Pourquoi l'efficacité du filtre diminue avec l'épaisseur?

Je comprends que les paramètres les plus importants pour un filtre sont essentiellement la chute de pression et l'épaisseur, qui affectent tous deux l'efficacité. Mais pourquoi l'épaisseur entraîne-t-elle un changement d'efficacité?

Je suis particulièrement intéressé par l'utilisation des nanofibres comme filtres, et pourquoi la diminution du diamètre augmente l'efficacité.

Plus de choses dans le chemin de l'écoulement provoquent plus de contre-pression.

Considérez un filtre plus épais comme deux filtres en série. Par exemple, si un filtre développe 0,1 PSI à travers lui quand un débit d'air de 100 CFM passe à travers lui, alors deux filtres dans le même débit d'air de 100 CFM doivent ensemble baisser de 0,2 PSI à travers eux.

Selon vos critères d'efficacité, plus de filtres en série peuvent diminuer l'efficacité. Si le premier filtre bloque toutes les particules qui vous intéressent, alors les filtres supplémentaires ne provoquent qu'une contre-pression supplémentaire sans meilleur filtrage. Par exemple, considérez deux écrans de fenêtre sur la même fenêtre. L'extérieur bloque déjà tous les moustiques, de sorte que l'intérieur ne rend pas l'écran global plus performant. Cela rend cependant plus difficile de voir à travers l'écran global. Si vous considérez l'efficacité comme des moustiques bloqués par une lumière bloquée, alors deux écrans sont clairement moins efficaces qu'un écran.

Les filtres peuvent être évalués par quelques paramètres différents. "efficacité" est un terme large qui ne permet pas de mieux comprendre cette application. Voici quelques meilleures mesures à considérer:

1. Débit maximum (identique à la chute de pression ou à l'efficacité en considérant une perte de puissance due à la chute de pression. Augmente proportionnellement avec la surface du filtre.)
2. Pression maximale (avant rupture)
3. Matériau (résistance chimique)
4. Stockage (quantité de contamination que le filtre peut contenir; vitesse à laquelle la chute de pression augmente)
5. Diamètre maximum de particules pouvant s'écouler. (ex. 1 micron, 10 microns, 400 mesh )
6. Autres technologies / principes utilisés (vortex, mouillage d'huile, adjuvant de filtration à base de terre de diatomées, autonettoyage, décantation par gravité, lavage, etc.)

Dans une cartouche filtrante enroulée en coton (ou autre fibre), il y a une épaisseur supplémentaire au-delà de ce qui est nécessaire pour archiver la cote de particules maximale de 1 micron. Ce média supplémentaire augmente le stockage du filtre; lui donnant une surface ouverte même lorsque le filtre est contaminé. S'il y avait une seule membrane de 1 micron sur la surface extérieure, elle se colmaterait rapidement avec la moindre contamination. Ainsi, alors que le filtre plus épais peut initialement avoir une perte de charge plus importante pour un débit et une surface donnés, il durera beaucoup plus longtemps qu'un filtre mince qui se brancherait rapidement et aurait une perte de charge encore plus importante.

Les nanofibres sont attrayantes pour le filtrage car le rapport en vrac de l'espace vide aux fibres est beaucoup plus élevé pour une taille de particule souhaitée. La plus grande quantité d'espace vide réduit à la fois la résistance à l'écoulement (chute de pression) et augmente la capacité de stockage du filtre. Il peut être plus facile à visualiser aux extrêmes; vous pourriez faire un filtre de 400 microns avec des tiges usinées de 1 pouce de diamètre placées côte à côte, mais le débit maximal et le stockage seraient très faibles par rapport à la même surface de tissu en coton composé de petites fibres.