm. Atualmente, o preço do material filtrante de PTFE puro é superior ao da fibra de vidro. No entanto, comparado à fibra de vidro, o PTFE apresenta melhor resistência à temperatura, à corrosão e à hidrólise do que a fibra de vidro. Portanto, diversos fatores devem ser considerados na produção do filtro. Combine desempenho técnico e desempenho econômico.
Referências:
[1]Liu Laihong, Wang Shihong. Desenvolvimento e aplicação de filtros de ar [J]•Filtragem e separação, 2000, 10(4): 8-10.
[2] CN Davis Air Filter [M], traduzido por Huang Riguang. Pequim: Atomic Energy Press, 1979.
[3] GB/T6165-1985 método de teste de desempenho de filtro de ar de alta eficiência transmitância e resistência [M]. National Bureau of Standards, 1985.
[4]Xing Songnian. Método de detecção e aplicação prática de filtro de ar de alta eficiência[J]•Equipamento de prevenção de epidemias bioprotetoras, 2005, 26(1): 29-31.
[5]Hochrainer. Desenvolvimentos posteriores do contador de partículas
sizerPCS-2000fibra de vidro [J]•Filtro Journal ofAerosolScience, 2000,31(1): 771-772.
[6]E. Weingartner, P. Haller, H. Burtscher etc. Pressão
DropAcrossFiberFilters[J]•Ciência do aerossol, 1996, 27(1): 639-640.
[7]Michael JM e Clyde Orr. Filtração - Princípios e Práticas[M].
Nova York: MarcelDekkerInc, 1987•
[8] Zhang Guoquan. Mecânica do aerossol – base teórica da remoção e purificação de poeira [M] • Pequim: China Environmental Science Press, 1987.
Horário da postagem: 06/01/2019