Los filtros de aire retienen las partículas del aire porque dichas partículas entran en contacto con la superficie de las fibras de la media filtrante y se adhieren a las fibras. Los mecanismos por los que las partículas entran en contacto con las fibras en la media filtrante están descritas en la sección Mecanismos de los filtros de aire.

Existen dos grandes categorías de filtros de aire

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Filtros de aire con media de fibras finas – Estos filtros utilizan medias filtrantes cuyas fibras tienen un diámetro lo suficientemente pequeño como para permitir la parada eficaz de partículas submicrónicas sin atracción electrostática. La media de fibras finas tiene a menudo fibras de vidrio o PTFE.

Filtros de aire con media de fibras espesas

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Estos filtros utilizan medias filtrantes cuyas fibras tienen un diámetro que no permite, normalmente, detener eficazmente las partículas submicrónicas. Para detener estas partículas con más eficacia, la media se carga electrostáticamente para permitir una atracción electrostática de las partículas. Las medias de fibras espesas tienen a menudo fibras sintéticas.

Filtros de aire electrónicos

Estos filtros necesitan una fuente de energía externa. Los filtros cargan las partículas en una primera planta y a menudo utilizan un conjunto de láminas paralelas sobre las cuales las partículas se recolectan en una segunda planta. Una lámina con una carga opuesta atrae las partículas cargadas. Normalmente, estas láminas deben lavarse para que el filtro conserve su máxima eficacia.

Mecanismos de filtración de aire

Existen cuatro mecanismos que permiten filtrar las partículas a través de una media de filtración de aire. Son la inercia, la intercepción, la difusión y el tamizado. A cada mecanismo le corresponde la filtración de un determinado tamaño de partículas.

Tamizado

La tamización o tamizado es un método físico para separar las partículas de mayor tamaño que el tamiz utilizado y consiste en hacer pasar una mezcla de partículas de diferentes tamaños por un tamiz, el cual está formado por varias fibras. Las partículas de mayor tamaño no pasan por los poros del tamiz quedando atrapadas por el mismo.

Inercia e intercepción

Las partículas gruesas se filtran por efecto de la inercia y las partículas de menor tamaño por efecto de intercepción. Las partículas al tener una masa mayor son mas difíciles de desviar por tanto se utiliza el principio de inercia, a causa de este efecto, las partículas siguen deslazándose en línea recta, incluso cuando el flujo de aire está obligado a rodear las fibras mientras que las partículas de menor tamaño si se desvían junto con el flujo de aire y tiene que ser utilizado el principio de intercepción. Una vez que las partículas entran en contacto con las fibras, se pegan a ellas y, de este modo, el flujo de aire las filtra.

Difusión

La difusión es el mecanismo de filtración de aire más difícil de imaginar o de explicar. Partículas muy pequeñas se fijan sobre las fibras si entran en contacto con ellas por efecto de la difusión. Las partículas encuentran las moléculas de aire y son “empujadas” en todas direcciones. Es el movimiento browniano. A causa de este movimiento browniano, algunas pequeñas partículas no siguen precisamente la corriente de aire, pero tienen un movimiento vibratorio y se mueven de forma irregular. Este movimiento irregular aumenta la probabilidad de que las partículas entren en contacto con las fibras de los filtros.

Electroestáticos

Los filtros dotados de medias de fibras de gran diámetro necesitan carga eléctrica para aumentar su eficacia de eliminación de las partículas finas. Normalmente, las medias de fibras de gran diámetro se aceptan debido a su bajo coste y su resistencia al flujo de aire. Sin embargo, estos filtros pierden a menudo carga electrostática con el tiempo ya que las partículas capturadas sobre su superficie ocupan los lugares cargados, lo que neutraliza la carga electrostática.

El párrafo de introducción de la norma ANSI/ASHRAE 52.2-1999 estipula:

“Determinados filtros de aire con media fibrosa tienen una carga electrostática que puede ser natural o impuesta a la media durante su fabricación. Tales filtros pueden mostrar una eficacia excelente cuando están limpios y ver caer su eficacia a lo largo de su ciclo de vida. La etapa de acondicionamiento inicial del proceso de carga en polvo descrita en la presente norma puede afectar a la eficacia del filtro, pero no tanto como podemos observar en condiciones de funcionamiento reales. Es por ello que la eficacia mínima señalada durante la prueba puede ser superior a la obtenida en una situación real.”

Este párrafo indica claramente que los expertos en filtros de aire reconocen el efecto del tiempo sobre los filtros en función de la carga electrostática pasiva. Además, muestran inquietudes en cuanto a los resultados potencialmente imprecisos de la prueba debidos a la aplicación de la norma a filtros de fibras gruesas en función de la carga electrostática.

Filtros mecánicos y electrostáticos

Debido a que los filtros mecánicos se van cargando de partículas progresivamente, la pérdida de carga y de eficacia de recogida suele ser cada vez mayor. Finalmente, este aumento de pérdida de carga inhibe considerablemente el flujo de aire y obliga a cambiar los filtros. Por este motivo, a menudo se supervisa la pérdida de carga en los filtros mecánicos, ya que esto indica cuándo conviene sustituir los filtros.

Por el contrario, los filtros electrostáticos, que están compuestos por fibras polarizadas, pueden perder su eficacia de recogida con el tiempo o cuando se exponen a determinadas sustancias químicas, aerosoles o a una humedad relativa elevada. La pérdida de carga en un filtro electrostático suele aumentar más lentamente que en un filtro mecánico de eficacia similar.

Así pues, a diferencia del filtro mecánico, la pérdida de carga del filtro electrostático no constituye un buen indicador de la necesidad de cambiar los filtros.

Carbón activado

El carbón activado es un adsorbente microporoso realizada a partir de un material carbonoso. Las materias primas son de carbón, madera, turba y cáscaras de coco. El término “microporoso” significa que el carbón activado, a pesar de su aspecto sólido, en realidad está compuesto de una red de fisuras y poros interrelacionadas que están presentes por todo el material. Los poros son extremadamente pequeños, 1.000 nanómetros (10-9M), y sólo se pueden ver con un potente microscopio electrónico. La extensión de los poros, y la gama de sus tamaños, reflejan en gran medida la estructura del material original. Los materiales volátiles, como el agua, alquitranes y resinas, se queman durante el proceso de fabricación.

Posteriormente, la matriz restante de átomos de carbono se oxida selectivamente para abrir la red de poros botánico original. El resultado es un material con una superficie interna extremadamente alta (~ 1000 m2 / g).

Debido a su compleja estructura de poros internos, el carbón activado se utiliza en la purificación y filtración de los gases. Las moléculas de gas contaminantes en una corriente de aire entran en los poros grandes en la superficie del carbono a través de un proceso llamado difusión y avanzan hacia la superficie interna de los poros más pequeños. Cuando una molécula de gas choca con la superficie de carbono en un sitio adecuado, se forma una atracción y es retenida.

Las moléculas de gas son muy pequeñas y están más fuertemente adsorbidos en los poros más pequeños de diámetro. Carbonos que satisfacen estos criterios, tradicionalmente se fabrican a partir de cáscara de coco y carbón.