Description
logo filtertech
strona główna     mapa strony     napisz do nas
  • Wszechstronność

    Firma ChemTech jest wysoce specjalistyczną firmą zajmującą się technikami separacji, filtracji procesowej,filtracji cieczy i gazów oraz oczyszczania i rozdziału faz.

  • Doświadczenie

    Działając na rynku polskim i międzynarodowym od dwóch dekad ChemTech stał się uznanym dostawcą filtrów oraz technologii filtracyjnych dla wielu gałęzi przemysłu.

  • Profesjonalizm

    Współpracujemy na zasadzie przedstawicielstw technoczno-handlowych z szeregiem firm polskich izagranicznych.

  • Troska o środowisko

    W dziedzinie ochrony środowiska możemy zaoferować oczyszczanie ścieków pochodzących z procesów elektrochemicznej obróbki metali, odzysk metali z roztworów, zamykanie obiegów wodnych.

Strona Główna Branże Technologie i produkty Dział Projektowy Artykuły B&R Kontakt
Ciśnieniowe filtry płytowe
Demistery Elementy filtracyjne oraz filtry ze spiekanych proszków HDPE
Filtroseparator
Filtry Cintropur Filtry do drukarek przemysłowych
Filtry do maszyn (hydrauliczne oraz powietrza)
Filtry dyskowe
Filtry i zawory oddechowe Filtry koalescencyjne
Filtry metalowe regenerowalne
Filtry powietrza Filtry samoczyszczące Filtry siatkowe
Filtry świecowe Filtry świecowo-workowe typu Ultipleat®
Filtry taśmowe
Filtry węglowe
Filtry workowe Generator azotu
Kapsuły filtracyjne
Nawilżanie powietrza
Obudowy filtracyjne Oczyszczanie CO2 dla przemysłu napojowego
Oczyszczanie ścieków
Osuszacze powietrza Prasa filtracyjna
Sączki membranowe
Separator magnetyczny / Filtr magnetyczny
Sita szczelinowe
Stacje odwróconej osmozy oraz nanofiltracji
Stacje zmiękczania wody
Sterylizacja cieczy i gazów metodą filtracji
Swirl Tubes - cyklony przelotowe
Współpraca Zamienniki

Artykuły

Testowanie filtrów powietrza

Testowanie filtrów powietrza przeznaczonych do użycia w pomieszczeniach dla pasażerów – ostatnie doniesienia

F. Schmidt, S. Haep

 

Wstęp

Pierwsze filtry, przeznaczone do użycia w pomieszczeniach mieszczących się w pojazdach drogowych, przeznaczonych dla pasażerów, zostały zaprezentowane na rynku europejskim ponad 20 lat temu, przy czym początkowo przeznaczone były jedynie dla samochodów najwyższej klasy. Ich zadaniem była ochrona pasażerów oraz instalacji klimatyzacyjnych przez pyłem, w szczególności pochodzenia roślinnego. Pierwsze standardy testowe dla tego typu filtrów zostały opracowane w Niemczech (DIN71460 [1], konspekt został opublikowany w 1993 roku, a później w ISO/TS 11155 jako standard międzynarodowy [2]).
Jednocześnie wynaleziono tzw. „filtry łączone”, które umożliwiały jednoczesną redukcję zanieczyszczeń pyłowych i gazowych.

 

Regulacje DIN 71460

Testy dla pomieszczeń przeznaczonych dla pasażerów składają się z następujących oddzielnych testów:
rejestracja spadku ciśnienia – krzywa przepływu objętościowego;

  1. określenie początkowej ułamkowej efektywności filtracji;
  2. wagowe określenie zdolności do zatrzymania pyłów aż do osiągnięcia zadanego  spadku ciśnienia oraz rosnącej ułamkowej efektywności filtracyjnej w różnych momentach pracy filtra;
  3. w przypadku filtracji gazowej: wyznaczane są krzywe przebicia zanieczyszczeń testowych (w znaczeniu chronologicznej kolejności stosunku stężenia gazu czystego i surowego) oraz określane są wynikające z nich pojemności absorpcyjne.

