Qual è il filtro migliore: quello pieghettato o quello sinterizzato?

Un filtro a pieghe è solitamente la scelta migliore quando sono richiesti portate elevate, una bassa perdita di carico iniziale, un ingombro ridotto e una sostituzione economica. Un filtro sinterizzato è solitamente la scelta migliore quando il processo prevede temperature elevate, pressioni differenziali elevate, sostanze chimiche aggressive, pulizie ripetute, recupero del catalizzatore, impiego con vapore o lunghi cicli operativi.

Questa è la risposta diretta.

Ma non è la risposta che la maggior parte dei team di acquisto si aspetta, perché il termine “migliore” viene spesso utilizzato come sostituto di una domanda che nessuno ha definito in modo adeguato: migliore in cosa, in quali condizioni di processo, per quante ore di funzionamento e a spese di chi?

Ciò che costa poco finisce per costare caro.

Una cartuccia pieghettata monouso che costa un quinto può comunque rivelarsi la scelta più costosa dopo sei mesi, se si considerano le sostituzioni, la manodopera necessaria per i fermi macchina, la gestione delle scorte, la perdita di prodotto e lo smaltimento dei rifiuti contaminati. Allo stesso tempo, specificare un elemento sinterizzato 316L per impieghi gravosi per l’acqua ambiente pulita a pressione moderata può rivelarsi una mossa puramente di facciata: tecnicamente impressionante, ma economicamente poco vantaggiosa.

Allora, quale filtro dovresti comprare, in realtà?

La mia opinione è chiara: scegliere i materiali pieghettati per ottenere una superficie efficace a costi contenuti; scegliere i materiali sinterizzati per garantire la resistenza strutturale e un recupero ripetibile. Tutto il resto riguarda i dettagli procedurali.

Filtro a pieghe vs filtro sinterizzato: la differenza pratica

Un filtro pieghettato viene realizzato piegando un foglio di materiale filtrante in modo da ottenere una geometria cilindrica compatta. Le pieghe moltiplicano la superficie effettiva di filtrazione senza richiedere un alloggiamento più grande. A seconda dell'applicazione, il materiale filtrante può essere polipropilene, poliestere, cellulosa, fibra di vetro, membrana in PTFE, rete in acciaio inossidabile o un altro materiale tecnico.

Un filtro sinterizzato viene prodotto mediante la fusione di polvere metallica, fibre metalliche o rete metallica intrecciata a temperature elevate, inferiori al punto di fusione del materiale. Le particelle o i punti di contatto dei fili si fondono formando una struttura rigida e porosa con percorsi di flusso controllati.

Si ottiene un'area grazie alla geometria.

L'altro acquista forza grazie alla metallurgia.

Tale distinzione influisce su quasi tutte le variabili operative: perdita di carico, capacità di trattenere lo sporco, resistenza termica, resistenza al collasso, facilità di pulizia, rilascio di particelle, compatibilità chimica, durata di vita utile e costo di acquisto.

Questo spiega anche perché un semplice Filtro a pieghe vs filtro in metallo sinterizzato Un confronto basato esclusivamente sul valore nominale in micron non è affidabile. Due elementi contrassegnati con “10 µm” possono comportarsi in modo molto diverso, poiché il valore nominale, il valore assoluto, la distribuzione granulometrica, lo spessore del materiale filtrante, la forma delle particelle, la viscosità del fluido e la concentrazione di prova influenzano tutti la ritenzione effettiva.

Il verdetto in breve

Scegliere un filtro a pieghe quando:

Il fluido è relativamente pulito o moderatamente contaminato.
È importante che la pressione differenziale di pulizia sia bassa.
È richiesta una portata elevata in un alloggiamento compatto.
La temperatura di processo rimane entro i limiti previsti per il polimero o la guarnizione.
La sostituzione della cartuccia è semplice ed economica.
È ammesso l'uso di dispositivi monouso.
La fase di filtrazione ha una funzione protettiva, di rifinitura o di prefiltrazione, piuttosto che essere strutturalmente impegnativa.

Scegliere un filtro sinterizzato quando:

Il componente deve resistere alle alte temperature o ai cicli termici.
La pressione differenziale, le vibrazioni, il flusso inverso o le pulsazioni di pressione possono danneggiare i materiali morbidi.
Il filtro deve essere pulito, sottoposto a controlavaggio, trattato con vapore, trattato con ultrasuoni o rigenerato chimicamente.
La migrazione dei supporti o la sostituzione delle fibre ottiche è inaccettabile.
Il processo contiene catalizzatori preziosi o solidi derivati dal prodotto.
I fermi di produzione sono costosi.
La ripetibilità a lungo termine è più importante di un prezzo iniziale basso.

C'è una via di mezzo un po' scomoda: una filtro pieghettato sinterizzato. Questo design combina l'ampia superficie delle pieghe con la stabilità meccanica e la facilità di pulizia tipiche delle fibre metalliche sinterizzate o delle reti metalliche. Può rappresentare un'ottima soluzione, ma non va confuso con una cartuccia pieghettata in polimero di basso costo.

La nostra gamma di elementi filtranti pieghettati sinterizzati Si colloca in questa categoria intermedia: ha una superficie maggiore rispetto a un tubo rigido convenzionale in metallo sinterizzato, ma offre prestazioni strutturali e termiche di gran lunga superiori rispetto a un tubo pieghettato monouso in plastica.

