Los materiales para filtrar aire son medios porosos capaces de retener partículas, aerosoles, microorganismos, vapores y determinados gases presentes en una corriente de aire. La elección depende del contaminante, su tamaño y concentración, el caudal, la pérdida de carga admisible, la calidad de aire requerida y las condiciones de operación.
Los materiales filtrantes pueden ser fibrosos, porosos o una combinación de ambas estructuras. Se utilizan en sistemas de ventilación y climatización, aire comprimido, procesos industriales, extracción de polvo, salas limpias, hospitales, industria alimentaria, farmacéutica y electrónica.
Qué es un material filtrante
La filtración se refiere al proceso de purificación de eliminar partículas de polvo dispersas de un fluido con un medio poroso. Durante la filtración, debido a la colisión inercial, la interceptación, la difusión, el tamizado, así como la fuerza electrostática, la gravedad y otros efectos, las partículas de polvo suspendidas en el fluido se depositan en la superficie del medio poroso o se contienen dentro de él.
Como material poroso, su estructura puede ser fibrosa, porosa o una combinación de estas estructuras, denominadas colectivamente materiales de filtro. Los materiales filtrantes se usan ampliamente en casi todas las situaciones donde el polvo es generado por actividades humanas, incluida la producción industrial, el transporte, las actividades comerciales y la vida cotidiana.
Fuentes y tipos de contaminantes del aire
El factor clave en la planificación de un sistema eficiente de aire comprimido es conocer todas las fuentes y tipos de contaminantes del aire y sus niveles máximos tolerados. El sistema de aire comprimido obtiene contaminantes de diferentes fuentes:
- Desde el aire atmosférico, que contiene vapor de agua, polvo, vapores de aceite y microorganismos.
- Desde el compresor de aire: que genera contaminantes de aceite en fase líquida, de aerosol y vapor.
- Los tanques de aire (recipientes a presión) y los sistemas de distribución generan corrosión e impurezas.
Los filtros de aire industriales en sistemas de ventilación tienen como misión principal limpiar el aire del ambiente disminuyendo la cantidad de partículas que se encuentran en suspensión. La acumulación de gases, los contaminantes químicos procedentes de combustiones como el monóxido de carbono, el polvo, el humo o los disolventes pueden afectar seriamente a la salud de los trabajadores.
Categorías principales de materiales de filtro
De acuerdo con los diferentes usos de los materiales de filtro, los clasificamos en tres categorías, centrándonos en los materiales del filtro de admisión y los materiales del filtro de escape.
- Materiales de filtro de admisión: utilizados para filtrar partículas de polvo en el aire. Se dividen en materiales de filtro para crear aire limpio y aquellos para proteger la maquinaria.
- Materiales de filtro de escape: utilizados para filtrar los gases cargados de polvo emitidos por empresas industriales y mineras, protegiendo la atmósfera de la contaminación.
- Materiales de filtro líquido: utilizados para filtrar impurezas de líquidos como agua y aceite.
Filtración de admisión y filtración de escape
Tanto la filtración de admisión como la filtración de escape entran en la categoría de tecnología de purificación de filtración. Comparten muchos principios de trabajo similares, con sus diferencias que se describen a continuación.
| Característica | Filtración de admisión | Filtración de escape |
|---|---|---|
| Propósito | Se utiliza principalmente en sistemas de admisión limpios, de ventilación y de aire acondicionado. | Se aplica principalmente en el proceso de eliminación de polvo. |
| Materiales | Incluyen malla metálica, telas no tejidas o papel de filtro especial, que no requieren limpieza y regeneración de polvo. | Requieren limpieza y regeneración de polvo durante el proceso de eliminación de polvo. |
| Vida útil | La vida útil de material de filtro es de 3-5 años. | |
| Concentración de entrada | Generalmente inferior a 5 mg/m3. | Puede exceder los 100g/m3. |
| Velocidad de filtración | Generalmente 0.1-2.5 m/s. | Típicamente 0.6-1.6 m/min. |
| Concentración de descarga | Después de la purificación, la concentración de salida a veces se mide por el número de partículas. | Generalmente entre 10-30 mg/m3, con algunos sistemas alcanzando por debajo de 10 mg/m3. |
Tipos de materiales para filtrar aire
Material de filtro tejido
La tela se fabrica entrelazando fibras hiladas en un cierto patrón, que consiste principalmente en tejido liso, tejido de sarga y tejido satinado.
