Por que a eficiência do filtro diminui com a espessura?

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Entendo que os parâmetros mais importantes para um filtro são basicamente queda de pressão e espessura, os quais afetam a eficiência. No entanto, por que a espessura causa uma alteração na eficiência?

Estou particularmente interessado no uso de nanofibras como filtros e por que o diâmetro reduzido aumenta a eficiência.

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— Usuário2341
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Quando você diz que a espessura é um parâmetro, está falando sobre a espessura da fibra ou a espessura total do filtro? Estou confuso porque você fala sobre o diâmetro da fibra no final da sua pergunta. Você está falando sobre o tamanho da abertura?

— hazzey

Espessura do total do filtro, embora Im também interessados em diâmetro da fibra

— User2341

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Um filtro mais grosso diminuirá a vazão . Certamente aumentará a eficiência , ou seja, a pureza da substância filtrada.

— SF.

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Mais coisas no caminho do fluxo causam mais pressão de retorno.

Pense em um filtro mais grosso como sendo dois filtros em série. Por exemplo, se um filtro desenvolve 0,1 PSI através dele quando o fluxo de ar de 100 CFM passa por ele, dois filtros no mesmo fluxo de ar de 100 CFM devem cair juntos 0,2 PSI através deles.

Dependendo de quais são exatamente os seus critérios de eficiência, mais filtros em série podem diminuir a eficiência. Se o primeiro filtro bloquear todas as partículas que lhe interessam, filtros extras causam apenas mais contrapressão sem uma filtragem melhor. Por exemplo, considere duas telas de janela na mesma janela. O externo já bloqueia todos os mosquitos, de modo que o interno não melhora o desempenho geral da tela. No entanto, torna mais difícil ver através da tela geral. Se você considerar a eficiência como mosquitos bloqueados por luz bloqueada, duas telas serão claramente menos eficientes que uma tela.

— Olin Lathrop
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Parece que a eficiência do filtro se deve ao espaçamento entre os fios na tela, usando sua metaphore. Se isso for verdade, por que as propriedades dos fios na tela são realmente importantes?

— User2341

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Os filtros podem ser avaliados por alguns parâmetros diferentes. "eficiência" é um termo amplo que não permite uma melhor compreensão nesta aplicação. Aqui estão algumas métricas melhores a serem consideradas:

Caudal máximo (o mesmo que queda de pressão ou eficácia quando se considera uma perda de energia devido à queda de pressão. Aumenta proporcionalmente com a área de superfície do filtro.)
Pressão máxima (antes da ruptura)
Material (resistência química)
Armazenamento (quanta contaminação o filtro pode conter; a rapidez com que a queda de pressão aumenta)
Diâmetro máximo de partículas que podem fluir. (por exemplo, 1 mícron, 10 mícrones, malha 400 )
Outras tecnologias / princípios utilizados (vórtice, umectação de óleo, filtro de terra de diatomáceas, autolimpante, sedimentação por gravidade, lavagem, etc)

Em um cartucho filtrante de algodão (ou outra fibra), existe uma espessura adicional além do necessário para arquivar a classificação máxima de partículas de 1 mícron. Essa mídia adicional aumenta o armazenamento do filtro; dando-lhe uma área de superfície aberta, mesmo quando o filtro está contaminado. Se houvesse uma única membrana de 1 mícron na superfície externa, ela se conectaria rapidamente com a menor contaminação. Portanto, embora o filtro mais grosso possa inicialmente ter uma queda de pressão maior para um determinado fluxo e área de superfície, ele durará muito mais tempo do que um filtro fino que se entupiria rapidamente e apresentaria uma queda de pressão ainda maior.

As nanofibras são atraentes para a filtragem, porque a proporção de espaço vazio em relação às fibras é muito maior para uma classificação de tamanho de partícula desejada. A maior quantidade de espaço vazio reduz a resistência ao fluxo (queda de pressão) e aumenta a capacidade de armazenamento do filtro. Pode ser mais fácil visualizar nos extremos; você poderia fazer um filtro de 400 mícrons com hastes usinadas de 1 polegada de diâmetro, colocadas lado a lado, mas a vazão e o armazenamento máximos seriam muito baixos se comparados à mesma área superficial do tecido de algodão composto por pequenas fibras.

— ericnutsch
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