Una descripción general de los medios filtrantes sintéticos

1 de marzo de 2022 | Por Jose M. Sentmanat, Especialista en filtración de líquidos, LLC

Muchos factores afectan el rendimiento de los medios de filtración sintéticos, desde estilos de hilos y tejidos hasta consideraciones de drenaje y cobertura.

Bajo el amplio paraguas de los medios filtrantes, hay muchos materiales de medios sintéticos, que incluyen telas filtrantes tejidas, medios filtrantes de tela tejida y no tejida y fieltros filtrantes. El término "sintético" abarca materiales de tela hechos de polietileno (PE), polipropileno (PP), poliéster o nailon, así como otros materiales especiales, como Saran, poliamida, Nomex (metaaramida resistente a las llamas), poliéter éter cetona (PEEK), fluoroplásticos y otros materiales fabricados especialmente para aplicaciones específicas. Una subcategoría de tales medios incluye los medios filtrantes de tela metálica. Estas son mallas de alambre tejidas hechas de una variedad de metales, siendo las más comunes las mallas de alambre hechas de acero inoxidable, como 316 SS y 316-L SS.

Originalmente, los materiales utilizados para los medios filtrantes eran seda, algodón y lana. Debido a las limitaciones en la usabilidad de esos materiales, los materiales sintéticos se usan con mucha más frecuencia en aplicaciones de filtración industrial desde su introducción alrededor de 1945. Desde entonces, las actividades de rápido desarrollo han ampliado ampliamente la aplicabilidad de las fibras sintéticas en la filtración industrial. Si bien el algodón y la lana todavía se usan como medios filtrantes, este artículo cubre solo los medios filtrantes sintéticos y la tela metálica.

Como se muestra en la Figura 1, existen varios tipos comunes de fibras que se utilizan en los medios filtrantes sintéticos, como se indica a continuación:

FIGURA 1. El tipo de fibra utilizado para los medios de filtración puede afectar su desempeño final

Tenga en cuenta también que hay materiales combinados disponibles, como combinaciones de mono/multifilamento, mono/grapa y multi/grapa.

Las fibras de monofilamento ofrecen muchos beneficios, incluido un excelente control del diámetro para aberturas precisas de la tela, altas tasas de flujo, bajas caídas de presión, rigidez y resistencia a la tracción relativamente altas. Con estas fibras, el mecanismo de filtración es la captura de partículas superficiales, exhibiendo una excelente liberación de partículas superficiales. Este medio es fácil de limpiar y también demuestra una absorción limitada de líquidos.

Con las fibras multifilamento, los usuarios deben tener en cuenta que los hilos retorcidos a menudo pueden dar como resultado diámetros de hilo desiguales, y los tamaños de los poros pueden ser desiguales y difíciles de medir. Con este tipo de medios, los mecanismos de filtración incluyen la captura de partículas en la superficie, así como entre hebras retorcidas. Los elementos de medios multifilamento muestran una liberación de partículas de superficie regular, pero son algo difíciles de limpiar. Sus beneficios incluyen una excelente resistencia a la tracción, flexibilidad, flexibilidad y resistencia a la fatiga. También se debe tener en cuenta que los hilos multifilamento pueden absorber líquidos.

Las fibras de filamentos hilados se caracterizan por un tamaño y una densidad de fibra algo irregulares y, al igual que las fibras multifilamento, los tamaños de sus poros pueden ser irregulares y difíciles de medir. Los mecanismos de filtración para los medios fibrosos de filamentos hilados incluyen la captura de partículas en la superficie, así como dentro de la estructura de la fibra. Si bien estos medios son realmente flexibles y flexibles, exhiben una pobre liberación de partículas superficiales y son difíciles de limpiar. Al igual que con las fibras multifilamento, los hilos de filamentos hilados pueden absorber líquidos.

El método utilizado para tejer fibras en los elementos de medios filtrantes más grandes puede marcar una diferencia significativa en los parámetros de rendimiento. Varios estilos de tejido se describen en las siguientes secciones. Los tamaños de poro disponibles para las principales categorías de tejido se dan en la Tabla 1.