Los materiales tejidos se emplean cuando se necesita una estructura resistente y estable. Su comportamiento depende del tipo de fibra, del patrón de tejido, del tamaño de los espacios entre hilos y del acabado superficial.
Material de filtro no tejido
El material de filtro no tejido es un tipo de material de filtro que forma una banda de fibra directamente sin los procesos generales de hilado y tejido. Para las fibras naturales, el calor, la humedad, la presión y el movimiento se pueden utilizar para unirlas en el fieltro.
Los materiales no tejidos permiten formar redes de fibras con diferentes densidades y espesores. Se utilizan en mantas filtrantes, filtros de panel, filtros de bolsa, prefiltros y diversos elementos plisados.
Material de filtro moldeado termoplástico
El material del filtro está hecho de polímeros de prensado en caliente en elementos de filtro de un solo poro, y luego los recubre con materiales especiales. Su material representativo del filtro es la placa sinterizada acanalada, ofreciendo alta eficacia del retiro de polvo, resistencia estable, y vida útil larga.
Material de filtro de cerámica porosa
El material de filtro cerámico poroso es un material de filtro fabricado por sinterización de materiales refractarios con aglutinantes a altas temperaturas. Su estructura interna contiene numerosos poros finos con tamaños de poro controlables que están interconectados.
Este tipo de material resulta adecuado para condiciones en las que se necesita estabilidad estructural y resistencia a temperaturas elevadas. La distribución de los poros determina la capacidad de retención y la resistencia al paso del aire.
Material de filtro de papel
Los materiales de filtro delgado fabricados con el método de fabricación de papel húmedo son convenientes para doblar en cartuchos de filtro plisados y filtros de alta eficiencia. Tienen las características de aumentar el área de filtración y reducir la huella y el espacio de los colectores de polvo.
El papel filtrante puede combinarse con pliegues para aumentar la superficie disponible sin ampliar proporcionalmente el volumen del filtro. Se emplea en cartuchos, filtros de aire y elementos de alta eficiencia.
Material de filtro compuesto
Los materiales de filtro hechos por dos o más métodos o compuestos de dos o más materiales se denominan materiales de filtro compuestos. El procesamiento de materiales de filtro compuestos implica principalmente métodos como la unión adhesiva y la unión por prensado en caliente.
Los materiales de filtro hechos de una mezcla de varios materiales se están desarrollando continuamente. La mezcla de diferentes fibras complementa las fortalezas y debilidades de cada uno, mejorando el rendimiento integral de los materiales de filtro.
Mecanismos de filtración
El mecanismo de filtración de los materiales filtrantes se puede resumir en cinco tipos básicos: filtración gruesa de superficie, filtración gruesa de profundidad, filtración en profundidad, filtración de torta de filtro y filtración de purificación de gases tóxicos y dañinos.
Filtración superficial
La filtración gruesa superficial ocurre cuando las partículas son más grandes que los poros del filtro y no pueden pasar. Las partículas quedan retenidas principalmente sobre la superficie del material.
Este mecanismo facilita la separación de partículas relativamente grandes y puede generar una capa superficial de polvo que modifica progresivamente la resistencia al paso del aire.
Filtración en profundidad
La filtración gruesa de profundidad se refiere a las partículas que ingresan a la parte más profunda del medio filtrante, donde quedan atrapadas porque el tamaño del canal de flujo profundo es más pequeño que el tamaño de partícula.
La filtración de la profundidad incluye el mecanismo de eliminación de partículas de fluidos, incluso si las partículas pueden ser más pequeñas que el diámetro de algunos puntos en la estructura del filtro. La mayoría de las teorías relacionadas con los materiales de filtro no tejidos se basan en el efecto de filtración en profundidad.
Filtración por torta de polvo
La filtración de la torta de filtro de la capa de polvo se refiere al proceso donde las partículas se capturan y se acumulan en una capa de torta de filtro en o cerca de la superficie del material de filtro, participando en la filtración.
La capa acumulada puede aumentar la retención de partículas, pero también incrementa la pérdida de carga. Por esta razón, los filtros destinados a concentraciones elevadas de polvo necesitan sistemas de limpieza o regeneración.
Intercepción, difusión y fuerza electrostática
Durante la filtración, las partículas pueden quedar retenidas por colisión inercial, interceptación, difusión, tamizado, fuerza electrostática y gravedad. La importancia de cada mecanismo depende del tamaño y la masa de la partícula, la velocidad del aire y la estructura del material filtrante.
