Dòng khí đi vòng qua sợi, hạt bụi có quỹ đạo riêng

Vật liệu của nhiều bộ lọc không khí gồm mạng sợi đan xen, tạo những đường dẫn khí quanh co. Trong khi khí di chuyển qua khe sợi, các hạt lơ lửng chịu tác động của quán tính, chuyển động nhiệt và lực tương tác bề mặt.

Sàng giữ xảy ra khi hạt lớn hơn khoảng thông giữa các sợi và bị cản lại. Cơ chế này rõ ở lọc thô với bụi lớn, xơ sợi. Đối với hạt mịn, khả năng giữ bụi còn được quyết định bởi các cơ chế xảy ra ngay cả khi kích thước khe lớn hơn đường kính hạt.

Va đập quán tính làm hạt lệch khỏi dòng khí

Khi không khí đổi hướng quanh sợi lọc, hạt có khối lượng đáng kể có xu hướng tiếp tục quỹ đạo ban đầu. Hạt rời đường dòng và va đập vào sợi lọc, tạo cơ hội bị giữ lại.

Khả năng va đập liên quan đến kích thước, khối lượng hạt, vận tốc khí và hình học sợi. Va chạm chưa bảo đảm bám giữ; hạt có thể bật khỏi bề mặt nếu lực bám dính yếu.

Chặn bắt xảy ra ngay trên đường dòng

Trong cơ chế chặn bắt, tâm hạt vẫn di chuyển theo đường dòng quanh sợi. Khi quỹ đạo đến đủ gần, bề mặt hạt tiếp xúc với sợi và được giữ bởi lực tương tác bề mặt.

Khác với va đập quán tính, hạt vẫn theo dòng khí khi tiếp xúc sợi. Kích thước sợi, cách phân bố và chiều sâu vật liệu quyết định số cơ hội tiếp xúc của hạt với mạng sợi.

Khuếch tán Brown thu giữ hạt cực nhỏ

Các phân tử khí liên tục va chạm với hạt có kích thước rất nhỏ, làm quỹ đạo hạt dao động ngẫu nhiên. Chuyển động Brown gia tăng xác suất hạt tiếp cận sợi lọc và bám lại khi tiếp xúc.

Khi kích thước giảm, tác động khuếch tán thường mạnh hơn. Vận tốc khí qua vật liệu thấp tạo thêm thời gian tương tác, hỗ trợ giữ hạt siêu mịn. Đây là một cơ chế quan trọng giúp HEPA thu giữ hiệu quả những hạt nhỏ hơn vùng khó lọc nhất.

Lực hút tĩnh điện hỗ trợ một số vật liệu

Một số loại sợi tổng hợp mang điện tích được tạo trong quá trình sản xuất. Lực hút tĩnh điện có thể kéo hạt mang điện hoặc hạt bị phân cực về phía sợi, làm tăng xác suất tiếp xúc và bám giữ.

Mức đóng góp tùy thuộc tính chất vật liệu, điện tích và tình trạng sử dụng. Điện tích suy giảm hoặc bụi che phủ bề mặt có thể làm hiệu suất thay đổi. Không phải mọi Air Filter, kể cả HEPA, đều dựa vào cơ chế tĩnh điện.

Vì sao có kích thước hạt khó lọc nhất?

Các cơ chế thu giữ biến đổi khác nhau theo kích thước hạt. Hạt lớn thường bị giữ mạnh bởi quán tính và chặn bắt; hạt rất nhỏ được khuếch tán Brown hỗ trợ. Giữa hai vùng đó tồn tại khoảng kích thước có khả năng xuyên lọt tương đối cao.

MPPS – kích thước hạt xuyên lọt mạnh nhất phụ thuộc vào đường kính sợi, mật độ vật liệu, vận tốc lọc và điện tích nếu có. Giá trị này không cố định ở 0,3 µm đối với mọi HEPA; đây cũng không phải kích thước lỗ lọc như cách hiểu về lưới sàng.

Cấu trúc sợi và vận tốc quyết định hiệu quả

Sợi mảnh, mật độ và chiều sâu vật liệu thay đổi xác suất hạt gặp bề mặt lọc. Thiết kế xếp nếp tăng diện tích vật liệu trong cùng kích thước khung, qua đó tác động đến vận tốc qua lớp sợi và chênh áp bộ lọc.

Bụi tích lũy làm thay đổi trở lực, trong khi hiệu suất còn chịu tác động của lưu lượng và tình trạng vật liệu. Nếu khí lọt qua khe giữa khung, gioăng và vị trí lắp đặt, những cơ chế giữ hạt trong lớp sợi sẽ bị bỏ qua. Vì vậy, hiệu suất được đánh giá tại điều kiện thử xác định.

FAQs – Câu hỏi thường gặp

1. Hạt nhỏ hơn khe sợi có bị giữ lại?

Có. Chặn bắt, khuếch tán và lực tĩnh điện phù hợp vẫn có thể giữ hạt.

2. Va đập quán tính khác chặn bắt thế nào?

Va đập làm hạt rời đường dòng; chặn bắt xảy ra khi hạt theo dòng nhưng chạm sợi.

3. Vì sao HEPA giữ được hạt cực nhỏ?

Chuyển động Brown tăng khả năng hạt tiếp xúc với sợi lọc.

4. MPPS luôn bằng 0,3 µm?

Không. Kích thước khó lọc nhất phụ thuộc cấu trúc và điều kiện thử.

5. Mọi Air Filter đều sử dụng lực tĩnh điện?

Không. Đóng góp của lực này phụ thuộc đặc tính điện tích của vật liệu.