Filtragem de ar em veículos de alto desempenho e modificados: um mergulho técnico profundo

Medindo a eficiência e as capacidades de proteção de filtros de ar é vital para comparar diferentes estilos e garantir que atendam às demandas de aplicações de alto desempenho. Isso inclui métodos padrão para determinar a eficácia da circulação do ar e da purificação.

Medição do fluxo de ar: 

O movimento do ar é comumente determinado em pés cúbicos por minuto (CFM) ou metros cúbicos por hora (m²/h). No entanto, a simples especificação de um valor de CFM para um filtro não exige a definição da queda de pressão na qual essa vazão foi alcançada. Uma métrica mais interessante é a relação entre o fluxo de ar e a queda de pressão em todo o elemento filtrante e em todo o sistema de admissão. A queda de pressão, geralmente medida em polegadas de água (IN H₂O) ou Pascal (Pa), representa a resistência ao fluxo de ar. Uma queda de pressão menor a uma determinada taxa de movimento de ar indica um filtro ou sistema de admissão mais eficiente e menos restritivo.

A queda de pressão em um sistema de indução de ar não é inteiramente resultado do aspecto do filtro. Ela também inclui contribuições da entrada de ar, da carcaça do filtro e da unidade de detecção de fluxo de massa. Experimentos demonstraram que, a preços nominais de fluxo do motor, uma carcaça de filtro normal pode adicionar cerca de 1,75 kPa de redução de pressão, e um sensor de fluxo de massa, cerca de 1,50 kPa. Um elemento filtrante do tipo painel limpo pode adicionar apenas 0,22 kPa, enquanto filtros cônicos podem ter quedas de pressão ainda menores. No entanto, como o filtro acumula sujeira durante o processo, o elemento filtrante se torna a principal fonte de perda de pressão, com redução de pressão terminal para componentes carregados de poeira geralmente variando de 2,5 a 5,0 kPa.

Padrões de filtragem: 

O principal requisito para testar filtros de ar para motores e compressores de combustão interna é a norma ISO 5011 (anteriormente SAE J726). Esta norma fornece um protocolo preciso para examinar a eficiência da filtragem, a limitação do fluxo de ar durante a carga de poeira e a capacidade total de retenção de poeira sob condições regulamentadas.

As medições secretas segundo a norma ISO 5011 incluem:

Restrição do Fluxo de Ar/Queda de Pressão: Medida em IN H₂O ou kPa versus movimento de ar em CFM ou m³/h. Isso é medido em diferentes taxas de circulação, normalmente em torno de 50%, 75%, 100%, 125% e 150% do fluxo de ar classificado. A primeira restrição de um filtro limpo e a restrição terminal (o fator no qual o exame é encerrado, frequentemente definido como um aumento de 10 IN H₂O em relação à restrição inicial) são fatores de informação cruciais.

Eficiência de coleta de pó: 

Avaliado alimentando o filtro com uma quantidade reconhecida de poeira de teste padrão (como poeira de teste grossa ISO ou poeira de teste fina ISO) a uma taxa e fluxo de ar constantes. Um filtro absoluto instalado a jusante captura qualquer sujeira que passe por ele. O aumento de peso do filtro absoluto é usado para determinar o desempenho do componente do filtro. O desempenho total é determinado a partir da quantidade total de sujeira retida. O desempenho total, normalmente o único valor anunciado em aplicações automotivas, inclui qualquer tipo de carga e infiltração de sujeira medida durante um primeiro teste de desempenho.

A eficiência é determinada utilizando a fórmula:

onde A é o aumento de massa do filtro direto a montante e B é o aumento de massa do filtro absoluto a jusante.

Capacidade de retenção de poeira: 

Medido pela diferença entre o peso do filtro antes e depois do exame. Isso indica quanta sujeira o filtro pode reter antes de atingir o limite terminal.

A ISO 5011 visa a reprodutibilidade, permitindo a comparação de testes de filtros realizados em diferentes locais. No entanto, apresenta limitações na previsão do desempenho em condições reais. O procedimento não foi estabelecido para reconhecer o desempenho de um filtro de ar em um automóvel durante a operação. Ele utiliza fluxo de ar controlado e é frequentemente conduzido com o filtro em um "ambiente de teste", o que difere do uso real do veículo, onde as condições de operação, o fluxo de ar e as taxas de alimentação de poeira são variáveis. A orientação da instalação e a geometria do sistema de admissão também podem influenciar o desempenho em comparação aos testes de bancada.

Existem vários outros requisitos e técnicas de triagem relevantes. A pontuação MERV (Valor Mínimo de Relatório de Eficiência), estabelecida pela ASHRAE, é normalmente utilizada para filtros de HVAC, mas ocasionalmente é referenciada para filtros de veículos. Ela indica a eficácia de um filtro na eliminação de partículas entre 0,3 e 10 mícrons. Classificações MERV mais altas significam melhor captura de partículas menores, mas podem reduzir o fluxo de ar. Para filtros de alto desempenho, a razão beta (definida pela ISO 16889) compara o número de partículas a montante com as partículas a jusante de um determinado tamanho. Outras abordagens de análise incluem o Teste de Fluxo de Ar Absoluto, testes DOP e PAO (para filtros HEPA/ULPA), Teste de Chama de Sódio e Teste de Vazamento de Rosca de Óleo.

É vital ter em mente que as medições de filtragem só são significativas se as variáveis de exame (grau de poeira, taxa de movimento do ar, pressão de exame terminal) forem divulgadas. Alguns fabricantes podem avaliar com CFM muito reduzido para aumentar artificialmente os números de eficiência. Fabricantes confiáveis de filtros de eficiência, como a K&N e a S&B Filters, realizam uma triagem interna abrangente, frequentemente utilizando componentes de teste padrão e caixas de ar originais de fabricantes para simular melhor as condições do mundo real.