ES2287151T5

ES2287151T5 - Disposiciones de filtración de aire que tienen construcciones de medios acanalados y métodos

Info

Publication number: ES2287151T5
Application number: ES01963922.8T
Authority: ES
Inventors: Gary R. Gillingham; Mark A. Gogins; Thomas M. Weik
Original assignee: Donaldson Co Inc
Current assignee: Donaldson Co Inc
Priority date: 2000-09-05
Filing date: 2001-08-10
Publication date: 2017-08-16
Anticipated expiration: 2021-08-10
Also published as: KR100811569B1; CN1458855B; KR20030046431A; ES2287151T3; IL154686A0; WO2002020135A2; US20090199524A1; EP2116291A1; US20060196359A1; CN1458855A; ATE362800T1; CA2419802A1; EP1317317B1; JP2004508169A; AU2001284833A1; JP4167897B2; WO2002020135A3; US6974490B2; DE60128573T3; EP2308582A1

Description

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DESCRIPCION

Disposiciones de filtracion de aire que tienen construcciones de medios acanalados y metodos Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a una disposicion de elemento de filtro y a un metodo de filtracion. Mas espedficamente, se refiere a una disposicion destinada a filtrar material particulado a partir de una corriente fluida de gas, por ejemplo, de una corriente de aire. La presente invencion se refiere asimismo a un metodo para alcanzar la eliminacion pretendida de material particulado a partir de, por ejemplo, tal corriente fluida de gas.

La presente invencion constituye un desarrollo en curso de la Donaldson Company Inc., de Minneapolis, Minnesota, la beneficiaria de la presente invencion. La presente descripcion se refiere a la continuacion del desarrollo tecnologico relacionado, en parte, a los temas caracterizados en las patentes US n°: B2 4.720.292; Des 416.308; 5.613.992; 4.020.783 y 5.112.372.

La presente invencion se refiere tambien a filtros que comprenden un sustrato que presenta una capa de fibras finas realizada de materiales polimericos que se pueden fabricar con una estabilidad ambiental aumentada ante el calor, la humedad, los materiales reactivos y los esfuerzos mecanicos. Dichos materiales se pueden utilizar en la realizacion de fibras finas tales como materiales de microfibras y de nanofibras con una mejor estabilidad y resistencia. A medida que se reduce el tamano de la fibra, la supervivencia de los materiales constituye cada vez mas un problema. Dichas fibras finas resultan utiles en diversas aplicaciones. En una aplicacion, se pueden preparar estructuras de filtracion que utilizan dicha tecnologfa de fibras finas.

Antecedentes de la invencion

Las corrientes de gas transportan con frecuencia material particulado en las mismas. En muchos casos, se pretende eliminar parte o todo el material particulado de una corriente fluida de gas. Por ejemplo, las corrientes de entrada de aire para los motores de vedculos accionados por motor o de equipos electrogenos, corrientes de gas dirigidas a turbinas de gas y corrientes de aire para diversos hornos de combustion, comprenden con frecuencia material particulado en las mismas. El material particulado, en el caso de que alcance los elementos internos de los diversos mecanismos implicados, puede provocar danos sustanciales en los mismos. Se necesita con frecuencia la eliminacion del material particulado del flujo de gas que fluye aguas arriba hacia el motor, turbina, horno u otro equipo implicado.

El documento US-A-5.672.399 describe unos materiales de filtracion que comprenden sustratos que presentan una baja eficacia comprendida entre el 1 y el 10 % segun la ASTM-1215-89. Asimismo, dicho documento no se refiere a estructuras de fibras estables ante la temperatura y la humedad.

El documento DE 299 07 699 describe una bolsa de filtracion para aspiradores comprendiendo dicha bolsa una capa de fibras no tejidas y una capa de material de soporte. Desde el punto de vista actual, la eficacia de dicha bolsa de filtracion y su duracion se pueden mejorar. La bolsa de dicho documento no se expone a temperaturas elevadas ni a una alta humedad.

A medida que se contemplan aplicaciones mas exigentes para los medios de filtracion, se requieren materiales significativamente mejores para resistir los rigores de las temperaturas elevadas de 38 a 120 °C (100 °F a 250 °F), con frecuencia de 60 a 115 °C (140 °F a 240 °F) y hasta de 150 °C (300 °F), una humedad elevada del 10 % al 90 % hasta el 100 % de humedad relativa (RH), unos caudales elevados de tanto gases como lfquidos, y la filtracion de micropartfculas y de partfculas submicrometricas (comprendidas entre aproximadamente 0,01 y mas de 10 micrometros) y eliminar las partfculas tanto abrasivas y no abrasivas como las reactivas y no reactivas de la corriente fluida.

Por consiguiente, existe una necesidad sustancial de materiales polimericos, de materiales de microfibras y nanofibras y de estructuras de filtracion que proporcionen unas propiedades mejoradas para filtrar las corrientes con temperaturas elevadas, humedades elevadas, caudales elevados y dichos materiales de micropartfculas y de partfculas submicrometricas.

Se han desarrollado diversas disposiciones de filtros de aire o filtros de gases para eliminar las partfculas. Sin embargo, en general, se buscan mejoras continuamente.

Compendio de la invencion

En la presente memoria, se proporcionan tecnicas generales de diseno y aplicaciones de disposiciones purificadoras de aire. Dichas tecnicas comprenden el diseno de filtros preferidos, asf como metodo preferidos de aplicacion y de filtracion.

En general, las aplicaciones preferidas se refieren a la utilizacion, en un filtro de aire, de medios en forma de Z, que comprenden ventajosamente un compuesto de un sustrato y fibras finas.

En particular, la presente invencion se refiere a un dispositivo de filtracion tal como se reivindica en la reivindicacion 1. La presente invencion se refiere ademas a un metodo de filtracion de aire tal como se reivindica en la reivindicacion 8. Las realizaciones preferidas de la disposicion de elemento de filtracion y del metodo para filtrar aire se tratan en las reivindicaciones subordinadas. Los polfmeros de condensacion y los polfmeros de adicion referidos 5 a continuacion, que no sean el PVDF y PVA reticulado como se define en la reivindicacion 1, estan fuera del alcance de las reivindicaciones

El medio de filtracion comprende por lo menos una capa con una red de microfibras o nanofibras en combinacion con un material de sustrato en una estructura de filtracion mecanicamente estable. Dichas capas proporcionan entre sf una filtracion excelente, una alta captura de partfculas y resultan eficaces con mmimas restricciones en el flujo 10 cuando un fluido tal como un gas o un lfquido atraviesa el medio de filtracion. Se puede disponer el sustrato en la corriente de fluido aguas arriba, aguas abajo o en una capa interna. La fibra se puede disponer aguas arriba, aguas abajo o en ambas caras del sustrato de filtracion, independientemente de la configuracion geometrica del filtro. La fibra se dispone generalmente en la cara aguas arriba. Sin embargo, en determinadas aplicaciones puede resultar util disponerlas en la cara aguas abajo. En determinadas aplicaciones, resulta util una estructura de doble cara. En 15 los ultimos anos, diversas industrias han prestado atencion a la utilizacion de medios de filtracion para filtrar, es decir, para eliminar partfculas no pretendidas de un fluido tal como un gas o un lfquido. El proceso comun de filtracion elimina las partfculas de fluidos que comprenden una corriente de aire u otras corrientes gaseosas o de una corriente de lfquido tal como un fluido hidraulico, un aceite lubricante, combustible, una corriente de agua u otros fluidos. Dichos procesos de filtracion requieren resistencia mecanica, estabilidad qmmica y ffsica de las microfibras y 20 de los materiales del sustrato. El medio de filtracion se puede exponer a un amplio intervalo de condiciones de temperatura, humedad, vibraciones y choques mecanicos y partfculas tanto reactivas y no reactivas como abrasivas y no abrasivas arrastradas por el flujo del fluido. En el caso de un funcionamiento normal, el filtro se expone generalmente al aire o a unas condiciones ambientales proximas o a una temperatura ligeramente elevada. El filtro se puede exponer a una temperatura superior cuando el motor funciona de un modo anormal o cuando se apaga el 25 motor tras un funcionamiento prolongado. Si el motor no se encuentra en funcionamiento, el aire no pasa a traves del filtro. El filtro alcanza facilmente una temperatura elevada bajo el capo. Ademas, el medio de filtracion requiere con frecuencia la capacidad de autolimpieza de exponer el medio de filtracion a un impulso de presion inversa (un flujo inverso de fluido corto para eliminar el recubrimiento superficial de partfculas) u otro mecanismo de lavado que permita eliminar las partfculas que se encuentran en la superficie del medio de filtracion. Dicha limpieza inversa 30 puede provocar una cafda de presion sustancialmente mejorada, es decir reducida, tras el lavado con impulsos. La eficacia en la captura de partfculas habitualmente no se ve mejorada tras el lavado con impulsos, sin embargo, el lavado con impulsos reducira la cafda de presion, ahorrando energfa para el proceso de filtracion. Dichos filtros se pueden retirar del servicio y limpiar en composiciones detergentes acuosas o no acuosas. Dichos medios se fabrican a menudo enrollando las fibras finas y a continuacion realizando una red entrelazada de microfibras sobre un 35 sustrato poroso. Durante el proceso de hilado, la fibra puede formar enlaces ffsicos para entrelazar la malla de fibras en una capa integrada. A continuacion se puede realizar dicho material con el formato de filtro pretendido tal como cartuchos, discos planos, recipientes, paneles, sacos y bolsas. En dichas estructuras se pueden plegar, enrollar sustancialmente los medios o disponer de algun otro modo en estructuras de soporte.

Los dispositivos de filtracion descritos en la presente memoria se pueden utilizar en una amplia variedad de 40 aplicaciones que comprenden, por ejemplo, captadores de polvo, compresores de aire, motores de carretera y todo terreno, sistemas de turbinas de gas, equipos electrogenos tales como pilas de combustible y similares.

Breve descripcion de los dibujos

La Figura 1 ilustra un aparato emisor electrostatico accionado tfpico destinado a la produccion de las fibras finas de la presente invencion;

45 la Figura 2 ilustra el aparato utilizado para introducir las fibras finas en el sustrato de filtracion con la tecnologfa

de realizacion de fibras finas ilustrada en la Figura 1;

la Figura 3 es una representacion de la estructura interna tfpica de un material de soporte y una representacion separada del material de fibras finas de la presente invencion en comparacion con materiales particulados pequenos, es decir, de 2 a 5 micrometres;

50 las Figuras 4 a 11 son espectros obtenidos por ESCA (electron spectroscopy for chemical

analysis [espectrometna electronica para analisis qmmicos]) relacionados con el Ejemplo 13;

la Figura 12 ilustra la estabilidad del material de microfibras de 0,23 a 0,45 de la presente invencion del Ejemplo

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las Figuras 13 a 16 ilustran la mayor estabilidad de los materiales de los Ejemplos 5 y 6 ante la temperatura y la 55 humedad cuando se comparan con un copolfmero de nailon sin modificar de poliamida soluble disolvente;

las Figuras 17 a 20 demuestran que la mezcla de dos copolfmeros, un homopolfmero de nailon y un copolfmero de nailon, una vez se han tratado con calor y se han combinado con aditivos forman un material con un unico componente que no presenta caractensticas distinguibles algunas de los dos materiales polimericos por

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separado, pero que parece ser una fase simple reticulada o de algun otro modo enlazada qmmicamente;

la Figura 21 es una vista esquematica de un sistema motriz que se puede utilizar en los filtros de aire segun la presente descripcion;

la Figura 22 es una vista esquematica en perspectiva de una realizacion de un filtro que se puede utilizar en el sistema representado en la Figura 21;

la Figura 23 es una vista esquematica en perspectiva de una parte del medio de filtracion (medio en forma de Z) utilizable en la disposicion de la Figura 22;

la Figura 24 es una vista esquematica en seccion transversal del filtro representado en la Figura 22 instalado en una caja;

la Figura 25 es una vista esquematica, fragmentada y aumentada de una realizacion de un elemento de cierre hermetico comprimible utilizado en un sistema de cierre hermetico para el elemento de filtro de la Figura 22;

la Figura 26 es una vista esquematica en perspectiva de otra realizacion de un elemento de filtro que se puede utilizar en el sistema motriz de la Figura 21;

la Figura 27 es una vista esquematica en seccion transversal del elemento de filtro de la Figura 26 instalado en una caja;

la Figura 28 es una vista esquematica, en perspectiva y explosionada de otra realizacion de un elemento de filtro y de una caja que se puede utilizar en el sistema motriz de la Figura 21;

la Figura 29 es una representacion esquematica de un sistema de turbinas de gas en el que se pueden utilizar los elementos de filtro segun la presente invencion;

la Figura 30 es una representacion esquematica en perspectiva de una realizacion de un elemento de filtro que se puede utilizar en los sistemas de admision de aire de turbinas de gas ilustrados en la Figura 29;

la Figura 31 es una vista en alzado posterior del elemento de filtro representado en la Figura 30 instalado en una placa de tubenas y que presenta un prefiltro instalado aguas arriba del elemento de filtro de la Figura 30;

la Figura 32 es una vista esquematica en seccion transversal, fragmentada y aumentada de la disposicion de filtracion de aire de la Figura 31, tomandose desde la lmea 12-12 de la Figura 31;

la Figura 33 es una vista esquematica de un sistema de admision de aire para un sistema de microturbinas, en el que se pueden utilizar los elementos de filtro de la presente descripcion;

la Figura 34 es una vista esquematica en seccion transversal de un elemento de filtro en una instalacion funcional para limpiar la admision de aire en un sistema de turbinas de gas, tomandose la seccion transversal desde la lmea 14-14 de la Figura 35; pero en estado ensamblado;

la Figura 35 es una vista en alzado lateral explosionada de la disposicion de filtracion de la Figura 34, en estado desensamblado;

la Figura 36 es una vista esquematica en seccion transversal fragmentada del elemento de filtro cerrado hermeticamente en una caja para el filtro;

la Figura 37 es una vista esquematica de una toma de aire de un sistema de pilas de combustible, que puede utilizar los elementos de filtro descritos en la presente memoria;

la Figura 38 es una vista esquematica en seccion transversal de un conjunto de filtracion que se puede utilizar en el sistema de admision de aire de una pila de combustible de la Figura 37; y

la Figura 39 es una vista esquematica en seccion transversal de otra realizacion de un conjunto de filtracion que se puede utilizar en una toma de aire de un sistema de pilas de combustible.

Descripcion detallada de la invencion

A. Materiales polimericos de microfibras o de fibras finas

La presente invencion proporciona un material polimerico mejorado. Dicho polfmero presenta una mayor estabilidad ffsica y qrnmica. Las fibras finas (microfibras y nanofibras) polimericas se pueden preparar en formatos de productos utiles. Las fibras presentan un diametro de 0,01 a 0,5 micrometros. Las nanofibras son fibras con un diametro inferior a los 200 nanometros o 0,2 micrometros. Las microfibras son fibras con un diametro superior a los 0,2 micrometros, pero no superior a los 10 micrometros.

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Dichas fibras finas se pueden realizar en forma de una estructura mejorada de medios de microfiltracion multicapa. Las capas de fibras finas de la presente invencion comprenden una distribucion aleatoria de las fibras finas que se pueden enlazar para formar una red entrelazada. La realizacion de la filtracion se obtiene principalmente como resultado de la barrera de fibras finas al paso de partfculas. Las propiedades estructurales de rigidez, resistencia, y capacidad de plegamiento las proporciona el sustrato al que se adhieren las fibras finas. Las redes entrelazadas de fibras finas presentan tambien caractensticas importantes, las fibras finas en forma de microfibras o de nanofibras y los espacios relativamente pequenos entre las fibras. Dichos espacios interfibrilares de la capa se encuentran, entre las fibras, habitualmente comprendidos entre aproximadamente 0,01 y aproximadamente 25 micrometros o con frecuencia entre aproximadamente 0,1 y aproximadamente 10 micrometros. Los productos de filtracion comprenden una capa de fibras finas sobre un sustrato apropiado seleccionado de entre una capa sintetica, una capa natural o un sustrato mixto natural y sintetico. Las fibras finas aumentan el espesor en menos de 5 micrometros, con frecuencia en menos de 3 micrometros. Las fibras finas de determinadas aplicaciones aumentan el espesor global del sustrato del medio de filtracion mas las fibras finas en aproximadamente 1 a 10 o 1 a 5 diametros de fibra fina. Cuando se encuentran en funcionamiento, los filtros pueden evitar que las partfculas incidentes pasen a traves del sustrato o de la capa de fibras finas y pueden alcanzar cargas superficiales sustanciales de partfculas capturadas. Las partfculas que comprenden polvo u otras partfculas incidentes forman rapidamente un aglomerado de polvo en la superficie de fibras finas y mantienen la elevada eficacia inicial y global en la eliminacion de partfculas. Incluso con contaminantes relativamente finos que presenten un tamano de partfcula comprendido entre aproximadamente 0,01 y aproximadamente 1 micrometro, el medio de filtracion que comprende las fibras finas presenta una elevada capacidad para capturar el polvo.

Los materiales polimericos tal como se describe en la presente memoria presentan una resistencia sustancialmente mayor ante los efectos indeseables del calor, la humedad, los caudales elevados, el lavado por impulsos inversos, la abrasion de funcionamiento, las partfculas submicrometricas, el lavado de filtros mientras se utilizan y otras condiciones exigentes. El mayor rendimiento de las microfibras y las nanofibras es el resultado del caracter mejorado de los materiales polimericos que forman las microfibras o las nanofibras. Ademas, el medio de filtracion de la presente invencion que utiliza los materiales polimericos mejorados de la presente invencion proporciona un cierto numero de caractensticas ventajosas que comprenden una eficacia superior, unas restricciones de flujo inferiores, una durabilidad elevada (relacionada con los esfuerzos o con el medio ambiente) en presencia de partfculas abrasivas y una superficie exterior lisa sin fibras o fibrillas sueltas. La estructura global de los materiales de filtracion proporciona un medio globalmente mas fino que permite mejorar el area por unidad de volumen del medio, reducir la velocidad a traves del medio, mejorar la eficacia del medio y reducir las restricciones de flujo.

En dichos sistemas polimericos se puede utilizar un alcohol polivimlico que presente un grado de hidrolisis comprendido entre el 87 y el 99,9 % o superior. Estos estan reticulados usando un acido poliacnlico que tiene un peso molecular de aproximadamente 1000 a 3000 o usando una resina de melamina-formaldehndo que tiene un peso molecular de aproximadamente 1000 a 3000.

Los sistemas polimericos preferidos de la presente invencion presentan caractensticas de adherencia de tal modo que cuando entran en contacto con un sustrato celulosico se adhieren al sustrato con una fuerza suficiente para enlazarse fijamente a dicho sustrato y poder resistir los efectos exfoliantes de la tecnica de lavado por impulsos inversos u otros esfuerzos mecanicos. De este modo, el material polimerico puede permanecer unido al sustrato mientras se somete a la fuerza del lavado por impulsos que es sustancialmente equivalente a las condiciones habituales de filtracion excepto en una direccion inversa a traves de la estructura de filtracion. Dicha adherencia puede provenir de los efectos disolventes de la formacion de fibras el entrar en contacto las fibras con el sustrato o del tratamiento posterior de las fibras en el sustrato con el calor o la presion. Sin embargo, las caractensticas del polfmero parecen desempenar un papel importante en la determinacion de la adherencia, tales como las interacciones qmmicas espedficas como los enlaces puente de hidrogeno, produciendose el contacto entre el polfmero y el sustrato por encima o por debajo de la Tg, y la formulacion del polfmero comprendiendo aditivos. Los polfmeros plastificados con disolventes o vapor en el instante de la adherencia pueden presentar una adherencia mayor.

Un aspecto importante de la presente invencion es la utilidad de dichos materiales de microfibras o nanofibras realizados en una estructura de filtracion. En dichas estructuras, los materiales de fibras finas de la presente invencion se realizan en y se adhieren a un sustrato de filtracion. Se pueden utilizar sustratos de fibras naturales y de fibras sinteticas, tales como hilados enlazados, hilados no tejidos de fibras sinteticas y no tejidos realizados a partir de mezclas de fibras de celulosa, sinteticas y de vidrio, telas no tejidas y tejidas de vidrio, materiales de tamiz de plastico tanto extruidos como perforados y membranas UF y MF de polfmeros organicos. A continuacion se puede realizar un sustrato laminar o banda celulosica no tejido en una estructura de filtracion que se dispone en una corriente de un fluido que comprende una corriente de aire o una corriente de lfquido con el proposito de eliminar las partfculas suspendidas o arrastradas por dicha corriente. La forma y la estructura del material de filtracion depende del disenador. Un parametro importante de los elementos de filtro una vez se han realizado es su resistencia a los efectos del calor, la humedad o ambas. Un aspecto del medio de filtracion de la presente invencion es una prueba para determinar la capacidad del medio de filtracion para superar la inmersion en agua caliente durante un penodo de tiempo significativo. La prueba de inmersion puede proporcionar una informacion valiosa en relacion con la capacidad de las fibras finas para superar unas condiciones de humedad calida y para superar el lavado del elemento de filtro en disoluciones acuosas que puedan comprender proporciones sustanciales de fuertes agentes

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tensioactivos de lavado y materiales con una alcalinidad elevada. Preferiblemente, los materiales de fibras finas de la presente invencion pueden superar la immersion en agua caliente manteniendo por lo menos el 30 %, preferiblemente el 50 % de las fibras finas dispuestas sobre la superficie del sustrato. La retencion de por lo menos el 30 %, preferiblemente el 50 % de las fibras finas permite mantener sustancial la eficacia de las fibras sin perder la capacidad de filtracion o incrementar la contrapresion. Mas preferiblemente se mantiene por lo menos el 75 %. El espesor de la capa tfpica de filtracion de fibras finas se encuentra comprendido entre aproximadamente 1 y 100 veces el diametro de las fibras con un gramaje comprendido entre aproximadamente 0,01 y 240 microgramos - cm-2.

Las corrientes de fluidos tales como las corrientes de aire y de gases con frecuencia transportan material particulado en las mismas. Resulta necesaria la eliminacion de una parte o de todo el material particulado de la corriente del fluido. Por ejemplo, las corrientes de admision de aire para las cabinas de vehuculos motorizados, la ventilacion de las unidades de disco de los ordenadores, el aire de HVAC (heating, ventilating and air conditioning [calefaccion, ventilacion y aire acondicionado]), la ventilacion de las cabinas de los aviones, la ventilacion de habitaciones vadas y aplicaciones que utilizan bolsas de filtracion, telas de barrera, materiales tejidos, aire para motores de velmculos motorizados, o para equipos electrogenos; corrientes de gases dirigidas a turbinas de gas; y corrientes de aire para diversos hornos de combustion, que con frecuencia comprenden material particulado en las mismas. En el caso de los filtros de aire para cabina se pretende eliminar la materia particulada para la comodidad de los pasajeros y/o por motivos esteticos. En relacion con las corrientes de admision de aire y de gases para motores, turbinas de, combustion interna y hornos de combustion, se pretende eliminar el material particulado debido a que las partfculas pueden provocar danos sustanciales en los elementos internos de los diversos mecanismos implicados. En otros casos, la produccion de gases o de gases de descarga de procesos o maquinas industriales puede comprender material particulado en los mismos. Antes de que dichos gases se descarguen, o se deban descargar, a traves de diversos equipos aguas abajo hacia la atmosfera, se puede pretender eliminar sustancialmente el material particulado de dichas corrientes.

