O valor da queda de pressão de um banco de filtros só é válido para a seleção de ventiladores quando estiver vinculado a três fatores específicos: o fluxo de ar que passa pelo banco, a configuração do filtro que produz essa resistência e se o valor se refere a filtros limpos ou à condição de saturação na qual os filtros serão trocados. Um valor de resistência sem esses qualificadores não pode ser comparado a uma curva de ventilador, pois a resistência do filtro aumenta aproximadamente com o fluxo e aumenta novamente à medida que o meio filtrante fica sujo. Antes de dimensionar qualquer ventilador, confirme se a margem indicada abrange todas as etapas pelas quais o ar passa, e não apenas o filtro em questão.

Definir a vazão de ar e a base de pressão para limpeza e troca

A base para a seleção do ventilador é um fluxo de ar especificado, uma configuração de filtro especificada e uma condição de resistência especificada — limpa ou na condição de troca prevista. Esses três fatores estão interligados. A filtro médio Um medidor calibrado para uma determinada resistência atinge essa resistência apenas no ponto da curva correspondente ao fluxo de ar; e, se o medidor for operado acima ou abaixo desse ponto, o valor real varia de acordo com a variação dessa curva.

A distinção entre “limpo” e “pronto para troca” determina se o sistema é capaz de manter o fluxo de ar projetado durante toda a vida útil dos filtros. Um ventilador dimensionado apenas com base na resistência do filtro limpo atinge o fluxo projetado no dia do comissionamento e, em seguida, apresenta uma queda gradual à medida que a poeira se acumula; o que, em uma sala limpa, se manifesta inicialmente por meio de uma redução nas renovações de ar e um enfraquecimento da cascata de pressão, antes de se traduzir em um alarme do filtro. Um ventilador dimensionado com base em uma condição de troca acordada mantém a pressão de reserva necessária para sustentar o fluxo em toda essa faixa. Decida desde o início qual condição o projeto tratará como condição de projeto e deixe isso por escrito, pois o mesmo modelo de filtro suporta ambos os valores e o fornecedor não pode adivinhar qual deles você pretende.

A configuração do filtro deve constar na mesma especificação. A profundidade do elemento e a área do meio filtrante determinam a resistência para um determinado fluxo de ar: um conjunto em V mais profundo ou um filtro do tipo caixa apresenta maior área de meio filtrante do que um painel raso com o mesmo tamanho da face e, portanto, menor resistência para o mesmo fluxo. Ao solicitar um valor de resistência, especifique o tamanho da face, a profundidade do elemento ou o formato, a classe de filtragem e o número de elementos no conjunto; caso contrário, o valor fornecido se referirá a um filtro que você não está comprando.

Contabilizar os elementos paralelos e as perdas do banco resultantes de operações conjuntas

Os elementos montados lado a lado em um conjunto compartilham o fluxo de ar; cada um deles não recebe o fluxo total do conjunto. A resistência do conjunto é calculada a partir do fluxo que passa por um único elemento, comparado à curva de pressão desse elemento — e não somando as quedas individuais como se o ar passasse por cada um deles sucessivamente. Somá-las em série superestima gravemente a resistência do conjunto e leva à escolha de um ventilador que funcionará com restrição de fluxo ou fora de sua faixa de eficiência.

O valor de referência, portanto, é o vazão por elemento: divida o vazão de ar do banco pelo número de elementos instalados, consulte a curva do elemento nesse valor e considere o resultado como a resistência do estágio de filtragem. Isso também explica por que a contagem de elementos é uma variável de projeto, e não um detalhe. Adicionar elementos ao mesmo banco reduz o fluxo que cada um deles processa, o que diminui tanto a queda de pressão quanto a velocidade frontal e, geralmente, prolonga o intervalo até que a condição de saturação seja atingida — ao custo de um plenum maior e de mais filtros para estocar e trocar.

A curva de um elemento descreve o filtro, não o conjunto ao seu redor. Estruturas de fixação, painéis de vedação, vedações do coletor, transições de dutos de entrada e saída do plenum e quaisquer curvas ou estreitamentos a montante da face do filtro adicionam resistência que nenhuma ficha técnica de filtro inclui. A velocidade de aproximação irregular agrava essa situação, pois uma transição que sobrecarrega uma parte da face do conjunto de filtros mais do que o restante eleva a queda de pressão do conjunto acima da soma da queda de cada parte isoladamente. Pergunte se o valor citado se refere ao elemento nu ou ao conjunto montado com seu sistema de armação e, se a resposta for o elemento, pergunte ao responsável pelo projeto do invólucro qual é a resistência adicional causada pelo conjunto.

