ES2205939T3 - Estructura filtrante estratificada. - Google Patents
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Abstract
Una estructura filtrante estratificada (10) para propósitos de micro-filtración que comprende por lo menos una primera capa (12) y una segunda capa (13), estando en contacto dichas dos capas (12, 13) entre sí, caracterizada porque cada una de dichas primera y segunda capas comprende una banda de fibras metálicas que ha sido sinterizada y porque dicha primera capa, en el lado aguas arriba de dicha estructura filtrante presenta una porosidad inferior al 55 % y dicha segunda capa, en el lado aguas debajo de dicha estructura filtrante presenta una porosidad que es por lo menos un 20 % mayor que la porosidad de dicha primera capa.
Description
Estructura filtrante estratificada.
La presente invención se refiere a una estructura
filtrante estratificada que es idónea para propósitos de
micro-filtración. El término
"micro-filtración" se refiere a estructuras
filtrantes que son capaces de retener partículas con un tamaño
máximo comprendido entre 0,5 \mum y 10 \mum, en particular
inferiores a 2 \mum.
El material filtrante actualmente disponible para
aplicaciones tales como micro-filtración y para
medios de filtración que se pueden limpiar in situ comprenden
convenientemente capas de membranas cerámicas fijadas a la
superficie de sustratos de polvo metálico sinterizado poroso o de
fibras metálicas. La elevada caída de presión a través de dichos
estratificados filtrantes constituye, sin embargo, un inconveniente
considerable ya que el procedimiento de filtración requiere una
energía adicional debido a la elevada presión y soportes mecánicos
resistentes para las capas filtrantes. Además, resulta difícil un
retrolavado repetido y, después de todo, las capas cerámicas son muy
frágiles, lo cual afecta negativamente a la durabilidad.
El documento
EP-A-0.561.001 da a conocer un medio
filtrante estratificado que comprende una membrana soporte de metal
poroso y una capa de partículas.
Es un objeto de la presente invención evitar los
inconvenientes de la técnica anterior.
Es asimismo un objeto de la presente invención
proporcionar una estructura filtrante idónea para
micro-filtración sin causar elevadas caídas de
presión a través de la estructura.
Es todavía otro objeto de la presente invención
proporcionar una estructura filtrante que permite un retrolavado
repetido.
De acuerdo con un primer aspecto de la presente
invención, se proporciona una estructura filtrante estratificada de
acuerdo con la reivindicación 1. Cada capa comprende una banda de
fibras metálicas que han sido sinterizadas. Las dos capas están en
contacto entre sí. La primera capa, en el lado aguas arriba, por
tanto la más próxima al lado de entrada del filtro, presenta una
porosidad inferior al 55%. La segunda capa, en el lado aguas abajo,
por tanto más próxima al lado de salida del filtro, presenta una
porosidad que es por lo menos un 20% mayor que la porosidad de la
primera capa. Las realizaciones preferidas de la invención se
definen en las reivindicaciones dependientes. Con preferencia, la
porosidad de la segunda capa es mayor que el 80%.
La primera capa con la porosidad inferior
determina el tamaño nominal del filtro, es decir, el tamaño de las
partículas cuya mayor parte todavía pasa a través de filtro.
Las fibras en la primera capa tienen con
preferencia un diámetro inferior a 3 \mum, p.ej., inferior a 2,5
\mum,
\hbox{p.ej. 2 \mu m.}
La primera tiene con preferencia un peso que
varía de 300 g/m^{2} a 600 g/m^{2}, de tal manera que su espesor
está limitado a un margen comprendido entre 0,05 mm y 0,15 mm.
Generalmente, la caída de presión a través de un filtro es
aproximadamente proporcional a su espesor. En este caso, el espesor
limitado de la primera capa limita la caída de presión resultante a
un grado aceptable. El grado de caída de presión a través de la
segunda capa es considerablemente inferior a la caída de presión a
través de la primera capa debido a la mayor porosidad de la segunda
capa. De este modo, la caída de presión total a través de toda la
estructura filtrante es aproximadamente igual a la caída de presión
limitada a través de la primera capa. Un fluido entrante es
inmediatamente capaz de expandirse en la segunda capa una vez que ha
pasado a través de la primera capa.
