Come scegliere la cartuccia filtrante in plastica tecnica più adatta all'uso industriale

La cartuccia filtrante in materiale plastico tecnico più adatta è quella il cui polimero resiste al fluido e alla temperatura di impiego, la cui struttura porosa garantisce una portata accettabile alla caduta di pressione consentita e la cui geometria assicura una tenuta e una pulizia adeguate all’interno dell’alloggiamento. La classificazione in micron viene solo dopo queste verifiche. Molti problemi relativi alle specifiche sorgono quando gli acquirenti invertono questo ordine. Stabiliscono prima un valore in micron e poi scoprono che il polimero si gonfia, si ammorbidisce o si bagna in modo diverso dal previsto.

La presente guida offre agli ingegneri e ai team di approvvigionamento una procedura pratica per la selezione delle cartucce filtranti in plastica sinterizzata. È applicabile ai liquidi di processo, alla filtrazione dei gas, allo sfiato e alla protezione delle apparecchiature OEM.

Cosa significa “plastica tecnica” nel caso di una cartuccia filtrante sinterizzata

Una cartuccia in plastica sinterizzata è un elemento rigido e poroso. La polvere di polimero viene riscaldata e pressata in modo che le particelle si leghino nei punti di contatto. La rete di pori rimane interconnessa, anziché essere sigillata dalla fusione. Porex descrive questo processo come un processo di legatura con calore e pressione controllati, in cui la dimensione e il volume dei pori vengono regolati per controllare il flusso e la ritenzione delle particelle.

Il polietilene e il polipropilene sono i polimeri sinterizzati più comuni. Il termine “tecnopolimero” ha un significato più ampio. Nel campo della filtrazione, di solito si riferisce a polimeri scelti per la loro resistenza meccanica, termica o chimica superiore a quella delle poliolefine di base. Tra gli esempi figurano il nylon (PA), il PTFE, l’UHMWPE e, nel più ampio settore delle plastiche porose, il PVDF e il PEEK. La disponibilità varia a seconda del produttore, pertanto è opportuno verificare la disponibilità di qualsiasi polimero speciale con il proprio fornitore. È possibile consultare il sito di CFC Filtration materiali per cartucce filtranti in plastica sinterizzata e il suo Panoramica sulle materie plastiche tecniche per le famiglie di polimeri a cui si rivolge.

Inizia dalla finestra operativa

La temperatura e le proprietà chimiche escludono i materiali candidati prima ancora che la dimensione dei pori diventi un fattore rilevante. A Panoramica dei materiali di R+F FilterElements sottolinea lo stesso concetto. Osserva inoltre che i valori di riferimento sono relativi e che la concentrazione, la temperatura e il tempo di esposizione possono modificarli in modo considerevole.

Chimica e temperatura

Prima di confrontare i polimeri, raccogli questi elementi:

• Composizione e concentrazione esatte dei fluidi, compresi i detergenti e i disinfettanti
• Temperatura di esercizio continua e picchi di temperatura, come ad esempio lo scarico del vapore o la pulizia a caldo
• Pressione di esercizio e pressione differenziale massima attraverso l'elemento
• Presenza di ossidanti, solventi, acidi forti o alcali forti
• A prescindere dal fatto che il fluido sia acquoso, organico o gassoso

Il comportamento generale dei polimeri costituisce un primo criterio di selezione. Le poliolefine, come il PE e il PP, sono generalmente resistenti a molti acidi e alcali, ma presentano limitazioni con alcuni solventi e agenti ossidanti. Il nylon tollera molti solventi e alcali, ma è generalmente poco resistente agli acidi forti e agli ossidanti. Il PTFE presenta la più ampia resistenza chimica tra le opzioni più comuni. Si tratta di caratteristiche generali, non di classificazioni specifiche del prodotto. La compatibilità deve essere verificata in relazione al fluido di processo effettivamente utilizzato e, laddove i dati non siano conclusivi, la soluzione più sicura consiste nell’effettuare prove su campioni nel mezzo reale.

Comportamento di bagnabilità

Il PE, il PP e il PTFE sono intrinsecamente idrofobici. Ciò può rappresentare un vantaggio per le applicazioni di sfiato e di trattamento dei gas, in cui l’elemento deve respingere i liquidi. Può invece costituire un problema per la filtrazione di soluzioni acquose, qualora l’elemento debba bagnarsi spontaneamente. Se la bagnabilità è un fattore rilevante, chiedete al fornitore come si comportano il materiale e la struttura dei pori con il vostro fluido.

Confronto tra materiali comuni

La tabella riportata di seguito mette a confronto esclusivamente le tendenze generali dei materiali. Non contiene specifiche relative ai prodotti. I limiti effettivi dipendono dal tipo di polimero, dal processo di sinterizzazione, dallo spessore delle pareti e dalle condizioni di esercizio.