Los filtros HEPA están compuestos por una densa red de fibras de vidrio o polipropileno dispuestas en un patrón aleatorio. Cuando el aire pasa a través del filtro, las partículas quedan atrapadas por diferentes mecanismos, como la intercepción, la difusión y la atracción electrostática.
Purificación de gases tóxicos y nocivos
Los gases tóxicos y nocivos son partículas moleculares gaseosas que, como el aire, pueden penetrar en el material del filtro. Sin embargo, después de un tratamiento especial de la capa de fibra de material de filtro convencional, también pueden separarse, capturarse y purificarse.
Por ejemplo, utilizando nano TiO2 Materiales fotocatalíticos. Los materiales de adsorción, como el carbón activado, se destinan especialmente a vapores, olores e hidrocarburos.
Materiales según el tipo de contaminante
La utilización de filtros o separadores de polvo depende siempre del tamaño de las partículas contenidas en el aire además del nivel de concentración de dichas partículas, teniendo en cuenta que, el límite superior de concentración de polvo en el aire para poder emplear filtros es de 35 mg/m³.
| Contaminante principal | Material o tecnología indicada |
|---|---|
| Virus y partículas de tamaño molecular | Filtros de carbón activo; son filtros desodorizantes para el tratamiento de contaminantes de fuerte concentración o tóxicos. |
| Hollín y humo de tabaco | Filtros electrostáticos; atraen y retienen los contaminantes como imanes. |
| Polen y polvo | Filtros húmedos o secos. |
| Vapores de aceite, hidrocarburos y olores | Filtros de carbón activado. |
| Partículas gruesas y líquidos en aire comprimido | Prefiltros para uso general. |
| Aerosoles de aceite y agua en aire comprimido | Filtros coalescentes. |
| Microorganismos | Filtros estériles. |
Filtros secos y filtros húmedos
En el caso de los filtros húmedos se denominan también viscosos por su entramado filtrante de material metálico o fibra impregnado de una materia viscosa como aceite o grasa.
Los filtros secos, sin embargo, están formados por un lecho de fibras finas a través del cual se hace pasar el aire. En el caso de los filtros secos, su rendimiento aumenta a medida que la porosidad del material es menor.
Permiten una velocidad de paso del aire más reducida que los filtros húmedos pero su duración es menor. A la hora de emplear filtros, será importante tener en cuenta que la concentración de partículas en el aire no sea demasiado elevada ya que el filtro podría quedar colapsado e incidir directamente en el coste del mantenimiento de la instalación.
Formatos habituales de los filtros
Filtros de manta
Los filtros de manta están diseñados para capturar partículas de gran tamaño como polvo, pelos y fibras. Suelen utilizarse como prefiltros para proteger y prolongar la vida útil de los filtros más finos ubicados posteriormente en el sistema de filtración.
Están compuestos por fibras sintéticas de poliéster o polipropileno dispuestas en capas de diferentes densidades, siendo más denso en el lado del aire limpio para optimizar la acumulación de polvo. Los filtros de manta son muy versátiles y se utilizan en múltiples aplicaciones como entradas de aire a conductos, acondicionadores, refrigeradores, armarios eléctricos, compresores, cabinas de pintura, etc.
Filtros de bolsa flexibles
Los filtros de bolsa flexibles están diseñados para ofrecer una gran superficie de filtración en un espacio reducido. Están compuestos por un marco de acero galvanizado que soporta múltiples bolsas de material filtrante flexible, normalmente fibras sintéticas como poliéster o polipropileno.
Las bolsas flexibles se adaptan al flujo de aire, expandiéndose y contrayéndose, lo que permite manejar fluctuaciones de caudal sin comprometer la eficacia de filtración. Son adecuados para una amplia gama de aplicaciones, desde ventilación general hasta procesos industriales específicos.
Estos filtros destacan por su alta capacidad de acumulación de polvo, baja pérdida de carga inicial y eficiencias de filtración de hasta el 90% para partículas finas. Además, su diseño flexible facilita el mantenimiento y reemplazo de las bolsas individuales sin necesidad de cambiar todo el conjunto.
Filtros de bolsa rígidos o en V
Los filtros de bolsa rígidos, también conocidos como filtros en V debido a su forma característica, proporcionan una solución robusta y eficiente para aplicaciones exigentes. Consisten en un bastidor metálico que alberga múltiples bolsas rígidas dispuestas en forma de V, fabricadas con medios filtrantes de alta calidad como microfibra de vidrio o nanofibras sintéticas.
