در این بخش از سری مطالب «هیدرولیک و فیلتراسیون» به تشریح تست مالتی‌پس برای تعیین نسبت بتا و راندمان فیلتر خواهیم پرداخت.
سری مطالب «هیدرولیک و فیلتراسیون» در ده بخش و با هدف کمک به نشر آگاهی عمومی در زمینه فیلتراسیون سیستم‌های هیدرولیک منتشر می‌شود.
راندمان و نسبت بتا
راندمان جداسازی فیلتر، نشان‌دهنده قابلیت فیلتر در جداسازی ذرات آلاینده با اندازه‌های معین از سیال است. برای محاسبه این فاکتور مهم، اولین و مهم‌ترین گام، تعیین شاخصی با عنوان «نسبت بتا» است.
نسبت بتا (β) یا «نسبت جداسازی» برای ذرات آلاینده در یک بازه اندازه‌ای معین، عبارت است از نسبت تعداد ذرات موجود در سیال پیش از فیلتر به تعداد ذرات موجود در سیال پس از فیلتر. نسبت بتا در صنعت فیلتر به عنوان شاخصی برای اندازه‌گیری میزان کارایی فیلترها به کار می‌رود. با این حال، این شاخص به تنهایی برای درک عملکرد فیلتر کافی نیست. نسبت بتا به عنوان پارامتری در محاسبه راندمان جداسازی فیلتر استفاده می‌شود و در منابع فارسی فیلتراسیون از آن به عنوان «ضریب بتا» نیز یاد شده‌است.
برای تعیین نسبت بتا برای یک فیلتر، بر اساس روش «مالتی‌پس» (Multi-pass) عمل می‌شود. این روش در استاندارد ISO 16889 تشریح شده‌است.
تست مالتی‌پس
در این روش، با برقراری جریان آرام سیال، مقدار معینی از آلاینده که از ذرات جامد با اندازه معین تشکیل شده، بطور مداوم و در شرایط کنترل‌شده آزمایشگاهی به جریان ورودی فیلتر افزوده شده و از فیلتر عبور داده می‌شود. در همین حال، در زمان‌های مشخص، میزان آلودگی سیال پیش از ورود به فیلتر و پس از خروج از آن با استفاده از دستگاه‌های شمارش‌گر اندازه‌گیری می‌شود. بر اساس این انداره‌گیری‌ها، چند شاخص از جمله نسبت بتا برای ذرات با اندازه‌های معین، برای یک فیلتر تعیین می‌شود.
در مجموع، با انجام تست مالتی‌پس، سه خصیصه مربوط به عملکرد فیلتر تعیین می‌شوند:
- ظرفیت نگهداری فیلتر
- میزان افت فشار در فیلتر
- نسبت جداسازی فیلتر، که بصورت «نسبت بتا» بیان می‌شود
محاسبه نسبت بتای فیلتر
فرمول مورد استفاده برای تعیین نسبت جداسازی به شرح زیر است:
β(x) = Nu(x) / Nd(x)
پارامترهای فرمول بالا به این شکل تعریف شده‌اند:
- β(x): نسبت جداسازی فیلتر برای ذراتی به قطر x میکرون و بزرگتر
- Nu(x): تعداد ذرات شمارش‌شده به قطر x میکرون و بزرگتر در جریان ورودی فیلتر (پیش از ورود به فیلتر)
- Nd(x): تعداد ذرات شمارش‌شده به قطر x میکرون و بزرگتر در جریان خروجی فیلتر (پس از خروج از فیلتر)
این به این معنی است که نسبت جداسازی (نسبت بتا) از تقسیم تعداد ذرات وارد شده به فیلتر بر روی تعداد ذرات خارج شده از فیلتر به دست می‌آید. برای مثال، در صورتی که نسبت بتای یک فیلتر برای ذرات ۱۰ میکرون و بزرگتر بصورت β10 = 200 بیان شود، تعداد ذرات ورودی ۱۰ میکرونی و بزرگتر به این فیلتر، ۲۰۰ برابر بیشتر از تعداد ذرات خروجی با این اندازه از فیلتر بوده‌است. به عبارت دیگر، فیلتر مورد آزمایش قادر بوده‌است تعداد ذرات ۱۰ میکرونی و بزرگتر در سیال ورودی را به یک دویستم کاهش دهد.
محاسبه راندمان درصدی
برای بیان راندمان جداسازی فیلتر به شکل درصد، از فرمول زیر استفاده می‌شود. این درصد بر اساس نسبت بتا محاسبه می‌شود:
E(x) = (1-(1/β(x))) × 100
در فرمول بالا، پارامترها به این شرحند:
- E(x): راندمان جداسازی فیلتر برای ذرات به قطر x میکرون و بزرگتر
- β(x): نسبت جداسازی فیلتر برای ذرات به قطر x میکرون و بزرگتر
بعنوان مثال، محاسبه راندمان جداسازی برای ذرات ۱۰ میکرون و بزرگتر در فیلتری با عدد بتای 200 در همین بازه اندازه‌ای، به این شرح خواهد بود:
E(10) = (1-(1/β(10))) × 100 = (1-(1/200)) × 100 = 99.5
در جدول زیر می‌توان رابطه بین شاخص نسبت بتا و راندمان درصدی را مشاهده کرد:
رابطه نسبت بتا و راندمان درصدی
| نسبت جداسازی (β) فیلتر برای ذراتی با اندازه معین |
راندمان درصدی فیلتر برای ذراتی با همان اندازه |
|---|---|
| 2 | 50% |
| 5 | 80% |
| 10 | 90% |
| 20 | 95% |
| 75 | 98.7% |
| 100 | 99% |
| 200 | 99.5% |
| 1000 | 99.9% |
با دقت در جدول بالا ملاحظه می‌شود که بین راندمان ۹۹٫۵ درصد و راندمان ۹۹٫۹ درصد، تفاوت راندمانی ۰٫۴ درصد وجود دارد، در حالی که تفاوت بین شاخص بتای ۲۰۰ و ۱٬۰۰۰ که مبنای محاسبه دو راندمان مذکور بودند، عدد ۸۰۰ است. بزرگی تفاوت در نسبت بتا بسیار گویاتر از ۰٫۴ درصد است. هرچند مهم‌ترین نقش نسبت بتا در محاسبه درصد راندمان جداسازی است، اما خود این شاخص نقش مؤثرتری در درک میزان جداسازی فیلتر و کارایی مورد انتظار از آن دارد.