Diversi tipi di filtri a cartuccia industriali

I filtri a cartuccia industriali rimuovono i solidi sospesi dai liquidi prima che questi raggiungano una membrana, una pompa, un ugello di spruzzatura, uno scambiatore di calore o il prodotto finito. A prima vista sembrano simili, ma una cartuccia ottenuta con il processo melt-blown, avvolta a filo, pieghettata o sinterizzata può comportarsi in modo molto diverso una volta a contatto con il fluido di processo reale. Due cartucce con lo stesso grado di filtrazione in micron possono intasarsi, ostruirsi e bypassare il flusso in modi completamente diversi. Per i team di approvvigionamento e progettazione, la domanda concreta raramente è “quale tipo è il migliore?”, bensì “quale struttura, materiale filtrante, grado di filtrazione e tipo di tappi terminali si adattano a questo liquido, a questo carico di contaminanti e a questo alloggiamento?”. Questa guida illustra i principali tipi di cartucce, le loro differenze e gli aspetti da verificare con un fornitore prima di effettuare l’ordine.

Come vengono classificati i filtri a cartuccia industriali?

I filtri a cartuccia industriali vengono classificati in base a quattro caratteristiche indipendenti: struttura (modalità di disposizione del materiale filtrante), materiale filtrante, grado di ritenzione e interfaccia dell’alloggiamento (lunghezza, diametro, tappi terminali e guarnizioni). Considerare questi aspetti come un unico fattore decisionale è una causa frequente di errori nelle specifiche tecniche.

Confronto effettuato da MMP Filter tra cartucce melt-blown, avvolte e pieghettate fa una distinzione utile: "melt blown", "avvolto" e "pieghettato" sono tipi di struttura, non materiali. Il polipropilene, il poliestere, il nylon, il cotone o la fibra di vetro descrivono il materiale filtrante. La struttura descrive il modo in cui tale materiale è disposto, e tale disposizione determina in larga misura la capacità di trattenere lo sporco, la caduta di pressione e la durata.

La prima distinzione più utile è quella tra filtrazione in profondità e filtrazione superficiale:

Filtri di profondità (melt-blown, a filamenti intrecciati) trattengono le particelle su tutto lo spessore del materiale filtrante.
Filtri di superficie (la maggior parte delle cartucce pieghettate) trattengono le particelle principalmente sulla superficie del materiale filtrante, sfruttando le pieghe di quest’ultimo per creare un’ampia area di filtrazione.
Ibridi (cartucce a profondità pieghettata) combinano un mezzo filtrante a spessore elevato con una geometria pieghettata.

Guida alla scelta di Dutch Filtration osserva che i filtri a superficie sono generalmente preferiti quando la distribuzione granulometrica è ristretta. I filtri a profondità hanno una superficie filtrante inferiore, motivo per cui la maggior parte di essi non riesce a eguagliare le cartucce pieghettate in termini di portata.

Principali tipi di filtri a cartuccia industriali

Cartucce in tessuto meltblown

Le cartucce melt-blown vengono realizzate mediante l’estrusione di polimero fuso, solitamente polipropilene, in fibre sottili raccolte su un mandrino rotante. Il risultato è una struttura a profondità graduale. Sono adatte alla rimozione dei sedimenti, alla prefiltrazione RO e ai liquidi di processo in generale in cui le dimensioni delle particelle variano. I loro vantaggi sono il basso costo unitario e una buona capacità di trattenere lo sporco su flussi in entrata moderatamente contaminati. I loro limiti sono una portata per cartuccia inferiore rispetto a quella di un elemento pieghettato e valori nominali il cui significato varia a seconda dei fornitori.

