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Dimensionnement des systèmes de filtration pour faire le meilleur compromis entre une mise de fonds initiale et de faibles coûts d'exploitation

Il est facile d’imaginer que le plus petit filtre capable de gérer le débit d’un liquide serait le meilleur choix pour un système de filtrage. Toutefois, ce n'est le cas que si vous ne tenez compte que des coûts d'achat initiaux et ignorez les coûts d'exploitation liés au remplacement des filtres à chaque blocage. D'autre part, disposer d'un système de filtre si grand que les filtres ne doivent jamais être changés et que les coûts d'exploitation sont négligeables peut sembler une meilleure solution.

Par David Keay - Directeur des ventes à l'exportation, Amazon Filters

David Keay - Directeur des ventes à l'exportation, Amazon Filters

David Keay - Directeur des ventes à l'exportation, Amazon Filters

En pratique, la situation optimale pour la majorité des clients est celle où le coût d’achat initial est mis en balance avec les coûts d’exploitation pour donner la solution la plus économique en termes de durée de vie, également appelée coût total de possession.

Dans cet article, nous expliquerons comment y parvenir et vous fournirons des conseils pour optimiser votre système de filtration. Enfin, nous aborderons le dimensionnement optimal des filtres à gaz, différent des liquides.

Bien que les liquides et les gaz soient des fluides, ils sont de types différents. Les liquides sont non compressibles, alors que les gaz sont compressibles, ce qui les oblige à être traités différemment.

Dimensionnement des systèmes de filtration - Fig. 1: Le budget initial limité double le AP initial propre

Pourquoi optimisez-vous?

Les trois principales considérations à prendre en compte pour choisir le système de filtration de taille optimale fonctionnant en continu sont les suivantes:

  • Coût en capital initial faible - Cela se produit souvent lorsque l'utilisateur final demande à un fournisseur (par exemple un entrepreneur en bâtiment) de fournir un système incluant le système de filtration (Figure 1). Un tel fournisseur peut simplement vouloir minimiser le prix d'achat initial, car il ne sera pas là pour payer les coûts d'exploitation.
  • Faibles coûts d'exploitation - si votre système doit être installé pendant une longue période, le coût annuel du remplacement des cartouches filtrantes multiplié par le nombre d'années d'utilisation peut être plusieurs fois le coût initial.
  • Budget disponible - Parfois, vous ne pouvez pas acheter le filtre dont la taille est optimale car vous ne disposez pas du budget d'investissement nécessaire à ce moment (voir la figure 1). Dans un tel scénario, vous achetez le filtre que vous pouvez vous permettre et acceptez les coûts de fonctionnement élevés!

Comprendre la pression différentielle est la clé pour comprendre le dimensionnement

Dimensionnement des systèmes de filtration Fig. 2: Pourquoi un premier AP propre est-il important?

La principale mesure permettant de dimensionner un système de filtration est la pression différentielle propre initiale (dp). La pression différentielle est la mesure de la perte de charge qui se produit dans un système de filtrage. Ceci est facilement mesuré sur un système utilisant des manomètres placés en amont et en aval du boîtier du filtre.

Plus le dp de filtre inutilisé initial (propre) est faible, plus le coût en capital initial du système de filtrage est élevé. Inversement, plus le dp de nettoyage initial est élevé, plus le coût en capital initial du système de filtrage est faible. Cependant, comme le montre la figure 2, les coûts d’exploitation sont inversement affectés par les changements de dp.

Doubler la taille des filtres multiplie par quatre leur durée de vie, réduisant ainsi les coûts d'exploitation. En comparaison, si vous divisez par deux la taille du système de filtration, vous augmentez considérablement les coûts d'exploitation. Notre recommandation serait toujours d’investir dans le plus bas dp propre que vous puissiez vous permettre.

Alors, quel est le dp propre initial correct à utiliser? La réponse est que ce sera toujours un compromis entre les coûts en capital et les coûts de fonctionnement. Pour un système de filtrage de liquides en utilisation continue, nous vous recommandons de choisir une valeur autour de 200 mbar comme point de départ et de le réviser, à la hausse ou à la baisse, en fonction du coût initial de cette solution.

Une autre raison importante pour l'installation de manomètres, sur votre système de filtrage, est que vous pouvez alors déterminer avec exactitude le moment où les cartouches doivent être remplacées, ce qui vous permet d'optimiser leur durée de vie et d'atteindre le débit le plus élevé par changement de filtre. Le changement typique de dp pour un système de filtre à cartouche est la barre 2.5. Plus vous vous rapprochez de ce dp lorsque vous changez les filtres, meilleure est votre rentabilité.

En quoi le dimensionnement est-il différent pour le traitement par lots?

La principale hypothèse ci-dessus est que nous utilisons un système de filtration en fonctionnement continu. Cependant, il existe un autre scénario d'exploitation commun - l'opération par lots. La principale différence avec le fonctionnement en mode batch est que votre système de filtration va être utilisé de manière intermittente pour traiter un volume spécifique de produit liquide.

