ES2837842T3 - Método para la supervisión en línea de la integridad de un sistema filtrante - Google Patents
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Abstract
Método de supervisión en línea de la integridad de un sistema filtrante (F1; F2) utilizado durante un proceso industrial que comprende la filtración de un gas a través de dicho sistema filtrante, comprendiendo dicho sistema filtrante (F1; F2) al menos un cartucho filtrante, dicho método comprende una etapa previa de medición (S01) de la diferencia de presión ΔP0 representativa de la pérdida de carga generada por el sistema filtrante cuando dicho cartucho filtrante es nuevo, y una etapa de calibración durante la cual se determina, en función de dicha diferencia de presión medida ΔP0, un umbral alto (Sh) representativo de la obstrucción de dicho cartucho filtrante y un umbral bajo (Sb) representativo de la fuga de dicho cartucho filtrante, siendo dicho umbral alto (Sh) mayor que ΔP0, estando el valor del umbral alto (Sh) situado entre 1,3* ΔP0 y 3*ΔP0, y siendo dicho umbral bajo (Sb) inferior a ΔP0, estando dicho valor del umbral bajo entre 0,7*ΔP0 y 0,95*ΔP0, tal que el método comprende al menos los siguientes etapas: - una etapa de medición (S1) en el curso de la cual se mide una diferencia de presión ΔP representativa de la pérdida de carga generada por el sistema filtrante (F1; F2), - una etapa de prueba (S2, S3) en el curso de la cual dicha medición (S1) se compara con dicho umbral alto predeterminado (Sh) y dicho umbral bajo predeterminado (Sb), de modo que se considere que dicho al menos un cartucho filtrante no cumple con los requisitos cuando la diferencia de presión medida en la etapa de medición (S1) se encuentre fuera de un rango entre dicho umbral alto (Sh) y dicho umbral bajo (Sb).
Description
DESCRIPCIÓN
Método para la supervisión en línea de la integridad de un sistema filtrante
La presente invención se refiere a un método para la supervisión en línea de la integridad de un sistema filtrante. El campo de la invención es el de los procesos industriales que incluyen una etapa de filtración de un gas a través de un sistema filtrante.
La invención tendrá una aplicación particular en los procesos industriales que utilizan una filtración para esterilizar un gas, como por ejemplo el aire, y especialmente los procesos industriales de fermentación.
En el campo de la fermentación, se conoce el estado de la técnica de las plantas que comprenden un reactor de fermentación, en adelante denominado ''fermentador'', en el que tiene lugar la reacción de fermentación, generalmente bajo condiciones de temperatura y agitación controladas. Estas instalaciones comprenden compresores y tuberías que transportan un gas, en este caso aire, a la instalación de fermentación, en contacto con el producto fermentable, o incluso en contacto con un material destinado a alimentar la reacción de fermentación.
De este modo, el aire se puede transportar directamente a la cuba del fermentador, especialmente cuando se desea una fermentación en medio aeróbico. Alternativa o adicionalmente el gas se puede utilizar para el transporte neumático de material rico en carbono como la glucosa destinada a ser conducida al reactor de fermentación. En este caso, el gas permite empujar el material desde un tanque de almacenamiento y justo hasta la cuba del fermentador.
En los dos casos, el gas debe ser esterilizado para evitar cualquier contaminación (directa o indirecta) de los productos en el fermentador. Para ello, la instalación comprende sistemas filtrantes en el circuito de gas que tienen por función esterilizar el gas reteniendo las bacterias en suspensión. En la práctica, este tipo de sistema comprende una carcasa que recibe varios cartuchos filtrantes, denominados cartuchos esterilizadores. Estos cartuchos esterilizadores se caracterizan por su capacidad de retener bacterias cuyo tamaño de partícula es del orden de una décima de micrómetro.
Estos cartuchos filtrantes son consumibles y deben ser cambiados cuando se ensucian demasiado. En algunos procesos industriales, especialmente en los procesos de fermentación, es imperativo cambiar los cartuchos filtrantes antes de que el medio filtrante se ensucie demasiado. Estos cartuchos muy sucios provocan pérdidas de energía y de caudal debido a la pérdida de carga. También es imperativo cambiar los cartuchos filtrantes antes de que el filtro se deteriore (debido al envejecimiento, a un aumento de presión), lo que conlleva el riesgo de ruptura de fibras y/o de contaminaciones. Para determinadas fermentaciones industriales, la aparición de una contaminación es insalvable e implica vaciar el fermentador, desechar su contenido y a continuación esterilizar la instalación de fermentación antes de la puesta en marcha de una nueva producción. Las contaminaciones causan importantes interrupciones de la producción.
Para evitar este inconveniente, se acostumbra a renovar periódicamente los cartuchos filtrantes, como medida preventiva, sin conocer realmente su estado de integridad. De este modo, y para las fermentaciones industriales, este Solicitante procede a cambiar los cartuchos periódicamente cada 12 meses.
El experto en la técnica de la filtración también está familiarizado con varias pruebas para la supervisión de un filtro, y especialmente:
1) La prueba del punto de burbujas: esta prueba permite detectar la presencia de fugas a través del filtro. El filtro se sumerge primero en una solución de agua/etanol y a continuación se somete a una presión específica y fija. La observación de un punto de burbujeo indica una fuga.
