Metoda pęcherzykowa

Definicja i zasada

Metoda pęcherzykowa jest najbardziej rozpowszechniona przy określaniu wielkości porów. Opiera się ona na fakcie, że dla danej cieczy i wielkości porów przy stałym zwilżeniu, ciśnienie wymagane aby wymusić pęcherzyk powietrza do przejścia przez pory jest odwrotnie proporcjonalne do wielkości otworu.

Teoria kapilarności mówi, że wysokość kolumny wody w kapilarze jest niebezpośrednio proporcjonalna do średnicy kapilary.
Siły napięcia powierzchniowego utrzymują wodę w kapilarze i jeśli średnica kapilary jest mniejsza, wysokość kolumny jest większa. Woda może z powrotem zostać "pchnięta" w dół przez ciśnienie, które ma tą sama wysokość co kolumna wody. Dlatego też poprzez określenie ciśnienia potrzebnego do "pchnięcia" wody, średnica kapilary może być obliczona.

W praktyce, wielkość porów filtra może być określona poprzez zwilżenie go cieczą i pomiar ciśnienia, przy którym pierwszy strumień pęcherzyków jest emitowany z górnej części filtra.

Procedura testu pęcherzykowego jest opisana w standardach Amerykańskiego Stowarzyszenia Badań i Materiałów (American Society for Testing and Materials), metoda F316.
Górna część filtra jest usytuowana tak że zostaje w kontakcie z cieczą, dolna z powietrzem, obudowa filtra jest połączoną ze źródłem regulowanego ciśnienia. Ciśnienie powietrza jest stopniowo zwiększane i tworzenie się pęcherzyków powietrza po stronie z cieczą jest zauważalne. Przy wartości ciśnienia poniżej "punktu" powstania pęcherzyków, gaz przechodzi przez filtr tylko w wyniku dyfuzji, ale kiedy ciśnienie jest wystarczająco wysokie aby wypierać ciecz z porów, zachodzi przepływ większej ilości pęcherzyków i są one widoczne.

Ciśnienie przy początkowym powstaniu pęcherzyka określa wielkość (i lokalizację) największego otworu, ciśnienie w późniejszym etapie określa średnia wielkość porów filtra. Na ostatnią wspomnianą wartość może mieć wpływ prędkość przepływu, jak również ciśnienie.
Teoretyczna zależność między tym ciśnieniem przejściowym a właściwym ciśnieniem "punktu" powstania pęcherzyka wyrażona jest następująco:

D = (4g x cos q) / P

gdzie:
P = ciśnienie "punktu" powstania pęcherzyka
g = napięcie powierzchniowe cieczy (72 dyny/cm dla wody)
q = kąt kontaktu ciecz-ciało stałe (który dla wody zakłada się ze wynosi zero)
D = średnica porów

Ze względu na fakt, iż jest mało prawdopodobne aby pory w filtrze miały kształt kapilary, niezbędne jest wprowadzenie do równania współczynnika K korygującego kształt.
Ponieważ g i q są stale, równanie może być uproszczone poprzez wprowadzenie empirycznego współczynnika K₁ zależnego od materiału filtra oraz jednostek:

D = K₁ / P

D ponownie oznacza średnią maksymalną średnicę porów w mm.

Budowa filtra i jego obudowy

Podłączenie filtra do systemu regulowanego ciśnienia

Pojawienie się pęcherzyków

Zalety

Jedną z ogromnych zalet metody pęcherzykowej jest to, że może być on przeprowadzona na filtrach w prawdziwych warunkach ich użycia oraz dla każdego filtra. Jest to test nie powodujący zniszczenia filtra, nie zanieczyszcza go a wiec może być zastosowany do określenia sprawności filtra w każdym momencie, jak również do wyznaczenia wielkości porów (filtr absolutny).

W przyszłości, ze względu na postępy w programowaniu i kontroli, będzie prawdopodobnie możliwe, aby przy użyciu danych wielkości przepływu oraz wzrostu ciśnienia, bardziej precyzyjne określić co się dzieje w próbie przed osiągnięciem "punktu" (momentu) powstania pęcherzyka (np. w czasie dyfuzji).

Tematy powiązane

Współczynnik Beta

Filtry nominalne Vs. absolutne

Filtry do osadów

Filtracja olejów

Źródło:
'Filters and Filtration Handbook', T Christopher Dickenson, Elsevier, January 1, 1997
'Membrane filtration', Thomas D. Brock, Science Tech, Inc. Madison