Penjernih Udara

Latar Belakang

Pembersih udara berevolusi sebagai respons terhadap reaksi orang terhadap alergen seperti serbuk sari, bulu binatang, debu, dan spora jamur. Reaksi (bersin, pilek, mata gatal, dan bahkan konsekuensi yang lebih parah seperti serangan asma) adalah hasil dari antigen yang ditemukan di rumah. Antigen ini merupakan pemicu utama asma, dan ada lebih dari 17 juta penderita asma di Amerika Serikat saja. Pembersih udara menghilangkan sebagian partikel ini, sehingga mengurangi respons tipe alergi.

Karena ukurannya yang sangat kecil, alergen dapat melewati kantong penyedot debu standar dan menyebar kembali ke udara tempat mereka tinggal selama berhari-hari. Bahkan satu mikrogram alergen kucing sudah cukup untuk menimbulkan respons alergi pada sebagian besar dari enam hingga 10 juta orang Amerika yang alergi terhadap kucing. Partikel udara lainnya—seperti bakteri dan virus—dapat menyebabkan penyakit, beberapa di antaranya berakibat fatal. Ada banyak alasan—alergi, asma, penyakit fatal—jutaan pembersih udara dijual di Amerika Serikat setiap tahun.

Ada dua jenis pembersih udara umum yang dapat menghilangkan sebagian atau semua penyakit dan partikel penyebab alergi di udara:filter mekanis—yang paling efektif diklasifikasikan sebagai Filter Udara Partikulat Efisiensi Tinggi (filter HEPA)—dan presipitator elektrostatik.

Filter HEPA terbuat dari benang kaca yang sangat halus dengan diameter kurang dari 1 mikron (mikron adalah 0,00004 in, 0,001 mm). Sebagai perbandingan, rambut manusia memiliki diameter sekitar 75 mikron (0,003 inci, 0,07 mm). Benang kaca halus yang kusut bersama-sama dan dikompresi untuk membentuk tikar filter. Karena benang individu sangat mikroskopis, sebagian besar tikar terdiri dari udara. Bukaan di matras sangat kecil, umumnya kurang dari 0,5 mikron (0,00002 in, 0,0005 mm). Filter HEPA akan mengumpulkan partikel hingga diameter 0,3 mikron (0,00001 in, 0,0003 mm). Meskipun lebar filternya mungkin hanya 0,10 inci (2,5 mm), filter ini terdiri dari 2.500 lapisan benang kaca.

Precipitator elektrostatik mengandalkan gaya elektrostatik untuk menghilangkan partikel dari udara. Mereka bekerja dengan menciptakan awan elektron bebas yang melaluinya partikel debu dipaksa untuk lewat. Saat partikel debu melewati plasma, mereka menjadi bermuatan, membuatnya mudah dikumpulkan. Pengendapan elektrostatik dapat mengumpulkan partikel hingga diameter 0,01 mikron (0,00001 mm).

Baik filter HEPA maupun presipitator elektrostatik tidak dapat menghilangkan senyawa organik yang mudah menguap dari udara, oleh karena itu tidak melakukan apa pun untuk mengurangi bau. Untuk alasan ini, sebagian besar pembersih udara dilengkapi dengan pra-atau pasca-filter yang terdiri dari karbon aktif. Karbon aktif diproduksi dengan memanaskan sumber karbon (batok kelapa, ban bekas, tulang, dll.) pada suhu yang sangat tinggi tanpa adanya oksigen, proses ini juga dikenal sebagai pirolisis atau distilasi destruktif. Pirolisis memisahkan karbon murni dari bahan lain yang terkandung dalam bahan baku. Karbon murni kemudian terkena uap pada 1.500 ° F (800 ° C). Uap suhu tinggi mengaktifkan karbon. Proses aktivasi membentuk jutaan retakan pada butiran karbon. Retakan ini memiliki diameter sekitar 0,002 mikron (0,000002 mm). Karena ada begitu banyak retakan, proses aktivasi menyediakan karbon dengan luas permukaan yang sangat besar per berat—sekitar 6,5 acre/oz (1.000 m ² /G). Jutaan retakan menyediakan lokasi di mana senyawa organik dapat teradsorpsi. Selain itu, permukaan karbon membawa muatan listrik sisa yang menarik bahan kimia non-polar (bahan kimia yang tidak memisahkan muatan positif dan negatif) ke dalamnya. Karbon aktif sangat efektif dalam menyerap senyawa penghasil bau.