Do określenia zdolności do zatrzymania pyłów stosowany jest pył testowy określony według ISO 12103 – 1 (pył uliczny Arizony [3]). W celu pomiaru efektywności filtracji, zamiast pyłu testowego można stosować aerozole solne (NaCl, KCl). N-butan i toluen to substancje testowe dla filtrów absorpcyjnych, ale oczywiście możliwa jest również praca z innymi substancjami, zależnie od późniejszego zastosowania lub specyfikacji producentów pojazdów, np. SO2, NO2, NH3 i inne.
Filtry testowe, mimo że nie podlegają standardom, są dodatkowo dostępne również do stosowania w warunkach specjalnych (np. testy drgań [5] oraz testy przy różnych temperaturach i stopniach wilgotności [6]). Poza testami filtracyjnymi, końcowa wersja DIN 71460 określa również wymagania jakościowe dotyczące aparatury testowej oraz sprzętu pomiarowego, jak również procedury testowe oraz interwały, pozwalające na monitoring ich jakości [3]. Rys. 1 pokazuje aparaturę testową w Departamencie Inżynierii Nanocząstek na Uniwersytecie w Duisburg – Essen.

Rys.1 Stanowisko testowe dla przedziałów pasażerskich w pojazdach na Uniwersytecie w Duisburg – Essen

 

Problem: cząstki naładowane

Podczas przeprowadzania testów cyklicznych zaobserwowano, że rezultaty testów filtrów zależą od rozmieszczenia kanałów testowych, konstrukcji punktu zasilania aerozolem oraz zainstalowanych rur, a w szczególności od podstawowych warunków prowadzenia generacji i podawania aerozolu. Obecność tego ostatniego czynnika spowodowana jest faktem, że aerozol służący do określania ułamkowej efektywności filtracji oraz zdolności do zatrzymania pyłów jest w mniejszym lub większym stopniu naładowany elektrostatycznie, zależnie od sposobu zasilania. Ponieważ stan naładowania cząstek odgrywa znaczącą rolę w procesie ich separacji (szczególnie w przypadku filtrów elektretowych) oraz naturalne aerozole są  neutralne w stosunku do otoczenia i mają względnie niski poziom naładowania pojedynczej cząstki (równowaga Boltzmanna), żądania dotyczące neutralizacji są jak najbardziej uzasadnione.
Z tego właśnie powodu, ISO/TS 11155-1 zawiera regulacje dotyczące neutralizacji aerozoli testowych z wykorzystaniem bipolarnych jonów z powietrza o dużym stężeniu, pochodzących ze źródła radioaktywnego lub wyładowania koronowego. Te obligatoryjne wymagania stosują się zarówno do pyłów testowych, jak i do aerozoli solnych. Neutralizacja jest natomiast opcjonalna dla testów zatrzymania pyłów.
Norma ISO określa idealny docelowy stan naładowania jako równowagę ładunku aerozolu przebywającego w urządzeniu testowym przez dłuższy czas, przy czym autorzy są świadomi, że czasy przebywania możliwe do zrealizowania podczas testowania rzadko skutkują stopniowym przybliżaniem się do tego idealnego stanu.
DIN 71460-1 mówi o tym, że jak do tej pory niemożliwym było ustanowienie możliwej do zrealizowania w praktyce i zaakceptowanej na forum międzynarodowym metody neutralizacji stosowanych aerozoli testowych i dlatego w najbliższym czasie konieczne będzie opracowanie tego typu rozwiązania. Dodatkowo, testy cykliczne pokazały, że odchylenie standardowe wyników między odpowiednimi testami laboratoryjnymi staje się większe przy pojedynczym „wyładowaniu”. Dzieje się tak, ponieważ ciężko jest określić „neutralność” aerozolu, gdyż pojedyncze cząstki neutralnego aerozolu mogą nieść ze sobą ładunki dodatnie lub ujemne i z tego powowdu mogą być rozdzielane w lepszym lub gorszym stopniu. Dodatkowo, jony produkowane w nadmiarze przez aparaturę neutralizacyjną mogą bezpośrednio wpływać na ich separację.