Tabella comparativa: filtro a pieghe vs filtro sinterizzato

Fattore di selezione	Cartuccia filtrante a pieghe	Cartuccia filtrante sinterizzata	Il vincitore tipico
Costo iniziale di acquisto	Di solito più basso	Di solito più alto	A pieghe
Area di filtrazione	Molto elevato a causa del supporto ripiegato	Moderato per i filtri tubolari a polvere; elevato per i modelli metallici a pieghe	Pieghettato o sinterizzato pieghettato
Caduta di pressione pulita	Di solito è basso se le dimensioni sono corrette	Spesso più elevato a parità di dimensioni e per le qualità più pregiate	A pieghe
Resistenza alle alte temperature	Limitato da supporti, strati di supporto, adesivo, tappi terminali e guarnizioni	Ottimo risultato con una scelta adeguata del metallo e della guarnizione	Sinterizzato
Resistenza alla pressione differenziale	Dipende in larga misura dalla struttura del nucleo e del supporto	Elevata integrità strutturale	Sinterizzato
Resistenza chimica	Può essere eccellente, ma dipende dal polimero e dai materiali di incollaggio	Ottimo se si sceglie la lega giusta	A seconda dell'applicazione
Facilità di pulizia	Alcuni modelli possono essere sciacquati; molti sono da considerarsi monouso	Progettato per lavaggi ripetuti con controlavaggio, ultrasuoni, solventi, vapore o prodotti chimici	Sinterizzato
Perdita di fibre o di mezzi di trasmissione	Possibile con alcuni supporti fibrosi	La struttura metallica incollata riduce al minimo la migrazione	Sinterizzato
Capacità di ritenzione dello sporco	Con pieghe molto profonde o modelli a più strati	Va bene, ma dipende dalla struttura dei pori e dal fatto che si formi o meno un panello di filtrazione	A seconda dell'applicazione
Modello di servizio	Sostituire al raggiungimento della pressione differenziale ΔP finale	Pulire, rigenerare e riutilizzare	Sinterizzato
Frequenza di spegnimento	Può comportare un aumento dei servizi complessi	Spesso si riduce quando la pulizia è efficace	Sinterizzato
Peso	Basso	Più alto	A pieghe
Onere dello smaltimento	Altre cartucce esaurite	La frequenza di sostituzione è inferiore, ma i rifiuti derivanti dalla pulizia permangono	Sinterizzato
Uso ottimale	Acqua, alimenti e bevande, liquidi di processo generici, raffinazione, prefiltrazione	Raffinazione, prodotti chimici, gas caldi, vapore, recupero dei catalizzatori, gas ad alta pressione	Dipende dal servizio

Perché i filtri a pieghe presentano solitamente una perdita di carico iniziale inferiore

La plissettatura aumenta la superficie.

Ne ho un bel po'.

Donaldson afferma che alcuni modelli industriali a pieghe garantiscono circa da due a tre volte la superficie di filtrazione a parità di ingombro, riducendo il rapporto aria/fluido e la pressione richiesta. Anche Parker descrive le cartucce in cellulosa pieghettata come prodotti in grado di offrire un’elevata portata con una bassa caduta di pressione.

Non si tratta di semplici slogan di marketing. La velocità del fluido attraverso ogni centimetro quadrato del materiale filtrante diminuisce all’aumentare della superficie disponibile. Una velocità frontale inferiore comporta generalmente una pressione differenziale di pulizia inferiore, a condizione che i canali delle pieghe rimangano aperti e che il materiale filtrante non sia stato compresso eccessivamente.

Ma un numero maggiore di pieghe non garantisce automaticamente prestazioni migliori.

Questa supposizione crea problemi.

Se le pieghe sono troppo ravvicinate, i liquidi viscosi, i solidi appiccicosi o il panello di filtrazione che si accumula rapidamente possono formare dei ponti tra le pieghe adiacenti. Una volta che si forma il ponte, gran parte dell’area dichiarata smette di funzionare in modo indipendente. La cartuccia può sembrare enorme sulla scheda tecnica, ma all’interno del recipiente si comporta come un cilindro molto più piccolo.

Una ampia distanza tra le pieghe può migliorare la pulibilità e ritardare la formazione di ponti. Donaldson, ad esempio, descrive modelli di cartucce con pieghe ampie progettati per migliorare la pulizia a impulsi e controllare la caduta di pressione in presenza di polveri fibrose o agglomeranti.

Ecco perché non ritengo che il “numero di pieghe” possa costituire di per sé una specifica d’appalto significativa. Richiedete:

Area di filtrazione effettiva
Profondità e distanza tra le pieghe
Permeabilità ai fluidi
ΔP netto alla portata effettiva
Viscosità del fluido utilizzato nella prova
Pressione differenziale al terminale
Nascondi valutazione
Temperatura di prova

Senza quei valori, il confronto risulta incompleto.

La caduta di pressione è una questione legata ai costi operativi, non solo ai filtri

Ogni filtro crea una resistenza. Man mano che la contaminazione si accumula, la resistenza tende ad aumentare.

Il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti consiglia di filtrare l'aria compressa solo al livello necessario, poiché una filtrazione superflua aumenta la caduta di pressione e il conseguente consumo energetico. Raccomanda inoltre di sostituire gli elementi in base alla pressione differenziale misurata, anziché attenersi esclusivamente a scadenze fisse.

Questo aspetto è importante ben oltre il campo dell'aria compressa.

In un sistema a liquido azionato da una pompa, l'aumento di ΔP richiede una prevalenza aggiuntiva. In un circuito di gas, può ridurre la pressione a valle, limitare la portata o aumentare il carico del compressore. In un impianto a lotti, può semplicemente allungare il tempo necessario per completare ogni trasferimento.

Un filtro dal prezzo di acquisto contenuto ma con un ΔP di esercizio costantemente elevato può comportare costi di esercizio pari a molte volte la differenza di prezzo.

E vale anche il contrario. Un elemento sinterizzato di alta qualità non garantisce automaticamente un risparmio energetico. Se è sottodimensionato, eccessivamente fine, pulito male o progettato con una struttura porosa errata, può funzionare con una caduta di pressione inutilmente elevata.

Il filtro deve essere dimensionato in base al processo, non in base al depliant.

Il fattore che distingue i filtri sinterizzati: la temperatura

Di solito questa è la parte più semplice della decisione.