Tejidos cuadrados. Este estilo de tejido se utiliza principalmente con materiales sintéticos y tela metálica. Es el estilo de tejido abierto más básico, que emplea un patrón simple por encima y por debajo (Figuras 2 y 3). Proporciona una ruta de flujo recta con una gran área abierta. Algunos de los principales beneficios de los tejidos cuadrados son: alta permeabilidad, unión mínima, fácil limpieza y alta estabilidad.

Tejido de tafetán. Este estilo de tejido generalmente se usa solo con materiales sintéticos. Es una variación de los tejidos cuadrados donde dos hilos de diámetro pequeño se alternan con hilos de diámetro más grande en la dirección de la urdimbre (Figura 4). "Urdimbre" se refiere a los alambres que se extienden a lo largo de la tela a medida que se teje. Este estilo, con su superficie más áspera, imita los paños de muda de seda.

Sarga cerrada. Este estilo de tejido se utiliza con materiales sintéticos. El patrón de tejido más denso implica que los hilos de urdimbre pasen tres veces por encima y luego por debajo de un hilo de trama (Figura 5). Este estilo de tejido promueve una excelente resistencia y durabilidad. Los medios filtrantes que emplean este estilo de tejido se pueden calandrar para controlar la permeabilidad al aire. El calandrado es un proceso de tratamiento de fibras mediante el cual se aplica presión y calor al mismo tiempo para comprimir las fibras entre sí, lo que da como resultado una tela más delgada y ajustada con una mejor calidad de filtración. Como se ve en la Figura 6, el calandrado da como resultado una fibra más densa y compacta.

Tejido holandés de sarga. Este estilo de tejido se utiliza con medios de tela metálica. Proporciona la mejor retención de partículas con su patrón de dos arriba, dos abajo. En este estilo, los alambres de urdimbre son más pesados ​​que los alambres de trama (los alambres que se extienden a lo ancho de la tela).

Tejido holandés inverso liso. Este estilo de tejido se utiliza tanto con medios sintéticos como de tela metálica. Tiene una mayor cantidad de hilos de urdimbre en comparación con los hilos de trama (Figura 7). El diámetro del hilo de urdimbre es generalmente dos tercios del diámetro del hilo de trama. Este estilo de tejido puede adaptarse a caudales elevados y proporciona una excelente flexibilidad longitudinal, rigidez transversal y flujo tortuoso.

Los medios de filtración que emplean tejidos holandeses inversos lisos pueden manejar altas tasas de flujo

Tejido holandés liso. Este estilo de tejido se utiliza con medios de tela metálica en aplicaciones de alto caudal. Sus alambres de trama son más pequeños que sus alambres de urdimbre (Figura 8). Un beneficio de este estilo de tejido es una baja caída de presión a través del medio.

Tejidos de doble capa. Los tejidos de doble capa se utilizan con medios sintéticos. Estos pueden ser de la variedad monofilamento o mono-multi-tejido. En los tejidos de doble capa, la capa de filtro (por ejemplo, un filtro de tejido de sarga cerrado) y la capa de soporte (por ejemplo, un tejido de cuadro abierto) se tejen juntas. Esta configuración da como resultado capacidades de filtración fina, así como una resistencia y durabilidad excepcionales. Hay varias construcciones disponibles para medios tejidos de doble capa (Figura 9). Dado que la tela fina se teje sobre una capa de soporte fuerte, los poros de la tela tienden a "obstruirse" contra un soporte de metal perforado, como se ve en la Figura 10. En una configuración de monofilamento, el flujo lateral a través de la capa inferior de malla gruesa da como resultado un flujo mejorado y rendimiento (Figura 11).

Al seleccionar el medio filtrante adecuado, los principales problemas de rendimiento que se tienen en cuenta son la eficiencia de captura de partículas, la capacidad de rendimiento, la lavabilidad, la liberación de torta, la resistencia a la temperatura y la resistencia química. La Tabla 2 proporciona información sobre la temperatura y la resistencia química de varios materiales sintéticos comunes.

