Meio filtrante de carvão ativado: um guia prático para projetistas de filtros de ar

Filtro de carvão ativado a mídia é um daqueles materiais que parecem simples em uma folha de especificações e se tornam muito mais interessantes quando você tenta fazê-la funcionar dentro de um filtro de ar real. O carbono pode remover odores, VOCs, ozônio e outros gases residuais, mas somente quando o grau do meio, a quantidade de carbono, o caminho do fluxo de ar e o invólucro ao seu redor são projetados como um sistema. Desde 2004, nossa equipe na Henka constrói filtros de carbono para purificadores de ar, unidades de ar fresco, equipamentos HVAC e aplicações especiais. As notas abaixo são lições práticas que compartilhamos com engenheiros que estão escolhendo meios de carbono para um novo filtro ou melhorando um existente.

O que o meio filtrante de carvão ativado realmente faz

O carvão ativado é uma forma de carbono altamente porosa. Sua área de superfície interna é enorme para seu peso, e é nessa superfície que as moléculas de gás se acumulam por meio de adsorção. O processo não é o mesmo que peneirar partículas do ar. Moléculas de odor, vapores de solventes e outros compostos orgânicos voláteis são mantidos na superfície do carbono por forças físicas fracas, enquanto alguns carbonos especialmente tratados utilizam reações químicas para capturar gases como amônia ou sulfeto de hidrogênio.

Essa distinção é importante durante o projeto do filtro. Um estágio de carbono é geralmente colocado após um pré-filtro grosso e, em muitos purificadores, após ou ao lado de um estágio HEPA. O pré-filtro protege o carbono da poeira que, de outra forma, bloquearia seus poros. O carbono então lida com os gases e odores que os filtros de partículas não conseguem remover. Se se espera que o carbono faça as duas tarefas ao mesmo tempo, o filtro muitas vezes se torna mais espesso, mais pesado e mais difícil de vedar adequadamente.

A umidade é a variável silenciosa na seleção do carbono. O vapor de água compete com os gases-alvo pelos locais de adsorção, portanto, um tipo de carbono que funciona bem em um laboratório seco pode perder capacidade em um clima úmido. A temperatura tem um efeito semelhante: a adsorção geralmente torna-se mais fraca à medida que a temperatura aumenta. Um bom projeto de filtro de carbono leva em conta as condições reais de operação, não apenas as condições de teste limpas e secas usadas em uma folha de dados.

Formas de mídia de carvão ativado e onde elas se encaixam

Não existe uma única melhor forma de meio de carbono. A escolha certa depende do gás alvo, do espaço disponível, da queda de pressão aceitável e da vida útil esperada pelo cliente.

A tabela é um ponto de partida, não uma classificação. Um não tecido de carbono fino pode ser perfeito em um purificador compacto onde o espaço é limitado, enquanto um bloco de favo de mel profundo pode ser a melhor escolha em uma unidade de ar fresco que precisa de baixa queda de pressão e um longo intervalo de manutenção.

Lendo as especificações de carbono sem se perder

As planilhas de dados de carbono estão repletas de números e nem todos prevêem o desempenho em campo. A maneira útil de lê-los é conectar cada número à decisão de projeto que ele suporta.

• Número de iodo fornece uma indicação aproximada do volume do microporo. É útil para comparar classes, mas não informa quão bem um carbono removerá um gás específico em uma corrente de ar úmida.
• Atividade de tetracloreto de carbono é uma medida clássica da capacidade de adsorção de vapor. É útil para aplicações de solventes e odores, embora as condições de teste possam diferir do filtro real.
• Capacidade de trabalho de butano é frequentemente usado para carbonos destinados a capturar compostos orgânicos voláteis em baixas concentrações. Pode ser mais relevante do que o número de iodo para algumas tarefas de purificação do ar.
• Densidade aparente afeta a quantidade de carbono que cabe em um determinado volume. Um carbono mais denso pode gerar mais massa no mesmo espaço, mas também pode aumentar a queda de pressão.
• Teor de umidade e cinzas influenciar a consistência e a vida útil. Alto teor de cinzas ou umidade não é automaticamente um defeito, mas deve ser compreendido e controlado.
• Impregnação altera a química da superfície. Os carbonos impregnados são usados ​​para amônia, sulfeto de hidrogênio e outros gases que o carbono simples não retém bem.

Solicite o método de teste, preparação da amostra e detalhes de condicionamento por trás de cada valor. Um tipo de carbono testado a seco e depois instalado em um sistema úmido de ar fresco pode se comportar de maneira bastante diferente do resultado de laboratório.

Transformando mídia de carbono em um filtro fabricável

Um bom design de filtro de carbono tem tanto a ver com a estrutura e a vedação quanto com o próprio carbono. O pó de carbono pode contaminar os componentes posteriores, portanto o meio deve ser contido. Os adesivos devem ser compatíveis com o carbono e o material da moldura. O filtro também deve tolerar o manuseio, o transporte e as mudanças de pressão que ocorrem no filtro durante a operação.

Uma das solicitações mais comuns que recebemos é de um estágio de carbono com baixa queda de pressão que caiba em um gabinete padrão de ar fresco ou HVAC. Um bloco em favo de mel costuma ser uma resposta limpa porque a estrutura é autossustentável e os canais são uniformes. Nosso filtro de carvão ativado em favo de mel é um exemplo dessa abordagem, com um bloco rígido que pode ser selado em uma estrutura e manuseado como um único componente.