 

Metody neutralizacji aerozoli według ISO/TS 11155-1

Metrologiczne rejestrowanie rozkładu ładunku każdej frakcji nie jest możliwe do realizacji podczas testów filtracyjnych, ponieważ jest to zdecydowanie zbyt wymagające pod względem technicznym i, w związku z tym, bardzo czasochłonne i kosztowne. Dlatego też, standard ISO proponuje inne metody kontrolowania neutralizacji, które wymagają jedynie znajomości parametrów sieci lub mają całkowicie pośrednią naturę. Parametry procesu neutralizacji mają być koordynowane przy użyciu następujących metod podstawowych:

1. orientacja na minimalną efektywność filtra elektretowego;

2. pomiar ładunków elektrostatycznych na filtrze w czasie stosowania aerozolu testowego (pole elektryczne w obrębie filtra nie powinno być poddawane żadnym zmianom);

3. pomiar „ładunku sieciowego” aerozolu testowego za pomocą elektrometru aerozolowego;

4. rozwój neutralnej frakcji do maksimum przy użyciu separatora elektrostatycznego jako łapacza cząstek.

Odnośnie pierwszej metody należy zauważyć, że generalnie nie wystarczy określić całkowitej minimalnej efektywności dla konkretnego filtra, które może być osiągnięte przy zastosowaniu określonego neutralizatora. Każde laboratorium testowe będzie dzięki temu w stanie koordynować neutralizację przy indywidualnym minimum efektywności. Szczególnie wtedy, gdy stosowane jest źródło radioaktywne cele skupiają się wokół osiągnięcia minimum separacyjnego poprzez sukcesywne dzielenie na pół liczby cząstek dostarczanych do neutralizatora w czasie. Przy ograniczonych wahaniach czasu przebywania, obowiązkowa redukcja stężenia ilościowego może wchodzić w konflikt z wymaganą jakością statystyki rachunkowej lub prowadzić do nieodpowiedniego wydłużenia czasów pomiaru w testach efektywności filtracyjnej.
Druga z metod odwzorowuje stan naładowania aerozolu testowego tylko pośrednio poprzez wpływanie na filtr. Zmiana ładunków elektrostatycznych filtra bierze się z interakcji wszystkich mechanizmów separacji w odniesieniu do aerozoli polidyspersyjnych, i jest z tego powodu nie tylko szacowana w sposób pośredni, ale dodatkowo w odniesieniu do efektu ogólnego.
W przypadku trzeciej metody, aerozol testowy jest oceniany na podstawie próbki części przepływu z kanału testowego poprzez sygnał prądowy z elektrometru aerozolowego jako parametru sumacyjnego. W tej sytuacji, sygnał pochodzący z gazu surowego reaguje w sposób bardzo czuły na dużą liczbę parametrów procesowych. Dla przykładu, jeśli ciśnienie zasilania lub wilgotność dyspergowanego powierza zmienia się podczas stosowania środka dyspergującego stosowanego w teście pyłów A2, zobrazowany może zostać aerozol naładowany pozytywnie, negatywnie lub neutralny.
Neutralny sygnał pomiarowy może być uzyskany również przy zastosowaniu jednego unipolarnego wyładowania koronowego w przypadku, gdy mamy aerozole polidyspersyjne lub naładowane bipolarnie. W takim przypadku tylko ta frakcja testowanego aerozolu, która kompensuje polarność dodatkowych jonów, może być sprowadzona na niższy poziom naładowania.
Wyłączne zastosowanie elektrometru aerozolowego w celu koordynacji parametrów procesowych podczas neutralizacji może być poddane krytycznej dyskusji ze względu na jego wartość informacyjną.
W przypadku czwartej metody aerozol testowy jest kierowany poza kanał testowy przez separator elektrostatyczny po próbkowaniu częściowego przepływu. Pozostająca frakcja neutralna jest wtedy oceniana tylko na podstawie obliczania lub rejestrowania rozkładu rozmiarów klas. Koordynacja parametrów operacyjnych odbywa się po to, by móc wykryć jak największą liczbę cząstek neutralnych. Jednakże, w tej metodzie cały aerozol dozowany do kanału testowego jest używany dla potrzeb testu filtracyjnego. Procedura ta również stwarza znaczną ilość problemów związanych z aparaturą oraz technologią pomiarową.