Cartucce con corde avvolte

Le cartucce a filo avvolto sono costituite da filo avvolto attorno a un’anima centrale secondo uno schema controllato, in modo da formare strati graduati. Panoramica sulle cartucce Pall li descrive come filtri a profondità disponibili in materiali quali cotone, fibra di vetro, polipropilene, poliestere, nylon e PPS. L’anima è solitamente in acciaio inossidabile 304 o 316. La scelta del filato e dell’anima costituisce il principale fattore di specificazione: determina infatti la compatibilità chimica, la resistenza termica e la tolleranza nei confronti di sedimenti più pesanti o liquidi viscosi. Le cartucce a filo avvolto sono generalmente considerate prefiltri monouso.

Cartucce pieghettate

Le cartucce pieghettate avvolgono il materiale filtrante in fogli attorno a un’anima di supporto. In questo modo si ottiene una superficie filtrante molto più ampia a parità di diametro esterno rispetto a quella che si otterrebbe con una parete cilindrica liscia. Le previsioni di Pall afferma che i filtri a pieghe sono adatti a fluidi con una distribuzione granulometrica più ristretta e ad applicazioni che richiedono portate elevate con una bassa perdita di carico. Si tratta della famiglia più variegata. Il foglio pieghettato può essere un tessuto non tessuto in polipropilene o poliestere, oppure una membrana come PES, PVDF, nylon o PTFE. La ritenzione può essere nominale o assoluta, come illustrato di seguito.

Gli acquirenti che desiderano vedere come una linea di tende plissettate sia organizzata in base al materiale, alla lunghezza e al tipo di finitura possono consultare il sito di Lvyuan cartucce filtranti a pieghe per la filtrazione industriale dei liquidi. La gamma comprende modelli in polipropilene, PES, PVDF, PTFE, poliestere, fibra di carbonio attivata e formati ad alta portata. È inoltre disponibile la personalizzazione per adattarsi agli alloggiamenti esistenti.

Cartucce a profondità pieghettata e ad alta portata

Pall descrive inoltre un filtro ibrido a profondità pieghettata realizzato con un materiale melt-blown di elevato spessore e dotato di una struttura porosa rastremata. Il suo obiettivo è quello di combinare la capacità di trattenere lo sporco dei filtri a profondità con la capacità di flusso di quelli pieghettati. Le cartucce ad alto flusso e di grande diametro seguono la stessa logica: maggiore superficie per ogni alloggiamento, minor numero di cartucce e un alloggiamento più piccolo a parità di portata. Il compromesso è che gli elementi ad alto flusso utilizzano alloggiamenti e guarnizioni diversi. Passare a questi ultimi è una decisione a livello di sistema, non una semplice sostituzione delle cartucce.

Cartucce speciali: carbone attivo ed elementi sinterizzati

Le cartucce a carbone attivo eliminano il cloro disciolto, le sostanze organiche, il sapore e l’odore, che le cartucce a particelle non rimuovono. Gli elementi in metallo sinterizzato o in plastica porosa sono rigidi, spesso possono essere puliti o sottoposti a controlavaggio e sono adatti a impieghi ad alta temperatura, alta pressione o con fluidi aggressivi, solitamente a un costo iniziale più elevato. Gli acquirenti le scelgono in genere per esigenze di processo specifiche, non come prefiltri per uso generico.

Confronto tra i tipi più comuni di cartucce

La tabella riportata di seguito ha carattere qualitativo. Descrive tendenze tipiche, non prestazioni garantite, e i singoli prodotti variano a seconda del supporto, della classificazione e della qualità di fabbricazione.

