Explicação sobre o tamanho dos poros, a classificação em mícrons e a classificação de filtração

Um filtro de 10 mícrons pode não reter partículas de 10 mícrons.

Essa frase incomoda as pessoas, e é precisamente por isso que tem de ser dita antes de alguém redigir um pedido de cotação, aprovar um desenho de um fornecedor ou dizer ao responsável pela produção que o novo cartucho tem “a mesma classificação” que o antigo. O mesmo número. Uma realidade diferente.

Já vi este erro mais vezes do que gostaria de admitir.

Um comprador pede “5 µm”. O fornecedor A envia um cartucho de tipo “melt-blown” com classificação nominal. O fornecedor B apresenta uma proposta para uma membrana plissada com classificação absoluta. O fornecedor C oferece um elemento sinterizado de aço inoxidável classificado através do ensaio do ponto de bolha. Todos dizem «5 mícrons». Na verdade, ninguém está a dizer a mesma coisa.

É uma situação complicada.

A classificação do filtro em mícrons parece uma unidade de medida precisa. Mas não é. Um micrómetro é preciso: 1 µm equivale a um milionésimo de metro. O problema começa quando essa unidade é utilizada como uma promessa de desempenho, porque agora estamos a falar de método de ensaio, forma das partículas, eficiência de remoção, distribuição do tamanho dos poros, velocidade do fluido, queda de pressão, carga de sujidade e — sejamos honestos — do discurso comercial dos fornecedores, que por vezes se torna um pouco demasiado flexível.

Portanto, sim, a “classificação em mícrons do filtro” é importante.

Mas só a classificação? Não é suficiente.

Para os compradores que trabalham com cartuchos filtrantes de metal sinterizado, cartuchos filtrantes de plástico sinterizado, cartuchos de filtro de sedimentos, fabrico de cartuchos de filtro personalizados, e seleção do material do filtro, isto não é uma questão de pormenores académicos. Afeta a contaminação a jusante, a queda de pressão, a validação, o dimensionamento das bombas, os litígios relativos à garantia e aqueles e-mails desagradáveis que começam com “o seu filtro não passou no nosso teste”.”

Comecemos por aquela palavrinha feia: classificação

Mas o que significa “classificação”?

É aí que está o segredo.

A classificação de um filtro não se resume simplesmente ao tamanho de um orifício. Trata-se, normalmente, de uma indicação do desempenho de retenção em determinadas condições de ensaio. Por vezes, essas condições estão bem documentadas. Outras vezes, estão ocultas numa norma interna do fornecedor. E há casos em que a ficha de vendas indica “10 µm” e todos se limitam a rezar para que o laboratório saiba o que se passou.

Não gosto da ideia de oração na engenharia.

Um filtro pode ser classificado com base na eficiência nominal, na eficiência absoluta, no rácio beta, no ponto de bolha, no tamanho médio dos poros para o fluxo médio, no teste de esferas, no teste de contagem de partículas, na correlação de permeabilidade ao ar ou numa classificação de fábrica que nunca deveria ter escapado ao departamento de controlo de qualidade. Estes parâmetros não são intercambiáveis.

Escreve isso na parede.

Uma classificação nominal de 10 µm pode significar que o filtro retém 85% ou 90% de partículas com dimensão igual ou superior a 10 µm. Outro fornecedor pode referir-se a 95%. Outro ainda pode nem sequer definir esse valor. Uma classificação absoluta de 10 µm pode implicar uma retenção muito mais elevada — dependendo do método de ensaio e do limiar de eficiência. Um resultado relativo ao tamanho dos poros obtido através de um ensaio de ponto de bolha pode descrever o maior poro de passagem, e não o comportamento de retenção total de um fluido de processo sujo.

O mesmo número.

Afirmação diferente.

Tamanho dos poros vs. classificação em mícrons

O tamanho dos poros diz respeito à estrutura do meio filtrante. A classificação em mícrons diz respeito ao comportamento de retenção de partículas.

Primos muito próximos. Não são gémeos.