Filtro de carvão ativado em favo de mel personalizável Um bloco rígido em forma de favo de mel com enchimento de carbono e material de célula personalizáveis, adequado para instalações com estrutura onde é necessário um estágio de carbono de canal uniforme e autossustentável. Ver Produto →

A mídia de carbono corrugado é outro caminho. Ele cria um pacote de grande área superficial com um caminho de fluxo de ar definido e pode ser cortado e emoldurado para diferentes formatos de alojamento. O filtro de carvão ativado corrugado é útil quando o projeto precisa de mais massa de carbono sem transformar o filtro em uma caixa profunda e pesada.

Filtro de ar de carvão ativado ondulado Filtro de carbono tipo placa com estrutura corrugada para fluxo de ar de baixa resistência em sistemas de grande volume, útil onde a massa de carbono é necessária sem um alojamento profundo. Ver Produto →

Quando o carbono precisa ser combinado com filtragem de partículas finas na mesma área, uma construção composta geralmente faz mais sentido do que dois filtros separados. Um filtro HEPA multifuncional de carvão ativado pode reduzir o número de interfaces de vedação e simplificar a montagem para o fabricante do equipamento.

Filtro multifuncional de carvão ativado HEPA Combina captura de partículas HEPA com carvão ativado modificado para formaldeído, VOC e remoção de odores, com opções de moldura e cartão de papel para conjuntos de filtros de ar personalizados. Ver Produto →

Combinando a mídia de carbono com a aplicação

Nos purificadores de ar domésticos, o estágio de carbono geralmente precisa ser fino, leve e silencioso. O fluxo de ar é relativamente baixo, mas o cliente espera a remoção de odores de alimentos, animais de estimação e fontes internas do dia a dia. Um não tecido de carbono, um bloco de favo de mel fino ou um filtro composto de carbono e HEPA podem funcionar, desde que a queda de pressão permaneça dentro da curva do ventilador.

Os sistemas de ar fresco apresentam um equilíbrio diferente. O estágio de carbono pode apresentar maior fluxo de ar e uma ampla gama de condições externas, portanto a profundidade do meio e a qualidade da vedação tornam-se mais importantes. Nosso filtros do sistema de ar fresco são projetados em torno dessa compensação entre tempo de contato e queda de pressão.

Projetos de HVAC e salas limpas geralmente precisam de uma meta de desempenho documentada, um intervalo de manutenção definido e um filtro que se ajuste a uma estrutura padrão. Nesses casos, o meio de carbono é frequentemente especificado juntamente com um pré-filtro e um estágio final de partículas. O estágio de carbono deve ser selecionado para o perfil de gás específico, e não simplesmente como uma camada genérica de controle de odor.

Para marcas de purificadores de ar, a conversa sobre design geralmente começa com a caixa e a curva do ventilador. É por isso que o nosso filtros purificadores de ar domésticos são desenvolvidos em torno de todo o trajeto do ar, e não como uma folha de carbono independente.

O que colocar em uma especificação de filtro de carbono

Uma especificação clara evita a maior parte das idas e vindas durante a amostragem e a produção. Recomendamos cobrir esses pontos antes da construção do primeiro protótipo.

1. Os gases alvo, concentração esperada e nível de ruptura aceitável.
2. Fluxo de ar nominal, velocidade frontal e queda de pressão máxima permitida.
3. Temperatura operacional, umidade relativa e ciclo de trabalho.
4. Forma da mídia, tipo de carbono e carga de carbono com tolerância razoável.
5. Material da estrutura, tipo de vedação, posição da junta e dimensões gerais.
6. Métodos de teste para desempenho de adsorção, queda de pressão e vazamento.
7. Requisitos de embalagem, prazo de validade e manuseio para proteger o carbono antes da instalação.

Lições da área de produção

O carbono não é inerte durante o armazenamento. Ele pode adsorver vapores de solventes de embalagens, agentes de limpeza ou da oficina vizinha, por isso prestamos atenção em como os filtros acabados são ensacados e armazenados. Também verificamos cuidadosamente a compatibilidade do adesivo. Alguns adesivos liberam vapores que o carbono captura facilmente, o que pode reduzir a capacidade disponível para a aplicação real.

A vedação é outro detalhe que merece mais atenção do que normalmente recebe. Um filtro de carbono com 95% de carbono e 5% de desvio pode se comportar como um filtro muito menor, porque o ar segue o caminho mais fácil ao redor da mídia. Frequentemente realizamos verificações de primeiro artigo sobre ajuste da estrutura, compressão da junta e controle de poeira de carbono antes que um novo projeto passe para produção em volume. Nosso sistema de qualidade é baseado na ISO 9001:2015 e ISO 14001:2015, e vários produtos da nossa linha possuem certificação UL.

O meio filtrante de carvão ativado representa uma pequena parte do filtro em peso e uma grande parte do desempenho por design. Se você estiver pesando carbono alveolar, corrugado, granular ou composto para seu próximo projeto, nossa equipe terá prazer em analisar a aplicação com você e sugerir uma construção que se adapte à caixa, ao fluxo de ar e à vida útil que você tem em mente.