Filtros de ar de alta eficiência ISO 29463: classificação, ensaio e aplicação de HEPA e ULPA

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Sistema de classificação ISO 29463

A parte 1 da ISO 29463 define as classes de eficiência dos filtros de ar de alta eficiência com base na penetração (P = 1 − E, em que E é a eficiência) e no método de ensaio. Classes E10 a U17: classe E10: ≥85% de eficiência global (penetração ≤15%); classe E11: ≥95% de eficiência global; classe E12: ≥99.5% de eficiência global; classe H13: ≥99.95% de eficiência global (limiar HEPA); classe H14: ≥99.995% de eficiência global; classe U15: ≥99.9995% de eficiência global; classe U16: ≥99.99995% de eficiência global; classe U17: ≥99.999995% de eficiência global (ULPA). A classificação se baseia na penetração global (integrada em toda a área do filtro), exceto nas classes H e U, que exigem limites tanto de penetração global QUANTO local (de varredura), para garantir que nenhum ponto do filtro tenha um caminho de vazamento mesmo que a eficiência global esteja em conformidade.

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Tamanho de partícula mais penetrante (MPPS)

Todos os mecanismos de captura de partículas (interceptação, impacto e difusão) variam com o tamanho de partícula, mas em sentidos opostos: a eficiência por impacto e interceptação aumenta com o tamanho de partícula; a eficiência por difusão diminui com o tamanho de partícula (partículas menores se difundem mais, aumentando sua captura). A curva de eficiência combinada tem um mínimo no tamanho de partícula em que os dois efeitos se equilibram: o tamanho de partícula mais penetrante (MPPS). Nos meios fibrosos de filtros de ar, o MPPS normalmente fica na faixa de 0.1–0.3 µm (100–300 nm). A ISO 29463 e a EN 1822 exigem ensaiar a eficiência no MPPS: é a condição de ensaio mais exigente e garante que a eficiência nominal seja a do pior caso, e não a do melhor. A eficiência do filtro em outros tamanhos de partícula (maiores ou menores que o MPPS) é sempre maior que a eficiência nominal. Filtros de ar de cabine ensaiados segundo a ISO 11155-2 devem ser classificados por eficiência no MPPS para garantir a proteção contra PM₂.₅ (que inclui partículas próximas do tamanho MPPS).

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Aerossol de ensaio e metodologia de medição

A parte 2 da ISO 29463 define o aerossol de ensaio como DEHS (sebacato de dietil-hexila) ou equivalente: um óleo de baixa pressão de vapor que forma gotículas estáveis, esféricas e monodispersas quando atomizado. O aerossol de ensaio é gerado por um atomizador e condicionado a uma distribuição de tamanhos de partícula especificada centrada no MPPS. A concentração de desafio é medida a montante com um contador óptico de partículas ou um contador de partículas por condensação (CPC); a concentração que penetra é medida a jusante; penetração P = contagem de partículas a jusante/a montante. Nos filtros de classe H e U, um fotômetro de varredura mapeia a penetração em toda a face do filtro com velocidade de varredura e posição do fotômetro prescritas: qualquer penetração local acima do limite da classe é uma falha, mesmo que a penetração média global esteja dentro dos limites. Os filtros de classe E exigem apenas a medição da eficiência global (integrada); a varredura não é exigida.

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Aplicação na segurança de cabines: ISO 11155

A ISO 11155-1 e -2 definem os requisitos do sistema de filtração de ar de cabine dos veículos rodoviários e equipamentos relacionados, citando as classes de eficiência de filtros da ISO 29463/EN 1822. Requisitos mínimos de eficiência para proteger o operador das partículas finas (PM₂.₅) em ambientes agrícolas e de construção: filtro de ar de recirculação: classe E11 (≥95% de eficiência no MPPS); filtro de entrada de ar fresco: classe E12 (≥99.5% de eficiência no MPPS) quando a cabine é usada para proteção na aplicação de agrotóxicos; ou classe H13 (≥99.95%) quando os sistemas de filtro de carvão exigem um pré-filtro de alta eficiência para evitar o bypass do leito de carvão. As PM₂.₅ penetram profundamente no tecido pulmonar alveolar: partículas de 0.1–2.5 µm de diâmetro (que incluem a faixa MPPS) são a faixa de tamanho mais danosa. Uma cabine pressurizada com um filtro de classe E12 a uma pressão positiva de 10–30 Pa reduz a exposição do operador a PM₂.₅ em ≥99.5% em relação ao ambiente: o critério de desempenho crítico para a conformidade com a saúde ocupacional. A arquitetura de filtros de cabine MICROKAPPA™ é projetada para atender à classe de eficiência especificada para a aplicação aprovada, até a classe H13 nas aplicações de maior proteção.