Un conocimiento general de algunos de los principios y problemas basicos del diseno de filtros de aire se puede comprender al considerar los siguientes tipos de medios de filtracion: medios de carga superficial; y medios de profundidad. Cada uno de dichos tipos de medios se encuentran muy estudiados y cada uno de ellos se ha utilizado ampliamente. Determinados principios en relacion con los mismos se describen, por ejemplo, en las patentes de Estados Unidos n° 5.082.476, 5.238.474 y 5.364.456.

La “vida util” de un filtro se define habitualmente segun un valor lfmite seleccionado de cafda de presion a traves del filtro. El aumento de presion a traves del filtro define la vida util en un nivel definido para una aplicacion o diseno determinados. Debido a que dicho aumento de presion es el resultado de la carga, en sistemas con una eficacia equivalente, habitualmente se asocia directamente una mayor duracion con una capacidad superior. La eficacia es la tendencia del medio a capturar, en vez de dejar pasar, las partfculas. Ha de quedar claro que habitualmente cuanto mas eficaces son los medios de filtracion en la eliminacion de partfculas de una corriente de gas, en general mas rapidamente el medio de filtracion se aproximara al diferencial de presion de su “vida util” (asumiendo que se mantienen constantes las otras variables).

Descripcion detallada de determinados dibujos

Las microfibras o nanofibras de la unidad se pueden realizar mediante el metodo de hilatura electrostatica. En la Figura 1 se ilustra un aparato apto para realizar las fibras. Dicho aparato comprende un deposito 80 en el que se encuentra la disolucion polimerica formadora de fibras finas, una bomba 81 y un dispositivo emisor de tipo giratorio o emisor 40 hacia el que se bombea la disolucion polimerica. El emisor 40 comprende generalmente una union giratoria 41, una parte giratoria 42 que comprende una pluralidad de orificios 44 desplazados fuera del centro y un eje 43 que conecta la parte orientada hacia la zona frontal y la union giratoria. La union giratoria 41 permite la introduccion de la disolucion polimerica en la parte orientada hacia la zona frontal 42 a traves del eje hueco 43. Los orificios 44 se encuentran separados entre sf en la periferia de la parte orientada hacia la zona frontal 42. Alternativamente, la parte giratoria 42 se puede sumergir en un deposito de alimentacion del polfmero mediante el deposito 80 y la bomba 81. A continuacion, la parte giratoria 42 obtiene la disolucion polimerica del deposito y a medida que gira en el campo electrostatico, una gotfcula de la disolucion se ve acelerada por el campo electrostatico hacia el medio de recogida 70 tal como se describe posteriormente.

Encarada al emisor 40, pero separada del mismo, se encuentra una rejilla 60 sustancialmente plana en la que se disponen el medio de recogida 70, es decir, el sustrato o sustrato combinado. Se puede aspirar aire a traves de la rejilla. El medio de recogida 70 se pasa alrededor de los rodillos 71 y 72 que se disponen adyacentes a los extremos opuestos de la rejilla 60. Se mantiene un elevado potencial de tension electrostatica entre el emisor 40 y la rejilla 60 por medio de una fuente adecuada de tension electrostatica 61 y las conexiones 62 y 63 que se conectan, respectivamente, a la rejilla 60 y el emisor 40.

Cuando se utiliza, la disolucion polimerica se bombea hacia la union giratoria 41 o deposito desde el deposito 80. La parte orientada hacia la zona frontal 42 gira al mismo tiempo que el lfquido sale por los orificios 44, o se recoge a partir de un deposito, y se desplaza desde el borde exterior del emisor hacia el medio de recogida 70 dispuesto en la rejilla 60. Espedficamente, el potencial electrostatico entre la rejilla 60 y el emisor 40 proporciona una carga al material que provocara que se emita lfquido desde el mismo a medida que las fibras finas se absorben hacia la rejilla

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60 donde se depositan y se recogen sobre el sustrato 12 o una capa de recuperacion 14. En el caso del poKmero de la disolucion, se evapora el disolvente de las fibras durante su desplazamiento hacia la rejilla 60; de este modo, las fibras alcanzan el sustrato 12 o capa de recuperacion 14. Las fibras finas se enlazan con las fibras del sustrato que se encuentran en primer lugar en la rejilla 60. La fuerza del campo electrostatico se selecciona para garantizar que la aceleracion del material polimerico, a medida que acelera desde el emisor hacia el medio de recogida 70, resulta suficiente para convertir el material en una estructura de microfibras o nanofibras muy finas. Al aumentar o reducir la velocidad de avance del medio de recogida se pueden depositar mas o menos fibras emitidas sobre el medio en formacion, permitiendo de este modo el control del espesor de cada capa depositada en el mismo. La parte giratoria 42 puede presentar diversas posiciones ventajosas. La parte giratoria 42 se puede disponer en un plano de giro de tal modo que el plano sea perpendicular a la superficie del medio de recogida 70 o se disponga en cualquier angulo arbitrario. El medio giratorio se puede disponer paralelo o ligeramente desalineado de la orientacion paralela.

La Figura 2 es un diagrama esquematico general de un proceso y un aparato destinado a realizar una capa de fibras finas sobre un sustrato o medio laminar. En la Figura 2, el sustrato laminar se encuentra desenrollado en la zona 20. El sustrato laminar 20a se dirige a continuacion hacia una zona de empalme 21 en la que se pueden empalmar una pluralidad de longitudes del sustrato para un funcionamiento continuo. La longitud continua del sustrato laminar se dirige hacia una zona 22 de tecnologfa de fibras finas que comprende la tecnologfa de hilado de la Figura 1 en la que un dispositivo de hilado realiza las fibras finas y deposita dichas fibras finas en una capa de filtracion sobre el sustrato laminar. Una vez se ha realizado la capa de fibras finas sobre el sustrato laminar en la zona de formacion 22, la capa de fibras finas y el sustrato se dirigen a la zona de tratamiento termico 23 para su procesamiento apropiado. El sustrato laminar y la capa de fibras finas se analizan a continuacion en un monitor de rendimiento 24 y se comprimen, si resulta necesario, en una zona de apriete 25. El sustrato laminar y la capa de fibras a continuacion se dirigen a la zona de enrollamiento apropiada para que se enrollen en el huso apropiado para su posterior procesamiento 26 y 27.

La Figura 3 es una imagen obtenida mediante microscopio electronico de barrido que ilustra la relacion entre las partfculas de polvo habituales que presentan un diametro comprendido entre aproximadamente 2 y aproximadamente 5 micrometres en relacion con los tamanos de los poros de los medios de celulosa habituales y de las estructuras habituales de fibras finas. En la Figura 3a, la partfcula 31 de 2 micrometros y la partfcula 32 de 5 micrometros se ilustran en un medio de celulosa 33 con unos tamanos de poro que se demuestra que resultan algo superiores a los diametros habituales de las partfculas. En cambio, en la Figura 3b, la partfcula 31 de 2 micrometros parece ser aproximadamente equivalente o superior a las aberturas habituales entre las fibras en la red de fibras 35 mientras que la partreula 32 de 5 micrometros parece ser superior a cualquiera de las aberturas de la red de fibras finas 35.

La descripcion general anterior de diversos aspectos de los materiales polimericos de la presente invencion, los materiales de fibras finas de la presente invencion que comprenden tanto microfibras como nanofibras y la construccion de estructuras de filtracion utiles a partir de los materiales de fibras finas de la presente invencion permite comprender los principios tecnicos generales del funcionamiento de la presente invencion. Los siguientes materiales espedficos de ejemplo constituyen unos ejemplos de materiales que se pueden utilizar en la realizacion de los materiales de fibras finas de la presente invencion y los siguientes materiales describen una realizacion preferida. Los siguientes materiales de ejemplo se realizaron tomando en consideracion las siguientes caractensticas y condiciones de proceso. Se obtuvo el pequeno diametro de hilatura electrostatica de las fibras inferior a 10 micrometros utilizando la fuerza electrostatica de un campo electrico potente que actuaba como fuerza de traccion para alargar el haz polimerico en un filamento muy fino. En el proceso de hilatura electrostatica se puede utilizar un polfmero fundido, sin embrago, las fibras inferiores a 1 micrometre se realizan mejor a partir de una disolucion polimerica. A medida que se conduce la masa polimerica a un diametro inferior, se evapora el disolvente y se permite la reduccion del tamano de las fibras. La seleccion del disolvente resulta cntica por diversos motivos. Si el disolvente se seca demasiado rapidamente, las fibras tienden a ser planas y con un diametro alargado. Si el disolvente se seca demasiado lentamente, el disolvente volvera a disolver las fibras formadas. Por lo tanto, resulta cntico ajustar la velocidad de secado y la formacion de fibras. Con unos indices elevados de produccion, grandes cantidades de aire de extraccion contribuyen a evitar una atmosfera inflamable y a reducir el riesgo de incendio. Resulta util un disolvente que no sea combustible. En un ambiente de produccion, el equipo de procesamiento requerira que se realicen limpiezas ocasionales. Los disolventes seguros de baja toxicidad minimizan la exposicion del usuario a los productos qrnmicos peligrosos. La hilatura electrostatica se puede realizar a un caudal de 1,5 ml/min por emisor, una distancia objetivo de 20,32 cm (8 pulgadas), una tension del emisor de 88 kV, 200 rpm del emisor y una humedad relativa del 45 %.

La seleccion del sistema polimerico resulta importante para una aplicacion determinada. Para una aplicacion de lavado por impulsos, una capa extremadamente fina de microfibras puede contribuir a minimizar la perdida de presion y proporcionar una superficie exterior para la captura y liberacion de partreulas. Se prefiere una capa fina de fibras de un diametro inferior a 2 micrometros, preferiblemente de un diametro inferior a 0,3 micrometros. Resulta importante una buena adherencia entre las microfibras o nanofibras y los sustratos sobre los que se depositan las microfibras o nanofibras. Cuando los filtros se realizan de compuestos de sustrato y capa fina de microfibras y nanofibras, dicho compuesto constituye un medio de filtracion excelente para una aplicacion de autolimpieza. La limpieza de la superficie por impulsos inversos reactiva repetidamente el medio de filtracion. Al ejercer una fuerza considerable sobre la superficie, las fibras finas con una adherencia deficiente a los sustratos se pueden exfoliar con

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el impulso inverso que pasa desde el interior del filtro a traves del sustrato hasta las microfibras. Por lo tanto, resulta cntica para su utilizacion una buena cohesion entre las microfibras y la adherencia entre las fibras del sustrato y las fibras sometidas a hilatura electrostatica.

Los productos que satisfacen los requisitos anteriores se pueden obtener utilizando fibras realizadas de distintos materiales polimericos. Las fibras pequenas con unas buenas propiedades de adherencia se pueden realizar de polfmeros tales como el cloruro de polivinilideno, el alcohol polivimlico y polfmeros y copolfmeros que comprenden nailon tales como el nailon 6; el nailon 4,6; el nailon 6,6; el nailon 6,l0 y copolfmeros de los mismos. Se pueden realizar fibras excelentes a partir de PVDF (fluoruro de polivinilideno), pero para realizar unos diametros de fibra suficientemente pequenos se requieren disolventes clorados. Se pueden someter a hilatura electrostatica el nailon 6, el nailon 66 y el nailon 6,10. Pero los disolventes tales como el acido formico, el m-cresol, el trifluoroetanol, el hexafluoroisopropanol resultan diffciles de manipular o muy costosos. Los disolventes preferidos comprenden el agua, el etanol, el isopropanol, la acetona y la N-metilpirrolidona debido a su baja toxicidad. Los polfmeros compatibles con dichos sistemas de disolventes se han analizado exhaustivamente. Se ha descubierto que las fibras realizadas de PVC (cloruro de polivinilo), PVDC (dicloruro de polivinilo), poliestireno, poliacrilonitrilo, PMMA (polimetacrilato de metilo), PVDF requieren medios adicionales de adherencia para alcanzar las propiedades estructurales. Tambien se ha descubierto que cuando los polfmeros se disuelven en agua, etanol, isopropanol, acetona, metanol y mezclas de los mismos y se incorporan a las fibras, estas presentan una adherencia excelente al sustrato, constituyendo de este modo un excelente medio de filtracion para aplicaciones de autolimpieza. La autolimpieza mediante impulsos inversos de aire o por torsion resulta util cuando el medio de filtracion se utiliza para concentraciones muy elevadas de polvo. Las fibras de poliamidas solubles en alcohol y el/los alcohol(es) poli (vimlico)(s) se han utilizado con exito en dichas aplicaciones. Los ejemplos de poliamidas solubles en alcohol comprenden Macromelt 6238, 6239 y 6900 de Henkel, Elvamide 8061 y 8063 de duPont y SVP 637 y 651 de Shakespeare Monofilament Company. Otro grupo de poliamidas solubles en alcohol es el nailon de tipo 8, el nailon 66 modificado con alcoxialquilo (Ref. pagina 447, Nylon Plastics Handbook, Melvin Kohan ed. Hanser Publisher, Nueva York, 1995). Los ejemplos de poli (alcohol vimlico) comprenden PVA-217, 224 de Kuraray, Japon y Vinol 540 de Air Products and Chemical Company.

Se ha descubierto que se pueden exponer las fibras a condiciones ambientales extremas. Los filtros en el desierto de Arabia Saudita se pueden exponer a temperaturas elevadas de 66 °C (150 °F) o superiores. Los filtros instalados en Indonesia o en la Costa del Golfo de EE. UU. se pueden exponer a una humedad elevada superior al 90 % de RH y a temperaturas elevadas de 38 °C (100 °F). O se pueden exponer a la lluvia. Se ha descubierto que los filtros utilizados bajo el capo de equipos moviles como coches, camiones, autobuses, tractores y equipos de construccion se pueden exponer a temperaturas elevadas de +93 °C (+200 °F), a una humedad relativa elevada y a otros ambientes qmmicos. Los presentes inventores han desarrollado metodos de analisis para evaluar la supervivencia de los sistemas sometidos a condiciones rigurosas, tales como sumergir las muestras de medios de filtracion en agua caliente a 60 °C (140 °F) durante 5 minutos o exponerlas a una humedad elevada, temperatura elevada y corriente de aire.

B. Principios generales relacionados con el diseno de filtros de aire

En la presente memoria, el termino “filtro de aire” se utilizara haciendo referencia a un sistema que actua eliminando el material particulado de una corriente de flujo de aire. El termino “purificador de aire” se refiere a un sistema en el que la eliminacion se realiza haciendo pasar el aire, que transporta las partfculas en el mismo, a traves del medio de filtracion. El termino “medio de filtracion” o “medio” se refiere a un material o grupo de materiales a traves de los que pasa el aire, con una deposicion concomitante de las partfculas en o sobre el medio. El termino “medio de carga superficial” o “medio de barrera” se refiere a un sistema en el que el aire pasa a traves del medio, el material particulado se deposita principalmente en la superficie del medio, formando un aglomerado de filtro, en vez de en el interior o a lo largo de la profundidad del medio.

En la presente memoria, el termino “elemento de filtracion” se refiere de un modo general a una parte del filtro de aire que comprende el medio de filtracion en el mismo. En general, un elemento de filtracion se disenara desmontable y sustituible, es decir, una parte utilizable del filtro de aire. Es decir, el medio de filtracion se encontrara en el elemento de filtracion y se puede separar de la parte restante del filtro de aire de tal modo que el filtro de aire se pueda reactivar periodicamente eliminando el elemento de filtracion cargado o parcialmente cargado y sustituyendolo por un elemento de filtracion nuevo o limpiado. Preferiblemente, se disena el filtro de aire de tal modo que la extraccion y sustitucion se pueda realizar a mano. Mediante el termino “cargado” o variantes del mismo en el presente contexto, se hace referencia a un filtro de aire que ha estado en funcionamiento durante un penodo de tiempo suficiente para comprender una cantidad significativa de partfculas o materiales particulados capturados en el mismo. En muchos casos, durante el funcionamiento normal, un elemento de filtracion aumentara su peso, debido a la carga de partfculas en el mismo, dos o tres veces (o mas) su peso original.

En general, las especificaciones del rendimiento de un sistema de filtracion de aire se originan a partir de las preferencias del fabricante del equipo original (OEM) para la maquina implicada y/o el OEM del camion u otro equipo implicado. A pesar de que se puede ver implicada una amplia variedad de especificaciones, algunas de las principales son las siguientes:

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1. Necesidad de admision de aire en el motor (caudal de regimen)

2. Restriccion inicial

3. Eficacia inicial

4. Restriccion de funcionamiento medio o global

5. Eficacia global

6. Vida util del filtro

La necesidad de admision de aire en el motor esta en funcion del tamano del motor, es decir, desplazamiento y rpm al maximo, carga plena o de “regimen”. En general, es el producto del desplazamiento y de las rpm de regimen, modificado por el rendimiento volumetrico, un factor que refleja la eficacia turbo, la eficacia de los conductos, etc. En general, es una determinacion del volumen de aire, por unidad de tiempo, requerido por parte del motor u otro sistema implicado, durante el funcionamiento previsto o a carga plena. A pesar de que la necesidad de admision de aire variara en funcion de las rpm, los requisitos de admision de aire se definen segun las rpm de regimen, con frecuencia a 1800 o 2100 rpm para muchos motores habituales en camiones. En la presente memoria esta se caracterizara como “corriente de aire de regimen” o mediante terminos similares. En general, los principios caracterizados en la presente memoria se pueden aplicar a dispositivos de filtracion de aire utilizados con sistemas especificados para funcionar en una amplia gama de regfmenes o de demandas, entre ellos, por ejemplo, los comprendidos en el intervalo de aproximadamente 5 a 17.000 m3/h (3 pies cubicos/min. [cfm] a 10.000 cfm), con frecuencia de 85 a 850 m3/h (50 a 500 cfm). Dichos equipos comprenden, por ejemplo: motores de maquinas pequenas (motocicletas, cortadoras de cesped, etc.), motores de automoviles, motores de camionetas de reparto y vehmulos todoterreno deportivos, motores para camiones pequenos y vehmulos de reparto, autobuses, camiones con caja basculante, equipos agncolas (por ejemplo, tractores), equipos para la construccion, equipos mineros, motores marinos, diversos equipos electrogenos y, en algunos casos, turbinas de gas y compresores de aire.

La eficacia global de un filtro de aire es generalmente el reflejo de la cantidad de solidos “filtrables” que entran en el filtro de aire durante su utilizacion, y la cantidad que retiene el filtro de aire. Se representa habitualmente como el porcentaje de solidos que entran en el filtro de aire y que son retenidos por el filtro de aire en una utilizacion normal, basandose en su peso. Se calcula y se presenta en diversos sistemas utilizando los estandares SAE, cuyas tecnicas se caracterizan en lmeas generales en la patente US n° 5.423.892 en la columna 25, lmea 60- columna 26, lmea 59; columna 27, lmeas 1 a 40. Un estandar habitual utilizado es el SAE J726.

En relacion a la eficacia, las especificaciones del fabricante de motores y/o del fabricante del equipo variaran, en muchos casos, en la demanda de eficacia (basandose tanto en la SAE J726 como en los ensayos practicos) para el funcionamiento global, y con frecuencia se ajustan al 99,5 % o superior, habitualmente al 99,8 % o superior. Al presentar los vehmulos habituales unos motores con unas demandas de flujo de aire de 850 m3/h (500 cfm) o superiores, las especificaciones del 99,8 % global en promedio, o superiores, no resultan atfpicas.

La eficacia inicial es la eficacia del filtro determinable cuando el filtro se pone en funcionamiento por primera vez. Tal como se describe en la patente US n° 5.423.892 en la columna 27, lmeas 1 a 40, especialmente con filtros de papel plisado convencional (tipo barrera o carga superficial), la eficacia inicial es generalmente sustancialmente inferior a la eficacia media global durante su utilizacion. Ello es debido a que el “aglomerado de polvo” o acumulacion de contaminantes en la superficie de dicho filtro durante el funcionamiento incrementa la eficacia del filtro. La eficacia inicial la especifica asimismo con frecuencia el fabricante del motor y/o el fabricante del vehmulo. Con motores habituales para vehmulos que presentan unas demandas de flujo de aire de 850 m3/h (500 cfm) o superiores, resultan frecuentes las especificaciones del 98 % o superiores (habitualmente del 98,5 % o superiores).

La restriccion es el diferencial de presion a lo largo del filtro de aire o del sistema de filtracion de aire durante el funcionamiento. Colaboran asimismo en la restriccion: el medio de filtracion a traves del que pasa el aire; el tamano del conducto por el que pasa el aire; y las caractensticas estructurales contra las que o alrededor de las que se dirige el aire a medida que fluye por el filtro de aire hacia el motor. En relacion con los filtros de aire, los lfmites de la restriccion inicial forman parte con frecuencia de las especificaciones y demandas del fabricante del motor y/o el fabricante del equipo. Dicha restriccion inicial sena el diferencial de presion determinado a lo largo del filtro de aire cuando el sistema se pone en funcionamiento con un filtro de aire limpio en el mismo y antes de que se produzca una carga significativa. Habitualmente, las especificaciones de cualquier sistema determinado presentan unos requisitos maximos de restriccion inicial.

En general, los fabricantes de motores y de los equipos disenan los equipos con unas especificaciones en relacion con la eficacia del filtro de aire hasta una restriccion maxima. Tal como se describe en la patente US n° 5.423.892, en la columna 2, lmeas 19 a 29; y columna 6, lmea 47, columna 7, lmea 3, la restriccion limitante: en el caso de los motores habituales para camiones es una cafda de presion de aproximadamente 51 a 76 cm de agua (20 a 30 pulgadas de agua), con frecuencia aproximadamente 64 cm de agua (25 pulgadas de agua) ; en el caso de motores de combustion interna para automoviles es de aproximadamente 51 a 64 cm de agua (20 a 25 pulgadas de agua) ; en el caso de las turbinas de gas, es habitualmente de aproximadamente 13 cm de agua (5 pulgadas de agua) ; y en

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el caso de los sistemas industrials de ventilacion, es habitualmente aproximadamente de 8 cm de de agua).