Um poro é uma abertura ou passagem no meio filtrante. Nos filtros sinterizados, essa “abertura” raramente é um orifício circular perfeito. Trata-se de um percurso sinuoso através de pó aglomerado, fibras, malha ou partículas de polímero. Existem gargantas de poros, cavidades, bolsas cegas, canais interligados e pequenas constrições irregulares no interior do meio filtrante que não são visíveis a partir da superfície.

A classificação em mícrons, por sua vez, é a indicação do fornecedor sobre o tamanho das partículas que o filtro deverá reter.

Era de esperar.

Essa palavra é importante.

A norma ASTM F316 abrange métodos de ensaio para determinar as propriedades do tamanho dos poros de filtros de membrana com tamanhos máximos de poros entre 0,1 e 15,0 µm, incluindo os conceitos de ponto de bolha e fluxo médio: Método de ensaio da dimensão dos poros segundo a norma ASTM F316. Método útil. Âmbito específico. Não é um tradutor universal para todos os tubos de metal sinterizado, cartuchos de profundidade em PP, filtros de sedimentos de fibra soprada e membranas plissadas do planeta.

Pela minha experiência, é aqui que os engenheiros se tornam preguiçosos.

Pede-se um “tamanho de poro de 5 mícrons”, quando, na realidade, o que é necessário é uma “capacidade de filtração de 5 µm absolutos, com uma eficiência definida em condições de ensaio definidas”. Não se trata das mesmas especificações. Uma é uma descrição superficial. A outra está mais próxima de um requisito de engenharia.

Capacidade nominal do filtro: útil, mas enganadora

A classificação nominal é a mais flexível.

Não é inútil.

Solto.

A classificação nominal de um filtro significa, normalmente, que o filtro remove uma percentagem especificada de partículas com um tamanho igual ou superior a um determinado valor em microns, nas condições de ensaio. O que é irritante é que essa percentagem pode variar consoante o fornecedor. A classificação nominal de 10 µm de uma empresa pode corresponder a uma eficiência de 85%. A de outra empresa pode ser 90%. A de outra ainda pode ser “confiem em nós”. Esta última é a minha história de terror preferida.

Os filtros nominais são comuns na filtração de sedimentos, pré-filtração, remoção de partículas em massa, água de arrefecimento, água industrial em geral e proteção de equipamentos de baixo risco. São frequentemente mais económicos. Têm boa capacidade de retenção de impurezas. Podem melhorar a retenção à medida que se forma uma camada de resíduos.

Mas não se trata de cortes bruscos.

Um cartucho de sedimentos com poros nominais de 5 µm pode deixar passar algumas partículas de 5 µm. Também pode deixar passar facilmente partículas mais pequenas. Pode descarregar durante picos de caudal. Pode formar canais. Pode apresentar um desempenho excelente nos dados de queda de pressão com água limpa e um desempenho insatisfatório com lamas reais de processo.

Não sou contra o nominalismo.

Sou contra fingir.

Utilize o termo «nominal» quando a captura parcial for aceitável. Não utilize a terminologia «nominal» quando o equipamento a jusante, o serviço de esterilização, a limpeza hidráulica, a recuperação do catalisador, os dispositivos médicos ou a validação do cliente exigirem uma política de retenção rigorosa.

Classificação absoluta do filtro: mais eficaz, mas não é mágica

«Absoluto» parece mais seguro.

Normalmente, é assim.

A classificação absoluta de um filtro destina-se a descrever a retenção de alta eficiência para um determinado tamanho de partícula. Em muitas discussões sobre filtração industrial, esta está associada ao rácio beta ou aos ensaios de desafio. Na filtração hidráulica, a norma ISO 16889 descreve um ensaio de desempenho de filtração de múltiplas passagens com injeção contínua de contaminantes para elementos filtrantes hidráulicos e determina a capacidade de retenção de contaminantes, a remoção de partículas e as características de pressão diferencial: Ensaio de desempenho de filtros hidráulicos segundo a norma ISO 16889.

Isso é melhor do que a poesia de catálogo.

Ainda assim, “absoluto” não é um passe livre. Pergunte qual é o limiar de eficiência utilizado. Pergunte qual é o contaminante. Pergunte qual é o fluido. Pergunte se o teste se aplica a cartuchos acabados ou a amostras de meios filtrantes planos. Pergunte se a classificação se mantém em caso de pulsações de caudal, alterações de viscosidade e carga de partículas.