La configuración en V aumenta la superficie de filtración efectiva y la capacidad de retención de polvo, al tiempo que mantiene una baja resistencia al flujo de aire. Esto se traduce en una vida útil prolongada y un menor consumo energético del sistema de ventilación.
Estos filtros son capaces de alcanzar eficiencias de filtración superiores al 95% para partículas submicrónicas, siendo ideales para aplicaciones que requieren un alto grado de pureza del aire, como salas blancas, industria farmacéutica, electrónica, alimentaria, etc.
Filtros de manga
Los filtros de manga son ampliamente utilizados en procesos industriales para la depuración de grandes volúmenes de aire o gases con altas concentraciones de partículas. Están formados por una carcasa metálica que contiene numerosas mangas largas y estrechas de tejido filtrante, soportadas por una estructura interna.
El aire cargado de partículas entra en la cámara del filtro y pasa a través de las mangas de dentro hacia fuera, quedando las partículas retenidas en la superficie interior de las mismas. Periódicamente, se realiza una limpieza de las mangas mediante pulsos de aire comprimido en contracorriente o por agitación mecánica, desprendiendo la capa de polvo acumulada.
Los filtros de manga son muy versátiles y pueden adaptarse a diferentes condiciones de proceso variando el tipo de tejido filtrante, como poliéster, polipropileno, PTFE, aramidas, etc. Ofrecen una alta eficiencia de filtración, típicamente superior al 99%, junto con una baja caída de presión y una larga vida útil.
Los recolectores de sacudidora son la versión más antigua de mangas y dependen del movimiento mecánico y la limpieza fuera de línea para eliminar el polvo acumulado de las bolsas. El polvo se recoge en el interior de las bolsas y se elimina cuando se apaga el ventilador o se cierra el regulador del compartimiento y las bolsas se sacuden ya sea de lado a lado o de arriba abajo.
Las mangas sacudidoras solo se pueden limpiar fuera de línea. Las mangas sacudidoras utilizan bolsas de filtro de tejidos y algunos materiales de tejido liviano.
Filtros de cartucho
Los filtros de cartucho son compactos y fáciles de reemplazar, siendo adecuados para la eliminación de partículas, olores y gases. Consisten en un cartucho cilíndrico de material filtrante plisado, habitualmente de papel o fibra de vidrio, encapsulado en un contenedor de plástico o metal.
El plegado del medio filtrante maximiza la superficie de filtración en un volumen reducido. Pueden incorporar diferentes medios, como carbón activo para la adsorción de olores y gases o medios especiales para aplicaciones concretas.
Son muy comunes en filtración de aire comprimido, cabinas de pintura, extracción de humos, filtración de gases y olores, etc.
Filtros de panel
Los filtros de panel proporcionan una alta eficiencia de filtración en un diseño plano y compacto, siendo habituales en sistemas de climatización y ventilación. Están constituidos por un marco de cartón, plástico o metal que aloja el medio filtrante plegado, generalmente de fibra de vidrio o sintética.
El medio se dispone en forma de paneles o celdas profundas para aumentar la superficie filtrante. Ofrecen una baja pérdida de carga, facilidad de montaje y una eficacia de filtración de hasta el 95% para partículas finas.
Se utilizan como filtros finales en sistemas de ventilación, aire acondicionado, salas blancas, quirófanos, industria alimentaria, etc.
Clasificación según ISO 16890
Los niveles de filtración normal se rigen por la norma ISO 16890. Esta clasificación organiza los filtros según su capacidad para retener fracciones de partículas PM10, PM2.5 y PM1.
Prefiltros ISO Coarse
Los prefiltros son el primer nivel de defensa en un sistema de filtración de aire. Su función principal es capturar las partículas más grandes, como polvo, pelusas, fibras y otros contaminantes visibles.
Estos filtros están fabricados con materiales como fibra de vidrio, cartón, espuma o tela no tejida, y suelen tener una eficiencia de filtración relativamente baja (alrededor del 20-30% para partículas de 1-3 micrones).
Se suministran en formatos de rollos, en cuyo caso se llaman mantas filtrantes o filtrina, o bien con marcos plásticos y metálicos. La importancia de los prefiltros radica en su capacidad para prolongar la vida útil de los filtros posteriores más finos y costosos.
