Por Andrew Untz, ingeniero de proyectos principal de Donaldson
Nunca han existido estándares apropiados y precisos para medir la eficiencia de los sistemas colectores de polvo industriales. Dado que muchos fabricantes de colectores de polvo y filtros hacen declaraciones sobre el desempeño de sus productos, muchos usuarios finales se pierden en un mundo de alardes y promesas. Muchas empresas, industrias y regiones, en un esfuerzo para implementar una base para realizar comparaciones, recurrieron a la aplicación de la clasificación MERV (Valor de eficiencia mínima a informar), establecida por ASHRAE 52.2 (Sociedad americana de ingenieros de calefacción, refrigeración y aire acondicionado) para el sector de limpieza industrial de ductos de ventilación en general. Pero, ¿es esta una medida adecuada de la eficiencia de los colectores de polvo industriales?
La aplicación del sistema de clasificación MERV para medir la eficiencia de los colectores de polvo industriales es problemática debido a las siguientes razones:
- Las pruebas MERV de las velocidades de flujo en medios estipulados son muy diferentes a las velocidades de flujo típicas de funcionamiento de los colectores de polvo industriales.
- Las clasificaciones MERV indican la eficiencia mínima del filtro (generalmente al arranque), en lugar de las típicas emisiones del filtro respecto a su vida útil.
- MERV mide la eficiencia del medio de filtración, en lugar del sistema completo de colección de polvo y de sus sistemas de autolimpieza.
- MERV identifica la caída de presión, pero no aborda el consumo total de energía.
¿Qué es MERV?
MERV significa valor de eficiencia mínima a informar (por sus siglas en inglés). Es un sistema de clasificación incorporado en el protocolo de ensayo ASHRAE 52.2. Asigna un número a un filtro para identificar su desempeño mínimo respecto a la eliminación de partículas del flujo de aire. Los números más altos tienen por objeto indicar una mayor eficiencia de filtración, pero muchos expertos en colección de polvo industrial afirman que no es así.
ASHRAE 52.2 se redactó inicialmente como un método para medir el desempeño de los dispositivos de ventilación general para limpiar el aire. Mientras que los sistemas de ventilación general para limpiar el aire y los sistemas de colección de polvo industrial eliminan partículas del flujo de aire, no tienen mucho más en común. Las diferencias se presentan a continuación.
Velocidades de Flujo Operativo para la Ventilación General en Comparación con el Polvo Industrial
El estándar 52.2 se estableció para probar la eficiencia de los filtros de aire estático que se utilizan en los sistemas de ventilación general, como los sistemas de filtración de aire de habitaciones y edificios. Por el contrario, los filtros que recogen el polvo industrial del aire funcionan en un ambiente muy dinámico, en el que se genera polvo constantemente y el medio lo limpia a medida que es necesario. La mayoría de los colectores de polvo incluyen un sistema de autolimpieza que permite al filtro continuar con su desempeño durante más tiempo, lo que no ocurriría si no se limpiaran con frecuencia. Algunas veces, los filtros se limpian cuando no existe flujo de aire, pero a menudo la limpieza se realiza durante el funcionamiento normal. La cambiante pasta de polvo (y su caída de presión asociada) significa que la eficiencia del filtro también es cambiante. Cada vez que se limpia el filtro, su eficiencia cambia. Las condiciones estáticas usadas en ASHRAE 52.2 no pueden ser aplicadas adecuadamente a las condiciones dinámicas del colector de polvo.
Los procesos industriales de fabricación producen polvo, en cantidades que no se esperan en los sistemas de limpieza de ventilación general. Los flujos de aire en los procesos de aserraderos, plantas de manejo de granos, talleres de fabricación de metales y cabinas de aspersión térmica producen entre 0.5 y 20 granos por pie cúbico de partículas. Los fabricantes no pueden darse el lujo de detener la producción para cambiar los filtros de manera frecuente, por ello confían en los colectores de polvo con sistemas de autolimpieza. Los sistemas de autolimpieza permiten al filtro funcionar durante un período de tiempo más prolongado.
Por el contrario, la prueba ASHRAE 52.2 introduce relativamente poco polvo en el flujo de aire. Usa aproximadamente 0.005 granos por pie cúbico de aire. Es entre 100 y 4000 veces menor a la concentración de polvo que existe en el flujo de aire de un colector de polvo industrial típico.