El diámetro de las fibras de la segunda capa es
con preferencia tres veces mayor que el diámetro de las fibras en la
primera capa.
Con el fin de obtener la diferencia de porosidad
entre la primera capa y la segunda capa, la primera capa se
sinteriza y se compacta independientemente y con anticipación.
Únicamente después, dicha primera capa sinterizada y compactada se
pone en contacto con la segunda capa y tiene lugar una segunda
operación de sinterización para sinterizar las fibras en la segunda
capa y unir las dos capas entre sí.
El motivo de la etapa independiente de
sinterización y compactación de la primera capa se puede explicar
como sigue.
La compactación de dos o más capas de bandas de
fibras metálicas conjuntamente conduce a un grado de porosidad de
las capas que es aproximadamente el mismo en la estructura
estratificada total, y esto es en gran medida independiente del
diámetro de las fibras en las diferentes capas. Esto está en
contraste con otros medios filtrantes, tales como polvos filtrantes
o partículas filtrantes. Al sinterizar y compactar
independientemente la primera capa con anticipación, se evita que la
segunda capa sea compactada a aproximadamente el mismo grado que la
primera capa.
En una realización preferida de la invención, la
primera capa presenta por lo menos una superficie lisa uniforme con
el fin de proporcionar un buen contacto con la segunda capa.
Se prefiere una operación de compresión
isostática en frío para la operación de compactación de la primera
capa, puesto que esto permite obtener un medio filtrante homogéneo.
La compresión isostática en frío, sin embargo, conduce a una
superficie ligeramente rugosa y no a una superficie uniforme y lisa.
Se da preferencia en este caso a una operación de compresión
isostática en frío en la que la presión se aplica desde un lado y en
la que el otro lado de la capa descansa sobre un soporte uniforme y
liso con el fin de obtener una superficie uniforme y lisa.
Con preferencia, se fija una tela metálica como
soporte a la primera capa o a la segunda capa. Con la mayor
preferencia, la estructura filtrante se intercala entre una primera
tela metálica fijada a la primera capa en el lado de entrada y una
segunda tela metálica fijada a la segunda capa en el lado de salida.
Las mallas de la primera tela metálica son más pequeñas que las
mallas de la segunda tela metálica. Los diámetros de los hilos
metálicos de la primera tela metálica son más pequeños que los
diámetros de los hilos metálicos de la segunda tela metálica.
Además de la función de soporte, la primera tela
metálica presenta otra función y ventaja. Dicha primera tela
metálica genera algo de turbulencia en el flujo entrante que mejora
el comportamiento anti-suciedad.
De acuerdo con un segundo aspecto de la presente
invención, se proporciona un procedimiento para la preparación de
una estructura filtrante estratificada de acuerdo con la
reivindicación 9. El procedimiento comprende las siguientes
etapas:
(a) sinterizar una banda de fibras metálicas para
formar una primera capa;
(b) compactar la primera capa a una porosidad
inferior al 55%;
(c) proporcionar una banda de fibras metálicas
para formar una segunda capa;
(d) poner en contacto entre sí la primera capa
compactada y la segunda capa para formar un conjunto
estratificado;
(e) sinterizar el conjunto estratificado para
formar una entidad coherente en la que la segunda capa presenta un
porosidad que es por lo menos un 20% superior a la porosidad de la
primera capa.
Con preferencia, la etapa de compactación se
realiza por medio de una operación de compresión isostática en frío,
tal como se define en la reivindicación dependiente 10.
La invención se describirá a continuación con más
detalle con referencia al dibujo que se acompaña, en el que
- la figura 1 muestra una vista amplificada de
una sección transversal de una estructura filtrante estratificada de
acuerdo con la invención.