En general, algunas de las variables principales de importancia en el diseno de filtros de aire a sistemas que satisfagan los tipos de especificaciones caracterizados en la seccion anterior, son los

1. tipo, configuracion geometrica y eficacia del medio de filtracion;

2. forma y estructura del filtro de aire; y

3. tamano del elemento de filtracion.

Por ejemplo, los medios convencionales de fibras de celulosa o los medios similares son generalmente filtros de tipo “barrera”. Un ejemplo lo constituyen los medios de papel. En general, el funcionamiento de dichos medios se realiza mediante la carga superficial, es decir, cuando el aire se dirige a traves del medio, la superficie del medio actua como barrera o tamiz, evitando el pase del material particulado a traves del mismo. Con el tiempo, se forma un aglomerado de polvo sobre la superficie del medio, aumentando la eficacia del medio. En general, la “rigidez” o “porosidad” de la estructura de fibras determina la eficacia, especialmente la eficacia inicial, del sistema. Con el tiempo, el aglomerado del filtro alcanzara (aumentara) la eficacia.

En general, dichos medios se encuentran definidos o especificados con frecuencia por su permeabilidad. El ensayo de permeabilidad para los medios se encuentra caracterizado en lmeas generales en la patente US n° 5.672.399 en la columna 19, lmeas 27 a 39. En general, es la velocidad frontal (aire) del medio requerida para provocar una restriccion de 1,3 cm (0,50 pulgadas) de agua a traves de una lamina plana del material, medio o compuesto en cuestion. La permeabilidad, tal como se utiliza en la presente memoria, se valora mediante la prueba Frazier Perm Test, segun la ASTM D737, que se incorpora en la presente memoria como referencia, utilizando por ejemplo un aparato de pruebas Frazier Perm Tester disponible en Frazier Precision Instrument Co., Inc., Gaithersburg, Md, o mediante algun ensayo analogo.

La permeabilidad del medio de fibras de celulosa utilizado en muchos tipos de filtros para motores de camiones que presentan unos caudales de regimen de aire de 85 m3/h (50 cfm) o superiores fabricados por Donaldson Company, se refiere a medios que presentan una permeabilidad inferior a aproximadamente 4,57 m/min (15 fpm), habitualmente aproximadamente 3,96 m/min (13 fpm). En general, en el mercado de los filtros de aire, para dichos equipos, diversos fabricantes de elementos han utilizado ampliamente diversos medios de barrera (medios plisados) que presentan unos valores de permeabilidad inferiores a aproximadamente 7,62 m/min (25 fpm), y habitualmente comprendidos en el intervalo de 3,05 a 7,62 m/min (10-25 fpm).

Haciendo referencia a la eficacia, los principios vanan en relacion con el tipo de medio implicado. Por ejemplo, las fibras de celulosa o medios similares de barrera resultan generalmente variables, en relacion con la eficacia, al variar la porosidad o la permeabilidad general global.

C. Sistema habitual: admision de aire para un motor

En la Figura 21, se ilustra en lmeas generales una vista esquematica de un sistema 130. Dicho sistema 130 es un tipo de ejemplo de sistema en el que los dispositivos de filtracion de aire y las estructuras descritas en la presente memoria resultan utilizables. En la Figura 21, se ilustra esquematicamente el equipo 131, tal como un vehmulo, con un motor 132 con una demanda de caudal de regimen de aire definida, por ejemplo, por lo menos de 63 m3/h (370 cfm). El equipo 131 puede comprender un autobus, un camion con caja basculante, un vehmulo todo terreno, un tractor o una aplicacion marina tal como una lancha motorizada. El motor 132 impulsa el equipo 131, utilizando una mezcla de aire y combustible. En la Figura 21, la corriente de aire se ilustra absorbida hacia el motor 132 en la zona de admision 133. Se ilustra en una vista transparente un turbo opcional 134, aumentando opcionalmente la admision de aire en el motor 132. Un filtro de aire 135 que presenta un sistema de medios 136 se dispone aguas arriba del motor 132 y del turbo 134. En general, cuando se encuentra en funcionamiento, el aire se aspira en la direccion de la flecha 137 hacia el filtro de aire 135 y a traves del sistema de medios 136. Allf, las partmulas y los contaminantes se eliminan del aire. El aire limpio circula en la direccion de la flecha 137 hacia la admision de aire 133. Desde allf, el aire se dirige al motor 132, para impulsar el vehmulo 131.

En los sistemas de motores, cuando el motor se encuentra en funcionamiento, la temperatura, bajo el capo, habitualmente es por lo menos de 49 °C (120 °F), y con frecuencia se encuentra comprendida en el intervalo de 60 a 100 °C (140 °F a 220 °F) o a temperaturas superiores en funcion de las condiciones de funcionamiento. La temperatura puede afectar negativamente a la eficacia del funcionamiento del elemento de filtracion. Las regulaciones sobre emisiones pueden aumentar las restricciones en el escape del motor, provocando que aumenten aun mas las temperaturas. Tal como se describe posteriormente, la estructura del medio de filtracion en forma de un compuesto de un medio de barrera y por lo menos una capa simple y, en algunos casos, multiples capas de fibras finas puede mejorar el rendimiento (particularmente la eficacia de funcionamiento) del elemento de filtracion superando los elementos de filtracion de las tecnicas anteriores que no se realizan de dichos compuestos de medios.

agua (3 pulgadas

fin de desarrollar siguientes:

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D. Filtros de aire de ejemplo

Se hara referencia ahora a la Figura 22. La Figura 22 es una vista en perspectiva de una primera realizacion de un sistema de medios 140. El sistema de medios preferido 140 representado comprende un medio de filtracion 142 y un sistema de cierre hermetico 144. En las construcciones preferidas, el medio de filtracion 142 se disena para eliminar las partfculas de un fluido, tal como el aire, que pasa a traves del medio de filtracion 142, mientras que el sistema de cierre hermetico 144 se disena para cerrar hermeticamente el sistema de medios 140 contra una pared lateral de una caja o conducto, tal como se ilustra en la Figura 24.

Este sistema de medios 140 de las Figuras 22 a 25 se describe en lmeas generales en la patente US n° 6.190.432.

En determinadas disposiciones preferidas, se configuraran los medios de filtracion 142 para un flujo continuo. Por“flujo continuo” se entiende que el medio de filtracion 142 se configura en una estructura 146 con una primera cara del flujo 148 (que corresponde al extremo de entrada, en la realizacion ilustrada) y una segunda cara de flujo 150 opuesta (que corresponde al extremo de salida, en la realizacion ilustrada), con el flujo del fluido entrando en una direccion 152 a traves de la primera cara del flujo 148 y saliendo en la misma direccion 154 desde la segunda cara del flujo 150. Cuando se utiliza con una caja de flujo en lmea, en general, el fluido entrara a traves del orificio de entrada de la caja en una direccion, entrara en la estructura de filtracion 146 a traves de la primera cara del flujo 148 en la misma direccion, saldra de la estructura de filtracion 146 en la misma direccion de la segunda cara del flujo 150 y saldra de la caja a traves del orificio salida de la caja en la misma direccion.

En la Figura 22, la primera cara del flujo 148 y la segunda cara del flujo 150 se representan como planas y como paralelas. En otras realizaciones, la primera cara del flujo 148 y la segunda cara del flujo 150 pueden no ser planas, sino por ejemplo, troncoconicas. Ademas, la primera cara del flujo 148 y la segunda cara del flujo 150 no necesitan ser paralelas entre sf.

Generalmente, la estructura de filtracion 146 puede ser una estructura bobinada. Es decir, la estructura 146 comprendera habitualmente una capa de medio de filtracion que da una vuelta completa o varias veces alrededor de un punto central. Habitualmente, la estructura bobinada puede ser una bobina, en la que se enrolla una capa o medio de filtracion una serie de veces alrededor de un punto central. En las disposiciones en las que se utiliza una estructura bobinada en espiral, la estructura de filtracion 146 sera un rodillo de medio de filtracion, habitualmente un medio de filtracion acanalado permeable.

Se hara referencia ahora a la Figura 23. La Figura 23 es una vista esquematica en perspectiva que demuestra los principios del funcionamiento de determinados medios preferidos utilizables en las estructuras de filtracion de la presente memoria. En la Figura 23, una estructura acanalada de un medio en forma de Z se representa de un modo general con la referencia numerica 156. Preferiblemente, la estructura acanalada 156 comprende: una capa 157 de pliegues que presenta una pluralidad de acanaladuras 158 y una lamina frontal 160. La realizacion de la Figura 22 presenta dos secciones en la lamina frontal 160, la 160A (representada sobre de la capa plegada 157) y la 160B (representada por debajo de la capa plegada 157). Habitualmente, las estructuras de medios preferidas 162 utilizadas en los dispositivos descritos en la presente memoria comprenderan la capa plegada 157 fijada a la lamina frontal inferior 160B. Cuando se utiliza dicha estructura de medios 162 en una estructura enrollada, habitualmente se encontrara bobinada alrededor de sf misma, de tal modo que la lamina de la cara inferior 160B cubrira la parte superior de la capa plegada 157. La lamina de la cara 160 que cubre la parte superior de la capa plegada se representa como 160A. Se ha de comprender que la lamina frontal 160A y la 160B constituyen la misma lamina 160.

Cuando se utiliza dicho tipo de estructura 162, las cavidades de acanaladura 158 forman preferiblemente picos 164 y canales 166 alternativos. Los canales 166 y los picos 164 dividen las acanaladuras en una fila superior y una fila inferior. En la configuracion particular ilustrada en la figura 23, las acanaladuras superiores configuran unas cavidades de acanaladura 168 cerradas en el extremo aguas abajo 178, mientras que las cavidades de acanaladura 170 que presentan su extremo aguas arriba 181 cerrado forman la fila inferior de acanaladuras. Las cavidades de acanaladura 170 se cierran mediante un primer reborde terminal 172 que cubre una parte del extremo aguas arriba 181 de la acanaladura entre la lamina estriada 171 y la segunda lamina frontal 160B. De un modo similar, un segundo reborde terminal 174 cierra el extremo aguas abajo 178 de las acanaladuras alternantes 168.

Cuando se utilizan medios construidos en forma de estructura de medios 162, durante su utilizacion, el fluido sin filtrar, tal como el aire, entra en las cavidades de acanaladura 168 tal como se indica mediante las flechas sombreadas 176. Las cavidades de acanaladura 168 presentan sus extremos aguas arriba 169 abiertos. No se permite que pase el flujo del fluido sin filtrar a traves de los extremos aguas abajo 178 de las cavidades de acanaladura 168 debido a que sus extremos aguas abajo 178 se encuentran cerrados por el segundo reborde terminal 174. Por lo tanto, el fluido se ve forzado a proceder a traves de la lamina estriada 171 o las laminas frontales 160. A medida que el fluido sin filtrar pasa a traves de la lamina estriada 171 o las laminas frontales 160, se limpia o se filtra el fluido. El fluido limpio se indica mediante la flecha sin sombrear 180. A continuacion el fluido pasa a traves de las cavidades de acanaladura 170 (que presentan sus extremos aguas arriba 181 cerrados) para fluir a traves del extremo aguas abajo abierto 184 hacia fuera de la estructura acanalada 156. Con la configuracion que se ha ilustrado, el fluido sin filtrar puede fluir traves de la lamina acanalada 171, la lamina frontal superior 160A o la lamina frontal inferior 160B, y hacia una cavidad de acanaladura 170.

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Habitualmente, se preparara la estructura de medios 162 y a continuacion se bobinara para formar una estructura enrollada 146 de medios de filtracion. Cuando se selecciona dicho tipo de medios para utilizar, la estructura de medios 162 preparada comprende la lamina de pliegues 157 fijada con el reborde terminal 172 a la lamina frontal inferior 160B (tal como se ilustra en la Figura 23, pero sin la lamina frontal superior 160A).

Se hara referencia de nuevo a la Figura 22. En la Figura 22, se ilustra esquematicamente la segunda cara de flujo 150. Existe una parte 182 en la que se ilustran las acanaladuras que comprenden los extremos abiertos 184 y los extremos cerrados 178. Ha de quedar claro que dicha seccion 182 es representativa de la cara de flujo completa 50. En aras de una mayor claridad y simplicidad, no se ilustran las acanaladuras en las otras posiciones restantes 183 de la cara de flujo 150. Las vistas en planta superior e inferior, asf como las vistas en alzado lateral del sistema de medios 140 utilizable en los sistemas y dispositivos descritos en la presente memoria se representan en la solicitud de patente de Estados Unidos en tramitacion con la presente y comunmente cedida con el n° de serie 29/101.193, presentada el 26 de febrero de 1999, y titulada “Filter Element Having Sealing System” (Elemento de filtracion que presenta un sistema de cierre hermetico)

Volviendo ahora de nuevo a la Figura 24, la estructura de filtracion 146 se ilustra instalada en una caja 186 (que puede formar parte de un conducto de admision de aire de un motor o turbo de un filtro de aire 179). En el

dispositivo ilustrado, el aire fluye hacia el interior de la caja 186 en 187, a traves de la estructura de filtracion 146, y

sale de la caja 186 en 188. Cuando las estructuras de medios tales como las estructuras de filtracion 46 del tipo

ilustrado se utilizan en un conducto o en una caja 186, se necesitara el sistema de cierre hermetico 144 para

garantizar que el aire fluya a traves de la estructura de medios 146, en vez de eludirla.

El sistema particular de cierre hermetico 144 representado comprende un bastidor 190 y un elemento de cierre hermetico 192. Cuando se utiliza dicho tipo de sistema de cierre hermetico 144, el bastidor 190 proporciona una estructura de soporte o de apoyo contra la que se puede apretar el elemento de cierre hermetico 192 para formar un cierre hermetico radial 194 con el conducto o caja 186.

Haciendo todavfa referencia a la Figura 24, en la realizacion particular ilustrada, el bastidor 190 comprende un saliente ngido 196 que sobresale o extiende desde por lo menos una parte de una de las primeras y segundas caras de flujo 148, 150 de la estructura de filtracion 146. El saliente ngido 196, en el dispositivo particular ilustrado en la Figura 24, se extiende axialmente desde la segunda cara de flujo 150 de la estructura de filtracion 146.

El saliente 196 ilustrado presenta un par de caras opuestas 198, 102 unidas mediante una punta terminal 104. En algunas disposiciones preferidas, una de las primeras y segundas caras 198, 102 proporcionara un soporte o apoyo al elemento de cierre hermetico 192 de tal modo que se pueda realizar un cierre hermetico 194 entre y contra la cara seleccionada 198 o 102 y la superficie apropiada de la caja o conducto. Cuando se utiliza dicho tipo de estructura, el saliente 196 sera un elemento continuo que configurara una estructura en anillo cerrado 106 (Figura 22).

Cuando se utiliza dicho tipo de estructura, una caja o un conducto puede circunscribir el saliente 196 y la estructura circular 106 que comprende el elemento de cierre hermetico 192 para formar el cierre hermetico 194 entre y contra la cara exterior 102 del saliente 196 y una superficie interior 110 de la caja o conducto.

En la realizacion particular ilustrada en la Figura 24, el elemento de cierre hermetico 192 se acopla tambien con la punta terminal 104 del saliente 196, de tal modo que el elemento de cierre hermetico 192 cubre el saliente 196 desde la cara exterior 102, por encima de la punta terminal 104 y hacia la cara interior 198.

Haciendo referencia ahora a las figuras 22 y 24, el bastidor 190 presenta una banda, borde o labio saliente 107 que se utiliza para fijar el bastidor 190 a la estructura de medios 146. El labio saliente 107 sobresale o se extiende hacia abajo una primera distancia desde las riostras 108.

Durante la utilizacion de las construcciones de entramado 190 del tipo representado en la presente memoria, se ejercen fuerzas alrededor de la circunferencia del bastidor 190 que se dirigen hacia el interior. Las riostras 108 soportan el bastidor 190. Mediante el termino “soportar” se entiende que las riostras 108 evitan que el bastidor 190 se colapse radialmente a causa de las fuerzas ejercidas alrededor de la circunferencia del bastidor 190.

La parte de la punta 104 proporciona soporte al elemento compresible de cierre hermetico 192. El elemento compresible de cierre hermetico 192 se realiza y se dispone preferiblemente para que resulte suficientemente compresible para apretarlo entre la parte de la punta 104 del bastidor 190 y la pared lateral 110 de una caja o conducto. Cuando se aprieta suficientemente entre la parte de la punta 104 y la pared lateral 110, se forma un cierre hermetico radial 194 entre el sistema de medios 140 y la pared lateral 110.

Una configuracion preferida del elemento de cierre hermetico 192 se ilustra en la Figura 25. La parte de la punta 104 del bastidor 190 define una pared o estructura de soporte entre y contra la que se pueden formar el cierre hermetico radial 194 mediante el elemento compresible de cierre hermetico 192. El apriete del elemento compresible de cierre hermetico 192 en el sistema de cierre hermetico 144 resulta preferiblemente suficiente para formar un cierre hermetico radial bajo unas presiones de insercion no superiores a 36,29 kg (80 libras), habitualmente no superiores a 22,68 kg (50 libras), por ejemplo aproximadamente entre 9,07 y 18,14 kg (entre 20 y 40 libras), y suficientemente ligero para facilitar un cambio a mano comodo y facil.

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En la realizacion preferida ilustrada en la Figura 25, el elemento de cierre hermetico 192 presenta una configuracion de seccion transversal en la que las dimensiones exteriores disminuyen progresivamente (el diametro, cuando este es circular) desde un primer extremo 112 hasta un segundo extremo 113, para alcanzar el cierre hermetico pretendido. Las especificaciones preferidas en relacion con el perfil del dispositivo particular ilustrado en la Figura 25 son las siguientes: un material de espuma de poliuretano que presente una pluralidad (preferiblemente por lo menos tres) de gradas progresivamente mayores configuradas para conectarse con la pared lateral 110 y proporcionar un cierre hermetico estanco a los fluidos.

El elemento compresible de cierre hermetico 192 define un gradiente de diametros de superficies internas crecientes para conectarse con la pared lateral 110. Espedficamente, en el ejemplo ilustrado en la Figura 25, el elemento compresible de cierre hermetico 192 define tres gradas 114, 115, 116. La dimension transversal o anchura de las gradas 114, 115, 116 aumenta a medida que la grada 114, 115, 116 se encuentra mas alejada del segundo extremo 113 del elemento compresible de cierre hermetico 192. El diametro menor del segundo extremo 113 permite una insercion facil en un conducto o caja. El diametro mayor del primer extremo 112 garantiza un cierre hermetico.

En general, el sistema de medios 140 se puede disponer y configurar para colocarse a presion contra la pared lateral 110 de la caja 186 o conducto. En la realizacion espedfica ilustrada en la Figura 24, el elemento compresible de cierre hermetico 192 se aprieta entre la pared lateral 110 y la parte de la punta 104 del bastidor 190. Tras la compresion, el elemento compresible de cierre hermetico 192 ejerce una fuerza contra la pared lateral 110 a medida que el elemento compresible de cierre hermetico 192 intenta expandirse hacia el exterior en el sentido de su estado natural, formandose un cierre hermetico radial 94 entre y contra la parte de la punta 104 y la pared lateral 110.

Se pueden utilizar diversas cajas con el sistema de medios 140. En la realizacion particular representada en la Figura 24, la caja 186 comprende un miembro de cuerpo o primer alojamiento de caja 118 y una cubierta desmontable o un segundo alojamiento de caja 120. En algunos dispositivos, el primer alojamiento de caja 118 se junta a un objeto, tal como un camion. El segundo alojamiento de caja 120 se fija de modo desmontable al primer alojamiento de caja 118 mediante un dispositivo de enganche 122.

En la realizacion ilustrada en la Figura 24, el segundo extremo 150 del sistema de medios 140 con el bastidor 190 unida y el elemento compresible de cierre hermetico 192 se inserta en el primer alojamiento de caja 118. El sistema de medios 140 se coloca a presion en el primer alojamiento de caja 118 de modo que el elemento compresible de cierre hermetico 192 se apriete entre y contra la parte de la punta 104 del bastidor 190 y la pared lateral 110 del primer alojamiento de caja 118, para formar un cierre hermetico radial 194 entre los mismos.

Durante la utilizacion del dispositivo representado en la Figura 24, el fluido entra en la estructura de caja 185 en la zona de entrada 124 del segundo alojamiento de caja 120, en la direccion ilustrada con 187. El fluido pasa a traves de la estructura de filtracion 146. Al pasar el fluido a traves de la estructura de filtracion 146, se eliminan los contaminantes del fluido. El fluido sale de la estructura de caja 185 por la zona de salida 128, en la direccion indicada con 188. El elemento compresible de cierre hermetico 192 del sistema de cierre hermetico 144 forma un cierre hermetico radial 194 para evitar que el fluido contaminado salga de la estructura de caja 185 sin pasar en primer lugar a traves de la estructura de filtracion 146.

La Figura 26 es una vista en perspectiva de otra realizacion del sistema de medios 130. En la construccion representada, el sistema de medios 130 incluye un medio de filtracion 132 y un sistema de cierre hermetico 134. El medio de filtracion 132 se realiza para eliminar los contaminantes de un fluido, tal como aire, que pasa a traves del medio de filtracion 132. El sistema de cierre hermetico 134 se realiza para cerrar hermeticamente el medio de filtracion 134 a una caja o conducto.

La estructura y la forma geometrica del sistema de medios 130 de las Figuras 26 a 27, a excepcion de las realizaciones de medios preferidas proporcionadas en la Seccion H a continuacion, se describen en la patente US n° 6.190.432.

En determinadas disposiciones preferidas, el medio de filtracion 132 se configurara en una estructura de filtracion 136 con una primera cara de flujo 138 y una segunda cara de flujo opuesta 140.

La estructura de filtracion 136 puede presentar diversas configuraciones y formas en seccion transversal. En la realizacion particular ilustrada en la Figura 26, la estructura de filtracion 136 presenta una seccion transversal no circular. Particularmente, la realizacion de la estructura de filtracion 136 de la Figura 26 presenta una configuracion en seccion transversal de forma oval o de“pista”. Por seccion transversal en forma de “pista” se entiende que la estructura de filtracion 136 comprende un primer y un segundo extremo semicircular 141, 142 unidos por un par de segmentos rectos 143, 144.

En la Figura 26, determinadas partes 146 se representan ilustrando las acanaladuras, comprendiendo los extremos abiertos y cerrados. Se ha de comprender que dicha parte o seccion 146 es representativa de la cara de flujo 140 entera (asf como de la primera cara de flujo 138). En aras de una mayor claridad y simplicidad, no se representan las acanaladuras en las otras partes restantes 149 de la cara de flujo 140. Las vistas en planta superior e inferior, asf como las vistas en alzado lateral del sistema de medios 130 utilizable en los sistemas y dispositivos descritos en la presente memoria se ilustran en la solicitud de patente de Estados Unidos en tramitacion con la presente y

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comunmente cedida con el n° de serie 29/101.193, presentada el 26 de febrero de 1999, y titulada “Filter Element Having Sealing System” (Elemento de filtracion que presenta un sistema de cierre hermetico).