Um filtro pode apresentar um desempenho nominal absoluto num determinado contexto de ensaio e, mesmo assim, não ser adequado para o seu processo.

No que diz respeito ao processamento estéril, a FDA define um filtro de grau de esterilização como aquele que, quando devidamente validado, remove todos os microrganismos de um fluxo de fluido e produz um efluente estéril: Orientações da FDA sobre filtração estéril. Reparem na expressão “devidamente validado”. É essa a parte que as pessoas ignoram quando reduzem a discussão a “0,22 mícron”.”

Atenção: atalho incorreto.

O mito dos 0,2 µm

0,2 mícron parece uma parede.

Nem sempre é assim.

Na filtração farmacêutica e laboratorial, as membranas de grau de esterilização de 0,2 µm ou 0,22 µm são bem conhecidas. No entanto, o número por si só não basta para validar um processo. É ainda necessário realizar ensaios de exposição a organismos, testes de integridade, análises de compatibilidade, avaliação da adsorção, análises de substâncias extraíveis/lixiviáveis, limites de pressão, condições de caudal e validação específica do processo.

Classificação muito baixa.

Muita burocracia.

E fora do setor farmacêutico, aplica-se a mesma lógica. Um filtro de 1 µm pode não resolver um problema de contaminação de 1 µm se as partículas forem cápsulas moles, fibras alongadas, material biológico deformável, aglomerados ou poeira eletrostaticamente aderente. Um respirador de bronze sinterizado de 50 µm pode ser perfeito para o silenciamento pneumático e péssimo para a captura de pó fino. Uma rede de 100 µm pode reter pedaços visíveis e deixar as partículas finas que formam neblina passarem como se não fossem nada.

Os números em microns são coordenadas.

Não é estratégia.

Como se determina o tamanho dos poros de um filtro

Não existe um único método.

É por isso que as comparações entre fornecedores se tornam complicadas.

O ensaio de ponto de bolha estima o maior poro interligado, molhando o filtro e medindo a pressão necessária para deslocar o líquido do percurso dos poros. O ensaio de poros com fluxo médio fornece uma indicação mais representativa do tamanho dos poros. O ensaio de desafio com esferas empurra partículas de tamanho conhecido através do filtro. O ensaio de múltiplas passagens mede a eficiência de remoção em função da carga de contaminação. A microscopia revela a estrutura superficial, mas pode não detectar gargantas internas. A porosimetria por intrusão de mercúrio permite mapear a distribuição do tamanho dos poros, embora nem sempre preveja a captura real de partículas.

Se escolheres o método errado, acabas por adquirir uma confiança falsa.

Um filtro de metal sinterizado pode ter a sua garganta limitante no interior do meio filtrante, e não na superfície visível. Um cartucho de PP fundido por sopro captura partículas através da retenção em profundidade, do entrelaçamento de fibras, da formação de pontes, da formação de camada de resíduos e do fluxo tortuoso — e não através de uma única abertura de poro limpa. Uma membrana comporta-se de forma diferente de um tubo de pó sinterizado. Uma tela de malha comporta-se de forma diferente de ambos.

É por isso que não gosto de pedidos de cotação que se limitam a indicar “intervalo de tamanho dos poros de 1 a 100 µm”.”

Está bem. Com que fundamento?

Se o fornecedor disser “padrão de fábrica”, pergunte novamente.

Se ainda assim insistirem em “padrão de fábrica”, tenha em conta o risco na negociação.

O índice de filtração corresponde à probabilidade de usar um capacete de segurança

Esta é a parte de que ninguém gosta.

A classificação de filtração é, muitas vezes, uma afirmação de probabilidade disfarçada de parâmetro. A retenção real depende da forma das partículas, da dureza, da deformabilidade, da concentração, da velocidade do fluxo, dos impulsos de pressão, da viscosidade do fluido, da estrutura do meio filtrante, da carga de sujidade, da estanqueidade do desvio e do facto de o filtro ter sido instalado por alguém que estava a ter uma manhã má.

As contas redondas de vidro comportam-se de uma determinada forma.

As fibras comportam-se de forma diferente.