Tipo di cartuccia	Modalità di filtrazione	Abiti classici	Punti di forza principali	Limiti principali	Verificare con il fornitore
Melt-blown	Profondità	Sedimenti, prefiltrazione RO, granulometria mista	Costo contenuto; buona capacità di carico in presenza di sedimenti moderati	Portata inferiore per cartuccia; la base di riferimento varia	Base nominale o assoluta; livello dei media
Con corda avvolta	Profondità	Sedimenti pesanti, sostanze chimiche, oli, liquidi viscosi	Ampia scelta di filati e anime; conveniente	Rischio di migrazione delle fibre in alcuni modelli; solitamente monouso	Filato, materiale dell'anima, limite di temperatura
Pieghettato (materiale non tessuto)	Profondità superficiale o nominale	Prefiltrazione ad alta portata, intervallo di particelle più ristretto	Ampia superficie; minore caduta di pressione	È in grado di effettuare rapidamente il blind su feed sporchi	Media, base di valutazione, stile finale
Pieghettato (media a membrana)	Superficie	Filtrazione di precisione o di rifinitura, liquidi chimicamente aggressivi	Ritenzione definita; numerose opzioni multimediali	Costo più elevato; richiede una fase di pretrattamento efficace	Tipo di membrana, comportamento di bagnabilità, dati di prova
Ibrido a profondità pieghettata	Profondità più superficie delle pieghe	Ampia gamma di particelle a portate più elevate	Elevata capacità con un buon flusso	Formati meno comuni	Compatibilità con gli alloggiamenti, dati relativi alla classificazione
Carbone attivo	Adsorbimento e particolato	Cloro, COV, odori, colore	Rimuove le sostanze disciolte	Capacità di adsorbimento finita	Tipo di carbone, tempo di contatto, carico di particolato
Metallo sinterizzato o plastica	Profondità rigida	Calore, pressione, fluidi aggressivi, impiego ripetuto	Lavabile; resistente alle sollecitazioni meccaniche	Costo iniziale più elevato; è necessaria la convalida della pulizia	Grado dei pori, metodo di pulizia, grado del materiale

Come scegliere i materiali pieghettati: PP, PES, PVDF, PTFE e nylon

All’interno della famiglia dei filtri pieghettati, la scelta del fluido è più importante della lunghezza della cartuccia. La compatibilità dipende dal fluido specifico, dalla temperatura e dai prodotti chimici utilizzati per la pulizia. Considerate la tabella sottostante come una guida orientativa, non come una tabella di compatibilità.

Media	Ruolo comune	Punti da verificare
Polipropilene (PP)	Prefiltrazione acquosa generale, pretrattamento RO e DI, compatibilità con numerosi fluidi di processo	Temperatura, esposizione a solventi e ossidanti, base di classificazione
Poliestere	Impiego in ambienti con sedimenti e liquidi in generale, con un profilo chimico diverso dal PP	Composizione chimica del fluido, temperatura, struttura
Membrana PES	Filtrazione fine in cui è richiesta una membrana idrofila, come nelle linee di produzione di acqua, alimenti o bevande	Documentazione relativa alla domanda, requisiti relativi alle sostanze estraibili
Membrana in PVDF	Filtrazione fine di liquidi aggressivi o chimicamente difficili da trattare	Grado esatto della membrana, limiti di temperatura e pressione
Membrana in PTFE	Ambienti chimici particolarmente aggressivi, gas o solventi	Comportamento idrofobico in ambiente acquoso; procedura di bagnabilità
Membrana in nylon	Fluidi di processo selezionati che richiedono una membrana idrofila	Compatibilità con acidi, ossidanti e il liquido di processo

Di Lvyuan Cartuccia filtrante pieghettata in polipropilene da 30 pollici è un esempio del formato interamente in polipropilene. Utilizza elementi filtranti, anima, gabbia e tappi terminali in PP per acqua e liquidi di processo compatibili, con terminali 222/Fin e, in opzione, 226/Fin. La scheda del prodotto precisa che la pressione differenziale ammissibile diminuisce all’aumentare della temperatura. Il valore di pressione indicato nel titolo deve quindi essere interpretato come un valore massimo di progetto, non come un limite valido per l’intero intervallo di temperatura. Si tratta di una buona abitudine di lettura da adottare per qualsiasi scheda tecnica delle cartucce.

