Filtro (tecnologia de fluido)
Um filtro (tecnicamente neutro , geralmente masculino ), como uma peneira , retém sólidos de um fluxo de gás ou líquido.
A fase livre de sólido é referida como o filtrado na filtração de líquidos e geralmente como o gás limpo na filtração de gás . A matéria sólida que permanece na superfície do filtro é chamada de torta de filtro , porém, dependendo da estrutura do filtro, a filtração também ou exclusivamente ocorre dentro da fase gasosa ( filtro de profundidade ), de modo que nem sempre é criada uma torta de filtro.
A força motriz por trás de uma filtragem é uma diferença de pressão entre o meio de transporte antes e depois do filtro. O meio é sugado através do filtro (por exemplo , filtro de cigarro , nutsche ) ou pressionado através do filtro com sobrepressão .
Princípio de trabalho
A filtração ocorre através de:
-
Filtração de superfície
- Filtração de bolo : o filtrado é retirado na direção do fluxo. Uma torta de filtro de espessura crescente se forma no meio filtrante, que por sua vez age como um meio filtrante cada vez mais denso. A torta de filtro deve ser removida regularmente. Obtêm-se tanto o meio de transporte sólido como o purificado.
- Filtração de fluxo cruzado (incluindo fluxo cruzado denominado -filtração): O filtrado é retirado transversalmente para a direção do fluxo. As forças de cisalhamento impedem a formação de uma torta de filtro e a superfície é limpa. A suspensão é concentrada na direção do fluxo , o concentrado deve ser descarregado.
- Filtragem de profundidade : No caso de filtros de profundidade ou de armazenamento, a separação ocorre dentro (em profundidade ) do meio filtrante. Nesse caso, o meio fluido é a substância valiosa , já que a matéria sólida dificilmente pode ser extraída do filtro.
O efeito do filtro é baseado nas seguintes propriedades físicas:
- As partículas são maiores do que os poros do filtro e, portanto, não podem penetrar no meio filtrante. Esse efeito é conhecido como efeito de peneira e ocorre principalmente em filtros de superfície revestidos por membrana e na filtração de suspensões .
- Devido à sua inércia , as partículas não conseguem seguir o fluxo e atingir o material do filtro, pelo qual o meio flui tangencialmente. O número de Stokes é usado como uma medida da separação inercial .
- Devido ao movimento molecular browniano , a trajetória da partícula flutua estatisticamente em torno da linha de fluxo em que a partícula se move, o que pode fazer com que as partículas entrem em contato com o material do filtro. Este efeito, também conhecido como separação por difusão , descreve o número de Peclet . Ele desempenha um papel apenas para partículas muito pequenas (menores do que algumas centenas de nanômetros ).
- Na torta de filtro de filtros de superfície , o efeito de barreira é o mecanismo de separação decisivo. O caminho do centro de massa das partículas passa pelo material do filtro, mas a partícula não pode passar pelo material do filtro devido às suas dimensões geométricas e é separada.
- Se o tempo de espera for longo o suficiente, as partículas se separam por termoforese quando se difundem ao longo de um gradiente de temperatura .
- Partículas pequenas podem ser filtradas eletrostaticamente no fluxo de gás . Utilizado para filtro de eletreto : filtro de não tecido , as fibras na fabricação de eletreto são polarizadas ou carregadas ( fibras de eletreto ).
Classificação e nomenclatura
Os filtros podem ser classificados e nomeados de acordo com diferentes critérios. Portanto, vários termos das seguintes categorias podem ser aplicados a um filtro, por exemplo, B. um filtro de cigarro é um filtro de ar e um filtro de partículas ao mesmo tempo:
- após a aplicação ou a aplicação: filtros de cigarro , filtros de respirador , filtros de aquário , filtros de ar para cabine , etc.
- de acordo com o princípio de funcionamento: de superfície filtros , filtros de profundidade , filtros de membranas , filtros de electreto , peneira filtros , filtros de prrevestimento , etc. (ver acima)
- de acordo com a corrente a ser limpa: filtro de ar , filtro de água , filtro de óleo , filtro de café , filtro de ar circulante , filtro de gás quente , etc.