Le cartucce pieghettate standard in polipropilene sono comunemente utilizzate nella filtrazione dell’acqua, delle bevande, dei prodotti chimici e nei processi di filtrazione in generale, ma la loro temperatura di esercizio è limitata dal polimero, dalla struttura di supporto, dal tipo di tappo terminale e dal materiale di tenuta. I modelli pieghettati in poliestere, PTFE, fibra di vetro e acciaio inossidabile possono ampliare tale intervallo, ma è comunque necessario verificare ogni singolo componente.

Un elemento metallico sinterizzato elimina molte di queste limitazioni.

Pall presenta modelli in metallo sinterizzato poroso per un impiego fino a 677 °C o 1.250 °F quando si sceglie una lega adeguata. Le sue configurazioni standard possono presentare limiti inferiori a quelli pubblicati, poiché a costituire il fattore limitante è la guarnizione, l’alloggiamento o il materiale standard — non necessariamente il metallo poroso in sé.

Questo dettaglio spesso sfugge.

Il fatto che il corpo del filtro in acciaio 316L sia progettato per resistere a diverse centinaia di gradi non rende una guarnizione in NBR adatta alla stessa temperatura. Né una guarnizione per alte temperature risolve i problemi di corrosione sotto sforzo da cloruri, ossidazione o infragilimento della lega.

Per il la migliore cartuccia filtrante per applicazioni ad alta temperatura e pressione, di solito inizierei con un sistema a cartuccia filtrante in metallo sinterizzato e poi restringere la ricerca in base alla lega, al grado di porosità, alla geometria degli elementi, alla struttura dei giunti, alla guarnizione, al codice dell'alloggiamento e al metodo di pulizia.

Non solo in base al valore in micron.

Alta pressione: la pressione di esercizio non è la stessa cosa della pressione differenziale

Questa distinzione merita maggiore attenzione.

La pressione di esercizio è la pressione contenuta all'interno del gruppo costituito dall'alloggiamento e dall'elemento filtrante. La pressione differenziale è la differenza di pressione attraverso il mezzo filtrante. Un sistema può funzionare a 200 bar, mentre il filtro pulito registra una pressione differenziale di soli 0,1 bar.

A quel punto la cartuccia si intasa.

Il lato a monte rimane sotto pressione, mentre la pressione a valle diminuisce e l'elemento viene improvvisamente sottoposto a un carico di schiacciamento o crollo molto più elevato. È in questo momento che i materiali morbidi non rinforzati possono deformarsi, spaccarsi, creare un bypass o staccarsi da un tappo terminale.

Una struttura sinterizzata è intrinsecamente rigida. Le particelle di polvere, i punti di contatto delle fibre o gli strati di rete sono legati metallurgicamente, consentendo all’elemento di resistere ai cicli di pressione e alla pulizia con flusso inverso in modo più costante rispetto a una tipica cartuccia monouso in polimero.

Tuttavia, “metallo” non significa indistruttibile.

Chiedere al produttore quali sono le pressioni differenziali ammissibili in direzione di mandata e di ritorno alla temperatura di esercizio. Il valore di collasso misurato a temperatura ambiente non deve essere applicato indiscriminatamente alle condizioni di esercizio a caldo. Anche le saldature, i raccordi terminali, i supporti perforati e l’esposizione alla fatica sono fattori rilevanti.

Per l'etilene ad alta pressione, i fluidi supercritici, i sistemi idraulici, il vapore e i gas compressi, il filtro è parte integrante del sistema a pressione e non un accessorio di consumo.

Filtro pieghettato monouso vs filtro sinterizzato riutilizzabile

È proprio qui che i fogli di calcolo relativi agli appalti spesso diventano fuorvianti.

La cartuccia monouso è solitamente la scelta preferita per il primo ordine di acquisto. Un elemento sinterizzato può costare diverse volte di più, soprattutto se è realizzato in acciaio inossidabile 316L, Hastelloy C-276, Inconel 600, nichel, titanio o con una struttura multistrato in fibra sinterizzata.

Ma il calcolo corretto non è:

Prezzo unitario della cartuccia pieghettata rispetto al prezzo unitario della cartuccia sinterizzata.

Il calcolo corretto è:

Costo totale di filtrazione per anno di esercizio, per metro cubo trattato o per chilogrammo di prodotto vendibile recuperato.

Un modello di costo totale utilizzabile dovrebbe includere:

Componente di costo	Monouso a pieghe	Sinterizzato riutilizzabile
Elementi iniziali	Basso	Alto
Frequenza di sostituzione	Potenzialmente elevato	Ridurre se la rigenerazione funziona
Manodopera per la chiusura	Ripetuto	Ridotta o destinata alle pulizie
Attrezzature per la pulizia	Di solito minimo	Potrebbe essere necessario ricorrere a un sistema di controlavaggio, a un bagno a ultrasuoni, a un forno, a solventi, acidi o sostanze caustiche
Smaltimento dei rifiuti	Cartuccia esaurita e contaminanti trattenuti	Il liquido di pulizia, i solidi rimossi e, infine, l'elemento
Inventario	Ulteriori scorte di ricambio	Ci sono meno componenti, ma i ricambi sono comunque necessari
Perdita di prodotto	Può verificarsi in caso di sostituzioni frequenti	Può essere ridotto mediante pulizia in loco
Onere di convalida	I nuovi lotti di cartucce potrebbero richiedere un controllo	Gli elementi riutilizzati richiedono procedure di pulizia e di verifica dell'integrità
Conseguenze di un guasto	Di solito limitato a un impiego non critico	Potenzialmente grave in un servizio di processo critico
Valore residuo	Di solito nessuno	Potenziale lunga durata e valore come rottame metallico

Un filtro sinterizzato non è automaticamente economico solo perché è lavabile. La pulizia deve infatti ripristinare la permeabilità e le prestazioni di ritenzione.

Questa è la parte difficile.

