Filtracja - podstawowe pojęcia

WIX-FiltronWkłady filtrów paliwa wykonane w technologii EKO charakteryzują się brakiem części metalowych (denka i rdzeń wykonano z tworzyw sztucznych), co pozwala na ich utylizowanie po okresie eksploatacji w spalarniach bez konieczności czasochłonnego rozbierania i segregacji poszczególnych elementów

Rygorystyczne normy emisyjne możliwe do spełnienia przy wykorzystaniu coraz bardziej skomplikowanych układów zasilania stawiają coraz większe wymagania co do czystości wykorzystywanych paliw. Stawia to wysokie wymagania przed systemami filtracji, które muszą usuwać coraz drobniejsze zanieczyszczenia. Dodatkową trudność w projektowaniu systemów filtracji stwarzają przepisy dotyczące konieczności utylizacji zużytych filtrów. Z tych powodów systemy filtracyjne stosowane we współczesnych samochodach są bardzo zróżnicowane, a ich konstrukcja zmienia się pod kątem obowiązujących wymagań.

W zależności od filtrowanej substancji stosowane są różne metody filtracji i różne materiały filtracyjne. Bez względu na to mówiąc o filtracji posługujemy się dość specyficznymi terminami, które z pewnością wymagają wyjaśnienia. Przede wszystkim należy zdefiniować pojęcie filtracji, która jest metodą oddzielania substancji stałych od cieczy i gazów poprzez mechaniczne ich zatrzymywanie na powierzchni filtrów. Używa się również terminu przegroda filtracyjna, która jest zasadniczym elementem filtrującym w filtrze lub wkładzie filtra, wykonanym z odpowiednio ukształtowanego materiału (medium) filtracyjnego.

gazeo.plSzczegóły budowy filtra fazy gazowej. Pomiędzy wzmacniającą konstrukcję siatką umieszczono dwie warstwy medium filtracyjnego

Medium filtracyjne
Przegrody filtracyjne najczęściej wykonywane są z materiałów opartych na celulozie (papiery filtracyjne). Stosowana jest celuloza w drewna tekowego, która wykazuje dużą odporność na zawilgocenie oraz działanie różnych czynników chemicznych. Papiery filtracyjne są modyfikowane poprzez różnego rodzaju dodatki wpływające na ich właściwości. W dobie coraz większych wymagań odnośnie dokładności filtracji stosuje się także syntetyczne materiały filtracyjne. Odpowiedni dobór materiału filtracyjnego ma zasadnicze znaczenie dla parametrów filtracji.

Hollingsworth & Vose CompanyCapaceon jest syntetycznym materiałem filtracyjnym firmy Hollingsworth & Vose Company, która dostarcza papiery filtracyjne dla wszystkich polskich producentów filtrów gazu

Do filtrowania paliwa gazowego najczęściej używa się kombinacji różnych włókien celulozowych nasyconych odpowiednimi substancjami (najczęściej żywicami epoksydowymi lub poliestrowymi). W ten sposób reguluje się właściwości filtracyjne danego medium i dobiera materiał najbardziej odpowiedni dla danego zastosowania.

Ukształtowanie przegrody filtracyjnej

gazeo.plPrzekrój przez filtr fazy lotnej firmy ZWM Czaja, wyraźnie widoczne plisowanie materiału filtracyjnego. Filtracja w tym filtrze jest dwustopniowa. Materiał w kolorze żółtym zapewnia filtrację wstępną, biały służy do dokładnego oczyszczania gazu. Pomiędzy nimi oraz wewnątrz znajdują się elementy siatkowe usztywniające połączone z denkami. Górnego nie przyklejono aby zaprezentować ułożenie materiału filtracyjnego

Bardzo ważne dla poprawnego działania filtra jest odpowiednie ukształtowanie przegrody filtracyjnej. Z reguły są one plisowane, co zapewnia większą sztywność i zwiększa powierzchnię czynną wykorzystywaną do filtrowania. Ułożenie plis nie jest przypadkowe, ich geometria jest ściśle określona i pozwala na uzyskanie zakładanej zdolności pochłaniania zanieczyszczeń. W celu zapewnienia stabilności geometrycznej plis oraz odpowiednich właściwości materiał filtracyjny jest impregnowany. Dzięki temu uzyskuje się znaczną odporność na zginanie plis oraz ochronę przed wpływami środowiska dla celulozowych mediów filtracyjnych. W przypadku syntetycznych mediów filtracyjnych nie stosuje się impregnacji, są one w w odpowiedni sposób wytłaczane, tworząc sztywną strukturę falistą.

Różnica ciśnień
Różnica ciśnień na wlocie i wylocie z filtra wzrasta w zależności od czasu eksploatacji i zwiększającego się stopnia wypełnienia filtra zanieczyszczeniami. Na podstawie dopuszczalnej, określonej przez producenta różnicy ciśnień określa się okres wymiany filtrów.

Trwałość (żywotność) filtra
Jest wielkością charakteryzującą wydajność medium (materiału filtracyjnego) lub wkładu filtracyjnego. Jest ona definiowana przez specyficzną zdolność wchłaniania zanieczyszczeń podawaną w g/m2 lub zdolność wchłaniania zanieczyszczeń w g.

Separacja zanieczyszczeń
Separacja cząstek odbywa się z wykorzystaniem różnych mechanizmów zależnych od wielkości zanieczyszczeń oraz właściwości filtrowanej substancji. Zanieczyszczenia są separowane poprzez efekt inercji z włóknem medium filtracyjnego (duże cząstki), efekt blokady (przywieranie do włókien mniejszych cząstek) oraz efekt dyfuzji (w ten sposób są separowane cząstki o średnicy poniżej 5 μm, które poruszają się w filtrowanym medium we wszystkich kierunkach).
W separacji cząstek wykorzystuje się również inne wzajemne oddziaływania, np. siłę odśrodkowa wytwarzaną w separatorach cyklonowych i odśrodkowych.