Al retener las partículas más grandes, los prefiltros evitan que estos contaminantes obstruyan rápidamente los filtros ubicados en etapas posteriores, permitiendo que el sistema funcione de manera más eficiente y reduciendo la necesidad de reemplazos frecuentes.
Según la norma ISO 16890, los prefiltros ISO Coarse se clasifican en función de su eficiencia gravimétrica, desde ISO Coarse 50% hasta ISO Coarse 90%.
Filtros ISO ePM10
Los filtros ISO ePM10 capturan partículas finas como polen, esporas y polvo de tamaño entre 0.3 µm a 10 µm. Contribuyen a mejorar la calidad del aire interior en edificios, oficinas y espacios públicos.
Según la norma ISO 16890, los filtros ePM10 se clasifican en función del porcentaje de partículas PM10 que son capaces de retener, desde ISO ePM10 50% hasta ISO ePM10 95%.
Filtros ISO ePM2.5
Los filtros ISO ePM2.5 eliminan partículas muy finas como humo, polvo fino y partículas de combustión comprendidas entre 0.3 µm a 2.5 µm. Son adecuados para entornos con alta contaminación y para proteger equipos sensibles.
Según la norma ISO 16890, los filtros ePM2.5 se clasifican en función del porcentaje de partículas PM2.5 que pueden retener, desde ISO ePM2.5 50% hasta ISO ePM2.5 95%.
Filtros ISO ePM1
Esta categoría incluye filtros con una eficiencia de al menos el 50% para partículas entre 0,3 μm y 1 μm. Estos son los filtros más eficientes según la ISO 16890 y son capaces de retener las partículas más pequeñas, incluyendo algunas partículas submicrónicas.
Filtración de alta y ultra alta eficiencia
Los niveles de filtración alta y ultra alta se rigen por la norma UNE EN 1822. La norma UNE EN 1822 establece la clasificación y los métodos de ensayo para los filtros de alta eficiencia EPA, HEPA y ULPA.
Filtros EPA
Los filtros EPA (Efficient Particulate Air) son filtros de aire de partículas de alta eficiencia que se enmarcan dentro del grupo E según la norma UNE EN 1822.
| Clase | Eficiencia | Penetración |
|---|---|---|
| EPA E10 | Eficiencia ≥ 85% | Penetración ≤ 15% para el valor integral. |
| EPA E11 | Eficiencia ≥ 95% | Penetración ≤ 5% para el valor integral. |
| EPA E12 | Eficiencia ≥ 99.5% | Penetración ≤ 0.5% para el valor integral. |
Los filtros EPA se utilizan como etapa final de filtración en aplicaciones que requieren un alto grado de pureza del aire, pero con exigencias menores que las de los filtros HEPA y ULPA.
Algunos ejemplos de uso son prefiltros de filtros HEPA en cabinas de flujo laminar y salas blancas, filtros finales en la industria alimentaria, farmacéutica y laboratorios, filtración de aire en quirófanos y áreas críticas de hospitales, y filtración en procesos de manufactura de precisión, laboratorios ópticos y de componentes electrónicos.
La norma UNE EN 1822 no solo establece la clasificación de los filtros EPA, sino que también define las metodologías de ensayo para evaluar su eficiencia y fugas, basándose en el uso de aerosoles de prueba como el DEHS y el conteo de partículas en el rango de tamaño más penetrante (MPPS).
Filtros HEPA
Los filtros HEPA (High Efficiency Particulate Air) son el componente central de muchos sistemas de filtración de aire. Los filtros HEPA están compuestos por una densa red de fibras de vidrio o polipropileno dispuestas en un patrón aleatorio.
Estos filtros están diseñados para capturar las partículas de 0.3 micrones o mayores, lo que los convierte en una solución altamente efectiva para eliminar alérgenos, bacterias, virus y otros contaminantes microscópicos del aire.
La eficacia de los filtros HEPA los convierte en una solución ideal para entornos que requieren un alto nivel de pureza del aire, como hospitales, laboratorios, salas blancas, industria farmacéutica y alimentaria.
| Clase | Eficacia global | Eficacia local |
|---|---|---|
| H13 | Eficacia de filtración global ≥ 99.95% para el MPPS. | Eficacia local ≥ 99.75%. |
| H14 | Eficacia de filtración global ≥ 99.995% para el MPPS. | Eficacia local ≥ 99.975%. |
El MPPS es el tamaño de partícula en el que el filtro tiene su menor eficiencia de filtración y suele estar entre 0.15 y 0.25 μm. La norma UNE EN 1822 introdujo el concepto de MPPS para evaluar el rendimiento de los filtros HEPA.