2) La prueba de difusión: El cartucho debe estar humedecido con una solución de agua/etanol. Se aplica una presión y se cuantifica el caudal a través de una medición precisa.
3) La prueba de mantenimiento de la presión: El cartucho debe estar humedecido con una solución de, por ejemplo, agua/etanol. Se aplica una presión y se observa la pérdida de esta presión durante un tiempo determinado.
4) La prueba de intrusión de agua: esta prueba, conocida comúnmente como WIT («prueba de intrusión de agua»), permite probar los cartuchos esterilizadores sin alcohol, con agua solamente.
5) La prueba del aerosol: Esta prueba requiere la difusión de un aerosol de partículas (neblina de aceite), entre 0,2 y 0,3 micrómetros, y a continuación el recuento por láser de las partículas que han pasado por el filtro.
Estas diferentes pruebas presentan las siguientes desventajas:
- no siempre son factibles para todos los tipos de cartuchos filtrantes de gas,
- solicitan el acceso a características específicas del cartucho filtrante que el fabricante puede mantener en secreto,
- la mayoría de ellas requieren un tratamiento previo de los cartuchos antes de la prueba (es decir, una humectación).
Además, todas estas pruebas suelen requerir que el cartucho filtrante sea retirado de su alojamiento antes de realizar la prueba. En cualquier caso, ninguna de las pruebas mencionadas anteriormente permite supervisar la integridad de un sistema filtrante, en línea, es decir, durante la filtración del gas para la puesta en marcha del proceso industrial. El documento WO2013/049109 describe un proceso de supervisión en línea.
Se conoce que todavía en el estado de la técnica en los sistemas de filtración se utilizan manómetros para determinar la condición del filtro. Según las constataciones de los inventores, los manómetros utilizados para esta aplicación presentan una sensibilidad de /-250 milibares (25.000 Kilo Pascales) y sólo permiten observar que los filtros del sistema filtrante han alcanzado su máxima pérdida de carga (datos suministrados por el fabricante del cartucho filtrante), con el riesgo de obstrucción, de sobreconsumo, de reducción del caudal, de bloqueo de la fermentación.
Según las constataciones de los inventores, y antes de que se produzca un defecto de integridad, el uso de cartuchos filtrantes con un grado de suciedad importante genera una pérdida de carga que provoca un consumo excesivo de electricidad por parte de los compresores utilizados para transportar el gas y llevar a cabo la filtración. En los procesos industriales en los que el caudal de gas (caudal normal) suele ser muy superior a 100 Nm3/H, o incluso a menudo superior a 1000 Nm3/H, esta pérdida de carga da lugar a un consumo adicional de electricidad en consecuencia.
El propósito de la presente invención es paliar todas o parte de las desventajas mencionadas, proponiendo un proceso de supervisión de la integridad de un sistema filtrante, en línea, permitiendo de este modo comprobar la integridad del sistema filtrante durante el mencionado proceso industrial, en la puesta en marcha de la filtración a través de dicho sistema filtrante.
Más concretamente, y en el caso de un sistema de filtración con cartuchos filtrantes esterilizadores, un objetivo de la invención es proponer ese proceso de supervisión que permite advertir al usuario de la necesidad de cambiar los cartuchos filtrantes, antes de que se lamente cualquier contaminación.
Otro objetivo de la presente invención es proponer un proceso de supervisión de este tipo que pueda aplicarse, ventajosamente, sin conocer las especificidades técnicas intrínsecas de los cartuchos filtrantes del sistema.
Otro objetivo de la presente invención es proponer, al menos como una forma de realización, un método de supervisión en línea que permita advertir al usuario de la necesidad de cambiar los cartuchos filtrantes, y a fin de evitar un consumo excesivo de los compresores utilizados para llevar a cabo la filtración.
Otras ventajas de la presente invención aparecerán en el curso de la siguiente descripción, que se da sólo a título informativo y no pretende limitarla.
La invención se refiere a un método para la supervisión en línea de la integridad de un sistema filtrante utilizado durante un proceso industrial que implica la filtración de un gas a través de dicho sistema filtrante, comprendiendo dicho sistema filtrante al menos un cartucho filtrante,
comprendiendo dicho método una etapa previa de medición de la diferencia de presión representativa de la pérdida de carga generada por el sistema filtrante cuando dicho al menos un cartucho filtrante es nuevo, y una etapa de calibración en el curso de la cual se determina, en función de dicha diferencia de presión medida AP0, un umbral alto representativo del grado de suciedad de dicho al menos uno cartucho filtrante y un umbral bajo representativo de una fuga de dicho al menos uno cartucho filtrante, siendo dicho umbral alto mayor que AP0, estando el valor del umbral alto comprendido entre 1,3*AP0 y 3*AP0, y siendo dicho umbral bajo más bajo que AP0, encontrándose el valor del umbral bajo entre 0,7*AP0 y 0,95*AP0,
método que comprende al menos las siguientes etapas:
- una etapa de medición en el curso de la cual se mide una diferencia de presión AP representativa de la pérdida de carga generada por el sistema filtrante,
- una etapa de prueba en el curso de la cual dicha medición se compara con el umbral alto predeterminado y el umbral bajo predeterminado, de manera que se considere que al menos un cartucho filtrante no cumple con los requisitos cuando la diferencia de presión medida en la etapa de medición se encuentra fuera de un rango entre dicho umbral alto y dicho umbral bajo.