Rys. 2 Systematyka neutralizacji w zgodności z ISO/TS 155-1

Dodatkowo, rezultaty pomiarów dostarczają wskazań dotyczących możliwości osiągnięcia stopniowego przybliżenia do pożądanego stanu równowagi ładunku. Dlatego też, korzystając z tej metody dość ciężko jest wyznaczyć rzeczywisty stan naładowania aerozolu.
Rys. 2 podsumowuje systematykę opisaną przez standard ISO w odniesieniu do neutralizacji podczas testowania filtracyjnego.

 

Alternatywne metody neutralizacji

Po zaawansowanych testach różnych konstrukcji unipolarnych i bipolarnych koronowych urządzeń ładujących, mieszaniu komór i urządzeń, na Uniwersytecie w Duisburg – Essen, w Instytucie Spalania i Dynamiki Gazów (Departament Inżynierii Procesów Nanocząstek) rozwinięto inną koncepcję, mającą na celu uzyskanie określonego stanu naładowania.
W tym celu, nominalny status naładowania aerozolu testowego został początkowo zmieniony. Głównym celem tej koncepcji nie jest już stopniowe przybliżanie się do idealnego stanu równowagi ładunku, ale wykorzystanie wyłącznie neutralnej frakcji aerozolu testowego do określenia efektywności filtra.
By móc zrealizować to zamierzenie, między suchym dozownikiem lub wyparką a urządzeniem dawkującym do kanału testowego umieszczono separator elektrostatyczny. Wszystkie naładowane i, w związku z tym, elektrycznie mobilne cząstki zostają oddzielone; tylko neutralne cząstki są prowadzone do kanału testowego.
Elektrometryczne natężenie przepływu jako parametr sumacyjny był rejestrowany podczas określania ułamkowej efektywności filtracyjnej zarówno w strumieniu gazu surowego, jak i oczyszczonego. Rys. 3 pokazuje tę procedurę na schemacie. Dzięki znajomości przepływu elektrometrycznego oraz zmierzonemu stężeniu ilościowemu, możliwa jest ocena średniego elementarnego ładunku przypadającego na cząstkę. Dokładne obliczenia nie są niestety możliwe, gdyż istnieje pewna liczba cząstek o nieznanym stężeniu w zakresie poniżej zdolności rozdzielczej optycznego licznika cząstek.

Rys. 3 Alternatywne metody neutralizacji

Przedstawione powyżej eksperymenty, zarówno wykonywane „klasycznie”, jak i te o nieco zmienionej koncepcji, pokazały, że uregulowanie procesu neutralizacji przy zastosowaniu specyfikacji dotyczących zwykłego strumienia surowego gazu o zerowym ładunku nie jest wystarczające do określenia porównywalnych stopni separacji frakcyjnej. Dlatego też, to kryterium jest jedynie warunkiem koniecznym.

Warunek wystarczający dla określenia stanu neutralnego ładunku jest spełniony, jeśli podczas pomiaru po stronie czystego gazu średnia liczba ładunków elementarnych jest prawie równa zero. Jeśli ten warunek jest spełniony, rezultat jest taki, że brak jest zmian w polu elektrycznym emitowanym przez filtr, nawet wtedy, gdy metoda pomiaru jest podobna, jak w punkcie 2.
Na Rys. 4 przedstawione zostały rezultaty wyznaczania ułamkowej efektywności filtracyjnej na elektretowym materiale filtracyjnym, stosowanym przy produkcji filtrów używanych w przedziałach przeznaczonych dla pasażerów. Test filtracyjny odbył się na kanale testowym w zgodności z DIN 71460 – 1 przy prędkości ok. 2 m/s. Stosowanym aerozolem był pył testowy A2 (czysty SAE), który by dostarczany za pomocą generatora aerozoli z obrotową szczotką. W innym wypadku, w jednakowych warunkach procesowych ułamkowa efektywność filtracji była określana za pomocą naładowanego aerozolu testowego,  przy wykorzystaniu separatora elektrostatycznego oraz tylko i wyłącznie frakcji cząstek neutralnych. Rysunek prezentuje zdolność zatrzymania filtra jako funkcję średnicy cząstki. W obu przypadkach krzywe z odpowiednimi słupkami błędów bazują na 5 seriach pomiarowych.
Jeśli do neutralizacji stosowana jest „klasyczna koncepcja”  lepszej lub gorszej aproksymacji do idealnego stanu równowagi ładunku poprzez jony bipolarne, skutkuje to ułamkowymi efektywnościami filtracyjnymi, które na wykresie mieszczą się między dwiema wyświetlanymi krzywymi (które nie zostały tutaj pokazane). Zadany stan neutralności jest określony jedynie przez granice możliwości obserwacji.