Alcuni tipi di contaminazione si staccano facilmente tramite il controlavaggio. Alcuni si dissolvono in un solvente compatibile. Alcuni si ossidano in un forno a temperatura controllata. Altri materiali penetrano nella rete di pori, polimerizzano, si carbonizzano, formano incrostazioni o aggrediscono chimicamente la lega. Un filtro può sembrare pulito pur rimanendo ostruito idraulicamente al suo interno.

Quindi la vera domanda non è: “Si può pulire?”

La domanda è: “È possibile riportarlo ripetutamente a uno stato di riferimento documentato senza allargare i pori, danneggiare le saldature, contaminare il prodotto o generare rifiuti chimici pericolosi?”

Cosa ci rivelano i dati reali del settore industriale

La documentazione attuale sui prodotti è utile, ma i casi di processo di lunga durata sono più indicativi perché mettono in luce gli aspetti economici relativi al recupero, alla pulizia e ai tempi di funzionamento.

In un caso relativo all’industria di processo pubblicato da Mott, un sistema in metallo sinterizzato utilizzato per il recupero dei catalizzatori esauriti avrebbe prodotto, secondo quanto riportato, un filtrato contenente meno di 1 ppm di solidi in sospensione. I solidi rimossi tramite controlavaggio sono stati inviati al recupero e il sistema è rimasto in funzione per più di sette anni; i risparmi ottenuti grazie al recupero del catalizzatore hanno permesso di ammortizzare l'investimento nella filtrazione in poco più di un anno.

Quel caso non dimostra che ogni impianto sinterizzato raggiunga un ritorno sull'investimento in un anno. La composizione chimica dell'alimentazione, il valore del catalizzatore, la morfologia dei solidi, le impostazioni del ciclo, l'area del filtro e l'efficienza di pulizia possono modificare drasticamente il risultato.

Ma ciò mette in luce un aspetto che i confronti tra filtri pieghettati e filtri monouso spesso trascurano: quando il materiale solido trattenuto ha un valore economico, il filtro non si limita a proteggere le apparecchiature, ma diventa una risorsa per il recupero.

Mott riferisce inoltre che il controlavaggio idropulsivo pneumatico assistito da gas si è dimostrato particolarmente efficace per gli elementi metallici porosi sinterizzati e può essere automatizzato per ridurre l'esposizione dell'operatore.

Anche i dati più datati relativi ai campi di raffinazione mantengono la loro rilevanza tecnica. Uno studio sulla filtrazione su metallo poroso ha riportato Recupero dal 98.3% al 99% tramite controlavaggio, con un filtrato otticamente trasparente misurato a circa 0,2 ppm di solidi sospesi totali durante la fase di collaudo.

Tali valori non devono essere riportati nelle specifiche d'acquisto come prestazioni garantite. Essi indicano i risultati ottenuti da un sistema progettato in condizioni specifiche, non le prestazioni che ogni cartuccia sarà in grado di garantire in ogni tipo di sospensione.

E questa differenza è importante.

Perché i filtri a pieghe continuano a prevalere in molte applicazioni comuni

Perché sono pratici.

Una cartuccia pieghettata accuratamente selezionata offre un’ampia superficie di filtrazione, un ΔP di pulizia ridotto, un’installazione semplice, alloggiamenti di uso comune, un’ampia scelta di materiali filtranti e una sostituzione prevedibile. Nei settori dell’acqua in bottiglia, della chiarificazione delle bevande, della filtrazione chimica generale, delle vernici, dell’acqua di risciacquo, dell’elettronica e della rifinitura finale, questa combinazione è difficile da eguagliare.

Donaldson descrive le cartucce pieghettate in polipropilene destinate alla prefiltrazione di processo a costi contenuti, dotate di media filtranti a filtrazione assoluta e con una bassa perdita di carico in condizioni di pulizia.

L'espressione chiave è “destinato a”.”

Una cartuccia progettata per la prefiltrazione dell’acqua pulita non dovrebbe essere utilizzata in presenza di solventi caldi, sospensioni catalitiche abrasive, vapore ciclico o gas instabili ad alta pressione solo perché il valore nominale in micron sembra corretto.

Per applicazioni con liquidi a basso costo, il nostro gamma di cartucce filtranti a pieghe è il punto di partenza logico. Per esigenze più ampie in materia di rimozione dei sedimenti — laddove occorre confrontare tra loro cartucce melt-blown, ad alta portata, pieghettate, in PP e sinterizzate — il Categoria: cartucce filtranti per sedimenti offre un quadro di riferimento più ampio.

Polvere sinterizzata, rete sinterizzata, fibra sinterizzata o materiale sinterizzato pieghettato?

“Il ”filtro sinterizzato” non è un unico prodotto.

Tale etichetta comprende diverse strutture con comportamenti distinti.

Filtri in polvere sinterizzata

La polvere metallica viene compattata e sinterizzata per creare una rete tridimensionale rigida di pori. Questi elementi sono resistenti, dimensionalmente stabili e disponibili in forme tubolari, a disco, a coppa, a piastra e su misura.

Spesso vengono scelti per:

Gas ad alta pressione
Controllo del flusso
Lavaggio
Ritenzione del catalizzatore
Filtrazione polimerica
Protezione degli strumenti
Vapore
Impianti chimici per impieghi gravosi

Il compromesso è che i media in polvere metallica a grana fine possono avere un’area di filtrazione inferiore rispetto a una cartuccia pieghettata di dimensioni esterne equivalenti, il che comporta una velocità frontale più elevata, a meno che l’elemento non sia di dimensioni generose.

Filtri a rete metallica sinterizzata

Vengono laminati e sinterizzati più strati di rete intrecciata. Gli strati possono comprendere una rete protettiva, uno strato di controllo, uno strato di drenaggio e una rete di supporto strutturale.

Questi modelli garantiscono aperture controllate, stabilità meccanica e una pulizia delle superfici relativamente agevole. Sono comunemente utilizzati nella lavorazione dei polimeri, negli impianti idraulici, nei setacci, nei filtri e in tutte le applicazioni in cui è utile una struttura intrecciata precisa.