La invención se entenderá mejor si se lee la siguiente descripción acompañada de los dibujos anexos, entre los cuales:
- La figura 1 es una vista esquemática de una instalación para la puesta en marcha de un proceso de fermentación industrial y en la que se utiliza el proceso de supervisión conforme a la invención.
- La figura 2 es un gráfico que muestra en ordenadas la diferencia de presión medida AP y en abscisas el tiempo, con una señal de aviso del grado de suciedad que se dispara.
- La figura 3 es un gráfico que muestra en ordenadas la diferencia de presión medida AP y en abscisas el tiempo, con una señal de aviso de fuga que se dispara.
- La figura 4 es un gráfico que muestra en ordenadas la diferencia de presión medida AP y en abscisas el tiempo, donde un cambio repentino en la curva se interpreta como una anomalía (por ejemplo, desatascamiento o fuga).
- La figura 5 es un diagrama que ilustra las diferentes etapas de un proceso conforme a la invención, etapas que se pueden poner en marcha automáticamente por medios informáticos.
- La figura 6 es una foto de un sistema filtrante en el que la carcasa alberga veinte cartuchos filtrantes del tipo esterilizador.
- La figura 7 es una foto de un banco de pruebas realizado por este Solicitante para confirmar la relevancia del proceso de supervisión según la invención.
La invención surgió del deseo del actual Solicitante de obtener un mejor control de la esterilidad de los gases que entran en contacto con los productos en las fermentaciones industriales, y especialmente en las fermentaciones sensibles a la contaminación.
La figura 1 muestra esquemáticamente una instalación de fermentación que comprende un reactor de fermentación R, también conocido como fermentador. El fermentador comprende una cuba en el interior de la cual se produce la fermentación de los productos fermentables, en condiciones controladas. Un fermentador de este tipo puede comprender típicamente intercambiadores de calor para supervisar la temperatura de la reacción, y un par rotor/estator para agitar los productos en la cuba.
La instalación puede comprender una fuente de aire comprimido y una línea de suministro de aire directamente al reactor de fermentación R. Para evitar la contaminación de los productos fermentables, este aire es filtrado antes de entrar en el reactor por un sistema filtrante marcado como F1. Un sistema filtrante de este tipo F1 normalmente comprende una carcasa con una entrada para el gas no filtrado y una salida para el gas filtrado. En esta carcasa se reciben un conjunto de cartuchos filtrantes extraíbles que suelen estar dispuestos de forma que filtren los gases en paralelo.
La instalación puede comprender todavía un tanque Gl para una materia rica en carbono, típicamente glucosa. Otra línea de gas, conectada a la fuente de aire comprimido, conecta el tanque de Gl y tiene la función de empujar la materia contenida en el tanque de Gl a través de una tubería y hasta el reactor de fermentación. Antes de entrar en el tanque Gl, este aire se filtra en otro sistema filtrante F2 para evitar la contaminación de la materia rica en carbono.
Para evitar la contaminación, en los sistemas filtrantes F1 y F2 se utilizan cartuchos filtrantes denominados esterilizadores con un diámetro de poro inferior o igual a 0,22 pm, respectivamente, que permiten retener los microorganismos. Durante la fermentación, es importante vigilar la integridad de los cartuchos para evitar la aparición de contaminación. La contaminación se produce cuando los cartuchos no son íntegros: un cartucho no íntegro puede ser el resultado de un paso preferencial (una fuga). Una vez más, un cartucho no íntegro puede ser el resultado de un grado de suciedad excesivo, muy a menudo acompañado de un riesgo significativo de ruptura de las fibras del medio filtrante.
Para evitar cualquier inconveniente, y según el conocimiento de los inventores, se acostumbra a renovar periódicamente los cartuchos filtrantes, sin conocer con precisión su estado de integridad, de manera preventiva, por ejemplo, cada 12 meses.
Deseoso de obtener una supervisión en línea de su proceso, este Solicitante se dirigió a los diversos actores especializados en los filtros esterilizadores, a saber, los fabricantes de cartuchos de gas esterilizadores y de dispositivos para probar la integridad de dichos cartuchos de gas.
Las soluciones propuestas por estos actores se limitaron a las soluciones de prueba anteriormente mencionadas, a saber, "prueba de punto de burbujas", "prueba de mantenimiento de presión", "prueba de difusión", "prueba de introducción de agua" y la "prueba de aerosol". No se eligió ninguna de estas soluciones debido a las desventajas mencionadas y a sus altísimos costes de puesta en marcha. Además, ninguna de las pruebas mencionadas permite supervisar la integridad de un sistema filtrante, en línea, es decir, durante la filtración del gas por el sistema filtrante y para las necesidades del proceso industrial.