En raison de cette différence, nous pouvons concevoir avec une perte de charge initiale nettement plus élevée, telle que la barre 0.5 ou même la barre 1. La durée de vie de la cartouche filtrante ne doit durer que la durée du lot et les coûts en capital déterminent la rentabilité globale de votre installation. Sachant cela, il est possible de réaliser d'importantes économies sur la mise de fonds initiale d'un projet pour l'utilisateur final.

Différences entre le dimensionnement des liquides et des gaz

Dimensionnement des systèmes de filtration Fig. 3: Informations requises pour le dimensionnement du filtre

Bien que les liquides et les gaz soient des fluides, ils sont de nature très différente. La principale différence qui influe sur la taille du filtre est que les gaz sont compressibles, alors que les liquides ne le sont pas. Par conséquent, lors du dimensionnement des systèmes de filtration de gaz, il est essentiel de connaître la pression de ligne du système.

Avec un gaz, si la pression dans la ligne double de deux à quatre bars, la taille du système de filtrage peut être divisée par deux. Le même changement de pression sur un système liquide aurait un impact négligeable sur sa taille.

La pression différentielle a un impact beaucoup plus important sur les coûts de fonctionnement des systèmes de filtration de gaz. Par conséquent, ils doivent être inférieurs aux systèmes à liquide. Il est courant de concevoir des systèmes de filtrage de gaz avec une densité propre de plusieurs dizaines de millibars.

Que devez-vous savoir pour dimensionner correctement les filtres? Existe-t-il un moyen optimal de dimensionner?

Il va sans dire que plus vous disposez d'informations sur les conditions de traitement, meilleur est le choix du filtre qui peut être fait pour répondre à vos critères de sélection. La figure 3 montre les exigences minimales types et d’autres données utiles qu’il est préférable de fournir.

Dimensionnement des systèmes de filtration Fig. 4: doubler la taille de votre filtre prolonge la durée de vie du filtre d'un facteur 4

Cependant, l'importance de connaître la chute de pression initiale propre ne peut être sous-estimée. Ne pas spécifier cela, c'est vous laisser confondre lorsque vous essayez de comparer différentes options de filtrage.

C'est important car vous devez connaître le dp propre initial utilisé pour dimensionner les systèmes de différents fournisseurs. Si vous ne connaissez pas dp clean initial, il n’est pas possible de procéder à une comparaison similaire afin de vous assurer que vous faites le meilleur choix pour votre application.

Méfiez-vous de l'acheteur. L'offre "la moins chère" n'est pas toujours le "bon" choix! Le coût de la durée de vie de votre système est déterminé par vos coûts en capital initiaux et vos coûts d'exploitation annuels continus (voir la figure 4).

Les avantages de la préfiltration

Dimensionnement des systèmes de filtration Fig. 5: Avantages d'une préfiltration optimisée

Même si le dimensionnement d'un système de filtrage est correct, en raison des types de filtres finaux requis dans les applications critiques (où les filtres à membrane sont souvent utilisés), les coûts de fonctionnement peuvent toujours être très élevés.

La préfiltration du filtre final est une solution qui peut améliorer la rentabilité globale d'un système de filtration utilisé dans une application critique. L'utilisation d'un préfiltre supprime la plus grande partie de la charge du filtre final, ce qui prolonge considérablement sa durée de vie.

Les préfiltres représentent normalement 50% ou moins du coût du filtre final et devraient normalement augmenter de quatre fois la durée de vie du filtre final. Ceci est montré dans la figure 2.5

Le moyen le plus simple de déterminer si un système de filtration a été correctement optimisé consiste à déterminer le rapport entre les préfiltres et les filtres finaux. Si ce rapport n’est pas supérieur à 2: 1, il est encore possible d’améliorer l’économie de votre système de filtration.

Conclusion

Dans la discussion ci-dessus, il a été expliqué à quel point il est important de connaître la pression différentielle propre propre de votre système de filtration, son impact sur le coût en capital initial et vos coûts d'exploitation courants. Pour vous aider, voici quelques choses à faire et à ne pas faire:

  • Investissez dans la pression différentielle propre minimale la plus basse que vous puissiez vous permettre.
  • Pour la filtration de liquide, les systèmes ajoutent de la hauteur et non de la largeur à un logement. Prenez les cartouches les plus longues disponibles, car cela minimisera le nettoyage initial propre, ce qui allongera la durée de vie du filtre, réduira les coûts d'exploitation et améliorera la rentabilité.
  • Chaque fois que vous demandez un devis à plusieurs fournisseurs, demandez-leur toujours de spécifier la perte de charge initiale nette sur laquelle leur système de filtration a été dimensionné dans leur proposition et de confirmer le classement absolu de leur cartouche filtrante. C’est le seul moyen d’obtenir une véritable comparaison directe des coûts en capital initiaux.
  • Toujours monter des manomètres en amont et en aval, afin de pouvoir mesurer avec précision les installations de filtration dp. Cela vous permet de confirmer que le dp propre initial cité est atteint et vous permet de mesurer avec précision le changement de dp.
  • Si vous utilisez des filtres à membrane pour stériliser ou stabiliser des liquides ou des solutions, la préfiltration est essentielle. En règle générale, vous devez utiliser 2: 1 ou une version supérieure des préfiltres pour membranes. Sinon, vous gaspillez de l'argent.

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