- após os materiais depositados: filtro de partículas , filtro HEPA , filtro de carbono , filtro de gordura , etc.
- após a execução ou construção: filtro de saco , cartucho de filtro , filtro de saco , filtros-camada de volume , etc.
- de acordo com a finura: microfiltro , ultrafiltro , nanofiltro , filtro HEPA , etc.
- de acordo com a função ou posição em um sistema de filtro de vários estágios: pré-filtro, filtro final, filtro policial , etc.
- de acordo com o material ou meio do filtro : filtro de papel , filtro de tecido , filtro de arame , filtro de cascalho , etc. (veja abaixo)
Meio filtrante
A mídia de filtro pode ser dividida em:
- meios filtrantes flexíveis, incluindo tecidos , papel e não tecidos ( não tecidos orientados por fibra , como feltro e não tecidos de fibra emaranhada , como não tecidos spunbonded). As fibras naturais usadas em anos anteriores foram amplamente substituídas por fibras sintéticas em aplicações industriais . No caso das fibras, geralmente há uma distribuição de tamanho; portanto, pode-se presumir que os filtros feitos de lã de fibra não são homogêneos .
- Os meios filtrantes rígidos, que são caracterizados por alta rigidez e resistência inerente , geralmente consistem em fibras ou grãos. O material básico que geralmente é sinterizado é plástico, metal ou cerâmica. As modalidades são sólidos porosos e velas de filtro . Elementos de filtro de cerâmica de grão com argila expandida ou carboneto de silício como material de base podem ser usados para filtração de gás quente .
- Em contraste com os outros meios de filtro, os filtros de leito em massa são apenas um composto solto de material granular através do qual o fluido flui. Eles são feitos de material granular, cujo tipo e distribuição de tamanho podem ser adaptados à tarefa de separação. Freqüentemente, são materiais oxidantes.
Para tarefas de filtração , diferentes materiais podem ser usados dependendo da área de aplicação, por exemplo, fibras sintéticas (feitas de poliéster , sulfeto de polifenileno , politetrafluoroetileno , etc.), fibras cerâmicas / corpos sinterizados, fibras de vidro ou metais . Estes podem ser tratados quimicamente ou fisicamente (por exemplo, feltros sengen e calandras ) e revestimentos de superfície (por exemplo, membranas ). Os filtros de ar de cabine geralmente são uma combinação de um filtro têxtil e um adsorvente .
Propriedades de um filtro
As seguintes propriedades são usadas para avaliar e classificar os filtros:
- A eficácia do filtro descreve a eficácia com a qual o material a ser separado é separado do meio. 100% significa que todo o material separado é filtrado .
- Ao armazenar o material a ser separado, é feita uma distinção entre armazenamento superficial (filtro de superfície) e armazenamento interno (filtro de profundidade).
- A perda de pressão no filtro é causada pelo fluido que flui através do filtro. Deve ser feita uma distinção entre a perda de pressão inicial do material do filtro e a queda de pressão devido ao armazenamento e acúmulo crescentes do material separado.
- A limpeza do filtro descreve até que ponto o material a ser separado pode ser retirado do filtro novamente. Existem filtros que só podem ser usados uma vez, já que o material a ser separado não pode mais ser retirado. Também deve ser feita uma distinção aqui se o material a ser separado é usado diretamente, processado posteriormente, processado ou descartado.
Exemplos
Visão geral dos materiais de filtro
- Peneiras
Um filtro em sua forma mais simples é o coador . Os filtros de café reutilizáveis consistem em uma tela de metal gravado ou um tecido de fibra sintética.
- Filtro de papel
Os filtros de papel consistem em papel resistente à umidade. Exemplos de aplicação são sacos de aspirador de pó e filtros de café descartáveis .
- Lã de fibra de vidro
Filtro de lã encontrado, por exemplo, como um filtro de cigarro , em exaustores ou filtro de ar , filtros adicionais para aspiradores de pó, cartuchos de filtro para aspiradores industriais , gabinetes de fluxo laminar e sistemas de filtro de ar condicionado e salas limpas .