Non esiste un unico materiale che si dimostri vincente in tutte le categorie. Il PTFE offre un’ampia resistenza chimica, ma potrebbe risultare superfluo, oltre che costoso, per un flusso acquoso non aggressivo in cui il PE sarebbe sufficiente. Il nylon può essere adatto a un circuito di solventi, ma si deteriora rapidamente in un ciclo di pulizia acido.

Dimensione dei pori, portata e caduta di pressione

Una volta ristretta la scelta alla famiglia di polimeri, definire i requisiti di ritenzione.

Leggere attentamente le valutazioni di Micron

I media sinterizzati presentano una distribuzione delle dimensioni dei pori, non un unico diametro dei fori. Un valore nominale descrive la dimensione approssimativa alla quale ci si aspetta che il media trattenga le particelle. Non garantisce la rimozione di ogni particella di dimensioni superiori. Se il vostro processo richiede un’efficienza di ritenzione definita, richiedete informazioni sul metodo di prova e sulle condizioni alla base del valore nominale. La prova del punto di bolla è comunemente utilizzata per caratterizzare i pori più grandi, ma misura il comportamento del fluido di bagnatura e di per sé non dimostra l’efficienza di rimozione delle particelle.

Guida alla progettazione delle materie plastiche porose di PolyStar indica la dimensione media dei pori, la porosità e la distribuzione delle dimensioni dei pori come parametri strutturali determinanti. Si osserva che una distribuzione più compatta garantisce un comportamento del flusso più prevedibile. Gli intervalli pubblicati variano a seconda del produttore e del polimero, pertanto è opportuno considerare qualsiasi intervallo indicato come specifico del fornitore.

Equilibrio tra ritenzione e caduta di pressione

I pori più fini migliorano la ritenzione, ma aumentano la resistenza e riducono il flusso. Le pareti più spesse conferiscono maggiore resistenza e capacità di carico, ma aumentano anche la resistenza. In pratica, definisci questi aspetti insieme:

• Portata richiesta alla viscosità desiderata
• Caduta di pressione ammissibile dell'elemento filtrante pulito
• Pressione differenziale prevista al terminale prima della pulizia o della sostituzione
• Distribuzione granulometrica e carico di solidi

La viscosità del fluido è importante tanto quanto la dimensione dei pori. Una cartuccia che lascia passare facilmente l'acqua può presentare una caduta di pressione molto più elevata con un fluido viscoso a parità di portata.

Geometria, resistenza e tenuta

Gli elementi in plastica sinterizzata possono essere realizzati sotto forma di tubi, cilindri, aste, dischi, piastre e forme personalizzate. Spesso sono proprio le scelte geometriche a determinare se un materiale si comporta bene in servizio.

• Superficie. Un tubo più lungo o di diametro maggiore offre una superficie maggiore e una caduta di pressione inferiore a parità di portata.
• Direzione del flusso. Verificare se l'elemento viene caricato dall'esterno verso l'interno o viceversa. La resistenza meccanica alla pressione differenziale varia a seconda della direzione.
• Raccordi terminali e guarnizioni. Secondo la guida R+F, l’elastomero è spesso il primo componente a cedere. Verificare la compatibilità dell’O-ring e della guarnizione con il fluido e la temperatura, non solo quella del corpo poroso.
• Parti incollate o saldate. Anche gli adesivi, i tappi terminali e le anime devono essere compatibili.

I progetti OEM con forme insolite possono partire da una forma di base. CFC Filtration’s asta filtrante in plastica sinterizzata per la filtrazione OEM è un esempio. Il suo categoria delle materie plastiche tecniche è un altro punto da cui partire. Verificare le dimensioni e le tolleranze con il fornitore prima della finalizzazione del progetto.

Pulizia e durata di vita

Non date per scontato che ogni elemento in plastica sinterizzata possa essere pulito allo stesso modo. Il lavaggio in controcorrente, la pulizia a ultrasuoni e la pulizia chimica funzionano solo entro i limiti imposti dal polimero, dalla dimensione dei pori e dal tipo di contaminante. Le particelle fini possono depositarsi in profondità nella rete dei pori. I contaminanti appiccicosi o fibrosi possono risultare difficili da rimuovere. Se il prodotto chimico di pulizia è più aggressivo del fluido di processo, diventa il fattore determinante per la compatibilità.