                    

Rys. 4 Wpływ neutralizacji na stopień separacji frakcyjnej

 

Rzeczywiste testy

Wytwórcy pojazdów żądają testów rzeczywistych. Testy te mają na celu nie tylko umożliwienie jakościowego porównania różnych filtrów, ale również dostarczenie ilościowych zestawień dotyczących efektywności filtrów będących już w użyciu, wzrostu strat ciśnienia w zależności od masy strumienia wlotowego oraz oczekiwanego czasu pracy. Żądania te dotyczą zarówno samych aerozoli testowych oraz stanu ich naładowania, jak i stanu naładowania filtra. Aerozol naturalny będzie symulowany np. za pomocą cząstek sadzy, przy czym rozważania nie dotyczą tak mocno sadzy powstającej podczas zastoju silnika, jak sadzy generowanej z płomieni. Aerozol ten może być stosowany do pomiaru ułamkowej efektywności filtracyjnej oraz do testów ładunku, aż do osiągnięcia określonego spadku ciśnienia.
Aby osiągnąć rzeczywisty stan naładowania filtra, może być on np. na wstępie poddany działaniu izopropanolu. Możliwe modyfikacje struktury lub materiału filtra jest jednak problematyczne. Institut für Energie- Und Umwelttechnik e.V. (IUTA) oferuje alternatywę – starzenie przyspieszone z użyciem powietrza zewnętrznego, które jest jednakże dość skomplikowane. Innym podejściem może być test zmian
klimatu, który ma w założeniu kompensować elektrostatyczne ładunki filtra.
Starzenie przyspieszone może być również osiągnięte przy zastosowaniu sadzy z silnika Diesla. Rys. 5 przedstawia różne rodzaje zmian ułamkowej efektywności filtracji w filtrach przeznaczonych do użycia pojazdach (w pomieszczeniach dla pasażerów) przy
zastosowaniu tego procesu. Porównano na nim dwa filtry z różnymi rodzajami właściwości elektretowych. Początkowy stopień separacji został wyznaczony dla obu filtrów z A2 (SAE czysty) w stanie naładowania zależnym od generacji. Dodatkowo, stopień separacji był mierzony dla A2 po starzeniu filtra w wyniku ładowania za pomocą sadzy z silnika Diesla, aż do osiągnięcia określonej wartości spadku ciśnienia
Rezultaty te pokazują znaczące pogorszenie się skuteczności procesu separacji w przypadku obu filtrów, przy czym pogorszenie to było bardziej znaczące dla filtra o silniejszym polu elektrycznym. Filtry, początkowo wykazujące duże podobieństwo podczas tych testów osiągały zupełnie różne wyniki.

                    

Rys. 5 Stopień separacji frakcyjnej przed i po starzeniu z wykorzystaniem sadzy diesla

 