Del mismo modo que la realizacion de la Figura 22, el sistema de medios 130 comprende un sistema de cierre hermetico 134. En las estructuras preferidas, el sistema de cierre hermetico 134 comprende un bastidor 148 y un elemento de cierre hermetico 150.

EL bastidor 148 presenta una forma no circular, por ejemplo oval y particularmente una forma de pista, y se dispone y se configura para unirse al extremo del medio de filtracion 132. En particular, el bastidor 148 presenta una banda, borde o labio saliente 151 que en lmeas generales presenta forma de pista. El labio saliente 151 sobresale o se extiende hacia abajo una cierta distancia desde las riostras 152 y se utiliza para fijar el bastidor 148 al sistema de medios 130.

Durante la utilizacion de las disposiciones ilustradas, se ejercen fuerzas alrededor de la circunferencia del bastidor 148 que se dirigen hacia el interior. Las fuerzas dirigidas hacia el interior ejercidas contra los extremos semicirculares 141, 142 pueden provocar que los segmentos rectos 143, 144 se doblen o se flexionen. Se suministran las riostras 152 para que proporcionen rigidez estructural y soporte a los segmentos rectos 143, 144. Tal como se puede observar en la Figura 26, las riostras particulares 152 representadas forman un sistema de entramado 154 entre los segmentos rectos opuestos 143, 144. El sistema de entramado 154 comprende una pluralidad de tirantes ngidos 156, preferiblemente moldeados como una unica pieza junto con las partes restantes del bastidor 148.

El bastidor 148 se realiza de un modo analogo al bastidor 90. De hecho, el bastidor 148 comprende una parte de la punta 158 (Figura 27). En algunas realizaciones preferidas, la parte de la punta 158 actua como soporte hermetico anular. En los sistemas preferidos, el elemento compresible de cierre hermetico 150 presenta una estructura analoga a la del elemento compresible de cierre hermetico 92 de la Figura 5.

Preferiblemente, el sistema de medios 130 se instalara en un conducto o en una caja para un filtro de aire. En la Figura 27, la caja representada es una caja de dos piezas que comprende una cubierta 160 y un miembro de cuerpo 162. La cubierta 160 define un orificio de admision de la corriente de aire 164. El miembro de cuerpo 162 define un orificio de salida de la corriente de aire 166. La caja comprende ademas una disposicion de predepurador 167 aguas arriba al sistema de medios 130, tal como se describe en las patentes US n° 2.887.177 y 4.162.906. En el ilustrado, una disposicion de predepurador 167 se encuentra en la cubierta 160. La cubierta 160 comprende un eyector de polvo 168 que expulsa el polvo y los residuos recogidos en el predepurador 167.

El elemento compresible de cierre hermetico 150 se aprieta entre la pared lateral 170 y la parte de la punta 158 del bastidor 150. Una vez se ha colocado a presion el sistema de medios 130, el elemento compresible de cierre hermetico 150 se aprieta entre y contra el bastidor 148 (espedficamente, en la realizacion particular ilustrada, la parte de la punta 158) y la pared lateral 170. Tras la compresion, el elemento compresible de cierre hermetico 150 ejerce una fuerza contra la pared lateral 170 a medida que el elemento compresible de cierre hermetico 150 intenta expandirse hacia el exterior en el sentido a su estado natural, formandose un cierre hermetico radial 171 con la pared lateral 170.

Las realizaciones preferidas para los medios 132 se describen a continuacion en la Seccion H.

Otra disposicion de filtracion se ilustra en la Figura 28, senalada de un modo general con la referencia numerica 174. A excepcion de las realizaciones preferidas descritas a continuacion en la Seccion H, la disposicion de filtracion 174 se describe en la patente US n° 5.820.646.

La disposicion de filtracion 174 comprende un sistema de medios 176 dispuesto en, sujetado y soportado mediante un recuadro 178. La disposicion de filtracion 174 comprende ademas una caja 180, que comprende un cuerpo 181 y un elemento de cubierta desmontable 182. El recuadro 178 que sujeta el sistema de medios 176 se cierra hermeticamente en la caja 180 y resulta desmontable y sustituible desde el mismo.

El sistema de medios 176 comprende un sistema de filtracion acanalado 184 realizado tal como se ha descrito anteriormente con respecto a la Figura 23.

E. Sistema habitual; orificio de admision de aire en una turbina de gas

En la Figura 29, se ilustra de un modo general el orificio de admision de aire de un sistema de turbina de gas con la referencia numerica 200. La corriente de aire se ilustra absorbida hacia el sistema de admision de aire 200 mediante las flechas 201. El sistema de admision de aire 200 comprende una pluralidad de disposiciones de filtracion de aire 202 sujetadas generalmente en una lamina tubular 203. En los sistemas preferidos, la lamina tubular 203 se construira para sujetar las disposiciones de filtracion 202 formando un angulo en relacion con el eje vertical. Los angulos preferidos se encuentran comprendidos entre 5 y 25°, por ejemplo, aproximadamente 7°. Ello permite la extraccion de lfquidos de las disposiciones de filtracion 202 cuando el sistema 200 no se encuentra en funcionamiento.

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El aire se limpia en las disposiciones de filtracion de aire 202 y a continuacion fluye aguas abajo en la direccion indicada por las flechas 204 hacia el generador de la turbina de gas 205, donde se utiliza para proporcionar energfa.

En la Figura 33 se ilustra de un modo general un ejemplo de orificio de admision de aire de una microturbina indicado con la referencia numerica 210. En general, las microturbinas constituyen versiones reducidas de las turbinas de gas utilizadas habitualmente en generadores de energfa de reserva. En algunos casos, dichas microturbinas tienen 60,96 cm por 45,72 cm (24 pulgadas por 18 pulgadas) y presentan una potencia electrica disponible comprendida habitualmente entre 30 kilovatios y 100 kilovatios. Dichos sistemas presentan un flujo de aire comprendido entre 1.700 y 17.000 m3/h (1.000 cfm y 10.000 cfm).

En la Figura 33, el flujo de aire se ilustra absorbiendose hacia un sistema de admision de aire 211 en la direccion de las flechas 212. El sistema de admision de aire 211 comprende una disposicion de filtracion 213. A medida que el aire se absorbe a traves de la disposicion de filtracion 213, el aire se limpia en dicha disposicion de filtracion 213, y a continuacion fluye aguas abajo mediante las flechas 214 hacia una turbina de gas 215. A continuacion la turbina de gas habitualmente suministra energfa a un generador electrico, un compresor de fluidos o una bomba de fluidos. Tal como se describe posteriormente, la realizacion de una disposicion de filtracion en forma de un compuesto de un medio de barrera y por lo menos una capa simple y, en algunos casos, una pluralidad de capas de “fibras finas” puede aumentar el rendimiento (particularmente la eficacia de funcionamiento) de la disposicion de filtracion en comparacion con los filtros realizados mediante tecnicas anteriores que no se construyen a partir de dichos compuestos de medios.

F. Ejemplo de disposicion de filtracion para sistemas de turbina de gas

Un ejemplo de disposicion de filtracion de aire 202 utilizable en el sistema 200 o en el sistema 210 se ilustra en las Figuras 30 a 32. Aparte de las formulaciones de medios preferidas proporcionadas en la Seccion H, la disposicion de filtracion de aire 202 se describe en la patente de Estados Unidos comunmente cedida con el n° de serie 09/437.867, presentada el 10 de noviembre de 1999. En general, la disposicion de filtracion de aire 202 comprende un primer elemento de filtracion 220, o primario, (Figuras 30 y 32) y un segundo elemento de filtracion 222 (Figuras 31 y 32), que actua de prefiltro. Mediante el termino “prefiltro” se entiende un separador que se dispone aguas arriba del primer y principal elemento de filtracion 220, que actua eliminando partfculas grandes de la corriente de gas. El elemento primario de filtracion 220 y el elemento de prefiltro 222 se fijan preferiblemente a un miembro de funda 224 que se puede montar de modo desmontable en una abertura 226 de la lamina tubular 203. En general, se absorbe el flujo de aire hacia el sistema 200 y fluye a traves del elemento de prefiltro 222 y a continuacion a traves del elemento primario de filtracion 220. Una vez ha salido del elemento primario de filtracion 220, el aire se dirige hacia el generador 205.

En general, se realiza el elemento 220 a partir de medios acanalados o en forma de Z 230, tal como se ha descrito anteriormente en relacion con las Figuras 2 y 3. En la Figura 30 se ha de senalar que la cara del orificio de salida 228 se ilustra esquematicamente. Es decir, se ilustra unicamente una parte de la cara 228 con acanaladuras. Se ha de senalar que, en los sistemas habituales, toda la cara 228 sera acanalada.

El elemento de filtracion 220 presenta un primer extremo 232 y un segundo extremo 234 opuesto. En el dispositivo representado en la Figura 30, el primer extremo 232 se corresponde con la cara del orificio de entrada del extremo aguas arriba 227, mientras que el segundo extremo 234 se corresponde con la cara del orificio de salida del extremo aguas abajo 228. El flujo continuo permite que fluya el gas hacia el primer extremo 232 y que salga por el segundo extremo 234, de tal modo que la direccion del flujo de aire hacia el primer extremo 232 sea la misma direccion del flujo de aire que sale por el segundo extremo 234. Las configuraciones de flujo continuo pueden reducir la cantidad de turbulencias en el flujo de gas.

El medio 230 puede ser un medio sintetico de poliester, un medio realizado a partir de celulosa o mezclas de dichos tipos de materiales, y tratados con fibras finas.

Preferiblemente, el elemento de prefiltro 222 presenta una configuracion plisada 236 que comprende una pluralidad de pliegues 237. Los pliegues 237 se disponen en forma de zigzag. Los prefiltros preferidos 222 presentan generalmente una seccion transversal circular.

El elemento de prefiltro 222 se configura para permitir el flujo continuo. Es decir, el aire fluye directamente a traves del elemento de prefiltro 222, entrando por una cara del orificio de entrada 238 y saliendo por la cara del orificio de salida 239 dispuesto en el lado opuesto, siendo la direccion del flujo de fluido que entra en la cara del orificio de entrada 238 la misma direccion del flujo de fluido que sale de la cara del orificio de salida 239.

En determinadas realizaciones, existiran por lo menos 15 pliegues 237, sin superar los 80 pliegues 237, y habitualmente entre 30 y 50 pliegues 237. La estructura plisada 236 se realiza de un medio 240 que se pliega en forma de pliegues 237 centrados alrededor de un nucleo central 241. Los tipos de medio 240 utilizables comprenden la fibra de vidrio o, alternativamente, un medio extendido por el aire. Las propiedades espedficas de los medios 240 utilizables comprenden: un medio de filtracion colocado en seco realizado de fibras de poliester orientadas aleatoriamente para formar una red que presenta un peso de 92 a 112 g/m3 (2,7- 3,3 oz/yd3); un espesor libre (es decir, un espesor a una compresion de 0,01 kPa (0,002 psi)) de 6,4 a 10,2 mm (de 0,25 a 0,40 pulgadas) ; y una

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permeabilidad de por lo menos 122 m/min (400 pies/min).

En general, el elemento de prefiltro 222 se monta de forma desmontable y sustituible en el miembro de funda 224. El miembro de funda 224 se describira posteriormente con un mayor detalle. En determinados sistemas, el elemento de prefiltro 222 se sujeta en el miembro de funda 224 presionando o comprimiendo las puntas de los extremos del medio 240 contra la pared interior del miembro de funda 224.

Los dispositivos de filtracion preferidos 202 realizados segun los principios descritos en la presente memoria presentaran un miembro de funda 224 fijado a y circunscribiendo el elemento primario de filtracion 220. En general, el miembro de funda 224 actua sujetando el elemento primario 220 en su lugar en el sistema 200. Los miembros de funda 224 preferidos sujetaran asimismo el elemento de prefiltro 222 en su lugar aguas arriba al elemento primario 220.

Tal como se puede observar en las Figuras 30 y 31, el miembro de funda 224 presenta preferiblemente una seccion transversal que encaja con la seccion transversal del elemento primario de filtracion. El miembro de funda 224 comprende una pared circundante 244 curvada de tal modo que configura un anillo circundante 245. El miembro de funda 224 se orienta preferiblemente en relacion con el elemento primario de filtracion 220 para extenderse por lo menos el 30 % de la longitud axial del elemento primario de filtracion 220. En muchas disposiciones habituales, el miembro de funda 224 se extendera mas del 50 % de la longitud axial del elemento primario de filtracion 220. De hecho, en las realizaciones mas preferidas, el miembro de funda 224 se extendera por lo menos por la longitud entera (es decir, el 100 %) de la longitud axial del elemento primario de filtracion 220. En muchas aplicaciones habituales, el miembro de funda 224 presentara un radio de por lo menos 25,4 cm (10 pulgadas), habitualmente entre 38,1 y 76,2 cm (entre 15 y 30 pulgadas), y en algunos casos, no superior a 127 cm (50 pulgadas).

El miembro de funda 224 se realiza y se dispone preferiblemente con un sistema de cierre hermetico para permitir la fijacion del elemento primario de filtracion 220 a la lamina tubular 203, a fin de impedir que el aire eluda el elemento primario 220. En la realizacion ilustrada, el miembro de funda 224 comprende una pestana de presion 246 del elemento de cierre hermetico. La aleta 246 circunscribe la pared 244 del miembro de funda 224 por lo menos parcialmente, y en muchas realizaciones, completamente. La pestana de presion 246 del elemento de cierre hermetico actua de tope de retencion para soportar un elemento de cierre hermetico 248 a fin de crear un cierre hermetico 250 entre y contra la aleta 246 y la lamina tubular 203. La aleta 246 se extiende radialmente desde la pared 244 del miembro de funda 224 y circunscribe completamente el elemento de cierre hermetico 224. La aleta 246 se extendera radialmente desde la pared 244 una distancia suficiente para soportar el elemento de cierre hermetico 248.

Un parche o lengueta de retencion 252 (Figura 30) se extiende por encima de la articulacion 254 para fijar el miembro de funda 224 en su configuracion final. Preferiblemente, la lengueta de retencion 252 se fija permanentemente al miembro de funda 224; por ejemplo, mediante soldadura ultrasonica.

A continuacion se hara referencia a la Figura 32. Se puede observar que la aleta 246 soporta el elemento de cierre hermetico 248 en la cara axial 256. El elemento de cierre hermetico 248 comprende generalmente una junta de estanqueidad circular 258. La junta de estanqueidad 258 se fija preferiblemente a la aleta 246, mediante adherencia entre la junta de estanqueidad 258 y la cara 256 de la aleta 246. La junta de estanqueidad 258 se dispone en la aleta 246, de tal modo que la junta de estanqueidad 258 circunscribe completamente la pared 244 y el elemento primario 220.

La disposicion representada comprende asimismo un sistema de sujecion del miembro de funda 224 a la lamina tubular 203. En la realizacion ilustrada, el sistema de sujecion comprende una pluralidad de enganches o abrazaderas 260. Ha de haber suficientes enganches o abrazaderas 260 para formar un buen cierre hermetico 250 entre la aleta 246 y la lamina tubular 203 cuando el miembro de funda 224 se instala de un modo funcional en la lamina tubular 203; por ejemplo, se ilustran 4 abrazaderas 260. En la Figura 32, la abrazadera 260 se ilustra en seccion transversal. Cada una de las abrazaderas 260 comprende una palanca 261, un resalte 262 y una placa 263. La placa 263 comprende unas aberturas destinadas a alojar un pasador, tal como un perno 264 para fijar la abrazadera 260 a la lamina tubular 203. El resalte 262 actua aplicando presion a la aleta 246 y comprimiendo el elemento de cierre hermetico 248 contra la lamina tubular 203. La palanca 261 actua desplazando selectivamente el resalte 262 hacia y alejandose de la lamina tubular 203. En otras realizaciones, las abrazaderas 260 se pueden tensar a mano, tal como utilizando tuercas de aletas.

En el funcionamiento habitual, se produce una cafda de presion global a traves de la disposicion de filtracion 202 de aproximadamente 1,52 a 4,05 cm (0,6 a 1,6 pulgadas) de agua. Ello comprende el elemento primario de filtracion 220 y el elemento de prefiltro 222. Habitualmente, la cafda de presion a traves del elemento de prefiltro 222 solo sera de aproximadamente 0,51 a 1,52 cm (0,2 a 0,6 pulgadas) de agua, mientras que la cafda de presion a traves del elemento primario 220 solo sera de aproximadamente 1,02 a 2,54 cm (0,4 a 1 pulgada) de agua.

Otro ejemplo de una disposicion de filtracion de aire 213 utilizable en el sistema 304 o en el sistema 302 se ilustra en las Figuras 34 a 36. A excepcion de las realizaciones de medios preferidas descritas en la Seccion H a continuacion, la disposicion de filtracion de aire se describe en la solicitud de patente de Estados Unidos comunmente cedida con

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el n° de serie 09/593.257, presentada el 13 de junio de 2000.

La Figura 35 ilustra la disposicion de filtracion de aire 213 en una forma despiezada y desmontada, mientras que la Figura 14 ilustra la disposicion de filtracion 213 instalada para utilizar. En general, la disposicion de filtracion de aire 213 comprende un separador de humedad 270, un conjunto de filtracion 272 y una caja del filtro 274. La caja del filtro 274 se fija habitualmente a una lamina tubular 276 cuando se instala para utilizar. Preferiblemente, la caja del filtro 274 se fija a la lamina tubular 276 soldando la caja 274 con la lamina tubular 276 o atornillando la caja 274 a la lamina tubular 276.

Una puerta de acceso 278 permite el acceso a la disposicion de filtracion 213 cuando se instala y permite la absorcion del aire hacia el sistema 302. En general, la puerta de acceso 278 se disena y se realiza para que encaje con la caja particular del sistema, tal como el sistema 302, de la Figura 33, a instalar y para proporcionar acceso a la disposicion de filtracion 213, cuando se realiza el montaje. La puerta de acceso 278 se disena y se realiza tambien para permitir que el aire entre en el sistema 210, Figura 33.

La puerta de acceso 278 comprende preferiblemente una disposicion de resistencia al flujo de aire 280. En general, la disposicion de resistencia al flujo de aire 280 dirige el flujo de aire hacia la disposicion de filtracion 213 en una direccion particular para reducir la resistencia a traves del sistema 302. La disposicion de resistencia al flujo de aire 280 facilita asimismo la reduccion del ruido. En la realizacion ilustrada en la Figura 34, la disposicion de resistencia al flujo de aire se ilustra como una pluralidad de listones 282. Los listones 282 facilitan asimismo la proteccion del sistema 210 ante la entrada de objetos grandes y de la humedad en el sistema 302, Figura 33. Los listones 282 facilitan ademas la reduccion del ruido.

La humedad en la corriente de entrada de aire puede danar la integridad del conjunto de filtracion 272 y danar, es decir facilitar la oxidacion, de los mecanismos internos del sistema 302. Para corregirlo, la disposicion de filtracion comprende un separador de humedad 270. En general, el separador de humedad 270 separa y recoge la humedad de la corriente de entrada de aire antes de que alcance el conjunto de filtracion 272. En otra realizacion, el separador de humedad 270 comprende una pluralidad de tamices planos, por ejemplo, de malla metalica.

En general, el conjunto de filtracion 272 elimina los contaminantes de la corriente de entrada de aire 212, Figura 33, antes de que entre en los mecanismos internos del sistema 302. Preferiblemente, el conjunto de filtracion 272 se configura para permitir el flujo continuo directamente a traves del conjunto de filtracion 272, entrando por la cara del orificio de entrada 284 y saliendo por la cara del orificio de salida 285 dispuesto en el lado opuesto, siendo la direccion del flujo del fluido que entra por la cara del orificio de entrada 284 la misma direccion del fluido que sale por la cara del orificio de salida 285.

El conjunto de filtracion 272 comprende un sistema de medios 286 realizado de un medio acanalado 288 enrollado en un cilindro, tal como se ha explicado anteriormente en relacion con las Figuras 22 y 23. El medio 288 puede ser un medio sintetico de poliester, un medio realizado a partir de celulosa o mezclas de dichos tipos de materiales, y tratados con un recubrimiento o capa de fibras finas. Las realizaciones de los medios preferidos se describen a continuacion en la Seccion H.

El conjunto de filtracion 272 representado comprende un mecanismo tractor 290. El mecanismo tractor 290 se realiza para permitir que el usuario extraiga facilmente el conjunto de filtracion 272 de la caja del filtro 274. En una de las realizaciones ilustradas, el mecanismo tractor 290 comprende un mango 292 y un mecanismo de retencion 294 (Figura 34). Habitualmente, el mango 292 es un saliente 296. En la realizacion ilustrada en la Figura 34, el mecanismo de retencion 294 comprende un perno 298 unido al saliente 296 y una tuerca 299 en el otro extremo del perno. Alternativamente, el mecanismo tractor y el nucleo del medio de filtracion pueden constituir una unidad integrada.

En general, la caja del filtro 274 se realiza para alojar y sujetar el conjunto de filtracion 272 y para facilitar el cierre hermetico con el conjunto de filtracion 272. En la realizacion ilustrada en la Figura 16, la caja del filtro 274 comprende una zona de transicion 302 en angulo desde una pared exterior 304 con un angulo de por lo menos 10 grados, preferiblemente comprendido entre 10 y 210 grados, y mas preferiblemente de aproximadamente 15 grados. La zona de transicion 302 facilita el cierre hermetico del conjunto de filtracion 272 tal como se describira con un mayor detalle posteriormente.

La caja del filtro 274 comprende ademas una pestana de fijacion 306. La pestana de fijacion 306 fija la caja del filtro 274 a la lamina tubular 276 mediante una disposicion de sujecion (por ejemplo, pernos). La caja 274 comprende asimismo una disposicion de detencion 308. La disposicion de detencion 308 fija el conjunto de filtracion 272 en el interior de la caja del filtro 274 a fin de evitar que el conjunto de filtracion 272 se empuje demasiado hacia el interior de la caja 274. La disposicion de detencion 308 permite asimismo garantizar un cierre hermetico apropiado entre el conjunto de filtracion 272 y la caja 274.

La disposicion de detencion 308 comprende un elemento de detencion 310. Preferiblemente, el elemento de detencion 310 sobresale de la pared exterior 304 una distancia suficiente para evitar que el conjunto de filtracion 272 eluda el elemento de detencion 310. Cuando se utiliza, el conjunto de filtracion 272 se apoya sobre la superficie superior 311 del elemento de detencion 310.