Per una ritenzione più fine o in presenza di liquidi più aggressivi, il Cartuccia pieghettata compatta in PVDF da 5 pollici combina una membrana in PVDF con elementi di supporto in polipropilene in un corpo di dimensioni ridotte. La versione raffigurata utilizza un raccordo 222/Flat con doppio O-ring. La pagina precisa che i valori effettivi di portata, temperatura e pressione dipendono dalla specifica membrana in PVDF e dalla struttura del prodotto. Verificare tali valori in base alle specifiche scelte.

Gli acquirenti che non hanno ancora deciso quale mezzo di comunicazione scegliere possono partire da una piattaforma configurabile come la Cartuccia pieghettata da 10 pollici con materiali filtranti selezionabili tra PP, PES, PTFE, PVDF o nylon. La pagina sottolinea un aspetto che vale la pena ribadire: l’ampio intervallo di micron descrive la serie di prodotti, non un valore nominale disponibile per ogni tipo di supporto.

Qual è la differenza tra rating nominali e rating assoluti?

Un valore nominale indica che una cartuccia rimuove una percentuale, dichiarata dal produttore, di particelle di dimensioni pari o superiori a una determinata dimensione. Un valore assoluto implica un’efficienza di rimozione molto più elevata e definita con maggiore precisione per quella dimensione. Guida alle cartucce della Cary Company afferma che le cartucce con filtrazione nominale possono trattenere solo circa il 75% alla granulometria dichiarata, mentre quelle con filtrazione assoluta raggiungono spesso il 99% o più. Aggiunge inoltre che molti sistemi prevedono l’inserimento di filtri nominali a monte e di filtri con filtrazione assoluta a valle.

Questi termini non hanno una definizione unica e universale. Il valore “5 micron nominali” indicato da un fornitore potrebbe non corrispondere a quello di un altro. Quando si confrontano i preventivi, è opportuno chiedere:

La percentuale di efficienza alla dimensione in micron indicata.
Il metodo di prova e il fluido di prova utilizzati per ottenerlo.
Se il dato si riferisce al valore di cessione del lotto o a un valore tipico.

Senza quei dati, due preventivi con lo stesso valore in micron non sono comparabili.

Una cartuccia più fine e plissettata è sempre la scelta migliore?

No. Una cartuccia pieghettata o con grado di filtrazione più fine non è automaticamente l’opzione più economica. I filtri a pieghe offrono un'ampia superficie filtrante, ma possono intasarsi rapidamente quando il flusso in entrata presenta una vasta gamma di dimensioni delle particelle o un carico elevato. In tale situazione, una cartuccia a profondità, oppure una cartuccia a pieghe più grossolana posizionata a monte di una più fine, spesso garantisce una durata complessiva maggiore a un costo inferiore per metro cubo filtrato.

Il confronto corretto è il costo per volume di liquido trattato fino al raggiungimento del livello di pulizia desiderato. Ciò include il prezzo della cartuccia, la frequenza di sostituzione, la manodopera, i tempi di inattività e lo smaltimento, non solo il prezzo unitario indicato nel preventivo. La filtrazione a più stadi, con uno stadio grossolano che trattiene la maggior parte dei solidi e uno stadio fine o assoluto di rifinitura, è spesso la soluzione più economica. L’avvertenza è che la suddivisione in stadi comporta un aumento del numero di alloggiamenti, della caduta di pressione e della complessità, quindi si rivela vantaggiosa soprattutto nei casi in cui il carico di contaminanti sia significativo.

Anche l'ostruzione frequente è un segno diagnostico. Come Dutch Filtration sottolinea che, un filtro che si intasa prima del previsto può indicare un problema a monte nel processo. Cambiare il tipo di cartuccia potrebbe quindi mascherare la vera causa.