Il costo del ciclo di vita è quindi una scelta tra la possibilità di pulizia e la sostituzione, non solo una questione di prezzo unitario. Se una cartuccia non può essere ripristinata in modo affidabile, un elemento monouso a costo inferiore potrebbe rappresentare la scelta migliore. Se invece è possibile ripristinarla e il processo tollera la fase di pulizia, un polimero più resistente può ridurre la frequenza di sostituzione. Verificate questo aspetto con il vostro protocollo di pulizia, piuttosto che affidarvi a dichiarazioni generiche sulla durata.

Errori comuni nelle specifiche tecniche

• Scegliere basandosi esclusivamente sul valore in micron e tralasciando fattori quali la temperatura, la composizione chimica e la pressione differenziale
• Considerare il valore nominale come efficienza di rimozione assoluta
• Controllare il corpo poroso, ma non le guarnizioni, i tappi terminali o gli adesivi
• Senza considerare i prodotti chimici per la pulizia e i trattamenti a vapore o con acqua calda
• Ci si aspetta che un filtro in plastica rimuova i contaminanti disciolti
• Specificare l'uso di PTFE o di un altro polimero di alta qualità quando il processo non lo richiede
• Omissione di una prova nel fluido reale quando i dati di compatibilità sono incerti

Cosa includere in una richiesta di preventivo

Una richiesta completa consente al fornitore di consigliare un materiale invece di dover tirare a indovinare. Includere:

• Fluidi o gas di processo, con concentrazioni e agenti detergenti
• Temperatura di esercizio e temperatura massima
• Pressione di esercizio e pressione differenziale massima
• Portata richiesta e viscosità del fluido
• Dimensioni di ritenzione desiderate e particelle o contaminanti da rimuovere
• Spazio di installazione, raccordo terminale e sistema di tenuta
• Metodo di pulizia e frequenza di pulizia prevista
• Eventuali requisiti normativi o documentali, indicati esplicitamente
• Volume annuo e se il progetto è personalizzato o OEM

Domande frequenti

Una cartuccia filtrante in plastica tecnica è sempre migliore di una cartuccia in PE o PP?

No. I polimeri tecnici apportano un valore aggiunto quando la temperatura, le condizioni chimiche o il carico meccanico superano i limiti di resistenza delle poliolefine. In condizioni meno estreme, il PE o il PP possono soddisfare i requisiti a un costo inferiore.

Qual è il materiale più adatto per sostanze chimiche aggressive?

Il PTFE presenta la più ampia resistenza chimica generale tra le plastiche sinterizzate più comuni, ma la sua idoneità dipende comunque dal fluido specifico, dalla concentrazione e dalla temperatura. Verificare in base al proprio processo effettivo.

Posso scegliere una cartuccia basandomi esclusivamente sul valore in micron?

No. Il valore nominale è solo uno dei parametri. La compatibilità dei materiali, la portata, la perdita di carico, la geometria, la compatibilità delle guarnizioni e il metodo di pulizia sono tutti fattori che influenzano il corretto funzionamento del filtro.

Le cartucce in plastica sinterizzata possono essere pulite e riutilizzate?

A volte. La riutilizzabilità dipende dal polimero, dalla dimensione dei pori, dal tipo di contaminante e dal metodo di pulizia. I contaminanti fini o appiccicosi potrebbero limitare il recupero, pertanto è opportuno testare la procedura di pulizia nel proprio processo.

I filtri in plastica sinterizzata rimuovono le sostanze contaminanti disciolte?

Non tramite ritenzione meccanica. Sono progettati per la filtrazione di particelle, lo sfiato o il controllo del flusso. Le specie disciolte richiedono un processo diverso, come l’adsorbimento o la separazione a membrana.

Di quali informazioni ha bisogno un fornitore per consigliare una cartuccia?

Composizione del fluido, temperatura, pressione, portata, valore di ritenzione desiderato, dimensioni, tipo di raccordo e metodo di pulizia. Più i dati sono completi, minore è il rischio di incompatibilità.

Conclusione

La scelta di una cartuccia filtrante in plastica tecnica è un processo graduale. Selezionare i polimeri in base alla temperatura e alle caratteristiche chimiche, definire la dimensione dei pori in funzione dei limiti di portata e di caduta di pressione, verificare la geometria e le guarnizioni e pianificare la pulizia o la sostituzione. Un materiale che sulla carta sembra resistente può comunque fallire se un componente, come ad esempio la guarnizione, non è compatibile. Laddove i dati siano incerti, è preferibile effettuare una prova su campione con il fluido reale piuttosto che basarsi su supposizioni.

Se state scegliendo un elemento in plastica sinterizzata per un nuovo progetto o per una sostituzione, inviate a CFC Filtration le vostre condizioni operative, il grado di ritenzione desiderato e i dettagli di installazione. Il nostro team potrà valutare con voi i materiali, le strutture porose e le configurazioni delle cartucce più adatte alla vostra applicazione.