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El conjunto de filtracion 272 comprende tambien una junta de estanqueidad 312. La junta de estanqueidad 312 cierra hermeticamente el conjunto de filtracion 272 en la caja del filtro 274, impidiendo que entre aire en el sistema 302 entre el conjunto de filtracion 272 y la caja del filtro 274 y eluda el conjunto de filtracion 272. Ello garantiza que la corriente de aire pase sustancialmente a traves del conjunto de filtracion 272. En la realizacion ilustrada, la junta de estanqueidad 312 se extiende circunferencialmente alrededor del borde radial del conjunto de filtracion 272. En una realizacion, la junta de estanqueidad 312 comprende espuma de celulas cerradas; naturalmente, la junta de estanqueidad 312 puede comprender otro material apto.

Cuando se utiliza, la junta de estanqueidad 312 cierra hermeticamente una articulacion 314 entre el conjunto de filtracion 272 y la caja del filtro 274. Durante la instalacion, la caja del filtro 272 se inserta en la caja 274 hasta que el extremo 315 se apoya contra el elemento de detencion 310. Al instalarse el conjunto de filtracion 272, la junta de estanqueidad 312 se comprime en la zona de transicion 302 entre el conjunto de filtracion 272 y la caja del filtro 274, cerrando hermeticamente la articulacion 314.

Durante la instalacion, la caja del filtro 274 se desliza en el interior de la lamina tubular 276 hasta que la pestana de fijacion 306 de la caja del filtro 274 se dispone contra la lamina tubular 276. A continuacion, el conjunto de filtracion 272 se dispone en el interior de la caja del filtro 274. El conjunto de filtracion 272 se desliza en el interior de la caja del filtro 274 hasta que el extremo 315 del conjunto de filtracion 272 se apoya contra el elemento de detencion 310. La junta de estanqueidad 312 se comprime parcialmente y el conjunto de filtracion 272 se sujeta ajustadamente con la caja del filtro 274.

Cuando se encuentra en funcionamiento, la disposicion de filtracion 213 se utiliza del siguiente modo: el aire a filtrar en el sistema 302 se dirige en la direccion indicada por las flechas 212 hacia el sistema de admision 211. El aire fluye a traves del conjunto de filtracion 272. El aire entra por la cara del orificio de entrada 284, pasa a traves de la estructura acanalada 288 y sale a traves de la cara del orificio de salida 285. Desde allf, el aire es absorbido por una turbina o un generador 215.

G. Sistema habitual: admision de aire en una pila de combustible

En la Figura 37 se ilustra esquematicamente la admision de aire en una pila de combustible con la referencia numerica 330. Tal como se ilustra en la Figura 37, el aire atmosferico o ambiental 331 entra en el conjunto de filtracion 332 por el orificio de entrada 333. Antes de entrar en el conjunto de filtracion 332, el aire atmosferico 331 es un aire sucio que presenta diversos contaminantes ffsicos (por ejemplo, partfculas) y qrnmicos. El conjunto de filtracion 332 se realiza para eliminar diversos contaminantes del aire sucio y proporcionar aire limpio 334 que sale del conjunto de filtracion 332. El aire limpio 334 es el aire de admision de una pila de combustible 335, utilizada para generar energfa.

Haciendo todavfa referencia a la Figura 37, el aire atmosferico 331 entra en el conjunto de filtracion 332 como aire sucio a traves del orificio de entrada 333 en la caja 336 y avanza hacia la cara del aire sucio 337 del elemento de filtracion 338. Al pasar el aire a traves del elemento de filtracion 338 hacia la cara del aire limpio 339, se eliminan contaminantes mediante el elemento de filtracion 338 proporcionando aire filtrado 334. El aire filtrado 334 sale del conjunto de filtracion 332 a traves del orificio de salida 340 de la caja 336 y es utilizado por el equipo 341.

El conjunto de filtracion 332 comprende tambien opcionalmente un elemento silenciador 342 para reducir o eliminar el nivel de ruido o de sonido que surge del equipo 341. El elemento silenciador 342 se puede disponer en el interior de la caja 336 y, en algunas realizaciones, el elemento silenciador 342 se encuentra definido por la caja 336.

El equipo 341 comprende un compresor 343 que proporciona aire a la pila de combustible 335 para utilizar en su reaccion catalftica. El compresor 343 emite ruidos, habitualmente comprendidos entre 3 hercios y 30.000 hercios, llegando a veces a un valor de 50.000 hercios, a un nivel de 85 a 110 dB en un metro. El elemento silenciador 342, reduce el nivel de sonido que viaja aguas arriba desde el compresor 343 en por lo menos 3 dB, habitualmente en por lo menos 6 dB y preferiblemente en por lo menos 25 dB.

La pila de combustible 335 capta hidrogeno combustible 345, emite un producto secundario de agua y dioxido de carbono 346 y genera energfa 347. En general, las pilas de combustible son dispositivos que comprenden dos electrodos (un anodo y un catodo) que interponen un electrolito. Un combustible que comprende hidrogeno fluye hacia el anodo, donde se liberan electrones de hidrogeno, dejando iones con carga positiva. Los electrones viajan por el circuito externo en el que los iones circulan por el electrolito. En el catodo, los electrones se combinan con los iones de hidrogeno y oxfgeno para formar agua y dioxido de carbono como productos secundarios. Una fuente comun de oxfgeno es aire. A fin de acelerar la reaccion catodica, a menudo se utiliza un catalizador. Los ejemplos de catalizadores utilizados con frecuencia en la reaccion de la pila de combustible son el hidrogeno combustible y un oxidante.

Habitualmente, las “pilas de combustible de bajas temperaturas” funcionan a temperaturas, habitualmente comprendidas entre 70 y 100 °C, a veces de hasta 200 °C. Las pilas de combustible de altas temperaturas no resultan habitualmente tan sensibles a la contaminacion por partfculas y a algunas formas de contaminacion qrnmica, y de este modo las pilas de combustible de altas temperaturas pueden beneficiarse de las caractensticas de filtracion descritas en la presente memoria. Habitualmente se hace referencia a un tipo de pila de combustible de

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bajas temperaturas como PEM y se le da dicho nombre por la utilizacion de una membrana de intercambio de protones. Los ejemplos de otros tipos diversos de pilas de combustible que se pueden utilizar en combinacion con la disposicion de filtracion de la presente invencion comprenden, por ejemplo, las patentes US n° 6.110.611; 6.117.579; 6.103.415 y 6.083.637. Diversas pilas de combustible se encuentran disponibles en, por ejemplo, Ballard Power Systems, Inc., de Vancouver, Canada; International Fuel Cells, de Connecticut; Proton Energy Systems, Inc. de Rocky Hill, CT; American Fuel Cell Corp. de Massachusetts; Siemans AG de Erlangen, Alemania; Energy Partners, L.C. de Florida; General Motors de Detroit, MI; y Toyota Motor Corporation de Japon.

Los conjuntos de filtracion, tal como se describen a continuacion, eliminan los contaminantes del aire atmosferico antes de que el aire se utilice en el proceso de la pila de combustible. Tal como se describe a continuacion, al construir el conjunto de filtracion en forma de un compuesto de un medio de barrera y por lo menos una capa simple y, en algunos casos, multiples capas de fibras finas se puede mejorar el rendimiento (particularmente la eficacia de funcionamiento) del conjunto de filtracion. El tratamiento con fibras finas resulta ventajoso para mejorar la eficacia del filtro en la mayona de configuraciones geometricas del filtro y de ambientes. En determinados ambientes rigurosos con una temperatura de filtracion superior a los 49 °C (120 °F), que comprende pilas de combustible tanto de bajas temperaturas como de altas temperaturas, las fibras finas con frecuencia pueden sobrevivir y proporcionar una filtracion de duracion prolongada.

H. Ejemplo de disposicion de filtracion para sistema de admision de aire para pilas de combustible

La Figura 38 ilustra un conjunto de filtracion 350 utilizable en el sistema de la Figura 37. El conjunto de filtracion 350 comprende una caja 352 que define un orificio de entrada 354 y un orificio de salida 356. El aire sucio entra en el conjunto de filtracion 350 por el orificio de entrada 354 y el aire limpio sale por el orificio de salida 356.

En la caja 352 se dispone un elemento de filtracion 358 y un elemento silenciador 360. El elemento silenciador 360 comprende un primer resonador 361 y un segundo resonador 362. El primer resonador 361 se configura para amortiguar un pico de aproximadamente 900 Hz y el segundo resonador 362 se configura para amortiguar un pico de aproximadamente 550 Hz.

El elemento de filtracion 358 de la Figura 38 se realiza generalmente de un modo analogo a la realizacion del elemento de filtracion 40 (Figura 22). De hecho, este comprende un sistema de medios 364 o medios acanalados 366 (tal como se ha descrito en relacion con la Figura 3) enrollado en el elemento de filtracion 358.

Cuando se utiliza el elemento de filtracion 358 con una caja de flujo continuo 352, el aire entrara por el orificio de entrada 354 de la caja 352 en una direccion, entrara en el elemento de filtracion 358 a traves de la primera cara del flujo 368 en la misma direccion y saldra del elemento de filtracion 358 en la misma direccion desde la segunda cara del flujo 370, y saldra de la caja 352 a traves del orificio de salida 356 tambien en la misma direccion.

Del mismo modo que en la realizacion de las Figuras 22 y 24, se realiza un cierre hermetico radial 372 mediante la compresion de la junta de estanqueidad 374 entre y contra un bastidor 376 y una superficie interior de cierre hermetico 378 de la caja.

El conjunto de filtracion 350 comprende asimismo preferiblemente una parte destinada a eliminar contaminantes de la atmosfera tanto por adsorcion como por absorcion. Tal como se utiliza en la presente memoria, se pretende que los terminos “adsorber”, “absorcion”, “adsorbente” y similares, comprendan tambien los mecanismos de absorcion y de adsorcion.

La parte de eliminacion qmmica comprende habitualmente un material de absorcion ffsica o de absorcion qmmica, tal como por ejemplo, desecantes (es decir, materiales que adsorben o absorben agua o vapor de agua) o materiales que adsorben o absorben compuestos organicos volatiles y/o gases acidos y/o gases basicos. Los terminos “material adsorbente”, “material de adsorcion”, “material adsortivo”, “material absorbente”, “material de absorcion”, “material absortivo” y cualquier variacion de los mismos, se pretende que comprendan cualquier material que elimine contaminantes qmmicos por adsorcion o absorcion. Los materiales adsorbentes apropiados comprenden, por ejemplo, el carbon activado, las fibras de carbon activado, el carbon mineralizado, la alumina activada, los filtros moleculares, las resinas de intercambio de iones, las fibras de intercambio de iones, el gel de sflice, la alumina y la sflice. Cualquiera de dichos materiales se puede combinar, recubrir o impregnar con materiales tales como el permanganato potasico, el carbonato calcico, el carbonato potasico, el carbonato sodico, el sulfato calcico, el acido cftrico o mezclas de los mismos. En algunas realizaciones, el material adsorbente se puede combinar o impregnar con un segundo material.

El material adsorbente comprende habitualmente material particulado o granulado y se puede presentar como granulos, microesferas, fibras, polvos finos, nanoestructuras, nanotubos, aerogeles o se puede presentar con un recubrimiento sobre un material base tal como microesferas de ceramica, estructuras monoltticas, medios de papel o superficies metalicas. Habitualmente, los materiales adsorbentes, especialmente los materiales particulados o granulados, se proporcionan como un lecho de material.

Alternativamente, el material adsorbente se puede moldear en una configuracion monolftica o unitaria, tal como comprimidos, granulos, microesferas, o estructuras plegables o en forma de panales grandes que opcionalmente se

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pueden continuar moldeando. En por lo menos algunos casos, el material adsorbente moldeado conserva sustancialmente su configuracion durante la duracion normal o esperada del conjunto de filtracion. El material adsorbente moldeado se puede realizar de un material particulado fluido combinado con un aglutinante solido o lfquido que a continuacion se moldea en un producto no fluido. El material adsorbente moldeado se puede realizar mediante, por ejemplo, un moldeado, moldeo por compresion o de extrusion. Los productos adsorbentes moldeados se describen por ejemplo en las patentes US n° 5.189.092 (Koslow), y 5.331.037 (Koslow).

El aglutinante utilizado para realizar productos moldeados se puede secar, es decir, en forma pulverizada y/o granular, o el aglutinante puede ser un aglutinante lfquido, solvatado o dispersado. Determinados aglutinantes tales como los uretanos endurecibles con la humedad y materiales a los que habitualmente se hace referencia como “masas fundidas calientes”, se puede aplicar directamente al material adsorbente mediante un proceso de pulverizacion. En algunas realizaciones, se utiliza un aglutinante lfquido temporal, que comprende un disolvente o dispersante que se puede eliminar durante el proceso de moldeo. Los aglutinantes apropiados comprenden, por ejemplo, el latex, la celulosa microcristalina, el alcohol polivimlico, el etileno-acetato de vinilo, el almidon, la carmelosa, la polivinilpirrolidona, el fosfato dicalcico dihidratado y el silicato sodico. Preferiblemente, la composicion de un material moldeado comprende por lo menos aproximadamente el 70 % en peso, y habitualmente no supera aproximadamente el 98 % en peso, de material adsorbente. En algunos casos, el adsorbente moldeado comprende entre el 85 y el 95 %, preferiblemente aproximadamente el 90 % en peso, de material adsorbente. El material adsorbente comprende habitualmente una cantidad no inferior a aproximadamente el 2 %, en peso, de aglutinante y no superior a aproximadamente el 30 %, en peso, de aglutinante.

Otra realizacion de un material adsorbente apto para utilizar en la parte de eliminacion qmmica es un material adsorbente que comprenda un vehnculo. Por ejemplo, se puede utilizar una malla o entelado para retener el material adsorbente y el aglutinante. Se puede utilizar poliester u otros materiales apropiados como malla o entelado. Habitualmente, cualquier vehnculo no presenta mas de aproximadamente el 50 % en peso de material adsorbente, y resulta mas frecuente un valor comprendido entre el 20 y el 40 % del peso del adsorbente total. La cantidad de aglutinante en el producto adsorbente moldeado con el vehnculo se encuentra comprendido habitualmente entre el 10 y el 50 % del peso del adsorbente total y la cantidad de material adsorbente se encuentra comprendida habitualmente entre el 20 y el 60 % del peso del absorbente total.

La parte de eliminacion qmmica puede comprender materiales de bases fuertes para eliminar los contaminantes acidos del aire o materiales de acidos fuertes para eliminar los contaminantes basicos del aire, o ambos. Preferiblemente, los materiales basicos y los materiales acidos se separan entre sf de tal modo que no se contrarresten entre sh En algunas realizaciones, el propio material adsorbente puede ser un material de acidos fuertes o de bases fuertes. Los ejemplos de dichos materiales comprenden materiales tales como partfculas polimericas, medios de carbon activado, zeolita, arcillas, geles de sflice y oxidos metalicos. En otras realizaciones se pueden proporcionar materiales de acidos fuertes y materiales de bases fuertes como recubrimientos superficiales sobre vehnculos tales como partfculas granuladas, microesferas, fibras, polvos finos, nanotubos y aerogeles. Alternativamente o adicionalmente, el material acido o basico que forma las superficies acidas o basicas se puede encontrar presente en por lo menos una parte del vehnculo; ello se puede realizar, por ejemplo, recubriendo o impregnando el material del vetnculo con el material acido o basico.

Tanto los materiales basicos como los acidos se pueden encontrar presentes en la parte de eliminacion qmmica del filtro; sin embargo, resulta preferible que los dos tipos de materiales se encuentren separados entre sf de modo que no reaccionen y se neutralicen. En algunas realizaciones, el material basico, el material acido o ambos se pueden separar con un material adsorbente, tal como el carbon activado.

Los ejemplos de compuestos acidos que se encuentran presentes con frecuencia en el aire atmosferico y que se consideran como contaminantes para las pilas de combustible comprenden los oxidos de azufre, los oxidos de nitrogeno, el acido sulfhndrico, el acido clorhndrico y acidos organicos volatiles y acidos organicos no volatiles. Los ejemplos de compuestos basicos que se encuentran presentes con frecuencia en el aire atmosferico y que se consideran como contaminantes para las pilas de combustible comprenden el amoniaco, las aminas, las amidas, el hidroxido sodico, el hidroxido de litio, el hidroxido potasico, bases organicas volatiles y bases organicas no volatiles.

En el caso de las pilas de combustible de tipo PEM, la reaccion catodica se produce en condiciones acidas, por lo tanto, se pretende que no se encuentren presentes contaminantes basicos. Un ejemplo de material preferido para eliminar los contaminantes basicos, tal como el amoniaco, es un lecho de granulos de carbon activado impregnados con acido cftrico.

Un segundo ejemplo de un conjunto de filtracion utilizable en el sistema de la Figura 37 se ilustra en una seccion transversal fragmentada en la Figura 39 como el conjunto de filtracion 380. El conjunto de filtracion 380 comprende una caja 382 que define un orificio de entrada 384 y un orificio de salida 386. El aire sucio entra en el conjunto de filtracion 380 por el orificio de entrada 384, y el aire limpio sale por el orificio de salida 386. El elemento silenciador 388 comprende un resonador 390. Se monta un elemento de filtracion 391 en la caja 382 y es analogo al elemento de filtracion 358.

El conjunto de filtracion 380 comprende asimismo un elemento adsorbente 392. El elemento adsorbente 392

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comprende una masa cilmdrica de carbono 393 entre los extremos 394, 395. En la realizacion representada, la masa de carbono 393 es una extension circular hueca 397 de carbon activado que se mantiene unida mediante un aglutinante termoplastico. El carbono 393 se puede realizar, por ejemplo, tal como se describe en las patentes US n° 5.189.092 (Koslow) y 5.331.037 (Koslow). Un sistema de cierre hermetico 396 se encuentra dispuesto en el primer extremo 394 y una tapa 398 se dispone en el segundo extremo 395.

El sistema de cierre hermetico 396 proporciona un cierre estanco al aire entre el elemento adsorbente 392 y la, pantalla separadora 401. El sistema de cierre hermetico 396 se realiza para cerrar hermeticamente el elemento adsorbente 392 contra la pantalla separadora 401 y, en unas condiciones normales, impedir que el aire pase a traves de una zona entre el elemento adsorbente 392 y la pared lateral de la caja 382. El sistema de cierre hermetico 396 impide que el flujo de aire eluda el paso a traves del carbono 393 del elemento adsorbente 392. El sistema de cierre hermetico 396 se realiza habitualmente de un material compresible flexible, tal como el poliuretano.

La tapa 398 desvfa el aire que sale del elemento de filtracion 358 de tal modo que entra en el elemento adsorbente 392 a traves del carbono 393 en vez de pasar axialmente a traves de la extension cilmdrica de carbono 393. El aire del elemento de filtracion 391 entra en contacto con una superficie expuesta 402 de la tapa 398 y se redirecciona desde su flujo “en lmea recta” a un flujo que presente un componente radial. La tapa 398 comprende las aberturas 404 en la misma destinadas al paso de aire a traves de la tapa 398 de modo que el aire puede alcanzar el carbono 393. Aparte de dirigir el flujo de aire, la tapa 398 permite sujetar el elemento de absorcion 392 al elemento de filtracion 391.

El elemento adsorbente 392 actua tanto como parte de eliminacion qmmica como de elemento del elemento silenciador 388. Otros tipos de elementos adsorbentes y de materiales adsorbentes pueden presentar la capacidad de eliminacion de productos qmmicos y la capacidad de reducir el ruido.

I. Realizacion de medios preferidos para los elementos de filtracion descritos anteriormente

Una estructura de filtracion de fibras finas comprende una estructura en bicapa o en multicapa en la que el filtro comprende una o mas capas de fibras finas combinadas con o separadas mediante una o mas redes sinteticas de celulosa o combinadas. Otra disposicion preferida es una estructura que comprende las fibras finas en una matriz o combinacion de otras fibras.

Se considera que las caractensticas importantes de las capas de fibras y de microfibras de la estructura de filtracion se refieren a la resistencia a la temperatura, la resistencia a la humedad y la resistencia a los disolventes, particularmente cuando las microfibras entran en contacto con la humedad o un disolvente a temperaturas elevadas. Ademas, una segunda propiedad importante de los materiales de la presente invencion se refiere a la adherencia del material a la estructura de sustrato. La adherencia de la capa de microfibras constituye una caractenstica importante del material de filtracion de tal modo que el material se puede realizar sin separar la capa de microfibras del sustrato y la capa de microfibras mas el sustrato se pueden transformar en una estructura de filtracion que comprenda materiales enrollados y plegados y otras estructuras sin que se produzca una exfoliacion significativa. Se ha descubierto que la etapa de calentamiento del proceso de fabricacion en la que se aumenta la temperatura hasta una temperatura de fusion o proxima pero justo por debajo de la misma de un material polimerico, habitualmente inferior a la temperatura de fusion inferior, aumenta sustancialmente la adherencia de las fibras entre sf y al sustrato. En la temperatura de fusion o una temperatura superior, las fibras finas pueden perder su estructura fibrosa. Resulta asimismo cntico controlar la velocidad de calentamiento. Si la fibra se expone a su temperatura de cristalizacion durante un penodo de tiempo prolongado, resulta tambien posible perder la estructura fibrosa. Un tratamiento termico cuidadoso mejora tambien las propiedades del polfmero que son consecuencia de la formacion de capas aditivas exteriores a medida que los materiales aditivos se desplazan hacia la superficie y exponen grupos hidrofobos u oleofobos en la superficie de las fibras.

El criterio de rendimiento es que el material pueda superar intacto diversas temperaturas de funcionamiento, es decir, temperaturas de 60 °C, 71 °C, 130 °C, 150 °C (140 °F, 160 °F, 270 °F, 300 °F) durante un penodo de tiempo de 1 hora o de 3 horas, en funcion de su utilizacion, conservando una eficacia de filtracion del 30 %, 50 %, 80 % o 90 %. Un criterio de rendimiento alternativo es que el material pueda superar intacto diversas temperaturas de funcionamiento, es decir, temperaturas de 60 °C, 71 °C, 130 °C, 150 °C (140 °F, 160 °F, 270 °F, 300 °F), durante un penodo de tiempo de 1 hora o de 3 horas, en funcion de su utilizacion, conservando el 30 %, 50 %, 80 % o 90 % de fibras finas eficaces en la capa de filtracion. La supervivencia a dichas temperaturas resulta importante con una humedad baja, con una humedad elevada y en un aire higrosaturado. Se considera que las microfibras y el material de filtracion de la presente invencion son resistentes a la humedad si el material puede sobrevivir tras sumergirlo a una temperatura superior a 71 °C (160 °F) al mismo tiempo que conserva la eficacia durante un penodo superior a aproximadamente 5 minutos. De un modo similar, la resistencia a los disolventes del material de microfibras y del material de filtracion de la presente invencion se obtiene a partir de un material que puede sobrevivir al contacto con un disolvente tal como el etanol, un hidrocarburo, un fluido hidraulico o un disolvente aromatico durante un penodo de tiempo superior a aproximadamente 5 minutos a 21 °C (70 °F) conservando el 50 % de eficacia.