Otro factor importante que se debe considerar es que la velocidad media de entrada difiere enormemente entre la ventilación general y la colección de polvo industrial. Un colector de polvo típico tiene una velocidad media de entrada de entre 0.5 y 12 pies por minuto. Por el contrario, ASHRAE 52.2 prueba con velocidades de flujo de aire en el rango de 118 a 748 pies por minuto. Esto significa que las magnitudes son entre 10 y 1500 veces superiores en una prueba MERV que en un colector de polvo. Dado que la velocidad media puede afectar la eficiencia, la aplicabilidad de la prueba MERV respecto de la colección de polvo industrial debería ser cuestionada.
Eficiencia Inicial en Comparación con la eficiencia Continua
El objetivo de ASHRAE 52.2 es medir la eficiencia del sistema de limpieza de ventilación general. El objetivo de un colector de polvo es controlar las emisiones a lo largo del tiempo. A primera vista parecería que la eficiencia del filtro estaría directamente relacionada con las emisiones que el filtro permite que escapen del sistema. Sin embargo, la eficiencia del filtro no puede estar directamente correlacionada con las emisiones en un colector de polvo industrial. Si se intentan calcular las emisiones a lo largo del tiempo basándose en los niveles de eficiencia MERV, se sobrestimarían las emisiones. El error de cálculo se debe a que un filtro en el colector de polvo se cubre de polvo y genera una pasta de polvo una y otra vez.
El principio operativo de un colector de polvo industrial usa la acumulación de la pasta de polvo para proporcionar una filtración adicional. Dado que la pasta de polvo proporciona una resistencia al flujo de aire, la resistencia a través del medio de filtración de un colector de polvo es generalmente de 2 a 5 pulgadas de agua. Durante ese tiempo, la pasta de polvo se reemplaza constantemente a medida que se limpian los filtros y, luego, se vuelve a generar el polvo. La prueba ASHRAE 52.2 funciona en un rango de resistencia completamente diferente. La prueba se detendrá en la resistencia máxima de 1.4 pulgadas de agua (o más rápidamente de acuerdo al nivel de eficiencia obtenido). La prueba de MERV está vinculada con la capacidad del medio de filtración para capturar el polvo, mientras que el ciclo de funcionamiento del colector de polvo usa la acumulación y expulsión de la pasta de polvo como un contribuyente significativo para la eficiencia de desempeño.
Estas diferencias en el funcionamiento entre un colector de polvo y la aplicación de una prueba ASHRAE 52.2 harán que el enfoque respecto al medio técnico sea significativamente diferente. Para un sistema de filtración estático, sería una ventaja contar con un medio de carga profunda que permita la acumulación de partículas en la profundidad del medio sin penetrar realmente en el elemento de filtración. El medio que permite que el polvo se cargue en el filtro sin generar una pasta de polvo podrá manejar más partículas y durará más en un ambiente estático. Sin embargo, esto no es lo ideal cuando se trata de limpiar el medio en un ambiente dinámico. Mientras más polvo se retenga en la superficie del medio (carga de la superficie) más fácil será limpiarlo. Es una ventaja contar con un medio de carga de superficie en un colector de polvo para asegurar una vida útil más larga del filtro. Un fabricante de filtros fácilmente podría diseñar un medio de carga profunda para asegurar una calificación MERV más alta y los consumidores podrían suponer que un valor de MERV más alto significa un mejor filtro. Sin embargo, estos medios de carga profunda a menudo sacrifican la capacidad para expulsar partículas durante la limpieza. Un consumidor de colectores de polvo industrial que compra un filtro basado estrictamente en la clasificación MERV puede que no sepa que está sacrificando una importante área del desempeño - la capacidad de limpiarse. El mejor filtro para los colectores de polvo industrial ofrecería una mayor eficiencia Y un mejor desempeño de limpieza. Dada la cantidad y la complejidad de factores que afectan el desempeño de un colector de polvo industrial, se podría afirmar que no resulta eficiente basar las decisiones de compra para la colección de polvo en la clasificación MERV, que únicamente se basa en la eficiencia inicial. Las condiciones que separan la clasificación de desempeño MERV 13 de MERV 14 representan solo una pequeña porción de la vida útil del colector de polvo. La clasificación MERV que se establece durante los pocos minutos iniciales de la vida útil del filtro no puede predecir la eficiencia de los posteriores 6 a 24 meses de vida útil del filtro. Nuevamente, la caracterización de la eficiencia de 52.2 no es confiable. El desempeño real del colector de polvo industrial se basa en forma más precisa, en la ingeniería del sistema de limpieza, en la tecnología de la carga de superficie del medio y en el manejo del flujo de aire.