Elabore o balanço completo de pressão do percurso do ar

O ventilador precisa superar todos os obstáculos no percurso do ar; portanto, o cálculo de pressão deve incluir todas as resistências em série no fluxo de ar de projeto, e não apenas o estágio de filtragem em questão. Em um arranjo típico de alimentação de ar em uma sala limpa, que inclui o pré-filtro, o filtro intermediário, o estágio final HEPA, as serpentinas de resfriamento e aquecimento, as seções de umidificação, os atenuadores, os registros, a rede de dutos de alimentação e retorno com seus acessórios, qualquer caixa terminal ou unidade de ventilador com filtro, e o percurso de retorno ou exaustão de volta para o unidade de tratamento de ar. Cada um deles é dimensionado para o mesmo fluxo de ar, e suas resistências se somam, pois o ar passa por todos eles, um após o outro.

Verificar um filtro isoladamente é como as deficiências passam despercebidas. Um filtro médio que parece estar funcionando bem por si só ainda pode deixar o sistema com deficiência se o estágio HEPA, um pré-filtro sujo e um longo trecho de duto estiverem consumindo pressão que nunca foi contabilizada. O mesmo se aplica ao contrário: se os compartimentos HEPA terminais arcarem com a maior parte da resistência final, melhorar o filtro médio trará uma mudança menor do que a especificação sugere.

Duas rubricas do orçamento precisam ter uma condição explícita associada. Os filtros são o exemplo mais óbvio — insira cada estágio de filtragem com o valor acordado de limpeza ou carga, de forma consistente entre os estágios, e especifique qual. A outra é a etapa terminal: um compartimento HEPA terminal adiciona sua resistência à carga do ventilador central, enquanto uma unidade de filtro com ventilador possui seu próprio ventilador e seu próprio filtro; portanto, sua resistência recai sobre essa unidade, e não sobre o controlador de ar, embora o controlador de ar ainda precise fornecer ar condicionado à entrada da unidade na pressão estática exigida. Errar nessa delimitação resulta em uma contagem dupla do HEPA ou em sua omissão total. ISO 14644-4:2022 aborda o projeto, a construção e a entrada em operação de salas limpas como um processo de projeto integrado, o que serve como um lembrete útil de que é o percurso do ar, e não o componente individual, que é construído e verificado.

Um exemplo prático, com valores hipotéticos a serem definidos pelo projeto: considere o fluxo de ar de projeto, divida-o entre os elementos instalados em cada banco de filtros para obter o fluxo por elemento, leia a resistência de cada estágio a partir de sua própria curva para esse fluxo, some as perdas do banco montado decorrentes das estruturas e transições, some as resistências da bobina, da duto, do amortecedor e do terminal para o mesmo fluxo de ar e, em seguida, some a margem de carga do filtro acordada. Esse total, para esse fluxo de ar, é a potência do ventilador a ser considerada na cotação.

Compare as propostas e verifique a faixa de controle do ventilador

Duas propostas de filtros só são comparáveis quando normalizadas para o mesmo fluxo de ar, o mesmo tamanho de elemento e o mesmo número de elementos instalados; até então, a queda de pressão inicial mais baixa indicada pode simplesmente significar que o filtro está trabalhando mais ou que o conjunto possui mais elementos. Uma cotação baseada em um número maior de elementos apresenta menor vazão por elemento e, portanto, indica uma resistência menor, o que parece ser um filtro melhor, mas na verdade é um conjunto diferente. Recalcule ambas as ofertas com base na configuração especificada antes de classificá-las e, se um licitante propuser um número ou profundidade de elementos diferente, considere isso como uma alteração no projeto do conjunto, com suas próprias implicações em termos de câmara de distribuição, custo e substituição, e não como um filtro mais barato.

A segunda parte da comparação é o próprio ventilador, e essa é uma questão diferente da capacidade. A classificação nominal do ventilador indica o que a máquina é capaz de movimentar; ela não indica como o sistema manterá seu fluxo de ar projetado à medida que a resistência do filtro aumenta até atingir a condição de troca. O que responde a essa questão é o esquema de controle proposto — velocidade variável, controle de fluxo ou pressão e a faixa de controle dentro da qual opera — juntamente com a pressão disponível do ventilador e os limites operacionais na condição acordada de filtro carregado.

Três aspectos tornam essa verificação concreta. Solicite a curva do ventilador com a linha de resistência do sistema traçada nela, tanto na condição de filtro limpo quanto na de filtro sujo, para que os pontos de operação em cada extremidade da vida útil do filtro fiquem visíveis. Pergunte onde esses dois pontos se situam em relação à região de operação estável do ventilador e aos seus limites de velocidade, potência e temperatura. E pergunte como o circuito de controle mantém o fluxo de ar necessário entre eles — se ele responde ao fluxo medido, a um ponto de ajuste de pressão na conduta ou a um programa de velocidade fixa —, pois um arranjo de velocidade fixa que está correto quando o filtro está limpo sofrerá desvios à medida que a carga do banco aumentar. Uma seleção que atenda apenas ao ponto de funcionamento com o filtro limpo deixa sem resposta a operação sob carga, e é justamente com essa operação sob carga que o ambiente terá de conviver.