Los materiales de fibras finas de la presente invencion se pueden utilizar en diversas aplicaciones de filtracion comprendiendo los filtros de lavado por impulsos o de lavado sin impulsos destinados a recoger polvo, turbinas de

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gas y sistemas de admision o induccion de aire; sistemas de admision o induccion en turbinas de gas, sistemas de admision o induccion en maquinas para trabajos duros, sistemas de admision o induccion en motores de vehuculos ligeros; aire para la cabina de vehuculos, aire para la cabina de vehuculos todo terreno, aire para discos duros, eliminacion de toner de fotocopiadoras; filtros HVAC (heating, ventilating and air conditioning [calefaccion, ventilacion y aire acondicionado]) tanto en aplicaciones de filtracion comerciales como domesticas. En la realizacion de medios de carga superficial se utilizan ampliamente filtros de papel. En general, los elementos de papel comprenden matrices densas de celulosa, fibras sinteticas u de otro tipo orientadas en la corriente de gases que transporta el material particulado. El papel se realiza generalmente de modo que resulte permeable a la corriente de gases y que presente un tamano de poro suficientemente fino y una porosidad apropiada para impedir el paso de partfculas superiores al tamano seleccionado de las mismas. A medida que los gases (fluidos) pasan a traves del papel de filtro, la cara anterior del papel de filtro interviene en la difusion e intercepcion para capturar y retener las partfculas del tamano seleccionado de la corriente de gases (fluidos). Las partfculas se recogen como un aglomerado de polvo en la cara aguas arriba del papel de filtro. Con el tiempo, el aglomerado de polvo empieza a actuar tambien como filtro, aumentando la eficacia. A ello se hace referencia como maduracion, es decir, el desarrollo de una eficacia superior a la eficacia inicial.

Un diseno de filtro simple tal como el que se ha descrito anteriormente presenta por lo menos dos tipos de problemas. En primer lugar, un desperfecto relativamente sencillo, es decir, la rotura del papel, provoca el fallo del sistema. En segundo lugar, el material particulado se acumula rapidamente en la cara aguas arriba del filtro, como un aglomerado o capa de polvo, aumentando la cafda de presion. Se han aplicado diversos metodos para aumentar la “vida util” de los sistemas de filtracion con carga superficial, tales como los filtros de papel. Un metodo consiste en proporcionar al medio una configuracion plegada, de modo que el area superficial del medio que encuentra la corriente de gases aumenta en relacion con una realizacion plana no plegada. Aunque ello aumenta la vida util del filtro, esta continua siendo sustancialmente limitada. Por dicho motivo, los medios de carga superficial se utilizan principalmente en aplicaciones en las que se producen unas velocidades relativamente bajas a traves del medio de filtracion, generalmente no superiores a aproximadamente 6,096 a 9,144 m (20 a 30 pies) por minuto y habitualmente del orden de aproximadamente 3,05 m (10 pies) por minuto o inferiores. El termino “velocidad” en el presente contexto se refiere a la velocidad media a traves del medio (es decir, volumen de flujo por area del medio).

En general, a medida que aumenta la velocidad del flujo de aire a traves del medio de papel plegado, la duracion del filtro disminuye en un factor proporcional al cuadrado de la velocidad. De este modo, cuando se utiliza un sistema de filtracion de papel plegado con carga superficial como filtro de partfculas para un sistema que requiera flujos de aire sustanciales, se necesita una area superficial relativamente grande para el medio de filtracion, por ejemplo, un filtro de papel plegado cilmdrico habitual de un camion diesel con caja basculante presentara aproximadamente 22,9 a 38,1 cm (9 a 15 pulgadas) de diametro y aproximadamente 30,5 a 61 cm (12 a 24 pulgadas) de longitud, con unos pliegues de aproximadamente 2,54 a 5,1 cm (1 a 2 pulgadas) de profundidad. De este modo, el area superficial de filtracion del medio (una cara) presenta habitualmente entre 2,79 y 27,9 m2 (30 a 300 pies cuadrados).

En muchas aplicaciones, especialmente aquellas con unos caudales relativamente elevados, se utiliza un tipo de medio de filtracion alternativo, al que se hace referencia algunas veces de un modo general como medio de profundidad. Un medio de profundidad habitual comprende una marana relativamente espesa de material fibroso. El medio de profundidad se define generalmente en terminos de su porosidad, densidad o porcentaje de contenido en solidos. Por ejemplo, un medio con 2 a 3 % de consistencia sena una malla de medio de profundidad con las fibras dispuestas de tal modo que aproximadamente el 2 a 3 % del volumen global comprende materiales (solidos) fibrosos, comprendiendo el resto del espacio aire o gases.

Otro parametro util en la definicion de un medio de profundidad es el diametro de las fibras. Si se mantiene constante el porcentaje de consistencia, pero se reduce el diametro (tamano) de las fibras, se reduce el tamano de poro o espacio interfibrilar; es decir, el filtro se vuelve mas eficaz y capturara mas eficazmente partfculas menores.

Un filtro de profundidad convencional habitual es un medio profundo con una densidad relativamente constante (o uniforme), es decir, un sistema en el que la consistencia del medio de profundidad permanece sustancialmente constante en todo su espesor. Por “sustancialmente constante”, en el presente contexto, se entiende que se producen unicamente fluctuaciones relativamente menores en la densidad, si es que se produce alguna, en toda la profundidad del medio. Dichas fluctuaciones, por ejemplo, se pueden producir como resultado de una compresion ligera de una superficie acoplada exteriormente, por un recipiente en el que se dispone el medio de filtracion.

Se han desarrollado disposiciones de medios de profundidad con un gradiente de densidad. Algunas de dichas disposiciones se describen, por ejemplo, en las patentes US n° 4.082.476; 5.238.474 y 5.364.456. En general, una disposicion de medios de profundidad se puede realizar para que proporcione una carga de materiales particulados sustancialmente a lo largo de su volumen o profundidad. De este modo, se pueden realizar dichas disposiciones para cargar una gran cantidad de material particulado, en comparacion con los sistemas de carga superficial, cuando se alcanza la duracion total del filtro. Sin embargo, en general la ventaja de dichas disposiciones ha sido la eficacia, ya que, con una carga sustancial, se pretende un medio con una consistencia relativamente baja. Los sistemas con gradiente de densidad tales como los de las patentes mencionadas anteriormente se han disenado para proporcionar una eficacia sustancial y una mayor duracion. En algunos casos, los medios de carga superficial se utilizan como filtros de “pulimento” en dichas disposiciones.

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Una estructura de medios de filtracion segun la presente invencion comprende una primera capa de un medio fibroso rugoso permeable o sustrato que presenta una primera superficie. Una primera capa de medio de fibras finas se fija a la primera superficie de la primera capa del medio fibroso, rugoso y permeable. Preferiblemente, la primera capa del material fibroso, rugoso y permeable comprende fibras que presentan un diametro medio de por lo menos 10 micrometros, habitualmente y preferiblemente comprendido entre aproximadamente 12 (o 14) a 30 micrometros. Tambien preferiblemente, la primera capa de material fibroso, rugoso y permeable comprende un medio que presenta un gramaje no superior a aproximadamente 200 g/m2, preferiblemente comprendido entre aproximadamente 0,50 y 150 g/m2, y mas preferiblemente de por lo menos 8 g/m2. Preferiblemente la primera capa de material fibroso, rugoso y permeable es de por lo menos 12 micrometros (0,0005 pulgadas) de espesor y habitualmente presenta entre 15 y 500 micrometros (0,0006 a 0,02 pulgadas) de espesor, y preferiblemente presenta entre aproximadamente 25 y 800 micrometros (0,001 a 0,030 pulgadas) de espesor.

En las disposiciones preferidas, la primera capa de material fibroso, rugoso y permeable comprende un material que, si se analiza separadamente del resto de la estructura realizando la prueba de permeabilidad de Frazier, presentara una permeabilidad de por lo menos 1 metro/min, y habitualmente y preferiblemente aproximadamente de 2 a 900 m/min. En la presente memoria, en relacion con su eficacia, excepto cuando se especifique lo contrario, se hace referencia a la eficacia cuando se ha determinado segun la norma ASTM-1215-89, con partfculas esfericas de poliestireno de 0,78 p en suspension monodispersa, a 6,1 metros/min (20 fpm) tal como se describe en la presente memoria.

Preferiblemente, la capa de material de fibras finas fijada a la primera superficie de la capa de medio fibroso, rugoso y permeable es una capa de medio de nanofibras y microfibras en el que las fibras presentan unos diametros de fibra de aproximadamente 0,01 a 0,5 micrometros y preferiblemente dentro del intervalo de aproximadamente 0,05 a 0,5 micrometros. Asimismo, preferiblemente la primera capa de material de fibras finas fijado a la primera superficie de la primera capa de material fibroso, rugoso y permeable presenta un espesor global que no es superior a aproximadamente 30 micrometros, mas preferiblemente no superior a 20 micrometros, mas preferiblemente aun no superior a aproximadamente 10 micrometres, y habitualmente y preferiblemente que se encuentra comprendido en un intervalo de espesor de aproximadamente 1 a 8 veces (y mas preferiblemente no superior a 5 veces) el diametro medios de fibras finas de la capa.

Determinadas disposiciones preferidas segun la presente invencion comprenden medios de filtracion tal como se han definido en lmeas generales en una construccion de filtracion global. Algunas disposiciones preferidas para dicha utilizacion comprenden los medios dispuestos en una configuracion cilmdrica plegada con los pliegues extendiendose de un modo general longitudinalmente, es decir, en la misma direccion que el eje longitudinal de la estructura cilmdrica. En dichas disposiciones, el medio puede encontrarse encajado entre tapas terminales, del mismo modo que en los filtros convencionales. Dichas disposiciones pueden comprender, si asf se pretende, camisas aguas arriba y aguas abajo, con los propositos convencionales habituales.

En algunas aplicaciones, se pueden utilizar medios segun la presente invencion junto con otros tipos de medios, por ejemplo medios convencionales, para mejorar el rendimiento o la vida util global del filtro. Por ejemplo, los medios segun la presente invencion pueden ser medios laminados a convencionales, utilizarse en disposiciones agrupadas; o se pueden incorporar (una caractenstica integral) en estructuras de medios que comprenden una o mas zonas de medios convencionales. Se pueden disponer aguas arriba de dichos medios, para una buena carga; y/o se pueden disponer aguas abajo a los medios convencionales, como filtro de pulimento de alto rendimiento.

Determinadas disposiciones segun la presente invencion se pueden utilizar tambien en sistemas de filtracion de lfquidos, es decir, en los que el material particulado a filtrar se encuentra transportado por un lfquido. Asimismo, determinadas realizaciones segun la presente invencion se pueden utilizar en colectores de vapor, por ejemplo, en dispositivos destinados a filtrar vapores finos del aire.

Segun la presente invencion, se proporcionan metodos de filtracion. Dichos metodos comprenden en lmeas generales la utilizacion de los medios descritos para realizar una filtracion ventajosa. Tal como se puede observar a partir de las descripciones y ejemplos posteriores, los medios segun la presente invencion se pueden configurar y realizar espedficamente para proporcionar ventajosamente una duracion relativamente larga en sistemas relativamente eficaces.

Diversos disenos de filtros se describen en patentes que dan a conocer y reivindican diversos aspectos de estructuras de filtracion y de estructuras utilizadas con materiales de filtracion. Engel et al., en la patente de Estados Unidos n° 4.720.292, describen un diseno de cierre hermetico radial para un conjunto de filtracion que presenta un diseno de filtro cilmdrico de un modo general, encontrandose el filtro cerrado hermeticamente por una tapa terminal, blanda y elastomerica que presenta una superficie cilmdrica orientada radialmente hacia dentro. Kahlbaugh et al., en la patente de Estados Unidos n° 5.082.476, describen un diseno de filtro que utiliza un medio de profundidad que comprende un sustrato de espuma con componentes plegados combinado con los materiales microfibrosos de la presente invencion. Stifelman et al., en la patente de Estados Unidos n° 5.104.537, se refieren a una estructura de filtracion util para filtrar medios lfquidos. El lfquido se introduce en la caja del filtro, pasa a traves del exterior del filtro hacia el nucleo interior anular y a continuacion vuelve a una utilizacion activa en la estructura. Dichos filtros resultan muy utiles en la filtracion de fluidos hidraulicos. Engel et al., en la patente de Estados Unidos n° 5.613.992, muestran

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una estructura de filtracion para la admision de aire en un motor diesel tipico. La estructura obtiene el aire desde una zona exterior de la caja que puede comprender, o no, humedad en suspension. El aire pasa a traves del filtro mientras que la humedad puede pasar hacia la zona inferior de la caja y se puede purgar de la caja. Gillingham et al., en la patente de Estados Unidos n° 5.820.646, describen una estructura de filtracion en Z que utiliza un diseno de filtracion plegado espedfico que comprende unos conductos bloqueados que requieren que una corriente de fluido pase a traves de por lo menos una capa del medio de filtracion en una trayectoria en forma de “Z” para obtener un rendimiento de filtracion apropiado. El medio de filtracion realizado en el formato plegado en forma de Z puede comprender el medio de fibras finas de la presente invencion. Glen et al., en la patente de Estados Unidos n° 5.853.442, describen una camara de filtros que presenta unos filtros que comprenden las estructuras de fibras finas de la presente invencion. Berkhoel et al., en la patente de Estados Unidos n° 5.954.849, describen una estructura colectora de polvo util en procesar habitualmente aire que presenta una gran carga de polvo para filtrar el polvo de la corriente de aire tras procesar una pieza de trabajo que genera una carga significativa de polvo en el aire ambiental. Por ultimo, Gillingham, en la patente de diseno de Estados Unidos n° 425.189, describe un tablero de filtracion que utiliza el diseno de filtracion en Z.

Los siguientes materiales se produjeron utilizando las siguientes condiciones de proceso de hilatura electrostatica.

Se hilaron los siguientes materiales utilizando tanto un sistema emisor giratorio como un sistema de aguja capilar. Se descubrio que ambos sistemas produdan sustancialmente los mismos materiales fibrosos.

Al utilizar el dispositivo se realiza una fibra de un modo general. El caudal fue de 0,04 mm/min (1,5 mil/min) por emisor, una distancia objetivo de 20,3 cm (8 pulgadas), una tension del emisor de 88 kV, una humedad relativa del 45 %, y en el caso del emisor giratorio, unas rpm de 35.

Ejemplo 1: Efecto del tamano de las fibras (Referencia)

Se prepararon muestras de fibras finas a partir de un copolfmero de nailon 6,66. La resina copolimerica de nailon 610 (SVP-651) se analizo con relacion a su peso molecular mediante valoracion volumetrica de su grupo terminal (J. E. Walz and G. B. Taylor, Determination of the molecular weight of nylon [Determinacion del peso molecular del nailon], Anal. Chem. Vol. 19, numero 7, p. 448-450 (1947)). El valor medio del peso molecular resulto comprendido entre 21.500 y 24.800. Se estimo la composicion mediante un diagrama de fases de la temperatura de fusion de los tres componentes del nailon, nailon 6 aproximadamente 45 %, nailon 66 aproximadamente 20 % y nailon 610 aproximadamente 25 %. (Pagina 286, Nylon Plastics Handbook [Manual de los plasticos de nailon], Melvin Kohan ed. Hanser Publisher, Nueva York (1995) ). Las propiedades ffsicas de la resina SPV 651 descritas son:

IS gib g bj ^b

rfopiewo

V a C' , iptcc

r6S0 especilico: D-7S2 . f 3B

Absorcion del agua {24 h de iomersidn): D-570 'I' 2 *,

Dureza: D-240 ST-re 0

Punto de fusion: DSC “C OF; ‘64 ;

Resistencia a la tracdon @ j m, ggb rj 1 fifi 1 in r-n Ia Kenatmienio: P-638 M°a (kps I 50 ;7

Alargamienfo en ia rotura: D-638 '•'l1 36;)

Modulo de flexion: 0-780 vPa rx.psii ‘ 30 (

Resisted ad especifca: D-257 cmn-cn

para producir fibras de 0,23 a 0,45 micrometros de diametro. Se sumergieron las muestras en agua a temperatura ambiente, se secaron al aire y se determino su eficacia. Las fibras mayores tardan mas tiempo en degradarse y el nivel de degradacion es inferior tal como se puede observar en el grafico de la Figura 12. Aunque se pretende no limitarse a una teona determinada, parece ser que las fibras menores con una relacion superficie/volumen superior resultan mas susceptibles de degradacion debido a los efectos ambientales. Sin embargo, las fibras mayores no resultan tan eficaces como medio de filtracion.

Ejemplo 2 (Referencia)

Reticulacion de fibras de nailon con resina fenolica y resina epoxi

A fin de aumentar la resistencia qmmica de las fibras, se ensayo la reticulacion de las fibras de nailon. Se mezclo la copoliamida (nailon 6, 66, 610) descrita anteriormente con resina fenolica, identificada como Georgia Pacific 5137 y se procedio al hilado para realizar las fibras. La proporcion nailon : resina fenolica y la temperatura de fusion de sus mezclas se presentan a continuacion:

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Composition: Temperatura de fusion (°F)

Poliamida: fenolica = 100 :0: 150

Poliamida : fenolica = 80:20: 110

Poliamida : fenolica = 65:35: 94

Poliamida: fenolica = 50:50: 65

Se pudieron producir fibras comparables a partir de las mezclas. La mezcla 50:50 no se pudo reticular mediante el calor y se deshizo su estructura fibrosa. Al calentar la mezcla 65: 35 por debajo de 90 °C durante 12 horas se mejora la resistencia qmmica de las fibras resultantes para resistir la disolucion en alcohol. Se pueden utilizar mezclas de poliamida con resina epoxi, tal como la Epon 828 de Shell y la Epi-Rez 510.

Ejemplo 3: (Referencia)

Modificacion de la superficie mediante un tejido impermeabilizado con aditivos de fluor (Scotchgard®)

Se anadio el alcohol miscible Scotchgard® FC-430 y 431 de 3M Company a la poliamida antes de proceder a la hilatura. La cantidad adicional fue de un 10 % de solidos. La adicion del Scotchgard no impidio la formacion de fibras. Los analisis de THC (condiciones de temperatura y humedad) demuestran que el acabado del tejido con un producto de alto peso molecular del tipo Scotchgard no mejora la resistencia al agua. Las muestras a las que se habfa anadido Scotchgard se calentaron a 150 °C (300 °F) durante 10 minutos siguiendo las sugerencias del fabricante.

Ejemplo 4: (Referencia)

Modificacion con agentes de adherencia

Se realizaron pelfculas polimericas a partir de poliamida con agentes de adherencia con tinanato de Kenrich Petrochemicals, Inc. Estos comprenden el tinanato de isopropiltriisoestearoilo (KR TTS), el titanato de neopentil (dialil) oxitri (dioctil) fosfato (LICA12), el circonato de neopentil (dialil) oxitri (N-etilendiamino) etilo (NZ44). Las pelfculas coladas se sumergieron en agua hirviendo. La muestra de control sin agente de adherencia pierde inmediatamente su consistencia, mientras que las muestras con el agente de adherencia anadido mantienen su forma hasta diez minutos. Se procedio a la hilatura de dichas muestras con el agente de adherencia anadido para realizar fibras (fibras de 0,2 micrometros).

Ejemplo 5: (Referencia)

Modificacion con un polimero de p-tert-butilfenol de bajo peso molecular

Se adquirieron oligomeros de para-tert-butilfenol, con un peso molecular comprendido entre 400 y 1100, de Enzymol International, Columbus, Ohio. Dichos polfmeros de bajo peso molecular son solubles en alcoholes de bajo peso molecular, tales como el etanol, el isopropanol y el butanol. Dichos polfmeros se anadieron a la copoliamida descrita anteriormente mediante hilatura electrostatica realizando fibras de 0,2 micrometros sin consecuencias desfavorables. Algunos polfmeros y aditivos dificultan el proceso de hilatura electrostatica. A diferencia de la resina fenolica convencional descrita en el Ejemplo 2, se ha descubierto que dicho grupo de polfmeros no interfiere en el proceso de formacion de fibras.

Se ha descubierto que dicho grupo de aditivos protege las fibras finas de un ambiente humedo tal como se puede observar en el grafico. Las Figuras 13 a 16 demuestran que los oligomeros proporcionan una proteccion muy buena a 60 °C (140 °F), con un 100 % de humedad y el rendimiento no es muy bueno a 71 °C (160 °F). Se ha anadido dicho aditivo entre el 5 % y el 15 % del polfmero utilizado. Se ha descubierto que resultan igualmente eficaces protegiendo las fibras de la exposicion a una humedad elevada a 60 °C (140 °F). Tambien se ha descubierto que el rendimiento se ve mejorado cuando se someten las fibras a 150 °C durante un penodo corto de tiempo.

La Tabla 1 ilustra el efecto de la temperatura y el tiempo de exposicion de un 10 % de adicion a las fibras de poliamida.

Tabla 1 Eficacia conservada (%) tras sumergir a 140 F

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Temperature 150 CC

139 °C

110 CC

Tier do ae tratamiento termico

1 min: 3 mm 10 i

S8.S: 98.8 98.5

S3.8: 98,9 98.8

S5.4: 98.7 93.8

96*7: 98 6 9S.6

82.8: 90.5 91.7

86.2: 30.S 85.7

Estos resultados son sorprendentes. Se observa un aumento drastico en la resistencia al agua con la presente familia de aditivos. A fin de comprender como actua dicho grupo de aditivos, se analizo la malla de fibras con la tecnica de analisis de la superficie denominada ESCA (electron spectroscopy for chemical analysis [espectrometna electronica para analisis qmmicos]). Las muestras con un 10 % de adicion ilustradas en la Tabla 1 se analizaron mediante ESCA en la Universidad de Minnesota con los resultados que se ilustran en la Tabla 2.