Filtri sinterizzati in fibra metallica

Fibre metalliche molto sottili vengono modellate in un materassino poroso e sinterizzate nei punti di contatto. Il materiale così ottenuto è in grado di garantire un’elevata porosità, una buona permeabilità e una maggiore capacità di trattenere lo sporco rispetto ad alcune strutture in polvere dense.

Questo formato viene spesso utilizzato quando è necessario conciliare l'area di filtrazione con la facilità di pulizia.

Filtri pieghettati sinterizzati

La fibra o la rete sinterizzata viene pieghettata attorno a un'anima di supporto, combinando un'ampia superficie con una struttura metallica.

Questa è spesso la risposta più convincente alla visione semplicistica Cartuccia filtrante sinterizzata vs cartuccia filtrante pieghettata dibattito perché dimostra che il termine “pieghettato” descrive la geometria, mentre “sinterizzato” descrive il modo in cui il materiale è legato.

Un filtro può essere entrambe le cose.

Compatibilità chimica: non limitarsi all“”acciaio inossidabile 316L”

Il 316L è molto diffuso perché offre un buon equilibrio tra resistenza alla corrosione, saldabilità, disponibilità e costo. Non è però resistente alla corrosione in ogni circostanza.

La concentrazione di cloruro, il pH, la temperatura, il potenziale ossidante, la geometria delle fessure, i prodotti chimici utilizzati per la pulizia e il tempo di esposizione possono rendere un’applicazione non idonea all’acciaio 316L. L’acido cloridrico rappresenta un problema evidente. Anche l’acqua calda contenente cloruro può causare corrosione puntiforme o interstiziale in condizioni che, su una tabella di compatibilità generica, potrebbero sembrare poco aggressive.

Per acidi più forti o ambienti clorurati potrebbero essere necessarie leghe di nichel. Il titanio può essere indicato in determinati impieghi ossidanti in presenza di cloruri. I materiali filtranti in PTFE poroso pieghettato possono offrire prestazioni superiori rispetto al metallo in alcuni impieghi chimicamente aggressivi ma meccanicamente moderati.

E, con sorprendente frequenza, sono proprio le guarnizioni a cedere per prime.

Le guarnizioni in EPDM, FKM, NBR, silicone, PTFE, FFKM, grafite e metallo presentano limiti diversi. La verifica della compatibilità deve riguardare:

Materiale filtrante
Nucleo di supporto
Tappi terminali
Incollaggio o saldatura
Materiale di costruzione
Guarnizione
Prodotti chimici per la pulizia
Condizioni di avvio e spegnimento

Se se ne ignora uno, l'esercizio di selezione dei materiali rimane incompleto.

Ritenzione delle particelle: i valori in micron non sono equivalenti

Un filtro pieghettato con porosità nominale di 5 µm e un filtro sinterizzato con porosità assoluta di 5 µm non sono equivalenti.

I valori nominali possono indicare una percentuale approssimativa di rimozione delle particelle in base a un test definito dal produttore. I valori assoluti sono generalmente legati a una dimensione massima specificata delle particelle o alle prestazioni relative al rapporto beta, ma la terminologia e i metodi di prova devono ancora essere verificati.

Richiedete la norma di prova e la curva di rendimento.

Nella filtrazione dei liquidi, il rapporto beta è espresso come il numero di particelle a monte di una determinata dimensione diviso per il numero di particelle a valle. Ad esempio:

βₓ = 2 corrisponde a un'efficienza di 50%.
βₓ = 20 corrisponde all'efficienza del 95%.
βₓ = 100 corrisponde a un'efficienza di 99%.
βₓ = 1.000 corrisponde a un'efficienza del 99,91 TP3T.

L'efficienza si calcola come segue:

Efficienza = (β − 1) ÷ β × 100%

Ma nemmeno questo spiega tutto. I gel deformabili, le particelle a forma di piastra, le fibre, la materia biologica e gli agglomerati possono passare o formare ponti in modo diverso rispetto alla polvere di calibrazione rigida.

Per i servizi critici, eseguire un test di verifica utilizzando il fluido e il contaminante effettivi.

Carico di sporco e tipo di contaminazione

Le cartucce pieghettate tendono a funzionare bene con carichi di solidi da relativamente bassi a moderati, soprattutto quando la loro ampia superficie ritarda l’aumento di ΔP. Le strutture pieghettate multistrato a profondità variabile sono in grado di trattenere le particelle lungo tutto lo spessore, anziché solo sulla superficie.

Gli elementi sinterizzati offrono spesso prestazioni ottimali quando i solidi formano uno strato superficiale permeabile che può essere rimosso dal flusso inverso.

Quell'ultima frase è importante.

Un filtro lavabile in controcorrente richiede la presenza di contaminanti lavabili in controcorrente. Materiali morbidi, appiccicosi, cerosi, resinosi, comprimibili o gelatinosi possono depositarsi all’interno dei pori. Le particelle fini, se combinate con l’olio, possono formare una pasta. Le incrostazioni di carbonato di calcio potrebbero richiedere l’uso di acido. I residui organici potrebbero richiedere l’uso di sostanze caustiche, solventi, vapore, ossidazione o una sequenza di metodi.

Il supporto e la sostanza contaminante devono essere valutati congiuntamente.

Settori alimentare, delle bevande, farmaceutico e dei servizi di alta purezza

Le cartucce polimeriche e a membrana pieghettate sono ampiamente utilizzate nei processi relativi a alimenti, bevande, prodotti farmaceutici e liquidi ad alta purezza, poiché garantiscono una ritenzione fine, una struttura igienica, bassi livelli di sostanze estraibili, prestazioni validate e una facile sostituzione.