As cápsulas moles enganam.

A ferrugem destrói a ponte.

As bactérias não se comportam como o pó de ensaio ISO.

Os resíduos de óleo são um verdadeiro pesadelo.

Por isso, quando um fornecedor disser “5 µm absolutos”, não se precipite. Pergunte qual foi o teste de partículas utilizado. Pergunte qual é a relação beta. Pergunte qual é a eficiência. Pergunte se é em estado limpo ou carregado. Pergunte se é para líquidos ou gases. Pergunte se a classificação se aplica apenas ao meio filtrante ou ao cartucho acabado, com vedantes, soldaduras, tampas, pregas, núcleos de suporte e todos aqueles pontos de falha enfadonhos.

As perguntas enfadonhas poupam dinheiro.

Tabela comparativa: nominal vs. absoluto vs. tamanho dos poros

Como eu redigiria o pedido de cotação, em vez disso

Não escrevas isto:

“Preciso de um filtro de 10 mícrons.”

Isso não é uma especificação. É um desejo acompanhado de uma unidade de medida.

Escreve algo mais parecido com:

“O filtro deve assegurar uma retenção absoluta de 10 µm, com um valor mínimo de β10(c) ≥ 200, testado de acordo com a norma ISO 16889 ou um método equivalente documentado, nas condições de caudal e de fluido especificadas.”

Ou isto:

“O filtro deve ter uma granulometria nominal de 10 µm para a pré-filtração de sedimentos, uma eficiência mínima de remoção de 90% para o pó de ensaio definido, com uma queda de pressão em estado limpo inferior a X bar a Y L/min, utilizando água a 20 °C.”

Ou, para trabalhos personalizados:

“O fornecedor deverá apresentar o método de caracterização do tamanho dos poros, os dados do ponto de bolha, quando aplicável, os dados dos poros de fluxo médio, quando aplicável, o método de ensaio de retenção, a curva ΔP em condições de limpeza, o certificado do material, o desenho técnico e a rastreabilidade do lote.”

Muito melhor.

Ainda não está perfeito.

Mas agora o fornecedor tem menos sítios onde se esconder.

Se estiver a comprar elementos filtrantes sinterizados personalizados, indique o diâmetro exterior (OD), o diâmetro interior (ID), o comprimento, a espessura do material, o tipo de ligação, o tipo de liga ou de polímero, a temperatura de funcionamento, a pressão de funcionamento, o método de limpeza e a compatibilidade com os fluidos. Indicar um valor em mícrons sem especificar a geometria e as condições de funcionamento é como encomendar uma bomba dizendo: “de tamanho médio, suficientemente resistente”.”

Por que razão as declarações dos fornecedores não coincidem

O fornecedor A indica 5 µm.

O fornecedor B indica 5 µm.

O fornecedor C indica 3–5 µm.

O departamento de compras considera que são comparáveis. O departamento de engenharia sabe que podem não ser.

Um fornecedor pode estar a utilizar a classificação nominal. Outro pode estar a utilizar a classificação absoluta. Outro ainda pode estar a utilizar o tamanho máximo dos poros determinado pelo método «bubble-point». Outro pode estar a utilizar a correlação do fluxo de ar. Outro pode estar a descrever o tamanho das partículas do pó antes da sinterização, em vez da retenção do meio acabado. Sim, já vi isso acontecer.

O pior erro é comparar valores nominais com valores absolutos como se fossem iguais.

Um filtro nominal de 5 µm pode deixar passar mais partículas problemáticas do que um filtro absoluto de 10 µm, dependendo da definição de eficiência. Isso só parece contraditório se considerarmos que o tamanho em mícrons é o único fator a ter em conta.

Não é.

Comparar o tipo de classificação. Eficiência. Rácio beta. Método de ensaio. Fluido. Caudal. Queda de pressão. Temperatura. Ensaio de partículas. Conjunto acabado versus amostra do meio. Repetibilidade do lote.

Essa é a verdadeira comparação.

O resto é teatro de catálogo.

Classificação em mícrons e queda de pressão: a realidade de que ninguém escapa

Um filtro mais fino implica, normalmente, uma maior queda de pressão.