Mantenha a comparação de resistência e as demais propriedades do filtro separadas. A classe de filtragem, o tipo de meio filtrante, a tolerância à umidade, o material da estrutura e a vida útil esperada são fatores que influenciam a escolha, e nenhum deles é visível em um valor de pressão; portanto, uma proposta que vença apenas com base na resistência inicial terá vencido apenas uma das várias comparações.

Registrar uma linha de base de comissionamento utilizável

Uma linha de base de comissionamento para um banco de filtros é um registro breve e específico: o fluxo de ar medido no banco no momento da leitura, a localização física dos pontos de medição de pressão em cada lado do banco, a identificação dos filtros instalados — fabricante, modelo, classe, tamanho e número de elementos — e as leituras de pressão diferencial para cada estágio, sempre que houver pontos de medição separados. Coloque a data em cada conjunto de leituras e anote a velocidade do ventilador ou o ponto de ajuste de controle em vigor no momento em que foram realizadas.

Cada item existe devido a uma ambiguidade específica que ele elimina posteriormente. Sem o fluxo de ar, uma pressão diferencial mais alta um ano depois poderia significar filtros entupidos ou simplesmente maior vazão, já que a resistência aumenta com o fluxo nos mesmos filtros. Sem os pontos de medição, uma leitura posterior pode abranger uma parte diferente do trajeto do ar — apenas através do elemento, através da estrutura e do elemento, ou através de todo o plenum — e os dois números não são comparáveis. Sem a identificação do filtro, um elemento de reposição com profundidade ou meio filtrante diferente pode alterar a linha de base por si só. E sem leituras etapa por etapa, um aumento em um conjunto de múltiplas etapas indica que o conjunto está causando restrição, sem especificar qual etapa está causando isso — o que representa a diferença entre trocar um pré-filtro e investigar um HEPA.

As leituras por estágios também são o que dão sentido ao caminho da investigação quando, posteriormente, o ar na sala começa a escassear. Compare a leitura atual com o valor de referência, considerando o mesmo fluxo de ar e as mesmas torneiras; uma variação isolada no pré-filtro indica carga normal; uma variação no estágio final aponta para o filtro HEPA, para uma condição de vedação ou de desvio; e um diferencial estável com queda no fluxo de ar indica que o problema não está nos filtros, mas sim no ventilador, no acionamento ou no sistema de controle. ISO 14644-3:2019 descreve métodos de teste para os parâmetros de desempenho de salas limpas já instaladas, e uma linha de base que registra os mesmos limites de medição a cada vez é o que permite comparar os resultados sucessivos entre si.

A decisão de substituir, manter em serviço ou recolocar em serviço um banco carregado após a realização de trabalhos é regida pelo procedimento aprovado do projeto e pelo responsável pela aprovação designado, sendo orientada pela linha de base, mas não determinada por ela. Para a discussão com o fornecedor que antecede tudo isso, tenha em mãos o fluxo de ar projetado e a contagem de elementos para cada banco, as classes e formatos de filtro previstos em cada etapa, uma lista das outras resistências no percurso do ar para esse fluxo, a condição de troca acordada e os requisitos de pressão e renovação de ar da sala, para que os valores de resistência que você receber descrevam o banco que você está realmente construindo.

Perguntas frequentes

Q: O que devo incluir em uma consulta sobre ventiladores se a configuração final do filtro ainda não tiver sido definida?
A: Mantenha as configurações alternativas explícitas, em vez de fornecer uma margem de queda de pressão genérica. Para cada opção, indique o fluxo de ar necessário, o tamanho e a quantidade dos elementos, bem como a resistência em condições de limpeza e a resistência prevista para a troca. Inclua as demais perdas no percurso do ar para que a comparação entre ventiladores abranja todas as condições de operação.

Q: Posso reduzir a margem de pressão do ventilador instalando mais filtros em paralelo?
A: Não presuma uma redução com base apenas na contagem de elementos. Verifique a curva de pressão de cada elemento em função de sua participação no fluxo de ar do banco e, em seguida, leve em consideração as estruturas montadas e as transições. Qualquer ajuste na margem do banco deve permanecer dentro do orçamento de pressão para os demais estágios do filtro e componentes do percurso do ar.

Q: É possível continuar utilizando um ventilador já existente ao alterar as especificações do filtro?
A: Considere a retenção como uma verificação de conformidade, e não como uma suposição de substituição equivalente. Compare os filtros propostos com o fluxo de ar exigido, incluindo a condição de carga prevista, e, em seguida, verifique a pressão disponível, a faixa de controle e os limites operacionais do ventilador existente em relação ao percurso completo do ar. A comparação apenas com o filtro limpo não garante a adequação em toda a faixa operacional prevista.

Q: Uma leitura mais alta da pressão no banco significa que os filtros chegaram ao ponto de troca?
A: Uma leitura mais alta, por si só, não justifica essa conclusão. Primeiro, compare o fluxo de ar, os pontos de medição de pressão e o tipo de filtro com os valores de referência do comissionamento; utilize as leituras de cada estágio, quando disponíveis, para esclarecer a medição. Avalie o resultado comparativo em relação à condição de troca acordada antes de tomar a decisão.