Tabla 2 Composicion de la superficie (proporcion polimero : aditivo)

Tiempo de tratamiento termico

____________________1 min 3 min 10 min

Temperature

150 “C _ 40:60

130 °C 60:40

110 "C 63:37

Sin tratamiento termico 77:23

En un principio, no parece logico encontrar una concentracion superficial de aditivo superior a dos veces la concentracion en conjunto. Sin embargo, se supone que esto se puede explicar gracias al peso molecular de los aditivos. El peso molecular del aditivo de aproximadamente 600 es muy inferior al del polfmero que forma las fibras receptoras. Al ser de un tamano inferior, se pueden dispersar a lo largo de las moleculas de disolvente que se estan evaporando. De este modo, se alcanza una concentracion superficial de aditivos superior. Si se continua con el tratamiento, aumenta la concentracion superficial del aditivo protector. Sin embargo, a los 10 minutos de exposicion,

a 150 °C, no aumento la concentracion. Ello puede indicar que la mezcla de dos componentes de copoliamida y

moleculas oligomericas se esta produciendo siempre y cuando la cadena polimerica disponga de tiempo para cambiar de lugar. Lo que demuestra el presente analisis es que la seleccion adecuada del tiempo y la temperatura del postratamiento puede mejorar el rendimiento, mientras que una exposicion demasiado prolongada puede tener una influencia negativa.

Se continuo examinando la superficie de dichas microfibras cargadas de aditivo utilizando las tecnicas denominadas Tiempo de Vuelo mediante SIMS (secondary ion mass espectoscopy [espectrometna de masas con fuente de ion secundario]). Dicha tecnica implica bombardear el objeto con electrones y observar lo que procede de la superficie. Las muestras sin aditivos presentan una especie de nitrogeno organico que se desprende cuando se realiza el bombardeo con electrones. Ello indica que la especie de poliamida se separa completamente. Tambien demuestra la presencia de una pequena cantidad de impurezas, tales como sodio y silicona. Las muestras con aditivos sin tratamiento termico (una concentracion de aditivos del 23 % en la superficie) presentan una especie dominante de un fragmento de t-butilo, y se observan unos picos pequenos pero ineqmvocos de las poliamidas. Se observan tambien unos picos de masa elevada con unas diferencias de masa de 148 unidades de masa atomica, que corresponden al t-butilfenol. En el caso de la muestra tratada 10 minutos a 150 °C (una concentracion de aditivos del 50 % en la superficie mediante analisis ESCA), el examen demuestra el dominio de los fragmentos de t- butilo y trazas, si es que se encuentra alguna, de picos de poliamida. Este no presenta picos asociados al t-butilfenol entero y sus polfmeros. Este presenta tambien un pico asociado a fragmentos de C2H3O.

El analisis por Tiempo de Vuelo mediante SIMS demuestra que las fibras de poliamida basicas emitiran fragmentos desprendidos con nitrogeno de la cadena polimerica expuesta y los contaminantes de la superficie con el bombardeo

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con iones. Los aditivos sin tratamiento termico presentan una cobertura incompleta, indicando que los aditivos no cubren ciertas partes de la superficie. Los oligomeros de t-butilo se organizan holgadamente en la superficie. Cuando el rayo de iones impacta en la superficie, se pueden desprender todas las moleculas junto con fragmentos inestables de t-butilo. Los aditivos con tratamiento termico favorecen la cobertura completa de la superficie. Ademas, las moleculas se disponen apretadas de tal modo que unicamente los fragmentos inestables tales como el t-butil-, y posiblemente CH=CH-OH, se desprenden mientras que no se desprenden las moleculas completas de t-butilfenol. Los analisis por ESCA y de Tiempo de Vuelo mediante SIMS examinan profundidades distintas de la superficie. La ESCA examina hasta una profundidad de la superficie de 100 Angstrom mientras que el Tiempo de Vuelo mediante SIMS unicamente examina una profundidad de 10 Angstrom. Ambos analisis concuerdan.

Ejemplo 6 - Desarrollo de interpolimeros de recubrimiento superficial (Referencia)

El nailon de tipo 8 se desarrollo originalmente para preparar resinas solubles y reticulables para aplicaciones de recubrimiento y de adherencia. Dicho tipo de polfmero se realiza mediante la reaccion de la poliamida 66 con formaldehndo y alcohol en presencia de acidos. (Ref. Cairns, T.L.; Foster, H.D.; Larcher, A.W.; Schneider, A.K.; Schreiber, R.S. J. Am. Chem. Soc. 1949, 71, 651). Dicho tipo de polfmero se puede someter a hilatura electrostatica y se puede reticular. Sin embargo, la formacion de fibras a partir de dicho polfmero es inferior a las copoliamidas y la reticulacion puede resultar complicada.

A fin de preparar el nailon de tipo 8, se cargo un reactor de alta presion de 37,91 l (10 galones) con la siguiente combinacion:

nailon 66 (duPont Zytel 101) 4,54 kg (10 libras)

Metanol 6,86 kg (15,1 libras)

Agua 9,08 kg (2,0 libras)

Formaldefndo 5,45 kg (12,0 libras)

A continuacion se anadio nitrogeno al reactor y se calento hasta por lo menos 135 °C bajo presion. Cuando se alcanzo la temperatura pretendida, se anadio una pequena cantidad de acido como catalizador. Los catalizadores acidos comprenden el acido trifluoacetico, el acido formico, el acido toluensulfonico, el acido maleico, el anhndrido maleico, el acido ftalico, el anhndrido ftalico, el acido fosforico, el acido cftrico y mezclas de los mismos. Se puede utilizar asimismo como catalizador el polfmero Nafion®. Tras la adicion del catalizador, se continua con la reaccion hasta 30 minutos. En la presente etapa se forma una disolucion polimerica homogenea viscosa. Tras el penodo de reaccion especificado, se transfiere el contenido del recipiente de alta presion a un bano que contema metanol, agua y una sustancia basica, tal como hidroxido amonico o hidroxido sodico para detener la reaccion. Una vez que se ha enfriado suficientemente la disolucion, se precipita dicha disolucion en agua desionizada. Se formaron unos granulos mullidos del polfmero. A continuacion se centrifugaron los granulos de polfmero y se secaron al vado. Dicho polfmero es soluble en metanol, etanol, propanol, butanol y mezclas de los mismos con agua en proporciones diversas. Tambien es soluble en mezclas de distintos alcoholes.

La poliamida de tipo 8 modificada con alcoxialquilo formada de este modo se disuelve en una mezcla de etanol y agua. La disolucion polimerica se somete a hilatura electrostatica del modo descrito por Barris en la patente de Estados Unidos n° 4.650.516. La viscosidad de la disolucion polimerica tiende a aumentar con el tiempo. Resulta conocido en lmeas generales que la viscosidad del polfmero ejerce una gran influencia en la determinacion de los tamanos de las fibras. Por lo tanto, resulta diffcil controlar el proceso en una produccion continua a escala comercial. Ademas, en las mismas condiciones, las poliamidas del tipo 8 no forman microfibras tan eficazmente como las copoliamidas. Sin embargo, cuando se prepara la disolucion con la adicion de un catalizador addico, tal como el acido toluensulfonico, el anhndrido maleico, el acido trifluorometanosulfonico, el acido dtrico, el acido ascorbico y similares, y se procede al tratamiento termico cuidadoso de las mallas de fibras tras la formacion de las fibras, presentando las fibras resultantes una resistencia qmmica muy buena (Figura 13). Se ha de tener cuidado durante la etapa de reticulacion para evitar la destruccion de la estructura fibrosa.

Se ha obtenido un resultado sorprendente cuando la poliamida de tipo 8 (polfmero B) se mezcla con copoliamidas solubles en alcohol. Al sustituir el 30 % en peso de poliamida 66 modificada con alcoxialquilo por una copoliamida soluble en alcohol tal como SVP 637 o 651 (polfmero A), Elvamide 8061, se observaron efectos sinergicos. La formacion de fibras de la mezcla resulta mas eficaz que cualquiera de los componentes por sf solo. Al sumergir en etanol y determinar la eficacia de la filtracion, la eficacia resulta superior al 98 % de eficacia en la filtracion conservada, los analisis de THC presentan unos resultados comparables con la poliamida de tipo 8 por sf sola. Dicho tipo de mezcla demuestra que puede resultar ventajosa la formacion eficaz de fibras y las excelentes caractensticas de filtracion de la copoliamida con la ventaja de la excelente resistencia qmmica de la poliamida reticulada de tipo 8. La prueba de empapar en alcohol indica claramente que la copoliamida no reticulable ha participado en la reticulacion para mantener la eficacia de filtracion del 98 %.

La DSC (calorimetna de barrido diferencial) (veanse las Figuras 17 a 20) de mezclas del polfmero A y B resultan indistinguibles de las del polfmero A solo una vez se han calentado hasta 250 °C (reticulacion completa) sin

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distincion en la temperatura de fusion. Ello indica claramente que las mezclas del poUmero A y B son un poUmero completamente integrado mediante la reticulacion del poKmero B con el polfmero A. Ello constituye una clase completamente nueva de poliamida.

De un modo similar, la mezcla fundida del poli (tereftalato de etileno) con el poli (tereftalato de butileno) puede presentar unas propiedades similares. Durante el proceso de fusion a unas temperaturas superiores a la temperatura de fusion de cada uno de los componentes, se produce un intercambio de grupos ester y se forman interpolfmeros de PET (tereftalato de polietileno) y PBT (tereftalato de polibutileno). Ademas, la temperatura de reticulacion en dicho experimento es inferior a la de cada uno de los componentes por separado. No resulta esperable que se produzca dicho intercambio de grupos a una temperatura tan baja. Por lo tanto, se cree que se ha descubierto una nueva familia de poliamidas mediante la disolucion de la mezcla de poliamidas del Tipo A y del Tipo B y la reticulacion a una temperatura inferior al punto de fusion de cada uno de los componentes.

Cuando se anadio el 10 % en peso del oligomero de t-butilfenol (aditivo 7) y se realizo el tratamiento termico a la temperatura necesaria para realizar la reticulacion, se produjeron unos resultados todavfa mejores. Se ha propuesto la teona de que el grupo funcional hidroxilo de los oligomeros de t-butilfenol intervendna en la reaccion con el grupo funcional de nailon de tipo 8. Lo que se ha descubierto en el presente sistema de componentes permite una buena formacion de fibras, una mayor resistencia a las temperaturas elevadas y a la alta humedad e hidrofobicidad a la superficie de las capas de fibras finas.

Se prepararon muestras de la mezcla del polfmero Ay el polfmero B (muestra 6A) y otra muestra de la mezcla del polfmero A, el polfmero B y el aditivo & (muestra 6B). A continuacion se formaron las fibras mediante el proceso de hilatura electrostatica, se expuso la malla de fibras a 150 °C (300 °F) durante 10 minutos y se analizo la composicion de la superficie mediante un analisis de superficie ESCA.

La siguiente tabla ilustra el analisis ESCA de las muestras 6A y 6B.

Composicion {%): Muestra 6A Muestra 6B

Polimero A: 30 30

Polimero B: 70 70

Aditivo 7: 0 10

Composicion de la superficie: Sin tratamiento termico Con tratamiento termico Sin tratamiento termico Con tratamiento termico

Polimero A & B (%): 100 100 68,9 43,0

Aditivo 7: 0 0 31,1 57,0

El analisis ESCA proporciona informacion con relacion a la composicion de la superficie, excepto la concentracion de hidrogeno. Este proporciona informacion sobre el carbono, el nitrogeno y el oxfgeno. Debido a que el aditivo 7 no comprende nitrogeno, se puede estimar la proporcion de poliamidas que comprenden nitrogeno y de aditivo que no comprende nitrogeno al comparar las concentraciones de nitrogeno. Se puede obtener una informacion cualitativa adicional al examinar el espectro O Is (superficie de iridio) de la energfa de enlace entre 535 y 527 eV. El enlace C=O presento energfa de enlace a aproximadamente 531 eV y el enlace C-O presento energfa de enlace a 533 eV. Al comparar las alturas de dichos dos picos, se puede estimar la concentracion relativa de poliamida con C=O predominante y del aditivo con unicamente grupos C-O. El polfmero B presenta un enlace C-O debido a la modificacion y mediante la reticulacion disminuye la concentracion de C-O. El analisis ESCA confirma que dicha reaccion se ha producido realmente, demostrando el descenso relativo del enlace C-O. (La Figura 4 en el caso de la mezcla de las fibras del polfmero A y el polfmero B sin tratamiento termico, la Figura 5 en el caso de la mezcla de las fibras del polfmero A y el polfmero B con tratamiento termico). Cuando se encuentran presentes en la superficie las moleculas del aditivo 7, se pueden esperar mas enlaces C-O. Este es de hecho el caso tal como se puede observar en las Figuras 6 y 7 (La Figura 6 en el caso de la mezcla hilada de fibras del polfmero A, el polfmero B y el aditivo 7. La Figura 7 en el caso de la mezcla de fibras del polfmero A, el polfmero B y el aditivo 7 sometida a tratamiento termico). La Figura 6 demuestra que la concentracion del enlace CO aumenta en el caso del Ejemplo 7. Dicho descubrimiento es consistente con la concentracion de la superficie basandose en el espectro de transmision multiple XPS (espectrometna fotoelectrica de rayos X) de las Figuras 8 a 11.

Las moleculas del oligomero de t-butilo se desplazan hacia la superficie de las fibras finas y forman un recubrimiento hidrofobo de aproximadamente 50 A. El nailon de tipo 8 presenta unos grupos funcionales tales como -CH2OH y - CH2OCH3, que se espera que reaccionen con el grupo -OH del t-butilfenol. De este modo, se espera observar

5

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menos moleculas del oligomero en la superficie de las fibras. Se ha descubierto que esta hipotesis no era correcta y se ha encontrado un recubrimiento fino en la superficie del interpoKmero.

Las muestras 6A, 6B y una repeticion de la muestra descrita en la seccion 5 se expusieron al analisis de THC a 71 °C (160 °F) a un 100 % de humedad relativa (RH). En la seccion anterior, las muestras se expusieron a 60 °C (140 °F) y a un 100 % de RH. En dichas condiciones, el t-butilfenol protegio el terpolfmero de copoliamida de la degradacion. Sin embargo, si la temperatura se incrementa hasta 71 °C (160 °F) y un 100 % de RH, el oligomero de t-butilfenol no resulta tan eficaz en la proteccion de las fibras subyacentes del terpolfmero de copoliamida. Se compararon las muestras a 71 °C (160 °F) y un 100 % de RH.

Tabla: Eficacia de las fibras finas retenidas tras la exposicion a 71 °C (160 °F) y un 100 % de RH

Muestra: Tras 1 h

Muestra 6A: 82 6

Muestra 6B: 52,4

Muestra 5: 1C 1

'•as 2 ’i: Tras 3 h

B?.fi: 85,9

83,4: 91.5

La tabla demuestra que la muestra 6B ayuda a proteger la exposicion a temperaturas elevadas y una humedad elevada.

Se observan mas diferencias notables cuando se expone la malla de fibras a goticulas de agua. Cuando se disponen gotas de agua desionizada (DI) en la superficie de la muestra 6A, las gotas de agua se extienden inmediatamente por la fibra de malla y humedecen asimismo el papel de sustrato. Por otro lado, cuando se disponen las gotas de agua en la superficie de la muestra 6B, las gotas de agua forman un reborde y no se extienden sobre la superficie de la malla. Se ha modificado la superficie de la muestra 16 para que sea hidrofoba anadiendo oligomeros de t-butilfenol. Dicho tipo de producto se puede utilizar como eliminador de vapor de agua, ya que las gotas de agua no atravesaran la capa superficial de fibras finas de la muestra 6B.

Las muestras 6A, 6B y la muestra de repeticion de la seccion 5 se dispusieron en un horno en el que se ajusto la temperatura a 160 °C (310 °F). La tabla demuestra que las muestras 6A y 6B permanecieron intactas mientras que la muestra de la seccion 5 se vio muy deteriorada.

Tabla: Eficacia de las fibras finas retenidas tras la exposicion a 160 °C (310 °F)

Muestra: Tras 6 h Tras 11 h

Muestra 6A: 100% 100%

Muestra 6B: 100% 100%

Muestra 5: 34% 33%

Mientras que la adicion del oligomero al polfmero A solo aumento la resistencia a las temperaturas elevadas, la adicion del aditivo 7 presenta un efecto neutro en la exposicion a las temperaturas elevadas.

Se ha demostrado claramente que la mezcla del terpolfmero de copoliamida, el nailon 66 modificado con alcoxialquilo y los oligomeros de t-butilfenol proporciona unos productos superiores favoreciendo las fibras finas en un ambiente adverso con una mayor productividad de fabricacion en comparacion con las mezclas tanto del terpolfmero de copoliamida y el oligomero de t-butilfenol como del terpolfmero de copoliamida y el nailon 66 modificado con alcoxialquilo. Dicha mezcla de dos componentes significa tambien una mejora en relacion con el sistema con un unico componente.

Ejemplo 7: Mezcla compatible de poliamidas y de polimeros de bisfenol A (Referencia)

Se puede preparar una nueva familia de polfmeros mediante el enlace oxidativo del anillo fenolico (Pecora, A; Cyrus, W., patente de Estados Unidos n° 4.900.671 (1990) y Pecora, A; Cyrus, W.; Johnson, M. patente de Estados Unidos n° 5.153.298 (1992) ). Resulta de particular interes el polfmero realizado de bisfenol A comercializado por Enzymol Corp. La oxidacion del bisfenol A catalizada por la peroxidasa de soja se puede iniciar desde cada uno de los lados con dos grupos -OH del bisfenol A. A diferencia del bisfenol A basado en el policarbonato, que es lineal, dicho tipo de polfmero de bisfenol A forma polfmeros hiperramificados. A causa de la naturaleza hiperramificada de dicho polfmero, pueden disminuir la viscosidad de la mezcla polimerica.

Se ha descubierto que dicho tipo de polfmero de bisfenol A se puede mezclar en disolucion con poliamidas. El

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parametro de solubilidad de Hansen indicado para el nailon es de 18,6. (Pagina 317, Handbook of Solubility Parameters and other cohesion parameters [Manual de los parametros de solubilidad y otros parametros de cohesion], A. Barton cd., CRC Press, Boca Raton, Florida, 1985). Si se calcula el parametro de solubilidad (pagina 61, Handbook of Solubility Parameters), el parametro de solubilidad calculado es de 28,0. Debido a las diferencias del parametro de solubilidad, no se esperana que resultaran miscibles entre sf. Sin embargo, se ha descubierto que resultan bastante miscibles y presentan unas propiedades inesperadas.

Se realizo una mezcla de resina de bisfenol A con un pm de 3.000 y copoliamida en una proporcion 50:50 en una disolucion de etanol. La concentracion total en la disolucion resulto del 10 %. La copoliamida sola habna presentado un diametro de fibra de 0,2 micrometros. La mezcla produjo una capa con cualidades elasticas de fibras de aproximadamente 1 micrometro. El bisfenol A de un pm de 7.000 no es estable con la copoliamida y tiende a precipitarse.

La DSC de la mezcla en una proporcion 50:50 carece de temperatura de fusion. La copoliamida presenta una temperatura de fusion aproximadamente de 150 °C y la resina de bisfenol A es un polfmero vftreo con una temperatura de transicion vftrea Tg aproximadamente de 100. La mezcla carece de una fusion distinguible. Cuando la malla de fibras se expone a 100 °C, dicha malla de fibras desaparece. Dicha mezcla constituina un medio de filtracion excelente cuando se requiriera una baja cafda de presion al mismo tiempo que una temperatura de uso superior no demasiado elevada. Dicho sistema polimerico no se puede reticular de un modo razonable.

Ejemplo 8: Papel doble del polimero de bisfenol A como disolvente y solido en las mezclas (Referencia)

Una caractenstica sorprendente de la mezcla del polfmero de bisfenol A es que, en forma de disolucion, el polfmero de bisfenol A actua como disolvente y en forma solida el polfmero actua como solido. Se ha descubierto que este papel doble del polfmero de bisfenol es realmente unico.

Se realizo la siguiente formulacion:

P A 66 modificado con alquilalcoxi :: polfmero B 180

Resina de bisfenol a (pm de 3.000): : polfmero C 108

Etanol de grado 190: 827

Acetona: 218

Agua desionizada: 167

Catalizador: 9,3

g

La viscosidad de dicha mezcla resulto de 32,6 centipoises con un viscosfmetro de Brookfield. La concentracion total de polfmeros resulto del 19,2 %. La viscosidad del polfmero B al 19,2 % es aproximadamente de 200 centipoises. La viscosidad del polfmero B solo al 12 % en un disolvente similar es de aproximadamente 60 centipoises. Ello constituye un ejemplo claro de que la resina de bisfenol A actua como disolvente debido a que la viscosidad de la disolucion total resulto inferior a la esperada. El diametro de fibra resultante fue de 0,157 micrometros. Si el polfmero B solo participo en la formacion de fibras, el tamano de fibra esperado sena inferior a 0,1 micrometros. En otras palabras, el polfmero C participo en la formacion de fibras. Se desconoce cualquier otro caso de dicho drastico papel doble de un componente. Tras sumergir la muestra en etanol, se determino la eficacia de filtracion y el tamano de las fibras. Tras sumergir en alcohol, se conservaba el 85,6 % de la eficacia de filtracion y el tamano de las fibras permaneda invariable. Ello indica que el polfmero C ha participado en la reticulacion actuando como un polfmero solido.

Se preparo otra disolucion polimerica del siguiente modo:

P A 66 modificado con alquilalcoxi : Polfmero B 225 g

Resina de bisfenol A (pm de 3000) : Polfmero C 135 g

Etanol de grado 190 778 g

Acetona 205 g

Agua desionizada 157 g

Catalizador 11,6 g

La viscosidad de dicha mezcla resulto de 90,2 centipoises. Esto constituye un valor de viscosidad muy bajo para un 24 % de solido. De nuevo, esto es una indicacion de que el polfmero C actua como disolvente en la disolucion. Sin

embargo, cuando se realiza la hilatura electrostatica para formar las fibras, el diametro de fibra es de 0,438 micrometros. Una disolucion del poKmero B solo al 15 % hubiera producido unas fibras de aproximadamente 0,2 micrometros. En el estado final, el polfmero C contribuye a aumentar el tamano de las fibras. De nuevo, el presente ejemplo ilustra que dicho tipo de polfmero ramificado actua como disolvente en disolucion y actua como solido en el 5 estado final. Tras sumergir en una disolucion de etanol, se conservaba el 77,9 % de eficacia de filtracion y el tamano de las fibras permaneda invariable.

Ejemplo 9: Desarrollo de mezclas polimericas de poliamidas reticuladas y bisfenol A (Referencia)

Se prepararon tres muestras distintas combinando resinas, alcoholes y agua, agitando durante 2 horas a 60 °C. Se enfrio la disolucion a temperatura ambiente, se anadio catalizador a la disolucion y se agito la mezcla durante otros 10 15 minutos. A continuacion, se determino la viscosidad de la disolucion y se procedio a la hilatura electrostatica para

formar las fibras.