Stopień separacji
Inaczej dokładność filtracji określa udział odseparowanych cząstek w filtrowanym medium i jest podawany w procentach. Rozróżnia się stopień separacji frakcji (cząstek o określonej wielkości) i całkowity stopień separacji. Wielkość tę oznacza się grecką literą η. Wskaźnik η (3-5 μm) = 87% określa zdolność separacji cząstek o wielkości 3-5 μm na 87%, tzn., że 87% cząstek o tej wielkości jest zatrzymywanych w danym filtrze.

Chłonność (pojemność) filtra
Jest to zdolność do pochłonięcia określonej ilości zanieczyszczeń, nie powodująca przy spadku ciśnienia filtrowanego medium ponad maksymalną dopuszczalną wartość.

Przepustowość
Jest to ilość płynu eksploatacyjnego, która przechodzi przez daną powierzchnię filtra w jednostce czasu, czyli -zdolność do przepuszczania płynu eksploatacyjnego wyrażana w kg/h.

Wymienione powyżej parametry filtracji często są ze sobą sprzeczne. Standardowe materiały filtracyjne podlegają następującym zasadom:

• większa powierzchnia, grubość i przepustowość materiału filtracyjnego wpływa na zwiększenie jego chłonności (pojemności),
• bardziej gęsty materiał zapewnia większy stopień separacji zanieczyszczeń,
• mniejsze opory filtra (różnica ciśnień) zapewnia większą przepustowość,
• mała gęstość materiału filtracyjnego daje dużą pojemność filtra,
• duża gęstość materiału filtracyjnego skutkuje zmniejszeniem pojemności filtra przy jednoczesnym wzroście stopnia separacji zanieczyszczeń.

Idealne medium filtracyjne powinno charakteryzować się 100% stopniem separacji zanieczyszczeń przy jednoczesnym zachowaniu nieskończonej chłonności (pojemności) i trwałości. Wyprodukowanie materiału filtracyjnego o takich właściwościach w świetle w.w. zasad jest oczywiście niemożliwe jednak producenci cały czas dążą do rozwiązania idealnego, zapewniającego jak największy stopień separacji przy największej z możliwych pojemności filtra i jednoczesnym zachowaniu dużej przepustowości oraz niskich oporów przepływu.

gazeo.plNierozbieralny filtr fazy gazowej firmy ZWM Czaja, FL03 ma wewnątrz dwa wkłady filtrujące (wstępny i dokładny), co zdradzają przetłoczenia na aluminiowej obudowie

Filtracja paliwa w gazowych układach zasilania
Zanieczyszczenia przedostają się do paliwa na każdym etapie, począwszy od produkcji, poprzez transport związany z częstą koniecznością przetaczania LPG po magazynowanie i tankowanie. Oczywiście wszystkie te procesy odbywają się pod ciśnieniem tak, aby zachować ciekły stan skupienia gazu. Nie ma zatem możliwości kontaktu gazu z powietrzem, jednak wykorzystywane praktycznie na każdym etapie pompy są źródłem zanieczyszczeń stałych pochodzących z ich zużycia jak i olejów z układów smarowania.

Charakter zanieczyszczeń występujących w LPG (zanieczyszczenia stałe i płynne) powoduje, że aby zabezpieczyć wtryskiwacze gazu (występujące w IV generacji systemów LPG) stosowane są filtry fazy gazowej ze specjalnie skonstruowaną obudową, wyposażoną w odstojnik, w którym odkładają się zanieczyszczenia płynne.

gazeo.plCeramiczny filtr pabianickiego Certoolsa, tutaj akurat w wersji do butli i wózków widłowych może być wykonany również w wersji do montażu w instalacji gazowej na przewodzie pomiędzy zaworem tankowania a zbiornikiem. Dostępna jest również wersja wkręcana w wlew gazu, używana w czasie tankowania paliwa na stacji LPG

Tego rodzaju zanieczyszczenia wymagają również stosowania specjalnych materiałów filtracyjnych. Podstawowym materiałem filtracyjnym cały czas pozostaje celuloza (papier filtracyjny), coraz częściej modyfikowana przez zastosowanie poliestru. Spotyka się również wkłady filtracyjne wykonywane z włókna szklanego, które również mogą być modyfikowane poliestrem. Należy oczekiwać, że w najbliższym czasie wkłady papierowe stosowane w filtrach gazowych systemów zasilania będą zastępowane materiałami syntetycznymi, zapewniającymi znacznie lepsze właściwości w separowaniu zanieczyszczeń.

W filtracji paliwa gazowego próbuje się również wykorzystywać materiały ceramiczne (brąz spiekany). Są to filtry wielokrotnego użytku, które po umyciu z wykorzystaniem myjki ultradźwiękowej mogą być ponownie montowane. Niektórzy producenci mają już w ofercie takie filtry, jednak gama takich filtrów jest bardzo mocno ograniczona ponieważ koszty takiego filtra są znacznie wyższe od klasycznego filtra wyposażonego w papierowy wkład.

Stosowane w gazowych układach zasilania filtry są konstruowane w oparciu o definiowane przez producentów instalacji gazowych parametry. Jednym z podstawowych jest przepustowość filtra, która dla filtrów fazy gazowej musi wynosić minimum 55 kg/h, przy różnicy ciśnień nie przekraczającej 120 mbar. Spełnienie tych wymagań dla samej przegrody filtracyjnej nie stanowi większego problemu. Jednak zapewnienie różnicy ciśnień na takim poziomie wymaga odpowiedniego ukształtowania obudowy filtra i króćców przyłączeniowych.