Primer
ejemplo
Con referencia a la figura 1, una estructura
filtrante estratificada 10 de acuerdo con la invención comprende una
primera capa 12 de una banda de fibras sinterizadas y compactadas.
Las fibras en la primera capa tienen un diámetro de 2 \mum. El
peso de la primera capa es de 450 g/m^{2}. El espesor es de
aproximadamente 0,10 mm.
La primera capa 12 está, por medio de una
superficie lisa y uniforme, en contacto directo con una segunda capa
13 de una banda de fibras sinterizadas. Las fibras en la segunda
capa tienen un diámetro de 8 \mum. El peso de la segunda capa es
de 225 g/m^{2}. Una primera tela metálica 14 está fijada a la
primera capa 12. Dicha primera tela metálica 14 ha sido laminada a
un espesor de 0,17 mm y presenta 48 mallas por pulgada (1 pulgada =
25,4 mm). Su peso es de 380 g/m^{2}.
Una segunda tela metálica 15 está fijada a la
segunda capa 13. Dicha segunda tela metálica 15 tiene un espesor de
0,45 mm y presenta 40 mallas por pulgada. Su peso es de 1.220
g/m^{2}.
Se puede preparar una estructura filtrante tal
como se muestra en la figura 1, de la siguiente manera.
Se obtienen fibras de acero con un diámetro de 2
\mum por medio de la técnica de estirado en haz, tal como se
describe, p.ej., en el documento
US-A-3.379.000. Se produce a
continuación una primera banda no tejida por medio de un aparato
alimentador Arando que se describe, p.ej., en el documento
GB-A-1.190.844. La banda se
sinteriza a continuación independientemente y se compacta por medio
de una operación de compresión isostática en frío que se lleva a
cabo a una presión superior a 2.000 bares para obtener una porosidad
inferior al 55%, p.ej., inferior al 50%, p.ej. el 46%. Esto da como
resultado la primera capa 12.
Se obtienen fibras de acero con un diámetro de 8
\mum con la técnica anteriormente mencionada de estirado en haz y
se utilizan para proporcionar una segunda banda no tejida. Dicha
segunda banda no tejida formará la segunda capa 13. La segunda banda
no tejida se pone sobre la segunda tela metálica 15, y la primera
capa 12 se pone, con su superficie uniforme, sobre la segunda banda
no tejida. Una primera tela metálica 14, que se ha laminado
previamente, se pone sobre la primera capa. El conjunto
estratificado así obtenido se sinteriza conjuntamente a una ligera
presión para obtener la estructura filtrante estratificada 10.
La estructura filtrante estratificada de acuerdo
con la invención se ha sometido a ensayos convencionales de textura
para medir la permeabilidad al aire y a un ensayo de presión del
punto de burbujeo. Los resultados se indican a continuación.
| Primera capa | Filtro total | |
| Peso (g/m^{2}) | 450 | 2275 |
| Espesor (mm) | 1,02 | |
| Porosidad global (%) | 72,22 | |
| Ensayo de textura | ||
| Media (litros/dm^{2}) | 3,00 \pm 15% | |
| Ensayo de presión | ||
| del punto de burbujeo | ||
| Media (Pa) | 27000 \pm 15% | 24520 \pm 15% |
| Tamaño nominal del filtro (\mum) | 1,37 \pm 15% | 1,51 \pm 15% |
Segundo
ejemplo
Se han aplicado asimismo los mismos ensayos a
otra estructura filtrante estratificada de acuerdo con la invención.