La siguiente tabla ilustra dichos ejemplos:

Fdrmula (g): Muestra 9A Mu(?stra 96 Vuestra 9C

Polimero 1: 8,4 12,6 14J

Polimero A: 3.6 5.4 6.3

Polimero 0: 72 10,8 12,6

Etanol de grade 190: 89.3 82.7 79,5

Isopropanol: 23.5 21 8 21.0

Agua desionizada: 18.0 167 15.9

Catalizador: 0.45 0,58 0.79

Viscosidad (cPJ: 22,5 73.5 134,2

lamafto de las fibras {micrometros}: 0,14 0,258 0.496

Se ha descubierto que dicha mezcla genera fibras eficazmente, produciendo aproximadamente un 50 % mas de 15 masa de fibras en comparacion con la formula del polfmero A. Ademas, las microfibras polimericas resultantes producen unas fibras qmmicamente mas resistentes. Tras sumergir en alcohol, un filtro realizado a partir de dichas fibras conservaba mas del 90 % de eficacia de filtracion y el diametro de las fibras permaneda invariable aunque el polfmero esencialmente reticulable constituye unicamente el 44 % de la composicion solida. Dicha composicion de tres polfmeros de copoliamida, nailon 66 modificado con alcoxialquilo y bisfenol A crea un excelente material 20 formador de fibras qmmicamente resistente.

Ejemplo 10: Copolimero de nailon 66 y nailon 46 modificado con alcoxialquilo (Referencia)

En un reactor de alta presion de 37,91 (10 galones) se realizaron las siguientes reacciones y se analizaron los polfmeros resultantes. Una vez se alcanzo la temperatura, se anadio el catalizador y se hizo reaccionar durante 15 minutos. A continuacion, la disolucion polimerica se enfrio, se precipito, se lavo y se seco.

Carga del reactor (LB): Serie 10A Serie 10B Serie 10C Serie 100 Serie 10E

Nailon 4,6:djPcnt Zytel 101:: 10 z 5 5 5

Nailon 6.6 {DSV Stanyl 3001: n V 5 5 V 5

Formaldebido: 8 10 8 10 8

Agua desionizada: 0.2 0.2 2 0,2 2

island: 22 20 20 20 20

Temperatura da reaccion f C): 140 ‘40 140 •50 150

Tg PQ: 56,7 38.8 37,7 38.5 31.8

In f C): 241,1 16/,3 184,9 178.4 189,5

Nivel de sustitucion

Alcoa (% peso): 11.9 11,7 7.1 11,1 8,4

Metilol (% peso): 0.14 0.13 0,14 0,26 0,24

La DSC del poUmero realizado con el nailon 46 y el nailon 66 presenta una amplia temperatura de fusion unica, que es inferior a la temperatura de fusion del nailon 46 modificado (241 °C) o del nailon 66 modificado (210 °C). Ello constituye un indicio de que, durante la reaccion, ambos componentes se distribuyen aleatoriamente en la cadena

5 polimerica. Por lo tanto, se cree que se ha conseguido un copolfmero aleatorio de nailon 46 y nailon 66 con modificaciones alcoxialquilo. Dichos polfmeros son solubles en alcoholes y en mezclas de alcohol y agua.

Propiedad: ASTM Nailon 8 6 Naion 4.6

Tm: 265°C 295'C

Resistencia a ta traction: 0538 13 7CC 8.500

Elongation de rupiura: 0638 15*80 5C

Carga iniaadora de la resistencia a ia traction: 0638 8000-12000

Resistencia a la flexion: 0793 •7.8000 r oco

Modulo tie etasticidad a la traction x 101 pst: 3638 230-550 250

Pruiba de impacto Izod de entalladura en pies - Itbras 1 pulgadas: D256A 0,55-1,0 '7

i‘emp. de deformacion bajo una carga de flexidn de 214 psi: D648 158 194

Ambos son altamente cristalinos y no son solubles en alcoholes comunes.

Fuente: Modern Plastics Encyclopedia (Enciclopedia moderna de los plasticos), 1998.

10 Ejemplo 11: Desarrollo de un interpolimero de copoliamidas y del copolimero de nailon 46/66 modificado con alcoxialquilo y formacion de fibras mediante hilatura electrostatica (Referencia)

Las muestras de las series 10B y 10D se convirtieron en fibras mediante los metodos descritos anteriormente. El nailon 46/66 modificado con alcoxialquilo (polfmero D) solo se sometio a hilatura electrostatica con exito. La mezcla del polfmero D con el polfmero A proporciona las ventajas adicionales de una formacion de fibras mas eficaz y de la 15 capacidad de realizar unas fibras mayores sin sacrificar la reticulabilidad del polfmero D tal como se puede observar en la siguiente tabla:

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25

lamafto de las libras (micrometros) Proportion de masa de las fibras

Elcacta conservada de las fibras (%)

Po-ire'o: 10B Pciir ■pro ICO

Solo: P/30% Sclo rV30%

: Po iTem A Pol rrerc A

0783: 0 464 0,19 C\3

1: 3 1 2

87: 90 92 90

La proporcion de masa de las fibras se calculo mediante (longitud total de fibras por area de la seccion transversal). La eficacia conservada de las fibras se determino sumergiendo la muestra de filtracion en etanol. El tamano de las fibras resulto inalterado tras sumergir en alcohol.

Ejemplo 12

PVA reticulado sometido a hilatura electrostatica

El polvo de PVA se adquirio en Aldrich Chemicals. Se disolvio tanto en agua como en una mezcla de metanol y agua en una proporcion 50/50. Se mezclaron con un agente reticulante y un catalizador de acido toluensulfonico antes de proceder a la hilatura electrostatica. La malla de fibras resultante se reticulo en un horno a 150 °C durante 10 minutos antes de exponerla al analisis de THC.

HiirtlSiS del PVA Peso molecular Concentration de PVA (%)

Disolwntt Giro polimera Gtrepljmeroi PVA|%) %de fibras

THC retemcJo en 3 h % de fibras

THC ftterwto, en 3 h

Muestra 12A: Muestra 12B

98-91: 87-89

31500-60000: 31500-50000

10
10

Agua: Mezcla

Ninguno
Ninguno

0
0

0{a): 0(3,b)

Mues^a 12C: Muestra 12D

87-69: 87-89

31500-50000
31500-50000

to: 10

Mezcla (c): Mezcla (d)

Acido acriiico: Cymel 385

30
30

55 {pi: 20(b)

90(a)

(a) : Temperature 71 °C (1B0 #F), 100% de humedad

(b) : Temperatura 60 eC (140 °F), 100% de humedad (cj: Peso molecular 2000

|d); Resina de melamina formaldehido de Cytee

Ejemplo 13 (Referencia)

Se utilizo un medio de filtracion de aire convencional de celulosa como sustrato. Dicho sustrato presentaba un gramaje de 32,3 kg por 300 m2 (67 libras por 3000 pies cuadrados), una permeabilidad de Frazier de 4,9 m (16 pies) por minuto a 1,3 cm (0,5 pulgadas) de cafda de presion de agua, un espesor de 0,3 mm (0,012 pulgadas) y una eficacia LEFS del 41,6 %. Se anadio una capa de fibras finas del Ejemplo 1 a la superficie utilizando el procedimiento descrito con un diametro de fibra nominal de 0,2 micrometres. El compuesto resultante presento una eficacia LEFS del 63,7 %. Tras exponerlo a un aire a 60 °C (140 °F) con una humedad relativa del 100 % durante 1 hora, la unica muestra del sustrato se dejo enfriar y secar, obteniendose a continuacion una eficacia LEFS del 36,5 %. Tras exponerlo a un aire a 60 °C (140 °F) con una humedad relativa del 100 % durante 1 hora, la muestra del compuesto se dejo enfriar y secar, obteniendose a continuacion una eficacia LEFS del 39,7 %. Utilizando las formulas matematicas descritas, la eficacia conservada de la capa de fibras finas tras 1 hora de exposicion fue del 13 %, el numero de fibras finas conservadas efectivas fue del 11 %.

Ejemplo 14 (Referencia)

Se utilizo un medio de filtracion de aire convencional de celulosa como sustrato. Dicho sustrato presentaba un gramaje de 32,3 kg por 300 m2 (67 libras por 3000 pies cuadrados), una permeabilidad de Frazier de 4,9 m (16 pies)

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45

por minuto a 1,3 cm (0,5 pulgadas) de cafda de presion de agua, un espesor de 0,3 mm (0,012 pulgadas) y una eficacia LEFS del 41,6 %. Se anadio una capa de fibras finas del Ejemplo 5 a la superficie utilizando el procedimiento descrito con un diametro de fibra nominal de 0,2 micrometros. El compuesto resultante presento una eficacia LEFS del 96,0 %. Tras exponerlo a un aire a 71 °C (160 °F) con una humedad relativa del 100 % durante 3 horas, la unica muestra del sustrato se dejo enfriar y secar, obteniendose a continuacion una eficacia LEFS del 35,3 %. Tras exponerlo a un aire a 71 °C (160 °F) con una humedad relativa del 100 % durante 3 horas, la muestra del compuesto se dejo enfriar y secar, obteniendose a continuacion una eficacia LEFS del 68,0 %. Utilizando las formulas matematicas descritas, la eficacia conservada de la capa de fibras finas tras 3 horas de exposicion fue del 58 %, el numero de fibras finas conservadas efectivas fue del 29 %.

Ejemplo 15 (Referencia)

Se utilizo un medio de filtracion de aire convencional de celulosa como sustrato. Dicho sustrato presentaba un gramaje de 32,3 kg por 300 m2 (67 libras por 3000 pies cuadrados), una permeabilidad de Frazier de 4,9 m (16 pies) por minuto a 1,3 cm (0,5 pulgadas) de cafda de presion de agua, un espesor de 0,3 mm (0,012 pulgadas) y una eficacia LEFS del 41,6 %. Se anadio una capa de fibras finas de una mezcla del polfmero A y el polfmero B tal como se ha descrito en el Ejemplo 6 a la superficie utilizando el procedimiento descrito con un diametro de fibra nominal de 0,2 micrometros. El compuesto resultante presento una eficacia LEFS del 92,9 %. Tras exponerlo a un aire a 71 °C (160 °F) con una humedad relativa del 100 % durante 3 horas, la unica muestra del sustrato se dejo enfriar y secar, obteniendose a continuacion una eficacia LEFS del 35,3 %. Tras exponerlo a un aire a 71 °C (160 °F) con una humedad relativa del 100 % durante 3 horas, la muestra del compuesto se dejo enfriar y secar, obteniendose a continuacion una eficacia LEFS del 86,0 %. Utilizando las formulas matematicas descritas, la eficacia conservada de la capa de fibras finas tras 3 horas de exposicion fue del 96 %, el numero de fibras finas conservadas efectivas fue del 89 %.

Ejemplo 16 (Referencia)

Se utilizo un medio de filtracion de aire convencional de celulosa como sustrato. Dicho sustrato presentaba un gramaje de 32,3 kg por 300 m2 (67 libras por 3000 pies cuadrados), una permeabilidad de Frazier de 4,9 m (16 pies) por minuto a 1,3 cm (0,5 pulgadas) de cafda de presion de agua, un espesor de 0,3 mm (0,012 pulgadas) y una eficacia LEFS del 41,6 %. Se anadio una capa de fibras finas de polfmero A, polfmero B y oligomero de t-butilfenol tal como se ha descrito en el Ejemplo 6 a la superficie utilizando el proceso descrito con un diametro de fibra nominal de 0,2 micrometros. El compuesto resultante presento una eficacia LEFS del 90,4 %. Tras exponerlo a un aire a 71 °C (160 °F) con una humedad relativa del 100 % durante 3 horas, la unica muestra del sustrato se dejo enfriar y secar, obteniendose a continuacion una eficacia LEFS del 35,3 %. Tras exponerlo a un aire a 71 °C (160 °F) con una humedad relativa del 100 % durante 3 horas, la muestra del compuesto se dejo enfriar y secar, obteniendose a continuacion una eficacia LEFS del 87,3 %. Utilizando las formulas matematicas descritas, la eficacia conservada de la capa de fibras finas tras 3 horas de exposicion fue del 97 %, el numero de fibras finas conservadas efectivas fue del 92 %.

Ejemplo 17

Se utilizo un medio de filtracion de aire convencional de celulosa como sustrato. Dicho sustrato presentaba un gramaje de 32,3 kg por 300 m2 (67 libras por 3000 pies cuadrados), una permeabilidad de Frazier de 4,9 m (16 pies) por minuto a 1,3 cm (0,5 pulgadas) de cafda de presion de agua, un espesor de 0,3 mm (0,012 pulgadas) y una eficacia LEFS del 41,6 %. Se anadio una capa de fibras finas de PVA reticulado con acido poliacnlico del Ejemplo 12 a la superficie utilizando el procedimiento descrito con un diametro de fibra nominal de 0,2 micrometros. El compuesto resultante presento una eficacia LEFS del 92,9 %. Tras exponerlo a un aire a 71 °C (160 °F) con una humedad relativa del 100 % durante 2 horas, la unica muestra del sustrato se dejo enfriar y secar, obteniendose a continuacion una eficacia LEFS del 35,3 %. Tras exponerlo a un aire a 71 °C (160 °F) con una humedad relativa del 100 % durante 2 horas, la muestra del compuesto se dejo enfriar y secar, obteniendose a continuacion una eficacia LEFS del 83-1 %. Utilizando las formulas matematicas descritas, la eficacia conservada de la capa de fibras finas tras 2 horas de exposicion fue del 89 %, el numero de fibras finas conservadas efectivas fue del 76 %.

Ejemplo 18

Se han realizado los siguientes medios de filtracion con los metodos descritos en los Ejemplos 1 a 17.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

REIVINDICACIONES

1. Una disposicion de elemento de filtracion que comprende:

(a) un sistema de medios de filtracion de aire (140) que tiene un sustrato que comprende primeras y segundas caras de flujo opuestas (148, 150);

(b) en la que dicho sistema de medios (140) tiene una pluralidad de acanaladuras (158), en la que en dicho sistema de medios

(i) cada una de dichas acanaladuras tiene una primera parte terminal adyacente a dicha primera cara de flujo (148) y una segunda parte terminal adyacente a dicha segunda cara de flujo (150); y

(ii) estando abiertas unas seleccionadas de dichas acanaladuras en dicha primera parte terminal (169) y cerradas en dicha segunda parte terminal (178); y estando el resto de dichas acanaladuras cerradas en dicha primera parte terminal (181) y abiertas en dicha segunda parte terminal (184), y caracterizada por que

(c) dicho sustrato se encuentra por lo menos parcialmente cubierto por una capa que comprende fibras finas que comprenden una fibra con un diametro de aproximadamente 0,01 a 0,5 micrometros, consistiendo la fibra en:

un fluoruro de polivinilideno; o

un alcohol polivimlico, en la que

el alcohol polivimlico se reticula con aproximadamente 1 a 40 % en peso de un agente reticulante y en la que el alcohol polivimlico reticulado se reticula utilizando un acido poliacnlico que tiene un peso molecular de aproximadamente 1000 a 3000 o usando una resina de melamina-formaldehndo que tiene un peso molecular de aproximadamente 1000 a 3000.
2. La disposicion de elemento de filtracion segun la reivindicacion 1, que incluye ademas:

(a) un sistema de cierre hermetico que incluye una estructura de bastidory un elemento de cierre hermetico;

(i) comprendiendo dicha disposicion de bastidor una extension que sobresale axialmente desde una de dichas primeras y segundas caras de flujo;

(A) comprendiendo dicha extension una estructura en anillo cerrado que tiene una superficie radial exterior;

(ii) estando dicho elemento de cierre hermetico soportado por dicha extension de dicha disposicion de bastidor;

(A) comprendiendo dicho elemento de cierre hermetico una espuma de poliuretano que tiene una densidad de moldeado de 224 a 352 kg/m3 (14-22 libras/pies3) ;

(B) estando dicho elemento de cierre hermetico orientado contra por lo menos dicha superficie radial exterior.
3. La disposicion de elemento de filtracion segun la reivindicacion 2, en la que:

dicho sistema de medios y dicha estructura de bastidor presentan una seccion transversal circular.
4. La disposicion de elemento de filtracion segun la reivindicacion 2, en la que:

(a) dicho sistema de medios y dicha estructura de bastidor tienen una seccion transversal de forma de pista; y

(b) dicha estructura de bastidor incluye unas riostras de soporte radial.
5. La disposicion de elemento de filtracion segun la reivindicacion 2, que incluye ademas:

una estructura en panel; encontrandose dicho sistema de medios montado en dicha estructura en panel.
6. La disposicion de elemento de filtracion segun la reivindicacion 2, que incluye ademas:

un mango que sobresale desde la primera cara del sistema de medios; presentando dicho mango un tamano destinado a adaptarse a la mano humana.
7. La disposicion de elemento de filtracion segun la reivindicacion 2, que incluye ademas:

(a) un miembro de funda fijado a y que circunscribe dicho sistema de medios;

(i) estando dicho miembro de funda orientado en relacion con dicho sistema de medios para extenderse por lo

5

10

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30

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45

menos el 30 % de dicha longitud axial de dicho sistema de medios; y

(b) una pestana de presion del elemento de cierre hermetico que circunscribe completamente dicho sistema de medios,

(i) extendiendose dicha pestana de presion del elemento de cierre hermetico radialmente desde dicho miembro de funda y circunscribiendo completamente dicho miembro de funda.
8. Un metodo de filtracion de aire, estando el metodo caracterizado por

(a) dirigir el aire a traves de un sistema de medios (140) a una velocidad de 8,5 a 17.000 m(i) * 3/h (5 a 10.000 cfm), comprendiendo el sistema (140) un sustrato que presenta primeras y segundas caras de flujo opuestas (148, 150), y que comprende una pluralidad de acanaladuras (158), en el que en dicho sistema de medios

(i) dichas acanaladuras tienen una primera parte terminal adyacente a la primera cara de flujo y una segunda parte terminal adyacente a la segunda cara de flujo;

(ii) estando abiertas unas seleccionadas de dichas acanaladuras en la primera parte terminal (169) y cerradas en la segunda parte terminal (178); y estando unas acanaladuras seleccionadas cerradas en la primera parte terminal (181) y abiertas en la segunda parte terminal (184);

(iii) el compuesto de los medios incluyendo un sustrato cubierto por lo menos parcialmente por una capa que comprende fibras finas que comprenden una fibra con un diametro de aproximadamente 0,01 a 0,5 micrometros, consistiendo la fibra en:

un fluoruro de polivinilideno; o

un alcohol polivimlico, en el que

el alcohol polivimlico se reticula con aproximadamente 1 a 40 % en peso de un agente reticulante y en el que el alcohol polivimlico reticulado se reticula utilizando un acido poliacnlico que tiene un peso molecular de aproximadamente 1000 a 3000 o usando una resina de melamina-formaldehndo que tiene un peso molecular de aproximadamente 1000 a 3000.
9. El metodo segun la reivindicacion 8, en el que el metodo comprende una etapa de dirigir un pulso de aire a traves del sistema de medios para eliminar las partfculas recogidas en el sistema.
10. El metodo segun la reivindicacion 9, en el que el pulso se dirige en una direccion opuesta a la direccion del flujo del aire en el funcionamiento normal.
11. El metodo segun la reivindicacion 9 o 10, en el que el pulso elimina mas del 50 % de las partfculas en el sistema.
12. El metodo segun la reivindicacion 8, en el que:

la etapa de dirigir el aire a traves de un sistema de medios incluye dirigir el aire hacia un conducto de admision de aire de un motor calculado a un caudal de admision de aire en el motor de aproximadamente entre 85 a 850 m3/h (50 a 500 cfm).
13. El metodo segun la reivindicacion 8, en el que:

(a) la etapa de dirigir el aire a traves de un sistema de medios incluye dirigir el aire a traves de un elemento de filtro que incluye el sistema de medios y un sistema de cierre hermetico; comprendiendo el sistema de cierre hermetico una disposicion de bastidor y un elemento de cierre hermetico;

(i) incluyendo la disposicion de bastidor una extension que sobresale axialmente desde una de las primeras y segundas caras de flujo;

(ii) estando el elemento de cierre hermetico soportado por la extension de la disposicion de bastidor; y

(iii) formando el elemento de cierre hermetico un cierre hermetico radial entre y contra la extension y un conducto en la entrada de admision de aire del motor.
14. El metodo segun la reivindicacion 8, en el que:

la etapa de dirigir el aire a traves de un sistema de medios incluye dirigir el aire hacia un conducto de admision de aire de un sistema de turbina de gas.
15. El metodo segun la reivindicacion 10, en el que:

(a) la etapa de dirigir el aire hacia el interior de un conducto de admision de aire de un sistema de turbina de gas

10

15

20

incluye dirigir el aire hacia el conducto de admision de aire del sistema de turbina de gas incluyendo:

(i) una lamina tubular que tiene por lo menos un orificio de paso simple;

(ii) un miembro de funda desmontable y sustituible montado a traves del orificio; estando el sistema de medios sujetado por el miembro de funda;

(iii) una pestana que circunscribe por lo menos parcialmente el miembro de funda; y

(iv) un elemento de cierre hermetico presionado entre y contra la pestana y la lamina tubular para formar un cierre hermetico entre los mismos.
16. El metodo segun la reivindicacion 8, en el que:

la etapa de dirigir el aire a traves de un sistema de medios comprende dirigir el aire hacia la entrada de aire de un sistema de pila de combustible que incluye un conjunto de filtracion y una pila de combustible aguas abajo.
17. El metodo segun la reivindicacion 16, en el que:

(a) la etapa de dirigir el aire a traves de un sistema de medios incluye dirigir el aire hacia la entrada de aire del sistema de pila de combustible que incluye el conjunto de filtracion aguas arriba de la pila de combustible, incluyendo el conjunto de filtracion:

(i) una caja que presenta un orificio de entrada y un orificio de salida, recibiendo el orificio de entrada aire atmosferico sucio que se dirige hacia el conjunto de filtracion y recibiendo el orificio de salida aire limpio procedente del conjunto de filtracion;

(A) estando el sistema de medios instalado funcionalmente en la caja;

(ii) un elemento supresor del sonido en el interior de la caja; el elemento supresor del sonido se configura y se dispone para atenuar por lo menos 6 dB; y

teniendo la pila de combustible un puerto de admision de aire; el conjunto de filtracion se encuentra construido y dispuesto para proporcionar aire limpio desde el orificio de salida del conjunto de filtracion hacia el puerto de admision de la pila de combustible.

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FIG. 2

25

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23

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V

22

___________________________

TECNOLDGIA DE FIBRAS FIMAS

21

FIG. 3A

FIG. 3B

Medio de celulosa

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Imageries de microscopio electronico de barrido a 2,000 X

RESUMEN DEL AJU5TE DE CURVA5

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ENERGIADE ENLACE (eV)

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ENERGIA DE ENLACE (eV)

FIG. 7

ELECTRO ESCAOls PARA el ejemplo 6b sometido a tratamiento tErmico

RE5UMEN DEL AJU5TE E>E CURVA5

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FIG. 38

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5§

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