Il metallo sinterizzato risulta particolarmente indicato nei casi in cui siano prioritarie la sterilizzazione a vapore, le alte temperature, la resistenza meccanica, una lunga durata o l’assenza totale di migrazione delle fibre.

Pall sottolinea che i suoi filtri in metallo sinterizzato non rilasciano fibre o particelle e consentono di evitare la presenza di sostanze estraibili solubili associate ad alcuni filtri polimerici o impregnati di resina.

Tuttavia, il fatto che un prodotto sia in “acciaio inossidabile” non è di per sé indice di idoneità igienica.”

La finitura superficiale, il controllo dei punti morti, la qualità delle saldature, la drenabilità, la passivazione, la progettazione delle guarnizioni, la procedura di pulizia in loco, il controllo microbico e la documentazione relativa al contatto con gli alimenti rimangono tutti elementi indispensabili.

Un elemento metallico ruvido e poroso installato in un alloggiamento non drenabile non è automaticamente igienico.

I filtri a pieghe possono essere riutilizzabili?

Alcuni ci riescono.

Le cartucce a rete pieghettata in acciaio inossidabile possono essere sottoposte a lavaggio in controcorrente o a pulizia a ultrasuoni. Donaldson descrive una cartuccia a rete pieghettata in acciaio inossidabile che combina una maggiore superficie con il lavaggio in controcorrente o la pulizia a ultrasuoni, prolungandone la durata e riducendo il costo totale di proprietà.

Alcune cartucce pieghettate in materiale polimerico possono anche essere risciacquate e riutilizzate in applicazioni non critiche. Tuttavia, il riutilizzo occasionale comporta dei rischi quando:

Il supporto ha catturato le particelle al suo interno.
La pulizia modifica la struttura dei pori.
La cartuccia contiene un adesivo che si degrada.
I tappi terminali si deformano.
La contaminazione biologica persiste.
L'applicazione richiede una conservazione convalidata.
La reinstallazione danneggia le guarnizioni.
Gli operatori non sono in grado di verificare l'integrità.

Quindi “lavabile” e “certificato per il riutilizzo ripetuto” non sono la stessa cosa.

I filtri sinterizzati possono guastarsi?

Assolutamente sì.

Possono rompersi a causa della fatica, corrodersi, subire erosione, deformarsi in presenza di una pressione differenziale eccessiva, ostruirsi internamente, presentare saldature difettose, trattenere sostanze chimiche di pulizia o perdere l’integrità filtrante a causa di un trattamento ultrasonico o meccanico improprio.

Un controflusso aggressivo può inoltre danneggiare un gruppo progettato in modo inadeguato.

Un filtro sinterizzato è resistente, non magico.

Gli errori di selezione più comuni che riscontro nelle specifiche tecniche sono di natura concettuale piuttosto che metallurgica:

Selezionando esclusivamente in base alla granulometria in micron
Ignorando il ΔP pulito e quello sporco
Supponendo che tutto l'acciaio 316L sia chimicamente compatibile
Mancata verifica dell'effettivo rilascio di sostanze contaminanti
Superficie di filtrazione insufficiente
L'uso di un liquido detergente che aggredisce la lega o la guarnizione
Mancata installazione di un sistema di monitoraggio della pressione differenziale
Si prevede che il riflusso rimuova i solidi deformabili incastrati
Confrontare i prezzi unitari anziché i costi annuali di processo

Come scegliere tra filtri pieghettati e sinterizzati

Seguire la sequenza riportata di seguito.

1. Definire il risultato di filtrazione richiesto

Specificare il livello massimo ammissibile di contaminazione a valle, non limitandosi a indicare un valore in micron considerato preferibile.

Indicare la concentrazione delle particelle, la distribuzione granulometrica, la forma, la durezza e se il materiale trattenuto è un rifiuto, un prodotto o un catalizzatore.

2. Registrare le condizioni effettive del processo

Documento:

Portata normale, minima e massima
Pressione di esercizio e di progetto
ΔP massimo in avanti e indietro
Temperatura normale e anomala
Viscosità del fluido alla temperatura di esercizio
Composizione chimica
Carico di solidi
Funzionamento in batch o in continuo
Impianti a gas o a liquido
Condizioni ossidanti o riducenti

3. Valutare se per l'impianto sia più indicato il ricambio o la rigenerazione

Un filtro monouso può essere la soluzione ideale quando la sostituzione della cartuccia richiede dieci minuti e il volume dei rifiuti è esiguo.

Un filtro riutilizzabile diventa una soluzione più interessante quando lo spegnimento richiede otto ore, gli operatori devono indossare dispositivi di protezione, il catalizzatore trattenuto è prezioso o l'impianto funziona in modo continuo.

4. Verifica della pressione differenziale in condizioni di pulizia

Non accettare un valore di ΔP senza aver verificato il fluido di prova, la viscosità, la temperatura, la lunghezza dell'elemento e la portata di riferimento.

I dati relativi all'acqua a 20 °C non possono essere applicati direttamente a un flusso di resina da 500 cP.

5. Determinare la pressione differenziale al terminale

Stabilire quando l'elemento deve essere sostituito o pulito. Tale limite può dipendere dalla resistenza al collasso, dalla portata della pompa, dalla produttività del processo, dall'efficienza di filtrazione o da considerazioni di natura economica relative al prodotto.

6. Verifica del ripristino dopo la pulizia

Misurare la resistenza al flusso pulito prima dell'uso, dopo la contaminazione e dopo ogni ciclo di pulizia.

Un programma di convalida ben strutturato registra:

ΔP originale non corretto
ΔP sporco
ΔP dopo la pulizia
Percentuale di recupero del flusso
Risultato del test del punto di bolla o del test di integrità
Controllo visivo e dimensionale
Numero di cicli di pulizia
Storia di esposizione a sostanze chimiche

7. Calcolare il costo del ciclo di vita

Utilizzare i costi effettivi relativi a manodopera, scarti, tempi di inattività, energia, pulizia e scorte.