Es mérito de este Solicitante haber diseñado un proceso de supervisión de la integridad de un sistema filtrante (F) que permite supervisar la integridad del sistema filtrante, en línea, es decir, sin perturbar el proceso industrial y la filtración de gas realizada durante este proceso.
La invención encuentra una aplicación particular para la supervisión de los sistemas filtrantes utilizados en la fermentación industrial, especialmente utilizados en una instalación del tipo ilustrado en la figura 1. Sin embargo, el proceso de supervisión de la integridad no se limita a este proceso industrial y puede encontrar una aplicación particular en otros procesos industriales, en particular en aquellos en los que se cumplen requisitos similares sobre el gas filtrado.
También la invención se refiere a un proceso de supervisión de la integridad de un sistema filtrante F1; F2, dicho sistema filtrante F1; F2 comprende al menos un cartucho filtrante, es decir, un cartucho filtrante, o incluso, preferiblemente, varios cartuchos filtrantes. En este último caso, los cartuchos filtrantes aseguran preferiblemente una filtración paralela del gas.
Es un proceso en línea utilizado durante un proceso industrial que implica la filtración de un gas como el aire a través del sistema filtrante F1; F2. Por lo tanto, esta prueba se lleva a cabo durante la filtración de los gases para la necesidad del proceso industrial, con el caudal de operación del proceso, que es preferiblemente un caudal casi constante. Este caudal (caudal normal) puede ser mayor o igual a 100 Nm3/H, o a menudo mayor o igual a 1000 Nm3/H.
En el caso de que el sistema filtrante F1; F2 comprenda varios cartuchos filtrantes, dicha diferencia de presión medida en la etapa de medición S1 es representativa de la pérdida de carga generada por todos los cartuchos filtrantes.
La invención surgió de la voluntad del actual Solicitante de supervisar la integridad del sistema filtrante mediante la supervisión precisa de la pérdida de carga generada por el sistema filtrante, en el curso de la filtración llevada a cabo para las necesidades del proceso industrial, con el caudal de gas de funcionamiento del proceso.
La invención permite de este modo asegurar un seguimiento continuo durante todo el proceso de fermentación y garantiza la integridad y esterilidad del circuito durante su funcionamiento.
Según la invención, dicho método comprende de este modo una etapa de medición S1 durante la cual se mide una diferencia de presión AP representativa de la pérdida de carga generada por el sistema filtrante F1; F2.
Para ello se utiliza preferiblemente un dispositivo de medición de la diferencia de presión, que tiene una primera conexión de presión C1 aguas abajo del sistema filtrante y una segunda conexión de presión C2 aguas arriba del sistema de presión. La diferencia de presión medida AP es la diferencia de presión entre la primera conexión C1 y la segunda conexión C2. Este dispositivo de medición difiere de los manómetros comúnmente utilizados en tales procesos como indicador del final de la vida útil por la sensibilidad de medición que puede ser menor o igual a 10 milibares (1000 Pascales), preferiblemente menos de 7,5 milibares (750 Pascales).
La sensibilidad en este caso significa la sensibilidad de la cantidad más pequeña que el dispositivo de medición es capaz de discernir. Tras varios experimentos, los inventores determinaron que un dispositivo de medición con una sensibilidad inferior a 750 Pascales, o incluso inferior o igual a 300 Pascales, o incluso una sensibilidad de entre 50 y 300 Pascales, representaba un buen compromiso entre el coste del dispositivo y el proceso de supervisión que debía aplicarse.
En la práctica, esta sensibilidad ha sido determinada por los inventores como un porcentaje del orden del 5% (o menos) del valor de AP0 representativo de la pérdida de carga generada por el sistema filtrante cuando dicho cartucho filtrante es nuevo. Típicamente y en un sistema filtrante con una agrupación de carcasas y que recibe varios cartuchos filtrantes, es habitual obtener valores para AP0 cercanos a los 100 milibares (10.000 Pascales) por ejemplo entre 50 milibares (5.000 Pascales) y 150 milibares (15.000 Pascales).
El rango de medición del dispositivo estará preferiblemente entre 75.000 y 450.000 Pascales, preferiblemente entre 75.000 y 300.000 Pascales, y aún más preferiblemente entre 100.000 y 200.000 Pascales. El rango de la escala de medición fue determinado por los inventores en relación con el valor AP0 representativo de la pérdida de carga generada por el sistema filtrante cuando el mencionado al menos un cartucho filtrante es nuevo. El rango de esta escala se determina preferiblemente de manera que se pueda seguir la variación de la medición AP al menos en un rango entre un límite inferior cero (0*AP0) y un límite superior entre 1,5*AP0 y 3*AP0, y preferiblemente entre 1,5*AP0 y 2*AP0. Por ejemplo, la escala va de 0 Pascales a 150.000 Pascales.
El proceso también incluye la definición de un umbral alto predeterminado Sh, representativo de un cierto grado de suciedad y/o un umbral bajo Sb, representativo de un paso preferencial (una fuga).