La diferencia con la estructura del primer ejemplo consiste en este
caso en que la primera capa no se compacta isostáticamente. La
primera capa se compacta en este caso entre dos placas hasta que se
obtiene un espesor de aproximadamente 0,10 mm.
| Primera capa | Filtro total | |
| Peso (g/m^{2}) | 450 | 2275 |
| Espesor (mm) | 0,11 | 1,02 |
| Porosidad global (%) | 46,63 | 72,22 |
| Ensayo de textura | ||
| Media (litros/dm^{2}) | 3,72 \pm 15% | 5,72 \pm 15% |
| Ensayo de presión del | 1,02 | |
| punto de burbujeo | ||
| Media (Pa) | 18750 \pm 15% | 17430 \pm 15% |
| Tamaño nominal del filtro (\mum) | 1,97 \pm 15% | 2,12 \pm 15% |
Se pueden considerar otras realizaciones de
acuerdo con la invención dentro del alcance de las reivindicaciones
adjuntas. A modo de ejemplo únicamente, se indican las siguientes
estructuras filtrantes estratificadas:
| diámetro de los filamentos en | diámetro de los filamentos |
| la primera capa con baja | en la segunda capa con alta |
| porosidad (\mum) | porosidad (\mum) |
| 4 | 12 |
| 6,5 | 22 |
| 8 | 30 |
El material utilizado para la estructura
filtrante de acuerdo con la invención puede consistir en
composiciones convencionales tales como acero inoxidable 316®,
Hastelloy®, Inconel® o Nichrome®. La última composición se puede
aplicar para filtración de gas a alta temperatura.
Claims (10)
1. Una estructura filtrante estratificada (10)
para propósitos de micro-filtración que comprende
por lo menos una primera capa (12) y una segunda capa (13), estando
en contacto dichas dos capas (12, 13) entre sí, caracterizada
porque cada una de dichas primera y segunda capas comprende una
banda de fibras metálicas que ha sido sinterizada y porque dicha
primera capa, en el lado aguas arriba de dicha estructura filtrante
presenta una porosidad inferior al 55% y dicha segunda capa, en el
lado aguas debajo de dicha estructura filtrante presenta una
porosidad que es por lo menos un 20% mayor que la porosidad de dicha
primera capa.
2. Una estructura según la reivindicación 1, en
la que dicha segunda capa presenta una porosidad de por lo menos el
80%.
3. Una estructura según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en la que dicha primera capa comprende
fibras metálicas con un diámetro inferior a 3 \mum y en la que
dicha segunda capa comprende fibras metálicas con un diámetro de por
lo menos tres veces el diámetro de las fibras en la primera
capa.
4. Una estructura según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en la que dicha primera capa tiene un
peso que varía entre 300 g/m^{2} 600 g/m^{2}.
5. Una estructura según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en la que la primera capa presenta por
lo menos una superficie uniforme.
6. Una estructura según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en la que dicha estructura comprende
además una tela metálica que está fijada a la primera capa o a la
segunda capa.
7. Una estructura según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en la que dicha estructura está intercalada
entre una primera tela metálica (14) y una segunda tela metálica
(15), estando localizada dicha primera tela metálica (14) en el lado
de entrada, estando localizada dicha segunda tela metálica (15) en
el lado de salida, presentando dicha primera tela metálica mallas
que son más pequeñas que las de la segunda tela metálica y
presentando hilos metálicos con un diámetro que es más grueso que el
diámetro de los hilos metálicos en la segunda tela metálica.
8. Una estructura según la reivindicación 7, en
la que dicha tela metálica (14) es una tela metálica calandrada.
9. Un procedimiento para la preparación de una
estructura filtrante estratificada (10) para propósitos de
micro-filtración, comprendiendo dicho procedimiento
las siguientes etapas:
(a) sinterizar una banda de fibras metálicas para
formar una primera capa (12);
(b) compactar dicha primera capa (12) a una
porosidad inferior al 55%;
(c) proporcionar una banda de fibras metálicas
para formar una segunda capa (13);
(d) poner en contacto entre sí dicha primera capa
compactada (12) y dicha segunda capa (13) para formar un conjunto
estratificado;
(e) sinterizar dicho conjunto estratificado para
formar una entidad coherente en la que dicha segunda capa presenta
un porosidad que es por lo menos un 20% superior a la porosidad de
la primera capa.
10. Un procedimiento según la reivindicación 10,
en el que dicha compactación se realiza por medio de una operación
de compresión isostática en frío.
Applications Claiming Priority (2)
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