È un'ipotesi diffusa che i filtri facciano fatica con le particelle molto piccole. La verità è più interessante: la curva di efficienza ha forma a U, e l'efficienza minima si presenta a una dimensione intermedia.
Tre meccanismi, tre intervalli dimensionali
Diffusione. Le particelle molto piccole sono sbattute dal moto browniano e hanno un'alta probabilità di urtare una fibra. Più diventano piccole, più l'efficienza è alta.
Intercettazione e impatto inerziale. Le particelle grossolane non riescono a seguire la linea di corrente, urtano una fibra per inerzia oppure sono semplicemente troppo grandi per passare. Più diventano grandi, più l'efficienza è alta.
La dimensione intermedia. Esiste un intervallo in cui entrambi i meccanismi sono deboli — la dimensione di particella più penetrante (MPPS). La classificazione dei filtri ad alta efficienza è definita dall'efficienza esattamente a quella dimensione [1].
La conseguenza pratica: valutare un filtro dalla sua efficienza a 0,3 µm può essere conforme alla norma, ma ciò che conta nella progettazione d'impianto è la distribuzione granulometrica della propria polvere.
Anche la velocità incide sull'efficienza
Al crescere della velocità frontale resta meno tempo per la diffusione, così l'efficienza sul lato fine cala. Lo stesso filtro a portata maggiore perde più pressione e cattura meno. Montare un ventilatore più grande non è quindi sempre la risposta.
Modellazione
Il filtro è rappresentato nel campo di moto come una regione porosa, con la curva perdita di carico-portata presa dai dati del costruttore. Risolvere la struttura interna del filtro non è né necessario né praticabile.
La vera domanda dell'analisi di solito non è il filtro in sé ma la distribuzione del flusso che lo raggiunge: se l'aria non è distribuita in modo uniforme sulla faccia del filtro, le regioni ad alta velocità si intasano prima e catturano meno. La vita del filtro è fissata in larga parte da quella distribuzione.
Lo sporcamento cambia nel tempo
Man mano che si intasa, la resistenza cresce, la portata cala e il punto di funzionamento dell'impianto si sposta. Vedi la nota sul punto di funzionamento del ventilatore. L'analisi va svolta due volte, con la resistenza del filtro pulito e di quello sporco; il progetto deve funzionare anche in condizione sporca.
Riferimenti
- 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.