El método comprende además una etapa de prueba en el curso de la cual dicha medición S1 se compara con un umbral alto predeterminado Sh y un umbral bajo predeterminado Sb, de modo que se considera que el mencionado al menos un cartucho filtrante no es conforme cuando la diferencia de presión medida en la etapa de medición S1 excede un rango entre dicho umbral alto Sh y dicho umbral bajo Sb.
En el caso de un sistema filtrante con varios cartuchos filtrantes, se considera que todos los cartuchos no son conformes.
De este modo, y cuando la medición de la diferencia de presión alcanza o supera el umbral alto Sh, se considera que el mencionado al menos un cartucho filtrante no es conforme. Entonces es aconsejable reemplazarlo por un nuevo cartucho. Sin embargo, es importante señalar que este umbral alto se determina con un valor de AP representante de un cartucho filtrante íntegro especialmente un cartucho esterilizador íntegro (reps. o representativo de un conjunto de cartuchos filtrantes íntegros en el caso de un sistema filtrante con varios cartuchos). Según una forma de realización ventajosa, que se desarrolla posteriormente, este umbral Sh alto se determina, además, suficientemente bajo, a fin de evitar el consumo excesivo de electricidad por parte de los compresores que generan el flujo de gas a filtrar.
Cuando la medición de la diferencia de presión alcanza o desciende por debajo del umbral bajo Sb, el mencionado cartucho filtrante presenta un riesgo de paso preferencial (fuga). Se considera que dicho cartucho no es íntegro y, por lo tanto, no es conforme. En el caso de un sistema filtrante con varios cartuchos filtrantes, es el conjunto de todos los cartuchos filtrantes los que se consideran no íntegros. En este conjunto, todos o parte de los cartuchos filtrantes pueden ser no íntegros. A continuación, el proceso puede ir seguido de una etapa de identificación del cartucho o cartuchos filtrantes no íntegro(s) de este conjunto, tras su retirada del sistema filtrante.
Según la invención, el método puede comprender una etapa previa de medición de la diferencia de presión AP0 representativa de la pérdida de carga generada por el sistema filtrante cuando el mencionado al menos un cartucho filtrante es nuevo. Ventajosamente, el método comprende una etapa de calibración en el curso de la cual se determina el mencionado umbral alto Sh y/o el umbral bajo Sb, en particular mediante cálculo, en función de dicha diferencia de presión medida AP0.
De este modo, el umbral alto Sh y el umbral bajo pueden definirse mediante las siguientes fórmulas:
Sh-f(AP0)
y
Sb=g(AP0)
con funciones f y g.
Por ejemplo, y dependiendo de una forma de realización, el umbral alto Sh y el umbral bajo Sb pueden determinarse simplemente mediante las siguientes relaciones:
Sh = Kh * APO
con Kh una constante.
Análogamente, el umbral bajo se define mediante la siguiente fórmula:
Sb= Kb * APO
con Kb una constante.
Aun así, de acuerdo con otra forma de realización, los gráficos (o tablas de correspondencia) pueden permitir conocer los valores de los umbrales alto y bajo según el valor de AP0 medido.
De este modo, y de acuerdo con esta ventajosa característica de la invención, la definición del umbral alto Sh y el umbral bajo Sb no requiere el conocimiento de las características específicas del cartucho filtrante que se va a probar. Por consiguiente, la puesta en marcha del proceso de supervisión y la definición de los umbrales alto y bajo pueden realizarse sin conocer las características técnicas específicas del cartucho filtrante.
La puesta en marcha del proceso y, en particular, la toma de decisión sobre la conformidad del mencionado cartucho filtrante, por lo menos, puede llevarse a cabo sin el uso de medios informáticos.
Alternativamente, y de acuerdo con una forma de realización, el proceso puede comprender las siguientes etapas, aplicadas por medios informáticos:
- una etapa de emisión de una señal que comprende una medición relativa a la diferencia de presión AP medida en la etapa de medición S1,
- una etapa de registro en un archivo informático, en un intervalo de tiempo o de forma continua, del mencionado valor de diferencia de presión medido.
Las mediciones se realizan en el tiempo t, dicho método puede comprender una etapa de generación de un archivo informático que comprende, para cada valor de diferencia de presión medido, un parámetro temporal t representativo de las mediciones. De este modo, es posible seguir la evolución de la diferencia de presión AP, en función del tiempo. Así pues, el proceso puede prever la generación de una curva representativa de la evolución de la diferencia de presión AP en relación con el tiempo t y su visualización en una pantalla de supervisión. Típicamente en t=0, la diferencia de presión medida corresponde a la diferencia de presión AP0 cuando el o los cartuchos del sistema filtrante son nuevos.
El uso de medios informáticos permite además la realización de una etapa de generación de una señal de alerta Ae; Af que se llevará a cabo cuando la mencionada diferencia de presión medida quede fuera del mencionado rango entre el mencionado umbral alto Sh y el mencionado umbral bajo Sb.