Lunghezza, diametro, tappi terminali e guarnizioni

La cartuccia deve inserirsi correttamente nell'alloggiamento prima di poter filtrare qualsiasi cosa. Verificare questi punti di interfaccia confrontandoli con l'alloggiamento esistente o con il disegno:

Lunghezza: Le lunghezze più comuni sono 5, 10, 20, 30 e 40 pollici. Gli alloggiamenti multi-cartuccia possono contenere diverse cartucce, quindi verificare il numero di elementi.
Diametro esterno: Elenchi Pall una cartuccia Profile Star da 30 pollici con diametro esterno di 2,75 pollici, mentre le cartucce pieghettate in poliestere di Lvyuan hanno dimensioni comprese tra 2,5 e 4,5 pollici. Non date per scontato che “standard” significhi identico.
Configurazione finale: Le cartucce a doppia estremità aperta (DOE) sono sigillate su entrambe le estremità e si avvalgono di guarnizioni o adattatori. Le cartucce a singola estremità aperta (SOE) sono sigillate su un’estremità tramite O-ring e chiuse sull’altra. I modelli 222 e 226 sono tipi comuni di cartucce SOE, con punte alettate o piatte. La guida di Cary spiega che i tappi terminali delle alette si inseriscono nella piastra di fissaggio superiore degli alloggiamenti multicartuccia e che un tappo terminale chiuso consente a una cartuccia DOE di funzionare come una SOE.
Materiale della guarnizione: L'elastomero della guarnizione o dell'O-ring deve essere compatibile con il liquido, la temperatura e i detergenti. Una guarnizione incompatibile può guastarsi prima del fluido stesso e causare un bypass.
Nucleo e supporto: Le anime in polipropilene, acciaio inossidabile e altri materiali presentano livelli diversi di resistenza alla temperatura e alla pressione.

Un campione della cartuccia, un disegno o il numero di modello dell'alloggiamento riducono il rischio di ordinare un'interfaccia errata. Ecco perché i programmi OEM e di ricambio spesso partono da un campione.

Errori comuni nelle specifiche tecniche

Scegliere basandosi esclusivamente sul numero di micron. I parametri di valutazione, il carico di contaminanti, la caduta di pressione e la compatibilità chimica influiscono tutti sulle prestazioni effettive.
Aspettarsi che le cartucce antiparticolato rimuovano i contaminanti disciolti. Le cartucce a plissettatura per sedimenti non rimuovono il cloro disciolto, gli odori o le sostanze chimiche, a meno che non contengano materiali filtranti specificamente progettati a tale scopo.
Ignorando il fattore di derating termico. La pressione differenziale ammissibile tende a diminuire all’aumentare della temperatura di esercizio.
Utilizzo di una cartuccia per uso generico in applicazioni soggette a regolamentazione. I settori alimentare, delle bevande, farmaceutico e dei prodotti ad alta purezza richiedono materiali certificati, controlli di produzione e procedure di convalida. Non date per scontato che una cartuccia industriale generica sia idonea.
Saltando la fase a monte. Una cartuccia con una buona pieghettatura, inserita direttamente dietro un caricamento pesante, si ostruirà rapidamente.

Cosa dovrebbero specificare gli acquirenti prima di richiedere un preventivo?

Una richiesta di preventivo accurata consente al fornitore di valutare sia la cartuccia che il sistema, anziché limitarsi a cercare una misura corrispondente a quella indicata nel catalogo. Fornire le seguenti informazioni:

Campo "Richiesta di preventivo"	Perché è importante
Liquido, viscosità e temperatura	Determina la compatibilità dei supporti, delle guarnizioni e delle anime, nonché il comportamento del flusso
Tipo di contaminante e intervallo approssimativo delle dimensioni	Decide se optare per il modello a profondità o a pieghe e se è necessario ricorrere a una messa in scena
Grado di filtrazione nominale in micron e base di classificazione	Definisce i dati relativi alla ritenzione e all'efficienza che dovresti richiedere
Portata, pressione di esercizio e pressione differenziale	Imposta il numero di cartucce, l'area e il segnale di sostituzione
Modello dell'alloggiamento, lunghezza della cartuccia e diametro esterno	Previene i problemi di vestibilità
Tappi terminali e materiale di tenuta	Previene il bypass e il guasto delle guarnizioni
Quantità, struttura degli ordini e mercato di riferimento	Influisce sui prezzi, sulle trattative relative al quantitativo minimo d’ordine (MOQ) e sui requisiti documentali
Requisiti di conformità o di documentazione	È necessario ottenere tempestivamente le certificazioni relative al contatto con gli alimenti, al settore farmaceutico o di altro tipo
Campione o disegno della cartuccia esistente	Accelera i controlli di compatibilità per interventi di sostituzione o di produzione OEM