Eficiencia de captura de partículas. Es importante tener en cuenta que una eficiencia de captura de partículas del 100% a menudo no es necesaria, ya que puede ser demasiado costosa para ser factible en un proyecto en particular. Además, el tamaño de los poros de la tela no necesariamente tiene que coincidir exactamente con el objetivo de captura (como en la filtración de torta, por ejemplo).

Capacidad de rendimiento. Al considerar la capacidad de rendimiento, debe entenderse que los medios con el mismo tamaño de poro pueden exhibir diferentes rendimientos, como se muestra en la Figura 12. El área abierta del medio es lo que finalmente establecerá la capacidad.

Lavabilidad y desmoldeo de tortas. Estas consideraciones describen qué tan bien se puede lavar la tela y qué tan bien se libera la torta del filtro al limpiar la tela del filtro. Ambos factores ayudan a predecir la efectividad del ciclo de vida de los medios.

FIGURA 12. La capacidad de rendimiento no depende del tamaño de los poros, sino del área abierta del medio

Esta hoja de filtro de metal está equipada con un soporte de drenaje tipo panal.

También se debe considerar proporcionar un soporte de drenaje entre el medio filtrante y la superficie debajo. En el caso de los medios filtrantes de tela, se ha encontrado en algunos casos que proporcionar un soporte de drenaje que consiste en tipos de medios abiertos gruesos puede aumentar el flujo hasta en un 20%. El soporte de drenaje es un tejido de cuadrados abiertos hecho con hilos o filamentos gruesos, o lo que se conoce como panal. El miembro de drenaje separa la tela del soporte de metal y crea así más flujo, ya que permite un flujo lateral debajo de la tela. En el caso de la malla de alambre tejido, el elemento de drenaje suele ser una malla cuadrada gruesa más abierta, como una malla de 8 × 8. La figura 13 muestra una hoja de filtro de metal con el soporte de nido de abeja y la cubierta de tela sintética abierta para mostrar el soporte. La figura 14 muestra una construcción de hoja de filtro de cinco capas con malla de drenaje.

Si bien las cubiertas de tela filtrante se cosen cuando se instalan originalmente en las hojas del filtro, las cubiertas de tela filtrante de repuesto se pueden suministrar con cierres de velcro o cremalleras para facilitar la instalación en el campo y eliminar la necesidad de coser, lo que puede requerir el envío de las hojas del filtro a un tienda de costura. Siempre se debe tener cuidado para evitar arrastrar las hojas del filtro con cubiertas de tela por el suelo. Esto rasgará o rasgará la tela. Además, los usuarios deben tener cuidado de no golpear las hojas cubiertas contra superficies afiladas que puedan dañar los paños. Los paños deben inspeccionarse periódicamente para detectar desgaste, rasgaduras o agujeros en los paños. Tal daño ciertamente afectará el rendimiento del filtro. Una buena medida preventiva es dotar a las fundas de tela de parches de refuerzo, ya sea en las esquinas o en cualquier zona donde las bolsas puedan estar sujetas a fricción o desgaste. ■

Editado por Mary Page Bailey

El autor reconoce la valiosa contribución para escribir este artículo de Sefar Americas Inc. (Buffalo, NY) y Filter-All, Inc./Sewn Weld Industries Inc. (Magnolia, Tex.)

José M. Sentmanat es presidente de Liquid Filtration Specialist, LLC (PO Box 1064, Conroe, TX 77305-1064; Sitio web; www.filterconsultant.com; Correo electrónico: [email protected]; Teléfono: 936-756-5362). Sentmanat tiene más de 50 años de experiencia en ingeniería de aplicaciones, dimensionamiento y selección de equipos de filtración para una multitud de industrias relacionadas con procesos en los sectores de alimentos y bebidas, farmacéutico, de consumo, químico y petroquímico. Sentmanat es autor de varias publicaciones, referencias y manuales de operaciones, y ha impartido numerosos seminarios y cursos cortos en todo el mundo.