Não é sempre. Mas acontece com frequência suficiente para que fingir o contrário seja má prática de engenharia.

Um filtro de aço inoxidável sinterizado de 1 µm costuma restringir mais o caudal do que uma versão de 20 µm com geometria e espessura do meio filtrante semelhantes. Um cartucho de sedimentos de PP fundido-soprado mais fino pode entupir-se rapidamente em água suja. Uma membrana mais selativa pode exigir maior área de superfície ou um caudal mais baixo. Uma gama de tamanhos de poros mais restrita pode proteger o equipamento a jusante, mas sobrecarregar a bomba.

É por isso que queda de pressão no filtro sinterizado deve ser abordado no mesmo contexto que a classificação em mícrons.

Tenho visto compradores a exigirem “o mais fino possível”, porque pensam que mais fino significa melhor.

N.º.

Mais fino significa mais fino.

A escolha do filtro mais adequado depende da partícula-alvo, do caudal, da queda de pressão admissível, da carga de impurezas, do intervalo de manutenção, do método de limpeza, dos requisitos de validação e do custo de uma falha. A filtragem excessiva pode reduzir a vida útil do cartucho, aumentar o consumo de energia, ativar o desvio, privar de fluxo o equipamento a jusante e fazer com que os operadores detestem o projeto.

Às vezes, 25 µm é uma escolha mais inteligente do que 5 µm.

Pronto. Já o disse.

Intervalos comuns de tamanho dos poros por tipo de filtro

O que perguntar antes de aprovar a classificação em mícrons de um filtro

Pergunte como se fosse um comprador cético.

A classificação é nominal ou absoluta?

Qual é a eficiência de remoção?

Qual é o rácio beta, caso seja utilizado?

Que método de ensaio?

Que desafio das partículas?

Que fluido?

Que temperatura?

Qual é o caudal?

Que queda de pressão «limpa»?

O teste aplica-se ao suporte ou ao cartucho acabado?

A gama de tamanhos dos poros é medida ou inferida?

O fornecedor consegue garantir a rastreabilidade dos lotes?

A classificação altera-se após a limpeza, esterilização, tratamento em autoclave, soldadura, sinterização, pregueamento ou colagem?

São demasiadas perguntas?

Não. É o suficiente.

Porque, assim que um filtro falha, de repente toda a gente quer essas respostas.

Perguntas frequentes

O que é a classificação em mícrons de um filtro?

A classificação de micronagem de um filtro é o valor do tamanho das partículas, expresso em micrómetros, que descreve o tamanho das partículas que se espera que um filtro retenha em condições de ensaio definidas; no entanto, o significado depende do tipo de classificação: se é nominal, absoluta, baseada na razão beta ou derivada de um ensaio de tamanho de poros.

Um mícron é uma unidade real. O que deve ser questionado é a alegação relativa à classificação. Pergunte sempre qual é o método de ensaio, qual é a eficiência de retenção e se a alegação se aplica ao filtro acabado.

Qual é a diferença entre o tamanho dos poros e a classificação em mícrons?

O tamanho dos poros é o tamanho físico ou estimado das aberturas no interior de um meio filtrante, enquanto a classificação em mícrons é o tamanho de retenção de partículas declarado em condições de ensaio específicas, o que significa que o tamanho dos poros descreve a estrutura do meio filtrante e a classificação em mícrons descreve o desempenho da filtração.

Estão relacionados, mas não são idênticos. Uma gama de tamanhos de poros não indica automaticamente a eficiência de retenção de partículas num processo real.

O que é a capacidade nominal de um filtro?

A classificação nominal do filtro é uma indicação de filtração que demonstra que um filtro remove uma percentagem especificada de partículas com um tamanho igual ou superior a um determinado valor em mícrons, em determinadas condições de ensaio, mas não garante uma retenção quase total das partículas.

Os valores nominais são comuns na remoção de sedimentos e na pré-filtração. São úteis quando a remoção parcial é aceitável, mas revelam-se insuficientes quando a proteção a jusante tem de ser rigorosamente controlada.

O que é a classificação absoluta de um filtro?