Chiedete al fornitore di indicare per iscritto il quantitativo minimo ordinabile (MOQ), i tempi di consegna, i dati dei test e la documentazione disponibile in relazione alle vostre specifiche. Richiedete un campione per la verifica prima di impegnarvi a un ordine in grandi quantità.

Domande frequenti

Quali sono le principali tipologie di filtri a cartuccia industriali?

Le tipologie principali sono: cartucce melt-blown, a filo avvolto, pieghettate, ibride pieghettate-a profondità, a carbone attivo e sinterizzate. Le cartucce melt-blown e a filo avvolto sono filtri a profondità, quelle pieghettate sono principalmente filtri superficiali, mentre gli elementi a carbone attivo e sinterizzati soddisfano esigenze di processo specifiche.

Qual è la differenza tra i filtri a profondità e quelli a cartuccia pieghettata?

I filtri a profondità trattengono le particelle su tutto lo spessore del materiale filtrante e gestiscono bene le particelle di dimensioni miste. I filtri a pieghe piegano il materiale filtrante per creare un’ampia superficie, garantendo una minore caduta di pressione e una portata maggiore. Sono adatti a distribuzioni granulometriche più ristrette e a flussi in ingresso più puliti.

È meglio scegliere una cartuccia con valore nominale o assoluto?

Scegliete cartucce con valori nominali assoluti nei casi in cui sia importante un grado di ritenzione ben definito, come nella lucidatura finale o nella protezione delle membrane. Le cartucce con valori nominali vengono spesso utilizzate come prefiltri a basso costo. Richiedete le percentuali di efficienza e i metodi di prova, poiché le definizioni variano da un fornitore all’altro.

Cosa significano i numeri 222 e 226 su un filtro a cartuccia?

Si tratta di tipi di raccordi terminali SOE, comunemente intesi come riferiti alle dimensioni degli O-ring utilizzati per la tenuta, e solitamente dotati di una punta alettata o piatta. Devono essere compatibili con l'adattatore dell'alloggiamento, pertanto è necessario verificarne la compatibilità tramite un disegno o un campione.

Le cartucce filtranti pieghettate possono essere pulite e riutilizzate?

Alcune strutture possono essere pulite, ma molte sono monouso. La riutilizzabilità dipende dal mezzo filtrante, dalla struttura e dagli agenti contaminanti. La pulizia può alterare la capacità di ritenzione o danneggiare la cartuccia; pertanto, è necessario verificare i metodi e i limiti con il fornitore prima di pianificare il riutilizzo.

Quali informazioni servono a un fornitore per preparare un preventivo per un filtro a cartuccia?

Come minimo: il liquido, la sostanza contaminante, la granulometria nominale desiderata, la portata, la pressione, la temperatura, la lunghezza e il diametro esterno della cartuccia, i tappi terminali, il materiale delle guarnizioni e la quantità. Una cartuccia campione o un disegno tecnico consentono al fornitore di verificare la compatibilità con l’alloggiamento.

Una cartuccia a pieghe rimuove il cloro o le sostanze chimiche disciolte?

A meno che non contengano materiali progettati per l'adsorbimento, come la fibra di carbone attivo. Le cartucce pieghettate standard in polipropilene o poliestere trattengono le particelle sospese ma non rimuovono il cloro disciolto, gli odori o le sostanze chimiche.