Non nascondere i tempi di fermo sotto la voce “costi generali di manutenzione”. In molti impianti a funzionamento continuo, i tempi di fermo rappresentano la voce più consistente nel calcolo.

Una semplice matrice di selezione

Condizioni di processo	Punto di partenza consigliato
Acqua di ambiente, contenuto modesto di solidi, basso costo di sostituzione	Cartuccia pieghettata in polipropilene
Lucidatura finale a liquido con ΔP pulito molto basso	Cartuccia o membrana a pieghe fini
Acqua di processo ad alta portata	Cartuccia pieghettata o ad alta portata di grande diametro
Gas caldo al di sopra dei limiti del polimero	Metallo sinterizzato o ceramica idonea
Filtrazione a vapore	Acciaio inossidabile sinterizzato con guarnizioni compatibili
Recupero del catalizzatore	Metallo sinterizzato lavabile in controcorrente
Solvente aggressivo a temperatura moderata	PTFE pieghettato o lega metallica compatibile
Gas ad alta pressione	Metallo sinterizzato rigido
Prefiltrazione di alimenti e bevande	Cartuccia plissettata conforme alle norme sul contatto con gli alimenti
Sterilizzazione ripetuta	PTFE certificato, acciaio inossidabile pieghettato o metallo sinterizzato
Particelle abrasive	Supporti metallici compatibili, a seconda della velocità
Basso contenuto di solidi e frequenti cambiamenti di qualità	Cartuccia pieghettata monouso
Solidi trattenuti ad alto valore	Sistema sinterizzato rigenerabile
Spazio abitativo limitato e flusso elevato	Struttura a pieghe o a pieghe sinterizzate

La scomoda verità sul “meglio”

Non esiste un filtro che sia universalmente migliore.

Esiste un solo filtro la cui modalità di guasto è accettabile per il processo.

Una cartuccia pieghettata presenta spesso problemi di natura economica: aumento della pressione differenziale (ΔP), sostituzioni frequenti, manodopera, sprechi o perdite di produzione.

Una cartuccia sinterizzata può rivelarsi economicamente svantaggiosa per diversi motivi: costi di investimento elevati, superficie inadeguata, scarso recupero dopo la pulizia, corrosione o un sistema sovradimensionato che non riesce mai a ripagare il proprio costo.

Per una lucidatura ordinaria a temperatura moderata, in cui la sostituzione è facile, sceglierei senza esitazione un filtro a pieghe.

Non lo sceglierei per sospensioni catalitiche ad alta temperatura, vapore, cicli di pressione instabili o applicazioni in cui il collasso del fluido potrebbe contaminare un reattore a valle.

E per quelle applicazioni gravose sceglierei il metallo sinterizzato, ma solo dopo aver verificato la facilità di pulizia con i solidi effettivi.

Questa è proprio la parte che gli opuscoli di vendita di solito tralasciano.

Domande frequenti

Qual è il migliore, un filtro pieghettato o uno sinterizzato?

Un filtro a pieghe è più indicato per un costo iniziale contenuto, un’ampia superficie di filtrazione, portate elevate e una bassa perdita di carico durante la pulizia, mentre un filtro sinterizzato è più indicato per temperature elevate, pressioni differenziali elevate, pulizie ripetute, resistenza chimica e lunga durata. La scelta corretta dipende dalle condizioni operative e dal costo totale del ciclo di vita.

Le cartucce pieghettate sono comunemente preferite nei settori dell'acqua, delle bevande, della filtrazione chimica in generale e nelle fasi di rifinitura. I filtri sinterizzati vengono solitamente scelti per il vapore, i gas caldi, il recupero dei catalizzatori, i gas ad alta pressione, i flussi di processo corrosivi e le applicazioni in cui è richiesta l'integrità strutturale o la rigenerazione.

Qual è la differenza principale tra i filtri pieghettati e quelli sinterizzati?

La differenza principale consiste nel fatto che un filtro pieghettato aumenta la superficie filtrante grazie alla piegatura del materiale in fogli, mentre un filtro sinterizzato acquisisce resistenza e porosità controllata grazie alla legatura metallurgica di polveri, fibre o rete metallica. La pieghettatura modifica principalmente la geometria; la sinterizzazione modifica principalmente la struttura meccanica del materiale.

Le categorie possono sovrapporsi. Un foglio di fibra metallica sinterizzata può essere pieghettato, dando origine a una cartuccia pieghettata sinterizzata riutilizzabile che presenta sia un’ampia superficie specifica sia una robusta struttura metallica.

Un filtro sinterizzato è più efficiente di un filtro pieghettato?

Un filtro sinterizzato non è automaticamente più efficiente, poiché l’efficienza di rimozione delle particelle dipende dalla granulometria dei pori, dal metodo di classificazione, dalla struttura del materiale filtrante, dal contaminante di prova, dalla portata, dalla viscosità e dallo standard di prova — e non semplicemente dal fatto che il materiale filtrante sia sinterizzato o pieghettato. Entrambe le soluzioni possono garantire un’elevata efficienza se progettate correttamente.

Confrontare i dati verificati relativi alla ritenzione assoluta e al rapporto beta, oppure i risultati dei test di sfida specifici per ciascuna applicazione. Non confrontare le cartucce basandosi esclusivamente sul valore in micron indicato sulla confezione.

Quale filtro presenta la caduta di pressione minore?

Un filtro a pieghe presenta solitamente una caduta di pressione a stato pulito inferiore, poiché la sua geometria pieghettata consente di ottenere un'ampia superficie di filtrazione all'interno di una cartuccia compatta, riducendo la velocità del fluido attraverso ogni unità di materiale filtrante. Tuttavia, la distanza ridotta tra le pieghe, i fluidi viscosi, i solidi appiccicosi e la formazione di ponti nel panello di filtrazione possono ridurre l'area utile.