Como esteira japonesa para filtros especiais que são usados em piscinas e lagos de jardim para filtrar a água designada. O combustível e os lubrificantes são limpos por filtros de combustível e óleo . Dependendo da aplicação, os filtros de proteção respiratória também contêm carvão ativado , cuja grande superfície interna adsorve moléculas de gás complexas.
Microfiltros / filtros de poeira fina (filtros HEPA, membranas de filtro ) retêm os micróbios na medicina e no tratamento da água .
- Cerâmica
Os elementos filtrantes de cerâmica são feitos de cerâmica de poros abertos . Filtros cerâmicos são usados na fundição para limpar metal fundido. Além disso, os filtros de água são parcialmente feitos de cerâmica.
Filtros de partículas de fuligem diesel podem reduzir significativamente as emissões de partículas de um motor diesel de veículo motorizado .
- Metal sinterizado
Além dos filtros de lã , os elementos filtrantes de metal sinterizado de poros abertos são usados, entre outras coisas, na produção de microeletrônica para filtrar gases e líquidos (salas limpas).
- Agulha de feltro
Especialmente no campo da filtração de gás industrial em grande escala (por exemplo, em instalações de incineração de resíduos , fundições, etc.), os feltros de agulhas são usados principalmente como meio filtrante lavável .
Filtros adicionais para proteção são chamados de filtros policiais .
Filtro de retrolavagem
A imagem mostra um filtro de retrolavagem em funcionamento contínuo . A massa de sólidos que se forma na superfície do filtro é enxaguada por um pequeno fluxo parcial do líquido. Um rotor girando sobre a superfície do filtro e agindo como um aspirador de pó transporta os sólidos para fora do filtro por meio de um tubo conectado . A tecnologia é usada para filtrar grandes quantidades de água de resfriamento em usinas de energia a vapor , a fim de manter os condensadores de turbina e trocadores de calor de feixe tubular livres de incrustações . Um desafio particular na construção é a filtragem da sujeira de fibra longa , como pêlo de macaco, da água de resfriamento.
Um outro desenvolvimento na área desses filtros de retrolavagem são os chamados elementos de filtro ativos . Esses elementos se comportam como superfícies de filtro normais durante a operação, mas durante o processo de retrolavagem, eles abrem uma seção transversal ampliada para que os sólidos filtrados possam ser mais facilmente destacados da superfície do filtro. Esses filtros são feitos para a filtração fina de sólidos de 1000 µm a 50 µm de tamanho.
Filtros de água em serviços prediais
O sistema de abastecimento de água fornece água potável que atende aos requisitos de qualidade da DIN 2000 ; em particular, também está livre de partículas sólidas e muito finas. No caminho para a instalação da casa, no entanto, as incrustações de sinterização podem se desprender dos tubos e entrar na tubulação de água, assim como também é possível que areia e outras sujeiras possam entrar na tubulação de conexão da casa em novas áreas de construção ou durante o trabalho na rede pública. De acordo com a DIN 1988 , os filtros de acordo com a DIN 19632 são obrigatórios para tubos metálicos e recomendados para tubos de plástico para que essas inundações não causem danos . Esses filtros, também chamados de filtros ultrafinos, são instalados na sala de conexão da casa entre o hidrômetro e o redutor de pressão . Os tubos de metal ficam assim protegidos de vários sinais de corrosão, como corrosão com uma possível quebra subsequente do tubo; os acessórios não entopem e permanecem funcionais.
Existem essencialmente dois tipos de filtro, filtros retro-laváveis e não retro-laváveis, bem como aqueles com exibição automática devido ao aumento da pressão diferencial do filtro de entupimento. No caso de filtros retro-laváveis, a direção do fluxo é alterada abrindo uma válvula de esfera, por meio da qual as partículas do filtro se destacam do tecido do filtro e são lavadas por um ralo. No caso de filtros que não podem ser lavados, o elemento filtrante, geralmente uma meia de filtro, deve ser substituído.