Los filtros HEPA deben someterse a la medida de la pérdida de carga con el caudal de aire nominal, la determinación de la eficacia global de filtración con el MPPS, la medida de las eficacias locales de filtración con el MPPS y la comprobación de la ausencia de fugas para las clases H13 y superiores.
Las pruebas se realizan con los filtros nuevos y a su caudal nominal. Para los filtros H13 y H14 se puede utilizar el método de prueba con aerosol de aceite.
Filtros ULPA
Los filtros ULPA (Ultra Low Penetration Air) son los filtros de mayor eficiencia de filtración según la norma UNE EN 1822. Diseñados para aplicaciones que requieren una pureza del aire extremadamente alta, estos filtros son capaces de retener incluso las partículas más pequeñas, garantizando un ambiente libre de contaminantes.
| Clase | Eficiencia mínima | Penetración máxima |
|---|---|---|
| U15 | Eficiencia de filtración ≥ 99.9995% | Penetración ≤ 0.0005% para el MPPS. |
| U16 | Eficiencia de filtración ≥ 99.99995% | Penetración ≤ 0.00005% para el MPPS. |
| U17 | Eficiencia de filtración ≥ 99.999995% | Penetración ≤ 0.000005% para el MPPS. |
Los filtros ULPA se utilizan en aplicaciones que requieren una pureza del aire extremadamente alta, como en la fabricación de semiconductores, industria farmacéutica, biotecnología, nanotecnología, etc.
Materiales para filtrar aire comprimido
Los filtros de aire comprimido se utilizan para eliminar los contaminantes presentes en el aire bajo presión. La calidad requerida del aire comprimido depende siempre de la aplicación.
De acuerdo con la norma ISO 8573-1, hay seis clases de calidad, y con cada nivel, el costo de producción de aire difiere. Para ser rentable, el sistema de aire comprimido debe cumplir, pero no exceder, el nivel requerido por su aplicación.
Para eliminar eficientemente las impurezas, es esencial contar con buenos filtros de aire comprimido, que consisten en una carcasa y un elemento filtrante. El elemento filtrante es el designado para eliminar la mayoría de los contaminantes sólidos y líquidos presentes en aire comprimido.
Los elementos filtrantes utilizan dos tipos de filtración: filtración superficial y filtración de tipo profunda.
Prefiltros para uso general
Los elementos de prefiltro están diseñados para la eliminación eficiente de partículas sólidas gruesas y líquidos presentes en el aire comprimido. Este tipo de filtro se usa generalmente como un prefiltro para el filtro coalescente posterior.
Son requeridos por compresores no lubricados y lubricados. Su función consiste en retener las partículas de mayor tamaño y parte del condensado antes de las etapas de filtración más fina.
Filtros coalescentes para eliminación de aceite
Los elementos de filtro coalescentes se utilizan para una eliminación altamente eficiente de partículas sólidas, aerosoles de aceite y agua del aire comprimido.
Los filtros de aire comprimido para extracción del aceite generalmente están hechos de un material especial basado en fibras de vidrio. Estos materiales permiten la separación en forma de gotas de aceite, que son forzadas hacia el exterior del filtro por el flujo de aire.
Cuando las gotas alcanzan el exterior del material del filtro, se detienen en un material de espuma porosa, que cubre el elemento del filtro, y luego descienden hasta la parte inferior de la carcasa del filtro.
El aceite se descarga por el purgador automático de condensado en la parte inferior.
Filtros de carbón activado
Se requieren filtros de carbón activado en aplicaciones donde se requiere aire para respirar; o mezcla de aire con alimentos, o con productos farmacéuticos u otras aplicaciones similares.
Los elementos de filtro de carbón activado están diseñados para la eliminación altamente eficiente de aceite, hidrocarburos, vapores y olores del aire comprimido.
El carbón activado es un excelente adsorbente para vapores de aceite y un medio adecuado para la purificación del aire comprimido. El carbón activo tiene forma granulada fina para generar una superficie sobre la cual pueda ocurrir la adsorción.
Es esencial de que un elemento filtrante coalescente se instale como un prefiltro antes de la instalación del elemento de carbón activado.
Filtros con catalizador
Se utilizan catalizadores o elementos filtrantes de dos etapas para una reducción altamente eficiente del monóxido de carbono, así como de algunas otras sustancias del aire respirable comprimido.