Sejarah

Kemurnian udara telah menjadi perhatian selama manusia hidup berkelompok. Salah satu alasan pemburu-pengumpul bersifat nomaden adalah karena mereka secara berkala perlu menjauh dari tempat pembuangan sampah dan jamban mereka. Pada tahun AD 61, filsuf Romawi Seneca mengeluh tentang racun asap cerobong asap yang terus-menerus menggantung di atas Roma. Pada tahun 1306, Raja Edward I dari Inggris melarang pembakaran batu bara di London karena polusi berat yang tertinggal di udara.

Revolusi Industri abad kedelapan belas dan kesembilan belas hanya memperburuk masalah. Pembakaran batu bara untuk menghasilkan listrik dan kereta bahan bakar menghasilkan awan asap gelap di setiap pusat industri utama di dunia dan menutupi seluruh kota dengan jelaga. Untuk mengatasi masalah ini, para insinyur membangun cerobong asap yang lebih tinggi untuk memindahkan limbah di udara lebih jauh dari sumbernya. Tidak peduli seberapa tinggi tumpukannya, masyarakat di bawah angin mengeluhkan abu dan gas asam dari pembakaran batu bara (sumber hujan asam) yang merusak tanaman mereka. Polusi udara kembali memburuk setelah Perang Dunia II ketika mobil menjadi alat transportasi utama di dunia industri. Kabut asap mobil telah memberikan Los Angeles kualitas udara terburuk di dunia.

Bahan Baku

Bahan yang digunakan untuk filter HEPA dan presipitator elektrostatik adalah:wadah yang terbuat dari plastik, kipas angin listrik untuk mengalirkan udara melalui filter, filter itu sendiri, dan sakelar kontrol untuk mengontrol kecepatan kipas dan memutar pembersih udara. nyala dan mati. Filter HEPA terbuat dari serat kaca borosilikat atau serat plastik (misalnya, polipropilen) yang diikat dengan pengikat akrilik hingga 5% (senyawa yang sama yang mengikat cat lateks ke rumah). Pengendapan elektrostatik menghasilkan ion dengan menjalankan tegangan arus searah positif yang sangat tinggi melalui kabel baja yang dipasang di antara pelat pengisi daya baja yang diarde. Kasing hampir secara universal terbuat dari plastik, biasanya polistirena berdampak tinggi, polivinil klorida, polietilen densitas tinggi, atau polipropilena. Kebanyakan pembersih udara juga biasanya dilengkapi dengan post-filter yang terdiri dari karbon aktif.

Desain

Filter HEPA dirancang berdasarkan ukuran partikel yang akan dihilangkan dan laju aliran udara yang dibutuhkan. Semakin halus pori-pori dalam bahan HEPA, semakin halus partikel yang dikeluarkan dari udara. Namun, mengumpulkan partikel yang lebih halus berarti bahan filter akan lebih cepat tersumbat dan perlu diganti lebih sering. Perancang akan menentukan diameter serat kaca dan kerapatan tikar dari kain filter yang memperbaiki ukuran pori filter. Filter HEPA dapat berisi pengikat yang memberikan kekuatan tambahan, tetapi ini juga menghasilkan filter yang lebih cepat tersumbat.