Un elemento sinterizzato di dimensioni generose può funzionare anche a bassi valori di ΔP, in particolare se realizzato con fibra metallica ad alta porosità o con rete pieghettata. L'area dell'elemento e la permeabilità sono fattori più importanti rispetto alla denominazione della categoria.

I filtri in metallo sinterizzato sono riutilizzabili?

I filtri in metallo sinterizzato sono riutilizzabili quando è possibile rimuovere le impurità senza danneggiare la struttura porosa, la lega, le saldature o le guarnizioni, e quando è possibile verificare la portata e l'integrità dopo la pulizia rispetto a un limite di accettabilità prestabilito. Tra i metodi più diffusi figurano il controlavaggio, la pulizia a ultrasuoni, l’immersione in solventi, la pulizia chimica, il vapore e il trattamento termico controllato.

Non tutti i contaminanti sono facili da rimuovere. La resina polimerizzata, il calcare, il catrame, le particelle fini legate all’olio e le particelle deformabili possono richiedere procedure di pulizia specifiche per l’applicazione.

I filtri a pieghe sono monouso?

Molte cartucce pieghettate in polimero sono progettate come elementi monouso, ma alcune cartucce pieghettate in rete di acciaio inossidabile, PTFE, poliestere e rinforzate possono essere pulite e riutilizzate, purché il produttore lo consenta e l’applicazione non richieda una convalida per l’uso monouso. Il riutilizzo dovrebbe basarsi sull'integrità verificata e sul ripristino della portata, non sull'aspetto.

Nei processi sanitari o ad alta purezza, il riutilizzo non convalidato può comportare rischi di contaminazione microbica, chimica e da particelle.

Qual è il filtro più adatto per applicazioni ad alta temperatura e alta pressione?

Un filtro in metallo sinterizzato progettato in modo adeguato rappresenta generalmente il miglior punto di partenza per la filtrazione combinata ad alta temperatura e alta pressione, poiché la sua struttura porosa legata resiste al collasso, ai cicli termici, alle vibrazioni e alla pulizia a flusso inverso meglio dei tipici mezzi filtranti polimerici monouso. È comunque necessario verificare i valori nominali relativi alla lega, alla saldatura, alla tenuta, all'alloggiamento e alla pressione differenziale.

A seconda del processo, i materiali idonei possono includere l'acciaio inossidabile 316L, l'Hastelloy, l'Inconel, il nichel, il titanio o altre leghe speciali.

Vale la pena pagare di più per un filtro sinterizzato?

Un filtro sinterizzato giustifica il prezzo più elevato quando la minore frequenza di sostituzione delle cartucce, la minore frequenza di fermo impianto, la possibilità di recuperare il prodotto o il catalizzatore, la pulizia automatizzata più sicura e la maggiore durata di servizio superano il costo dell’elemento e del relativo sistema di pulizia. Di solito non è conveniente quando il processo è poco aggressivo e la sostituzione dei componenti monouso è economica.

Calcolare il costo annuale per unità di fluido trattato, anziché limitarsi a confrontare i soli prezzi di acquisto delle cartucce.

Un filtro sinterizzato può sostituire direttamente un filtro pieghettato?

Un filtro sinterizzato può sostituire un filtro pieghettato solo dopo aver verificato le dimensioni dell'alloggiamento, la portata, la perdita di carico a stato pulito, il grado di ritenzione, il tipo di tenuta, la compatibilità chimica, la resistenza al collasso e il metodo di pulizia. Una cartuccia meccanicamente compatibile non è necessariamente equivalente dal punto di vista idraulico o funzionale.

I filtri sinterizzati potrebbero richiedere una superficie maggiore per eguagliare il ΔP in condizioni di pulizia di un elemento pieghettato polimerico di grandi dimensioni. Per applicazioni critiche si raccomanda di effettuare una prova pilota.

Quali sono le applicazioni più comuni dei filtri in metallo sinterizzato?

Tra le applicazioni più comuni dei filtri in metallo sinterizzato figurano il recupero dei catalizzatori, la filtrazione di gas caldi, la filtrazione del vapore, l'impiego in sistemi a gas ad alta pressione, la lavorazione dei polimeri, la chiarificazione dei fanghi di raffineria, il recupero di prodotti chimici, la sparging, il controllo del flusso, la protezione idraulica, il campionamento strumentale e i processi alimentari o farmaceutici che richiedono mezzi filtranti rigidi e non fibrosi.

Per una panoramica più ampia delle geometrie e dei materiali disponibili, consultare il nostro elementi filtranti industriali in metallo sinterizzato.

Raccomandazione finale

Per fluidi puliti o moderatamente contaminati a temperature normali, si consiglia di iniziare con una cartuccia pieghettata. Di norma, questa offre una superficie maggiore, una caduta di pressione iniziale inferiore, una maggiore disponibilità sul mercato e un prezzo di acquisto più contenuto.

In caso di esposizione a calore, pressione, vapore, catalizzatori, aggressioni chimiche, lavaggi in controcorrente ripetuti o costosi fermi di produzione, optate per il metallo sinterizzato.

Ma non scegliere nessuna delle due opzioni da un catalogo.

Comunicate al produttore la portata effettiva, la composizione del fluido, la viscosità, l’intervallo di temperatura, la pressione differenziale normale e massima, la concentrazione di solidi, il tempo di ritenzione previsto, il programma di pulizia e la periodicità di manutenzione richiesta. Richiedete i dati relativi al flusso pulito e, nei casi in cui un guasto comporti costi elevati, effettuate dei test sul fluido di processo reale.

Hai bisogno di aiuto per confrontare le due configurazioni in una specifica condizione operativa? Inviateci i dati relativi al vostro processo, la granulometria desiderata, la portata, la pressione, la temperatura e i requisiti di pulizia. Il nostro team di ingegneri potrà valutare se un filtro a pieghe, in polvere sinterizzata, a maglia sinterizzata o a pieghe sinterizzate offra il costo del ciclo di vita più basso possibile.