De este modo, y en particular según el diagrama de la figura 5, el proceso, cuando se lleva a cabo por medios informáticos, puede comprender, después de registrar dicho umbral alto Sh y/o dicho umbral bajo Sb, las siguientes etapas:
- la etapa de prueba que comprende la comparación de la diferencia de presión medida en la etapa de medición S1 con dicho umbral bajo (etapa S2 del diagrama) y el umbral alto (etapa S3 del diagrama),
- la generación de una señal de alerta Ae; Af cuando dicha diferencia de presión medida alcanza el umbral alto Sh o el umbral bajo Sb.
La aplicación de medios informáticos puede permitir, todavía, realizar la etapa de calibración S01, automáticamente, y de este modo generar automáticamente el umbral alto Sh y/o el umbral bajo Sb, después de cada renovación de los cartuchos filtrantes.
De este modo, los medios informáticos permiten la realización de las siguientes etapas:
- medir MES_1 y registrar la diferencia de presión AP0 (etapa S00 en el diagrama),
- definir el umbral alto Sh y/o el umbral bajo Sb en relación con la diferencia de presión medida AP0 (etapa S01 del diagrama).
Para la etapa de determinación, los umbrales alto y bajo basados en AP0 se pueden utilizar las relaciones descritas anteriormente.
De este modo, el proceso completo puede ser como se muestra en el diagrama de la figura 5, que comprende las siguientes etapas:
- la etapa de medición S01 (MES_1) para la que se mide la diferencia de presión AP0 cuando el o los cartuchos del sistema filtrante son nuevos,
- la etapa de calibración S02 (CALC_ET) para la que se definen el umbral superior Sh y el umbral inferior Sb, en particular mediante cálculo, en relación con la diferencia de presión AP0,
- la etapa de medición S1 (MES-2) en el curso de la cual se mide una diferencia de presión AP representativa de la pérdida de carga generada por el sistema filtrante F1; F2,
- la etapa de prueba S2 en el curso de la cual dicha diferencia de presión medida en la etapa S1 se compara con el umbral bajo Sb determinado en la etapa S02,
- la etapa de prueba S3 en el curso de la cual dicha diferencia de presión medida en la etapa S1 se compara con el umbral bajo Sh determinado en la etapa S02.
De acuerdo con este diagrama, y en general:
- si la diferencia de presión medida en la etapa S1 es igual o menor que el umbral bajo Sb, se emite una señal de advertencia de "fuga",
- si la diferencia de presión medida en la etapa S1 es igual o mayor que el umbral alto Sh, se emite una señal de advertencia de "grado de suciedad".
Las etapas S1, S2, S3 se renuevan, periódicamente, a intervalos regulares de tiempo, con el fin de asegurar una supervisión del sistema filtrante a lo largo del tiempo.
El valor del umbral alto Sh está entre 1,3*AP0 y 3*AP0, preferiblemente entre 1,4*AP0 y 2*AP0, y aún más preferiblemente entre 1,4*AP0 y 1,6*AP0. En este caso, la constante Kh puede estar entre 1,3 y 3, preferiblemente entre 1,4 y 2, y más preferiblemente entre 1,4 y 1,6. Según las constataciones de los inventores, en la mayoría de los casos, a una diferencia de presión medida en 3*AP0, el mencionado al menos un cartucho filtrante, en particular un cartucho esterilizador, siempre puede considerarse como íntegro en el sentido de que el gas filtrado puede considerarse estéril.
Sin embargo, y aunque no se cuestiona la integridad del mencionado al menos un cartucho, la pérdida de carga generada da lugar a un importante consumo excesivo de los compresores necesarios para la filtración. Por ello es preferible un umbral alto de valor inferior, en particular entre 1,4*AP0 y 2*AP0, preferiblemente entre 1,4*AP0 y 1,6*AP0. La definición de un umbral alto de este tipo permite evitar ese consumo excesivo de electricidad por parte de los compresores.
En lo que respecta al valor del umbral bajo Sb, está entre 0,7*AP0 y 0,95*AP0, preferiblemente entre 0,88*AP0 y 0,92*AP0. De este modo, la constante Kb puede estar entre 0,7 y 0,95, preferiblemente entre 0,88 y 0,92.
En las figuras 2 a 3 se ilustran, como ejemplos no exhaustivos, varias curvas representativas de diferentes escenarios de cartuchos filtrantes controlados en línea.
El ejemplo de la figura 2 ilustra un primer escenario de la evolución de la diferencia de presión medida AP, ya que t=0 corresponde a la renovación de los cartuchos filtrantes del sistema filtrante. Según este ejemplo, debido al grado de suciedad de los cartuchos filtrantes, la diferencia de presión AP medida en la etapa S1 aumenta progresivamente hasta alcanzar y luego superar el umbral alto Sh definido como 1,5*AP0. Cuando se alcanza este umbral alto Sh, se emite una señal de advertencia Ae. Esta señal se interpreta como un grado de suciedad demasiado importante. Es aconsejable renovar el mencionado al menos un cartucho filtrante.