Desain presipitator elektrostatik jauh lebih kompleks. Pengendapan elektrostatik rumah biasanya dirancang untuk memiliki dua komponen, komponen pengion (di mana awan elektron dibuat) dan komponen pengumpul (di mana partikel debu bermuatan ditarik keluar dari udara). Komponen pengumpul terdiri dari serangkaian pelat baja paralel—setengah diarde dan setengahnya membawa tegangan arus searah positif—sehingga pelat alternatif bermuatan positif atau negatif. Unit pengion terdiri dari kabel tipis yang dirangkai antara satu set terpisah pelat pengion baja yang diarde sejajar dengan, tetapi dipasang di depan, pelat kolektor. Kabel tipis membawa arus searah tegangan positif yang sangat tinggi (hingga 25.000 volt di pembersih udara rumah). Muatan positif dalam kabel menginduksi aliran elektron antara kabel dan pelat pengion yang berdekatan. Karena ada tegangan yang sangat tinggi pada kawat, elektron didorong ke arah itu dengan percepatan sekitar 1.000 kali percepatan gravitasi, yang mempercepat elektron ke kecepatan yang sangat tinggi. Misalnya, sebagai partikel kotoran tungau debu mengapung melewati kawat, elektron berkecepatan tinggi bertabrakan dengan elektron dalam molekul partikel, mengetuk Contoh presipitator elektrostatik dan komponennya. beberapa di antaranya gratis. Karena molekul-molekul ini kehilangan elektron, mereka mengambil muatan positif dan dengan demikian tertarik ke pelat kolektor yang bermuatan negatif. Perancang harus memilih tegangan yang cukup tinggi untuk menghasilkan jumlah elektron yang cukup untuk mengionisasi partikel yang melewati presipitator, dan menempatkan pelat kolektor cukup berdekatan sehingga partikel debu terionisasi akan ditangkap pada pelat sebelum kipas presipitator dapat menariknya. sepenuhnya melalui pembersih udara.

Manufaktur
Proses

Kasus

• 1 Pelet bahan mentah (polistirena berdampak tinggi, polivinil klorida, polietilen densitas tinggi, atau polipropilena) dimasukkan ke dalam hopper dan dipanaskan hingga titik leleh, 300-590 °F (150-310 °C) .
• 2 Plastik cair disuntikkan di bawah tekanan tinggi ke dalam cetakan casing. Cetakan biasanya dibuat dari baja perkakas oleh pembuat cetakan yang sangat terampil. Ventilasi dalam cetakan memungkinkan udara yang terperangkap keluar saat plastik masuk. Perancang cetakan harus memastikan bahwa cetakan terisi secara merata dengan plastik dan bahwa semua udara yang masuk dibiarkan keluar, jika tidak, bagian akhir mungkin mengandung gelembung udara kecil atau bahkan rongga.
• 3 Air dipaksa melalui saluran yang dibangun ke dalam cetakan untuk mentransfer panas dari plastik cair ke lingkungan. Setelah bagian tersebut cukup dingin, yang dapat memakan waktu hingga dua menit, cetakan akan terbuka. Pin yang dioperasikan secara hidraulik mendorong bagian keluar dari cetakan terbuka ke nampan penerima.

Kipas angin

• 4 Kipas angin listrik digunakan untuk menarik udara melalui pembersih udara. Kipas angin biasanya dibeli dari pemasok suku cadang kecil. Kipas angin terdiri dari motor listrik kecil dengan bilah kipas logam yang terpasang pada power take-off motor. Bilah kipas biasanya dilas di tempat ke kerah, yang diselipkan ke power take-off dan dibaut di tempatnya.
• 5 Kipas biasanya dipasang pada casing dengan sekrup baja.

