On suppose couramment que les filtres peinent sur les très petites particules. La vérité est plus intéressante : la courbe d'efficacité est en U, et l'efficacité la plus basse se produit à une taille intermédiaire.
Trois mécanismes, trois plages de taille
Diffusion. Les très petites particules sont ballottées par le mouvement brownien et ont une forte probabilité de heurter une fibre. Plus elles sont petites, plus l'efficacité est élevée.
Interception et impaction. Les grosses particules ne peuvent pas suivre la ligne de courant, heurtent une fibre par inertie, ou sont simplement trop grandes pour passer. Plus elles sont grosses, plus l'efficacité est élevée.
La taille intermédiaire. Il existe une plage où les deux mécanismes sont faibles — la taille de particule la plus pénétrante (MPPS). La classification des filtres à haute efficacité est définie par l'efficacité exactement à cette taille [1].
La conséquence pratique : juger un filtre sur son efficacité à 0,3 µm peut être conforme à la norme, mais ce qui compte en conception d'installation, c'est la granulométrie de votre propre poussière.
La vitesse aussi agit sur l'efficacité
Quand la vitesse frontale augmente, il reste moins de temps pour la diffusion, et l'efficacité du côté fin baisse. Le même filtre, à débit plus élevé, perd davantage de pression et capte moins. Monter un ventilateur plus gros n'est donc pas toujours la réponse.
Modélisation
Le filtre est représenté dans le champ d'écoulement comme une région poreuse, avec la courbe perte de charge-débit tirée des données du fabricant. Résoudre la structure interne du filtre n'est ni nécessaire ni praticable.
La vraie question du calcul n'est généralement pas le filtre lui-même mais la distribution de l'écoulement qui lui parvient : si l'air n'est pas réparti uniformément sur la face du filtre, les régions à forte vitesse se colmatent plus tôt et captent moins. La durée de vie du filtre est largement fixée par cette distribution.
L'encrassement évolue dans le temps
À mesure que le filtre se colmate, la résistance augmente, le débit baisse et le point de fonctionnement de l'installation se déplace. Voir la note sur le point de fonctionnement du ventilateur. Le calcul doit être mené deux fois, avec la résistance du filtre propre et celle du filtre encrassé ; la conception doit tenir aussi en état encrassé.
Références
- ISO 29463 / EN 1822. High efficiency filters and filter media for removing particles from air — Classification, performance testing and marking.
- Ergun, S. (1952). Fluid flow through packed columns. Chemical Engineering Progress, 48(2), 89–94.