Ambos os tipos de filtro requerem inspeção e manutenção regulares, que devem ser realizadas pelo operador do sistema da casa ou por uma empresa de instalação contratada (VIU).
Filtros de água técnicos
Muitos tipos diferentes de filtros são usados no tratamento de água industrial e na produção de água potável. Os tipos de filtro mais importantes são:
- Recipientes com leitos de mídia de filtro, chamados de filtros X, para abreviar. X significa o nome do material de filtro usado, como areia , cascalho , carvão ativado , hidroantracita , calcário , materiais básicos como Magno .
- Filtro de camada prévia
- Filtro de vela
- Filtro espacial
- Filtro de leito estratificado
- Filtro magnético
Esses filtros reduzem ou removem substâncias não dissolvidas, poluentes e substâncias turvas contidas na água bruta. Os compostos de ferro e manganês dissolvidos na água bruta são convertidos em óxidos hidratos insolúveis pela adição de oxigênio atmosférico ou, mais raramente, de produtos químicos oxidantes e podem ser separados no filtro. Para melhor remoção de matéria turva, floculantes e / ou floculantes são frequentemente adicionados à água bruta a montante dos filtros. Cloraminas , org. Compostos de halogênio e vestígios de pesticidas podem ser removidos com carvão ativado por adsorção . O dióxido de carbono agressivo é ligado por meio de filtro alcalino, e mais sobre isso na desacidificação .
Filtro de gotejamento na alquimia
Em seu Small Distilling Book (1500), Hieronymus Brunschwig descreveu técnicas de destilação alquímica. Isso também incluiu a "destilação por filtrum" - destilação (drenagem) através de um filtro: feltros de lã de ovelha triangulares foram mergulhados três dedos cruzados de profundidade com a extremidade larga em um recipiente vitrificado aberto contendo o líquido a ser filtrado ("destilado"). A extremidade pontiaguda do feltro mergulhou em um recipiente mais profundo ("viola") no qual o destilado foi coletado. Este processo foi usado principalmente para purificar ("retificar") a água obtida com outros processos. O processo era semelhante à nossa filtração, mas também podia ser usado para separar líquidos imiscíveis.
Veja também
- Fluxo de vazamento - cálculo de fluxos na mídia de filtro
Links da web
- Página não está mais disponível , pesquise nos arquivos da web: filtração por estágio de água de resfriamento ) (
Evidência individual
- ↑ Duden: Volume 1, A ortografia alemã. 23ª edição. Dudenverlag, Mannheim 2004, ISBN 3-411-04013-0 , página 375
- ↑ a b c VDI 3677, folha 1: 2010-11 Separadores de filtragem; Filtros de superfície (separadores de filtragem; Filtros de superfície) . Beuth Verlag, Berlim. P. 13.
- ↑ Tobias Lücke, René Adam: Investigações sobre a eficiência de separação de filtros de fibra para a filtração de matéria em suspensão. In: Poeira - limpeza. Air . 54, No. 12, 1994, ISSN 0949-8036 , pp. 443-448.
- ↑ a b VDI 3677, folha 1: 2010-11 Separadores de filtragem; Filtros de superfície (separadores de filtragem; Filtros de superfície) . Beuth Verlag, Berlim. Pp. 23-24.
- ↑ VDI 3677, folha 3: 2012-11 Separadores de filtragem; Filtragem de gás quente (separadores de filtragem; filtragem de gás de alta temperatura) . Beuth Verlag, Berlim. Pp. 15-18.
- ^ Frank Schmidt, Uta Sager, Eckhard Däuber: Dynamic Adsorption Behavior of Cabin Air Filters. Filtration & Separation, ISSN 0015-1882 , 39 (7) 2002, pp. 42-47.
- ↑ Hieronymus Brunschwig. Pequeno livro de destilação. Grüninger, Strasbourg 1500, folha 6v-7r digitalizado MDZ Munich
- ↑ Lawrence M. Principe : Métodos de Trabalho . In: Claus Priesner e Karin Figala: Alchemie. Lexicon of a Hermetic Science. Beck, Munich 1998, pp. 51-57.