Filter HEPA

1. Serat kaca yang membentuk filter HEPA dibuat dengan melewatkan kaca cair atau plastik melalui pori-pori yang sangat halus dalam nosel yang berputar. Serat kaca yang dihasilkan mendingin dan mengeras hampir seketika karena diameternya yang kecil.
2. Nozel berputar bergerak maju mundur (menyebabkan serat kaca membentuk jaring) di atas sabuk konveyor yang bergerak tempat serat dikumpulkan. Kecepatan ban berjalan menentukan ketebalan bahan filter—sabuk konveyor yang lambat memungkinkan lebih banyak serat kaca menumpuk di sabuk.
3. Peleburan dan pendinginan serat menghasilkan beberapa ikatan serat. Saat konveyor berjalan, pengikat lateks disemprotkan ke kain untuk memberikan kekuatan tambahan. Kain dapat memiliki lebar berapa pun hingga ukuran praktis mesin dan dapat dipotong sesuai ukuran yang ditentukan oleh pelanggan sebelum kain diambil di atas rol.
4. Setelah tikar HEPA terbentuk, tikar tersebut dilipat menjadi pola akordeon dalam folder otomatis. Pola akordeon memungkinkan hingga 50 kaki ² (5 m ² ) dari bahan filter untuk ditutup dalam ruang kecil.
5. Filter berbentuk akordeon kemudian ditutup dalam wadah filter, biasanya terdiri dari kisi kawat terbuka. Tujuan dari kotak filter adalah untuk mendukung filter.

Pengendali elektrostatik

1. Sistem pengumpulan presipitator elektrostatik dibuat dengan melampirkan pelat baja ke dalam selubung plastik, seringkali dengan perakitan tangan. Pelat disusun sejajar satu sama lain dalam kasing.
2. Kabel kemudian dihubungkan ke pelat alternatif yang melaluinya arus searah positif bertegangan tinggi akan diterapkan ke pelat. Pelat lainnya di-ground.
3. Unit pengion dibuat dengan menjalankan kabel berdiameter kecil di depan pelat kolektor.
4. Trafo tegangan, yang digunakan untuk mengubah arus bolak-balik rumah tangga 115 volt menjadi arus searah tegangan tinggi, dipasang pada kotak presipitator. Tegangan ini dijalankan ke pelat kolektor bermuatan positif dan kabel pengion.

Filter karbon aktif

• 1 Filter karbon aktif (untuk mengurangi bau) biasanya terdiri dari kain atau busa yang diresapi karbon. Ini diproduksi dengan memasukkan bahan baku dengan karbon aktif bubuk.
• 2 Filter karbon kemudian dililitkan di sekitar bagian dalam atau luar filter HEPA, atau diregangkan dalam bingkai di saluran masuk atau keluar presipitator elektrostatik.

Majelis

• 3 Ada sangat sedikit komponen dalam pembersih udara. Untuk alasan ini, mereka biasanya dirakit di bangku. Dalam perakitan bangku, konveyor yang bergerak membawa komponen individu atau sub-rakitan (misalnya, kipas yang sudah terpasang pada casing) ke bangku di mana seseorang kemudian merakitnya dengan tangan. Dalam pembersih udara HEPA biasa, mungkin hanya ada lima komponen yang memerlukan perakitan:casing, kipas, filter partikulat, filter karbon, dan sakelar hidup/mati.

Kontrol Kualitas

Efisiensi filter adalah uji kontrol kualitas yang paling penting untuk pembersih udara. American Society for Testing and Materials (ASTM) menerbitkan tes kontrol kualitas yang harus dipenuhi oleh filter sebelum dapat digunakan dalam aplikasi tertentu atau dipasarkan sebagai filter HEPA (misalnya, ASTM-F50:Praktik Standar untuk Pengukuran dan Penghitungan Partikel Udara Berkelanjutan di Area dan Ruang Bersih Terkendali Debu Menggunakan Instrumen yang Mampu Mendeteksi Submikrometer Tunggal dan Partikel Lebih Besar). Departemen Pertahanan Amerika Serikat telah mengumumkan standar di mana partikel dioctylphthalate (DOP) dihembuskan melalui filter. Agar lolos, filter harus menghilangkan 99,97% DOP influen.