En la primera etapa, el catalizador de hopcalita reduce el nivel de estas sustancias del aire y en la segunda etapa, los medios filtrantes de fibra de profundidad interceptan todas las partículas de polvo remanente de hopcalita.
Es esencial que un elemento filtrante coalescente se instale anterior al catalizador y de que la humedad relativa sea suficientemente baja.
Filtros con tamiz molecular
Un tamiz molecular es un material con poros (agujeros muy pequeños) de tamaño uniforme. Estos poros coinciden con las dimensiones de las moléculas pequeñas, evitando así la adsorción de moléculas grandes y solo permitiendo el paso de moléculas más pequeñas.
Los elementos de filtro de tamiz molecular se utilizan para separar el vapor de agua de pequeños flujos de aire comprimido y, por lo tanto, para el secado al aire.
En la primera etapa, el desecante adsorbe el vapor de agua del aire y en la segunda etapa los medios filtrantes de fibra de profundidad interceptan todas las partículas de polvo arrastrado.
El filtro de tamiz molecular es adecuado para aplicaciones de punto de uso/usuario final. Es importante que el aire a la entrada esté libre de agua líquida y aerosoles de aceite.
Filtros estériles
Los filtros de aire comprimido estériles eliminan los microorganismos del aire comprimido y se utilizan en procesos y sistemas que requieren la más alta calidad de aire.
Los filtros estériles de aire comprimido están hechos de materiales que permiten la esterilización con vapor a alta temperatura. Se emplean especialmente cuando el aire comprimido entra en contacto con productos, superficies o procesos que requieren un elevado control microbiológico.
Calidad del aire y selección del material
El filtro PUREBERG® adecuado depende de la calidad de aire requerida y del nivel de contaminación. El filtro General elimina partículas gruesas y condensado.
El filtro Fine elimina partículas más finas y aerosoles de aceite hasta ≤ 0,1 mg/m³. El filtro Super Fine proporciona una eliminación de aceite de alta eficiencia hasta ≤ 0,01 mg/m³ para aplicaciones críticas.
Para aplicaciones alimentarias, farmacéuticas o de alta pureza, se requiere un filtro de carbón activado para eliminar vapores y olores de aceite. La combinación necesaria depende de la clase de calidad de aire según ISO 8573-1.
Las aplicaciones industriales estándar normalmente utilizan filtros General y Fine. Las aplicaciones de mayor pureza requieren una etapa adicional Super Fine, mientras que la Clase 1 exige un sistema completo que incluya filtro de carbón activado para garantizar la máxima pureza del aire y protección del sistema.
Depuración del aire y separación de polvo
En procesos industriales el aire que respiramos puede incrementar notablemente las partículas en suspensión especialmente en áreas en las que se realizan procesos de triturado, pulido, taladrado, etc.
Disminuir el contenido de polvo y partículas en suspensión presentes en el aire es la acción que denominaremos depuración del aire. Los principales parámetros que definen este proceso son el tamaño de las partículas en suspensión y la concentración de polvo en el aire.
A partir de estos datos, para la depuración del aire se podrá utilizar una serie de dispositivos divididos en dos grandes grupos:
- Filtros de aire.
- Separadores de polvo.
Separadores por gravedad
Cuando las partículas tienen un diámetro de grano superior a 1 µm pueden emplearse medios mecánicos para su separación. En este caso el proceso se denomina “separación de polvo”.
Los separadores por gravedad se utilizan cuando las partículas son de gran tamaño. Los más típicos son las cámaras de sedimentación.
Separadores por fuerza de inercia
Los separadores por fuerza de inercia son un tipo de colector que utiliza el principio que la masa efectiva de las partículas puede incrementarse mediante la aplicación de la fuerza centrífuga. El tipo más característico es el ciclón.
Separadores húmedos
Los separadores húmedos, llamados en inglés «scrubbers», utilizan el agua para evitar que las partículas vuelvan a la corriente de aire.
En este tipo de separadores, el rendimiento, así como la capacidad de purificación depende de manera muy importante de la energía empleada para vehicular el gas.
Para elegir el más adecuado habrá que tener en cuenta el tamaño de las partículas a separar y la pérdida de carga permitida del rendimiento deseado.
Pérdida de carga y mantenimiento
Independientemente de todo lo anterior, habrá que tener en cuenta que un filtro opone una resistencia al paso del aire originado una pérdida de carga, expresada en Pascales o mm c.d.a., que deberá vencer la presión del ventilador que impulse aire a través del mismo.