Desempeño del Sistema en Comparación con el Desempeño del Medio
El sistema de clasificación MERV también es inadecuado para identificar la eficiencia del sistema de colección de polvo industrial porque mide solo el medio en lugar de todo el sistema de filtración. Idealmente, un estándar permitiría al usuario final comparar la cantidad de emisiones que se podrían encontrar durante el funcionamiento normal. Mediría la eficiencia de todo el sistema de filtración. El manejo del flujo de aire dentro del colector de polvo es importante para el desempeño general. Su diseño debería manejar el flujo de aire de manera tal que la mayoría del polvo nunca llegue a los filtros y el medio pueda durar más. El flujo de aire se debería manejar de tal forma que los polvos recogidos se asienten sin ser arrastrados nuevamente por el flujo de aire o quedar permanentemente suspendidos. Existen 4 enfoques de Donaldson® Torit® para los mecanismos de limpieza, pero los diseños del sistema de limpieza y del medio deberían realizarse en conjunto. El usuario del colector de polvo solo está preocupado por el desempeño total, de modo que la medición de uno u otro está incompleta.
Caída de Presión en Comparación con el Consumo Total de Energía
Otro tema es que la calificación de ASHRAE 52.2 respecto de la caída de presión no da cuenta de una característica general de desempeño que preocupa cada vez más a los usuarios finales: el consumo de energía y su costo. Una restricción más alta en el filtro representa más energía para mantener un flujo de aire adecuado. La energía para la limpieza también es muy importante. Un colector de polvo puede tener un gran sistema de limpieza y una baja caída de presión, pero es posible que requiera una enorme cantidad de energía para la limpieza. Pocas personas considerarían como aceptable este escenario. Sin embargo, las clasificaciones MERV no proporcionan una guía para los usuarios finales sobre estas importantes características de desempeño.
¿Qué Hacer Entonces?
Dadas todas las razones por las que el sistema de clasificación MERV es inadecuado para los colectores de polvo industrial, ¿dónde nos deja esto? Si se definiera un nuevo estándar, se deberían considerar muchas de las principales características de desempeño que interesan a un usuario final, principalmente las que se analizan en este artículo. También es necesario analizar otras consideraciones que tienen en cuenta los usuarios finales al elegir un colector de polvo industrial. El tamaño, el estado del gabinete, el ruido y la capacidad del sistema de filtración para recuperarse de un desperfecto son otras de las características que los usuarios finales desean generalmente conocer.
Los líderes de la colección de polvo industrial, ASHRAE e ISO, trabajan actualmente en conjunto para abordar este tema. El comité técnico de ASHRAE 5.4 finalizó recientemente un proyecto de investigación (RP1284) con el objetivo de determinar la mejor forma para desarrollar una especificación de prueba para los colectores de polvo y existe un comité de proyectos especiales que trabaja en la redacción de una especificación de prueba basada en esta investigación. El Comité Técnico de ISO (Organización Internacional para la Normalización) 142 también está redactando una especificación de prueba similar para usar en el ámbito internacional. Es posible que ambos se encuentren muy lejos de finalizar la redacción y el desarrollo, pero al menos están abordando las necesidades del mercado de colección de polvo industrial que MERV nunca intentó abordar. Quienes estén interesados debería involucrarse. Considere ser parte de las revisiones públicas antes de que se publiquen los estándares, de manera que su retroalimentación nos pueda ayudar a asegurar que las necesidades de los usuarios finales se puedan satisfacer.
Mientras tanto, cuando se enfrenten a la selección del sistema de filtración para la colección del polvo, hágale al fabricante preguntas sobre la aplicabilidad de MERV a la situación en cuestión. Más aún, pregunte sobre las características que mejor predigan la eficiencia del sistema de colección de polvo, tales como: flujos operativos, vida útil esperada, diseño de los medios, manejo del flujo de aire, diseño del sistema de limpieza y uso de la energía. Sus resultados finales verán reflejada su decisión.
Andrew Untz es un ingeniero de proyectos principal en Donaldson Company, Inc. Tiene un bachiller universitario en ciencias de la Universidad de Wisconsin River Falls y un MBA de la Universidad de Phoenix. Andrew tiene 16 años de experiencia en filtración de aire industrial. Participa en el Comité Técnico 5.4 de ASHRAE y está involucrado en la redacción ASHRAE 199. Andrew también participa del Comité Técnico 142, WG5 de ISO, liderando el desarrollo de una especificación de prueba internacional para los colectores de polvo industrial.
