Filtro de aire

Análisis de la eficacia y eficiencia del filtrado de aire

El proceso de filtrado de aire exterior determina la calidad del aire en las estancias de todo edificio climatizado.

En este artículo se resumen la importancia de una adecuada elección del tipo de filtro de aire en relación al confort y eficiencia energética.

La contaminación en el aire que respiramos puede ser el origen de graves enfermedades, especialmente derivado de las partículas de polvo fino.

Por tanto, la filtración del aire tiene una influencia directa en la salud de las personas que viven y trabajan en estos espacios climatizados. Los expertos consideran que una oficina con una óptima calidad del aire puede mejorar la productividad de sus ocupantes en un 4%.

Un filtro de aire es un dispositivo  ubicado en las Unidades de Tratamiento de Aire (UTA) ó de Aire Primario que elimina partículas sólidas como por ejemplo polvo, polen y hasta el nivel de bacterias del aire.

Normativa aplicable

RITE: exigencia en la Calidad del Aire Interior

El actual Reglamento de Instalaciones Térmicas, RITE, establece cuál debe ser la calidad mínima de los filtros a instalar en una instalación de ventilación mecánica.

Esta definición viene definida según la calidad deseada de aire interior (IDA) esperada (según el uso del edificio) y de la calidad del aire exterior del entorno (ODA).  

Por tanto, se observa que lo habitual es disponer de dos filtros (p.e. tipo F6 + F8), uno previo y otro final a la entrada de la unidad de ventilación o de tratamiento de aire.

Etapas filtrantes

El primero de ellos, o prefiltros, tendrán como cometido el mantener limpios los componentes de las unidades de ventilación y alargar la calidad de los filtros finales. Estos prefiltros se colocarán a la entrada del aire exterior y en la entrada del retorno.

Los filtros finales, se instalarán después de las baterías de tratamiento  térmico del aire, y su cometido será el eliminar cualquier tipo de contaminación por partículas.

Es importante que a la salida del los filtros finales la distribución del aire de impulsión sea uniforme en toda la sección del conducto.

Calidad de aire exterior

Una clase ODA 1 se considerará aire exterior puro. En otro extremo, una ODA 3 será aire con altas concentraciones de partículas o gases contaminantes.  Para poder valorar la calidad del aire, se recomienda consultarlo en la siguiente web del MAPAMA.

Se acompaña, una imagen con las medidas realizadas de partículas en suspensión PM2.5 y PM10 registradas en las estaciones meteorológicas de la zona de Madrid:

Mapa calidad aire Madrid

  • Las más pequeñasPM2.5, de tamaño inferior a 2,5 micras, proceden fundamentalmente de la actividad humana, y pueden afectar a las tráqueas y bonquios.
  • Las más grandesPM10, con un tamaño inferior a 10 micras, suelen tener mayor componente natural. Resultan menos perjudiciales para la salud que las PM2.5. Pueden provocar crisis asmáticas cuando aumenta su concentración en el aire.

Las concentraciones límite diarias establecidos para zonas urbanas europeas son:

  • 25 μg/m³ para las partículas PM2.5 (10 según la OMS)
  • 50 μg/m³ para las partículas PM10 (límite de 20 según la OMS)

ISO 16890: clasificación y selección de los filtros de aire

Los filtros de aire están hechos de diferentes materiales: papel, espuma, fibras sintéticas y algodón. Los de carbón activo se aplican para la eliminación de olores y gases.

En función del diseño de los mismos, el propósito y la capacidad de filtrado difiere.

Eficacia mínima de filtrado

La eficacia del filtro se mide en el % mínimo de partículas retenidas o filtradas según el rango de tamaños para el cual ha sido diseñado.

La norma 16890 distingue cuatro clases de filtros en función de la capacidad de filtración tendiendo al tamaño de las partículas objeto de ser filtradas.

Esta norma simplifica los grupos de filtros según los siguientes grupos, con un límite de eficacia inferior del 50%:

    1. Polvo grueso < 50 % de PM10
    2. Filtro ePM10 ≥ 50 % de PM10
    3.  ePM2.5 ≥ 50 % de PM2.5
    4.  ePM1 ≥ 50 % de PM1

Por tanto, la clasificación de los filtros según el RITE se corresponde a la antigua norma EN 779:2012 y que debe ser actualizada por la ISO 16890.  Ésta fue definida en 2017, con año y medio de moratoria para su implantación.

Por tanto, los filtros finos del F7, F8 y F9 se medían con respecto a la eficacia mínima de filtrado de una partícula de 0,4 micras. Estos filtros tienen unas tasas de eficacia mínima superiores al 35, 55 y 75%, respectivamente,

Eficiencia energética

Al colocar los filtros en una corriente de aire, los filtros causarán una resistencia al flujo. Esta resistencia se puede medir como una caída de la presión entre el lado de entrada y salida del filtro.

Por lo tanto, la caída de la presión define la demanda de energía para el filtro concreto, ya que el ventilador que proporciona el flujo de aire debe suministrar la presión requerida.

La caída de la presión descrita está al mínimo cuando el filtro está limpio y se utiliza por primera vez. En cuanto el polvo está en el aire y el filtro lo elimina, esta caída de la presión aumenta.

Un filtro de eficiencia energética alta tiene la característica de que su aumento de la presión es bajo si hay polvo en el filtro. Esto amplía la vida útil eficaz del mismo y reduce los costes operacionales.

El procedimiento de evaluación de la eficiencia energética para los filtros clasificados según la norma EN ISO 16890 se define en la Recomendación Eurovent 4/21-2016.

Esta norma establece la expresión para calcular el consumo energético (kWh) en los filtros de la Unidad de Tratamiento de Aire:

E =\frac{q_{v} \cdot \Delta p\cdot t}{500}

Siendo el numerador de la expresión el resultado de multiplicar el caudal de aire (m³/s), por la caída de presión en la sección de filtros (Pa) y el número de horas de funcionamiento al año de la UTA.

A modo de referencia un filtro ePM10 con etiquetado A+ tiene un gasto energético anual de 800 kWh, 250 kWh menos que otro homólogo de clase B.

Los filtros más finos tendrán una mayor gasto energético que los gruesos y a su vez será mayor conforme más alta sea su eficacia media de filtrado. De esta forma , el consumo de un filtro ePM1 con más de 90% de eficacia, puede ser superior a 1.200 kWh/año.



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