A classificação absoluta de um filtro é uma indicação de filtração com maior grau de confiança, que indica que um filtro remove quase todas as partículas com um tamanho igual ou superior a um determinado valor em mícrons, em condições de ensaio definidas, frequentemente associada ao rácio beta, a ensaios de desafio ou a um desempenho de retenção validado.

«Absoluto» não significa «mágico». É necessário conhecer o método de ensaio, o nível de eficiência, o estado do fluido e se a afirmação se aplica ao cartucho acabado.

O que é a classificação em mícrons absoluta em comparação com a nominal?

A classificação em mícrons absoluta versus nominal compara a retenção de partículas de alta eficiência com a retenção parcial de partículas, sendo que a classificação absoluta reflete normalmente um limite de retenção muito mais rigoroso, enquanto a classificação nominal reflete uma percentagem de remoção mais baixa, definida pelo fornecedor, para o tamanho de partícula indicado.

Um filtro absoluto de 10 µm pode ter um desempenho superior ao de um filtro nominal de 5 µm, dependendo da definição de eficiência. É por isso que o tipo de classificação é importante.

Como é determinado o tamanho dos poros do filtro?

O tamanho dos poros do filtro é determinado através de métodos como o ensaio do ponto de bolha, o ensaio de fluxo médio, a microscopia, o ensaio de desafio com esferas, a porosimetria por intrusão de mercúrio ou a caracterização do meio específica do fornecedor, dependendo do tipo de filtro, do material, da gama de poros e da precisão necessária.

No caso das membranas, são comuns os métodos de ponto de bolha do tipo ASTM F316. No que diz respeito aos filtros de profundidade e aos meios sinterizados, os dados relativos à retenção de partículas e à permeabilidade podem ser igualmente importantes.

Qual é a classificação em mícrons recomendada para os filtros de sedimentos?

Uma boa classificação em microns para os filtros de sedimentos depende da carga de impurezas da água de alimentação, da tolerância do equipamento a jusante, do caudal, do limite de queda de pressão e da vida útil pretendida; no entanto, as classificações mais comuns dos cartuchos de sedimentos incluem 1 µm, 5 µm, 10 µm, 20 µm e 50 µm.

Uma filtragem mais fina não é automaticamente melhor. Uma filtragem demasiado fina pode entupir-se prematuramente e limitar o caudal se a área do cartucho ou o tamanho do invólucro forem inadequados.

Que tamanho em mícrons elimina as bactérias?

Um tamanho nominal de poros de cerca de 0,2 µm ou 0,22 µm é normalmente associado à filtração por membrana de grau de esterilização em contextos farmacêuticos e laboratoriais validados, mas a remoção de bactérias depende da validação do filtro, do teste de exposição a organismos, dos ensaios de integridade, da compatibilidade com os fluidos e dos controlos do processo.

Não se devem aplicar de ânimo leve os pressupostos da filtração estéril aos cartuchos industriais. A classificação, por si só, não valida o processo.

Por que razão dois filtros com a mesma classificação em mícrons têm um desempenho diferente?

Dois filtros com a mesma classificação em mícrons apresentam um desempenho diferente, uma vez que os fornecedores podem utilizar diferentes tipos de classificação, métodos de ensaio, testes de partículas, estruturas dos meios filtrantes, distribuições de poros, limiares de eficiência, caudais, limites de queda de pressão e designs dos cartuchos acabados.

Um valor em mícrons sem uma base de referência não é suficiente para uma comparação técnica. Pergunte pela eficiência, pelo rácio beta ou pelo método de ensaio.

Orientações em matéria de contratação pública

Envie-nos o tamanho de partícula alvo, a eficiência de remoção necessária, o tipo de fluido, o caudal, a queda de pressão admissível, a temperatura de funcionamento, a preferência de material e se necessita de filtração nominal ou absoluta. Ajudá-lo-emos a definir a classificação em mícrons adequada do filtro, a gama de tamanhos de poros e o grau de filtração antes que o pedido de cotação se transforme num jogo de adivinhas para os fornecedores.

Porque “10 mícrons” não é uma especificação.

É apenas o início de um.

Explore aqui as arquiteturas de cartuchos industriais:https://lvynfiltration.com/sintered-plastic-filter-cartridges%ef%bc%88application%ef%bc%89/