El ejemplo de la figura 3 ilustra un segundo escenario de la evolución de la diferencia de presión medida AP, ya que t=0 corresponde a la renovación de los cartuchos filtrantes del sistema filtrante. Según este ejemplo, debido al grado de suciedad de los cartuchos filtrantes, la diferencia de presión AP medida en la etapa S1 aumenta gradualmente y luego comienza a disminuir hasta que alcanza y cae por debajo de un umbral bajo definido como 0,9*AP0. Cuando se alcanza este umbral bajo Sb, se emite una señal de advertencia Af. Esta señal de advertencia se interpreta como un paso preferencial a través del sistema filtrante (una fuga), es decir, un defecto de integridad.
El ejemplo de la figura 4 ilustra un tercer escenario de la evolución de la diferencia de presión medida AP, ya que t=0 corresponde a la renovación de los cartuchos filtrantes del sistema filtrante. Según este ejemplo, debido al grado de suciedad de los cartuchos filtrantes, la diferencia de presión AP medida en la etapa S1 aumenta gradualmente y luego disminuye bruscamente, permaneciendo entre los límites superior e inferior definidos por los umbrales alto y bajo. El análisis de la curva, visualmente o mediante cálculos informáticos, puede permitir detectar una anomalía. De este modo, la observación de sacudidas y/o variaciones repentinas puede interpretarse como una anomalía en el circuito de gas, en particular a nivel del sistema filtrante.
Pruebas:
El presente Solicitante realizó pruebas preliminares para verificar la pertinencia de la supervisión de la integridad del cartucho filtrante esterilizante, mediante la supervisión de la medición AP, representativa de la pérdida de carga del sistema filtrante. Estas pruebas se realizaron en cartuchos filtrantes de 6 cm de diámetro. Estos son cartuchos esterilizadores que realizan la filtración a 0,01 micrómetros. Estos cartuchos filtrantes se utilizan en un sistema filtrante que se muestra en la foto de la figura 6, cuya carcasa alberga 20 cartuchos filtrantes.
Este sistema filtrante se utiliza para esterilizar el aire que luego se utiliza en los procesos de fermentación por lotes, en el tipo de instalación que se muestra en la Figura 1. Estos cartuchos comprenden cartuchos de la marca PALL CPFR y cartuchos de la marca PARKER ZCHT.
Además, se ha diseñado un banco de pruebas, que se muestra en la foto de la figura 7. Este banco de pruebas está conectado a la fuente de aire comprimido de la fábrica.
Este banco de pruebas comprende:
- un caudalímetro 2,
- una carcasa 3 destinada a recibir un cartucho filtrante para ser probado,
- un dispositivo 1 para medir la diferencia de presión, en este caso un manómetro diferencial MAGNEHELICO con un rango de medición de la pantalla de 0 a 15 kilo Pascales,
- una válvula de control de caudal 4,
- una válvula de aislamiento 5.
Este banco de pruebas permite la puesta en marcha del protocolo de pruebas que comprende las siguientes etapas:
1) Asegurarse de que el punto cero del manómetro de presión diferencial esté correctamente ajustado,
2) Colocar un nuevo cartucho en la carcasa 3,
3) Cerrar las válvulas 4 y 5,
4) Abrir la válvula de suministro de aire de la fábrica,
5) Abrir la válvula de aislamiento 5,
6) Abrir y ajustar la válvula de control de caudal 4 hasta que se lea el caudal de prueba determinado en el caudalímetro,
7) Verificar que el dispositivo indique bien el valor patrón (AP0) determinado para este cartucho,
8) Cerrar la válvula de aislamiento 5,
9) Sustituir el nuevo cartucho por un cartucho a supervisar (de la misma naturaleza),
10) Abrir la válvula de aislamiento 5,
11) Leer la presión diferencial (AP).
Este banco de pruebas se ha utilizado para supervisar, entre otras cosas, los cartuchos filtrantes de CPFR PALL antes mencionados después de un año y medio (1,5) de uso para la filtración del aire utilizado en los procesos de fermentación industrial.
Para la puesta en marcha de esta prueba, los valores del caudal, la diferencia de presión AP0, el umbral alto Sh y el umbral bajo Sb, son los siguientes:
De acuerdo con esta prueba y de manera similar a la invención, se considera:
a) Si AP medido en la etapa 11 del protocolo es inferior o igual al umbral bajo Sb, el cartucho filtrante no es íntegro, b) Si AP medido en la etapa 11 del protocolo está estrictamente por encima del umbral bajo y estrictamente por debajo del umbral alto, se considera que el cartucho es íntegro y conforme,
c) Si AP medido es mayor o igual al umbral alto, el cartucho está sucio y debe ser reemplazado; dicho cartucho no debe considerarse necesariamente como no íntegro.
Los cartuchos filtrantes usados mencionados anteriormente han sido probados de acuerdo con este protocolo. Se han conservado los cartuchos con AP entre el umbral bajo y el alto, que se consideran conformes.
Cinco cartuchos considerados conformes fueron devueltos al fabricante para una prueba de integridad convencional, a saber, una prueba de aerosol reconocida por el fabricante, realizada en un dispositivo "Valairdata II tipo WVA203FFV" de la empresa PARKER HANNIFIN, y por la empresa PALL, en un dispositivo "Flowstar IV Integrity test".
Todos los cartuchos considerados conformes según el protocolo de prueba fueron considerados por el fabricante como íntegros.