Rozszerzenie spektrum testów

Obecna dyskusja na temat zanieczyszczeń w miastach sprawia, że konieczne jest rozpatrzenie cząstek o rozmiarach poniżej 0.1 µm. Niektórzy producenci oferują po części rozwiązania rynkowe (filtry z nanowłóknami), ale nie została jeszcze ustalona odpowiednia wzorcowa metoda ich testowania. Jest to zapewne spowodowane również tym, że w związku z ograniczeniami technicznymi, optyczne liczniki cząstek nie są w stanie zarejestrować frakcji cząstek o tak małych wymiarach.
W zakresie filtrów łączonych, poza filtracją gazową [8] pożądane są również pomiary olfaktometryczne w znaczeniu ilościowego określenia emisji zapachów, np. gazów wylotowych  z diesla lub dymu papierosowego. Mimo że ogólne funkcjonowanie metod pomiaru zapachów jest opisane za pomocą odpowiednich regulacji ([9], [10]), nie istnieją ogólne specyfikacje dotyczące przeprowadzania testów służących do tego celu filtrów. W związku z tym, że redukcja zapachów to jedno z głównych zadań filtrów połączonych (poza separacją pyłów), pomiary te dostarczają bardziej obiektywnych i istotnych w zastosowaniu praktycznym kryteriów oceny „jakości filtra” niż separacja n-butanu lub toluenu.

 

Podziękowania

Cytowane testy eksperymentalne są częścią projektu „Rozwój wzorcowych metod generowania aerozoli testowych o określonych właściwościach względem ładowania dla potrzeb testowania filtrów”, sponsorowanego przez Państwowe Ministerstwo Gospodarki i Technologii. Projekt był prowadzony przez „Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen AiF”.

Literatura:

/1/ DIN 71460 parts 1 and 2 (Straβenfahrzeuge – Luftfilter für Kraftfahrzeuginnenräume), Beuth-Verlag, Berlin, 2006
/2/ ISO/TS 11155, parts 1 and 2 (Road vehicles – Air filters for passenger compartments), Beuth-Verlag, Berlin, 2001/2002
/3/ ISO 12103-1 (Road vehicles – test dust for fiter evaluation – part 1: Arizona test dust), Beuth-Verlag, Berlin, 1997
/4/ L. Mölter, M. Schmidt, S. Schütz: Mindestandsforderungen an einen “Referenz”-Filterprüfstand zur Luft- und Gasfiltration; Filtrieren und Separieren 2002, no.3
/5/ A. Rudolph, C. Peters, S. List: Weiterführende Untersuchungen zur Prüfung von Luftfiltrieren für den Kraftfahrzeuginnenraum; www.topas.de
/6/ F.M. Krause, F. Schmidt: Auswirkungen von Feuchte und Temperatur auf die Filterprüfung nach DIN 71460/1 (draft): ATS Seminar 2002
/7/ F. Schmidt, F.M. Krause: Ein Vergleich von Kfz-Innenraumfiltern; ATS Seminar 2003
/8/ H. Reinhardt: Recent Developments in Cabin Air Filtration; Paper presented at 2006 SAE World Congres
/9/ DIN EN 13725 (Air quality – determination of the odour concentration with dynamic olfactometry), Beuth-Verlag, Berlin, 2003, correction 2006.
/10/ VDI guideline 3882-1 (Oflactometry – determination of the odour intensity), Beuth-Verlag, Berlin, 1992/2003.
PD Dr.-Ing. Frank Schmidt 1+2
Dr.-Ing. Stefan Haep1
1 Institut für Energie- und Umwelttechnik e.V. (IUTA)
  Bliersheimer Str. 60
  D-47229 Diusburg
2 Institut für Verbrennung und Gasdynamik
  Bereich Nanopartikel Prozesstechnik
  Universität Duisburg-Essen
  Bismarckstr. 90
  D-47057 Duisbur

 

 

 

[Głosów:1    Średnia:5/5]
Jesteśmy dystrybutorem firm

#   #    #

         #          #          #




Adres rejestracyjny firmy: Siedziba: Kontakt:
Pl. Konstytucji 5/84,
00-657 Warszawa
ul. Kolejowa 53 Tel: +48 22 751 38 82
NIP: 526-100-02-14 05-092 Łomianki Fax: +48 22 751 38 81
REGON: 010697855

 

Google Facebook
2003-2009 ˆ ChemTech FilterTech | projekt: x4 studio wykonanie: G&T HOUSE
zamknij  
Keywords
Aby wysłać do nas wiadomość wypełnij poniższy formularz.

Wszystkie pola muszą być wypełnione.
Imię, nazwisko, firma
Twój adres e-mail
Wiadomość
#