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Ensaio de integridade do filtro em serviço

A certificação de filtros ISO 29463 é feita no ponto de fabricação. Depois que o filtro é instalado em uma carcaça e usado em serviço, podem surgir vazamentos locais nas interfaces de vedação, nos pontos de deformação da junta ou nas áreas de contato entre quadro e carcaça. Em aplicações críticas (salas limpas, fabricação farmacêutica, proteção de cabines de operador com nível H13), exige-se ensaio de integridade do filtro instalado segundo a ISO 14644-3 (ensaio de salas limpas) ou a metodologia de varredura da EN 1822 no comissionamento e em intervalos definidos. Método de ensaio: introduzir aerossol de DEHS a montante; varrer com fotômetro a face do filtro a jusante; medir a penetração local; comparar com o limite da classe do filtro. Em aplicações de ar de cabine, a integridade da vedação do filtro instalado é avaliada por ensaio de pressurização da cabine: uma cabine vedada pressurizada a 50 Pa deve mostrar taxa de queda de pressão abaixo do limite especificado, indicando que não há vazamento significativo pelas vedações.

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Contexto da filtração de ar comprimido

As classes de pureza de ar comprimido ISO 8573-1 para aerossol de óleo e partículas são independentes da ISO 29463 (que trata dos filtros de ar fibrosos para proteção de pessoas, e não da filtração de ar comprimido). No entanto, o conceito de MPPS se aplica aos dois: as partículas submicrométricas de aerossol de óleo no ar comprimido (0.1–1 µm) devem ser capturadas por filtros coalescentes no seu MPPS, de forma análoga ao MPPS dos filtros de partículas. Elementos filtrantes ISO 29463/EN 1822 são usados em algumas aplicações de ar de suprimento de salas limpas e em alguns sistemas de ar comprimido de alta pureza como filtros de partículas de estágio final quando se exige pureza de partículas ISO 8573-1 Classe 1 ou 2. Nessas aplicações, a carcaça do filtro deve manter a integridade da vedação do quadro do elemento sob a pressão diferencial e as condições de carregamento cíclico do serviço de ar comprimido, condições muito diferentes das condições de ensaio à pressão ambiente da ISO 29463.

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Seleção do filtro e verificação do desempenho

Escolher filtros ISO 29463 exige: (1) determinar o requisito da aplicação (ISO 11155 para cabines; ISO 14644 para salas limpas; ISO 8573-1 para partículas em ar comprimido); (2) identificar a classe de eficiência mínima conforme a norma aplicável; (3) verificar se o certificado do filtro inclui dados de ensaio de eficiência no MPPS segundo a parte 2 da ISO 29463, e não apenas uma etiqueta "HEPA" que pode se basear em métodos de ensaio anteriores ou não equivalentes; (4) nas classes H e U: exigir certificado de ensaio de varredura mostrando que não há penetração local acima do limite da classe; (5) verificar a classificação de vazão de ar na velocidade frontal nominal: um filtro H13 operado a 2× a velocidade frontal nominal mostrará penetração bem maior que nas condições nominais; (6) em aplicações de cabine: confirmar se as dimensões do filtro e a especificação da junta de vedação correspondem ao projeto da carcaça. Um filtro H13 em conformidade com a ISO 29463 e com certificado de varredura válido oferece 99.95% de eficiência no MPPS durante a validade do certificado; o próximo requisito é monitorar a degradação em campo.

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