Produk Sampingan/Limbah

Produk sampingan dari manufaktur meliputi bahan non-karbon yang disuling dari pembuatan karbon aktif, bahan filter spesifikasi, dan bahan berlebih yang harus dibuang dalam produksi filter HEPA. Sebagian besar limbah manufaktur lainnya, runner plastik dari mesin injeksi dan lembaran logam berlebih, dapat didaur ulang.

Limbah tambahan dihasilkan selama pengoperasian filter udara. Ion yang dihasilkan oleh presipitator elektrostatik berinteraksi dengan oksigen di udara untuk menghasilkan ozon. Pada konsentrasi tinggi, ozon beracun. Tingkat ozon yang dihasilkan di presipitator elektrostatik rumah tidak mungkin mencapai tingkat yang berbahaya, tetapi beberapa orang sensitif bahkan terhadap tingkat ozon yang rendah. Pelat kolektor dalam presipitator elektrostatik perlu dibersihkan secara berkala.

Filter HEPA memiliki masa pakai yang terbatas, tergantung pada jumlah udara yang disaring melaluinya dan jumlah partikulat di udara. Sebagian besar produsen merekomendasikan agar mereka diganti setiap beberapa tahun. Filter bekas tidak dapat didaur ulang dan berakhir di tempat pembuangan sampah.

Karbon aktif dapat didaur ulang, tetapi biaya penanganan sejumlah kecil karbon yang terkandung dalam pembersih udara rumah akan menjadi penghalang. Umumnya, juga berakhir di tempat pembuangan sampah setelah digunakan sepenuhnya.

Masa Depan

Ketika para ilmuwan belajar lebih banyak tentang polutan lingkungan dan dampaknya terhadap kesehatan manusia, kebutuhan untuk menyediakan udara yang lebih bersih di rumah dan kantor hanya akan tumbuh. Filter HEPA generasi saat ini hanya dapat menghilangkan partikel berdiameter 0,3 mikron (0,00001 in, 0,0003 mm) sementara diyakini bahwa partikel dengan diameter 0,1 mikron (0,0001 mm) dapat menyebabkan kerusakan mekanis pada jaringan paru-paru. Virus bisa berdiameter 0,02 mikron (0,00002 mm). Jelas, masih ada kemajuan yang dapat dibuat dalam mengendalikan polusi udara dalam ruangan. Arah teknologi saat ini adalah menuju bahan filter yang lebih halus. Standar baru dalam filtrasi adalah filter ULPA, yang merupakan singkatan dari Ultra Low Penetrating Air. Filter ULPA diperlukan untuk dapat menghilangkan partikel dengan diameter hingga 0,12 mikron (0,00012 mm), sekitar sepertiga dari diameter partikel terkecil yang dapat dihilangkan oleh filter HEPA.

Tempat Belajar Lebih Lanjut

Buku

Cooper, David C., dan F.C. Alley. Pengendalian Polusi Udara:Pendekatan Desain. Prospect Heights, IL:Waveland Press, Inc., 1994.

Astaga, Tad. Kualitas Lingkungan Dalam Ruangan. New York:Penerbit Lewis, 1999.

Mycock, John C., dkk. Buku Pegangan Teknik dan Teknologi Pengendalian Polusi Udara. New York:Penerbit Lewis, 1995.

Majalah

Christiansen, S.C., dkk. "Paparan dan Sensitisasi terhadap Alergen Lingkungan dari Anak-anak Hispanik dengan Asma di Kota Dalam San Diego." Jurnal Alergi dan Imunologi Klinis (Agustus 1996):288-294.

Lainnya

"Hujan Elektrostatik." Pekerjaan Timah, Inc. 3 Juni 2001. .

"Menyaring Media." Peralatan Mac. 3 Juni 2001. .

"Plastik:Cetakan Injeksi." Masyarakat Desainer Industri Amerika. 17 Juni 2001. .

Jeff Hujan