Esta pérdida de carga es inicial, con el filtro limpio, o bien final recomendada, que es cuando el filtro debe limpiarse o reponerse por otro nuevo.
Para mantener el caudal de aire uniforme debe preverse el aumento de pérdida de carga a medida que se colmata el filtro, a través de una regulación de la velocidad del ventilador o bien por compuertas graduables.
Un sistema u otro de filtraje supone una mayor o menor pérdida de carga y por ende un mayor o menor coste de mantenimiento. Los filtros de alta eficiencia lógicamente son los que mayor pérdida de carga provocan, por lo que debe escogerse en el proyecto la eficiencia justa y no más.
La frecuencia de cambio de los filtros de aire comprimido depende de la aplicación específica y las condiciones de operación. Sin embargo, se recomienda inspeccionar los filtros regularmente y reemplazarlos según las indicaciones del fabricante para garantizar un rendimiento y eficiencia óptimos.
Aplicaciones de los materiales filtrantes
Determinados sistemas de ventilación requieren una elevada calidad y esterilidad del aire y dicha necesidad determinará el filtro idóneo para el montaje, desde la G2 hasta la U17.
Una correcta climatización es esencial para que ningún agente externo contamine estos entornos de trabajo o procesos, y su revisión preventiva es fundamental para evitar que la pérdida de carga en los filtros instalados incida directamente en los costes operativos.
Las normativas empleadas en esta área de filtración son la EN 779:2012, que determina el grado de eficiencia mínima que deben tener los filtros, y la norma EN 1822 para filtros HEPA y ULPA, cubriendo ambas el abanico desde la prefiltración básica hasta filtraciones absolutas para entornos muy estériles.
Algunas de las principales industrias en las que se encuentran presentes los filtros de climatización son los quirófanos y unidades de cuidados intensivos de hospitales, salas blancas, procesos industriales en el sector de la electrónica y microelectrónica, cosmética o alimentación, manipulación de sustancias peligrosas o en la propia industria nuclear y sus instalaciones de investigación, zonas de flujo laminar para procesos farmacéuticos, cabinas de pintura, sistemas de aire acondicionado y edificios inteligentes, etc.
Los filtros de aire comprimido son adecuados para la industria manufacturera, la industria alimentaria, la industria farmacéutica, el sector sanitario y la industria automotriz.
Tendencias de desarrollo de los materiales filtrantes
Con la continua expansión de los campos de aplicación de los materiales de filtro, la tendencia de reemplazar otros métodos de eliminación de polvo con métodos de eliminación de polvo de filtración está estrechamente relacionada con la aplicación generalizada de materiales de filtro de eliminación de polvo, además de la creciente protección ambiental y los requisitos de salud humana.
La variedad, las especificaciones y las funciones de los materiales de fibra sintética utilizados en los materiales de los filtros de escape se están expandiendo continuamente, y la tecnología de procesamiento se está volviendo más avanzada y razonable, lo que indica una tendencia a reemplazar gradualmente los materiales de fibra de vidrio.
El rendimiento integral de los materiales de filtro de fieltro perforados con aguja es superior al de los materiales de filtro textil, lo que indica una tendencia a reemplazar gradualmente los materiales de filtro textil.
Los materiales de filtro de estructura de gradiente y los materiales de filtro recubiertos de membrana están emergiendo en una corriente sin fin. El rendimiento de filtración de los materiales filtrantes ha evolucionado desde la filtración en profundidad hasta la filtración superficial, proporcionando soporte técnico para la purificación eficiente y el control de polvo respirable como PM10 Incluso el PM2,5.
El desarrollo y la madurez tecnológica de materiales de filtro funcionales con propiedades tales como resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión, antiestático, repelencia al aceite y al agua, resistencia a la hidrólisis y resistencia a la oxidación han ampliado sus campos de aplicación.
Con la aparición de nuevos materiales como recubrimientos catalíticos, nanomateriales y fotocatalizadores, así como el desarrollo de nuevas tecnologías como fotocatalizadores, los materiales de filtro ahora tienen funciones duales de eliminación de polvo y purificación de gases de escape, extendiendo su rango de aplicación al campo de la purificación de gases de escape tóxicos y nocivos.
La gama de aplicaciones de los materiales de filtro está comenzando a expandirse en todos los aspectos de la producción y la vida de las personas, convirtiéndose en esencial para el desarrollo de la producción y la mejora de la calidad de vida.
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