Nomenclatura
1. Dispositivo para medir una diferencia de presión,
2. Caudalímetro (banco de pruebas),
3. Carcasa (banco de pruebas),
4. Válvula de control de caudal (banco de pruebas),
5. Válvula de aislamiento (banco de pruebas),
Ae. Señal de grado de suciedad,
Af. Señal de fuga,
C1. Primera conexión de presión,
C2. Segunda conexión de presión,
F1; F2. Sistema filtrante,
R. Reactor de fermentación,
Sh. Umbral alto,
Sb. Umbral bajo,
AP. Diferencia de presión (Etapa S1),
AP0. Diferencia de presión (para sistema filtrante con nuevo(s) cartucho(s)),
Claims (13)
1. Método de supervisión en línea de la integridad de un sistema filtrante (F1; F2) utilizado durante un proceso industrial que comprende la filtración de un gas a través de dicho sistema filtrante, comprendiendo dicho sistema filtrante (F1; F2) al menos un cartucho filtrante,
dicho método comprende una etapa previa de medición (S01) de la diferencia de presión AP0 representativa de la pérdida de carga generada por el sistema filtrante cuando dicho cartucho filtrante es nuevo, y una etapa de calibración durante la cual se determina, en función de dicha diferencia de presión medida AP0, un umbral alto (Sh) representativo de la obstrucción de dicho cartucho filtrante y un umbral bajo (Sb) representativo de la fuga de dicho cartucho filtrante, siendo dicho umbral alto (Sh) mayor que AP0, estando el valor del umbral alto (Sh) situado entre 1,3* AP0 y 3*AP0, y siendo dicho umbral bajo (Sb) inferior a AP0, estando dicho valor del umbral bajo entre 0,7*AP0 y 0,95*a P0, tal que el método comprende al menos los siguientes etapas:
- una etapa de medición (S1) en el curso de la cual se mide una diferencia de presión AP representativa de la pérdida de carga generada por el sistema filtrante (F1; F2),
- una etapa de prueba (S2, S3) en el curso de la cual dicha medición (S1) se compara con dicho umbral alto predeterminado (Sh) y dicho umbral bajo predeterminado (Sb), de modo que se considere que dicho al menos un cartucho filtrante no cumple con los requisitos cuando la diferencia de presión medida en la etapa de medición (S1) se encuentre fuera de un rango entre dicho umbral alto (Sh) y dicho umbral bajo (Sb).
2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el valor del umbral alto (Sh) está entre 1,4* AP0 y 2* AP0.
3. Método de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el valor del umbral alto (Sh) está entre 1,4* AP0 y 1,6* AP0.
4. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el valor del umbral bajo (Sb) está entre 0,88* AP0 y 0,92* AP0.
5. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la medición de la diferencia de presión realizada en la etapa de medición (S1) se lleva a cabo mediante un dispositivo de medición de la diferencia de presión que tiene una sensibilidad inferior a 750 Pascales, preferiblemente inferior o igual a 300 Pascales, e incluso más preferiblemente entre 50 Pascales y 200 Pascales, dicho dispositivo tiene una primera conexión de presión (C1), aguas abajo del sistema filtrante y una segunda conexión de presión (C2), aguas arriba del sistema filtrante.
6. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende las siguientes etapas realizadas por medios informáticos
- una etapa para emitir una señal que comprende una medición relativa a la diferencia de presión AP medida en la etapa de medición (S1),
- una etapa de registro en un archivo informático, en un intervalo de tiempo o de forma continua, de dicho valor de diferencia de presión medida.
7. Método de acuerdo con la reivindicación 6 que comprende una etapa de generación de una señal de alerta (Ae; Af) cuando dicha diferencia de presión medida se sale de dicho rango entre dicho umbral alto (Sh) y dicho umbral bajo (Sb).
8. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el sistema filtrante (F1; F2) comprende varios cartuchos filtrantes, siendo dicha diferencia de presión medida en la etapa de medición (S1) representativa de la pérdida de carga generada por todos los cartuchos filtrantes.
9. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la sensibilidad de medición es inferior a 750 Pascales, preferiblemente inferior o igual a 300 Pascales, e incluso más preferiblemente entre 50 y 200 Pascales.
10. Método según una de las reivindicaciones de la 1 a la 9, en el que la escala de medición comprende un rango de entre 75.000 Pascales y 450.000 Pascales, preferiblemente entre 75.000 Pascales y 300.000 Pascales, y aún más preferiblemente entre 75.000 Pascales y 200.000 Pascales.
11. Utilización de un método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el proceso industrial es un proceso industrial que tiene unos caudales de gas normales de dicho sistema filtrante superiores a 100 Nm3/H.
12. Utilización de un método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el proceso industrial es un proceso industrial para el que dicha filtración es una filtración esterilizante.
13. Utilización de un método de acuerdo con la reivindicación 12 en el que el proceso industrial es un proceso de fermentación industrial y en el que el sistema filtrante (F1; F2) se utiliza para tratar el aire suministrado al reactor de fermentación (R) o a la cuba de un material (Gl) como la glucosa suministrada al reactor de fermentación (R).
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