Motores Diesel. Filtros de aire de admisión

Por qué utilizamos un dispositivo que limpie el Aire de Admisión en los Motores

El aire contiene partículas tales como silicio, arena, aluminio, carbón, cemento.
Los primeros años de la utilización de los motores de combustión interna estuvieron marcados por los fallos debido a la concentración de polvo en el aire de admisión.
Las partículas de suciedad alcanzaban la cámara de combustión, donde producían importantes abrasiones en pistones, segmentos y paredes de los cilindros. Las consecuencias eran, desde la pérdida de rendimiento del motor hasta el temido gripado.

Aspirar polvo hacia dentro del motor puede causar:

Desgaste prematuro del motor
Incremento en el consumo de aceite
Incremento en el consumo de combustible
Caída de potencia
Fallas en el motor

Los primeros filtros de aire fueron introducidos a mediados de los años treinta, los famosos filtros de aire en baño de aceite; desde esa época hasta los actuales módulos completos de admisión han pasado muchos años de investigación y desarrollo.

Al principio, el elemento filtrante era una malla de alambre en un alojamiento metálico. El principio de trabajo de estos filtros, llamados «en baño de aceite», estaba basado en flujos físicos: la desviación de la corriente de aire en la malla de acero producía un efecto de tamizado que se utilizaba para la separación de las impurezas.

Para almacenar la suciedad, la malla de acero estaba impregnada con aceite del motor. Había que desmontar estos elementos de filtro con regularidad para limpiarlos con disolventes y volver a impregnarlos de aceite.

Cuando los motores comenzaron a mejorar su rendimiento, reduciendo a su vez el consumo de combustible, la demanda de aire se incrementó de forma exponencial. De esta manera los elementos de filtro de malla metálica alcanzaron su límite, incluso tras ser combinados con insertos textiles.

Además se requirió una filtración cada vez más fina, reducciones de peso y dimensiones de los componentes y simplificar las operaciones de mantenimiento. El filtro de aire en baño de aceite, con sus trabajosas operaciones de limpieza y los posteriores problemas de eliminación de residuos ya no cumplía unas exigencias cada vez más severas. Había que desarrollar un nuevo de filtro de aire.

Los filtros de papel

Cuando en 1953 aparecieron en el mercado los primeros filtros de papel, su rendimiento era tan superior que pronto desplazaron por completo los antiguos elementos de malla metálica y textil.

El elemento filtrante no debería ser hecho de cualquier papel. El “papel” usado tiene que resistir el calor, la humedad, y los gases; además de atrapar las partículas de polvo. Entre más dura las fibras del elemento filtrante, más finas o delgadas pueden ser. Entre más finas son, más cercanas pueden estar, creando una red más fina para atrapar más partículas y evitar su penetración al papel o su paso por el papel al motor.

Esto quiere decir que retienen prácticamente todo aquello que pueda afectar el funcionamiento y la vida útil del motor, de modo que aseguran las condiciones para alcanzar la máxima durabilidad del motor, aun en condiciones de temperatura extremas o bajo influencias químicas.

El presente: Sistema de admisión variable y sistemas completos

Hoy, los filtros de aire no se parecen en nada a los utilizados al comienzo. Todos los fabricantes crean innovaciones permanentemente, por ejemplo, en el caso de MAHLE, que a mediados de los noventa, desarrolló el llamado «sistema de admisión variable».

Con ello se consigue que el motor pueda desarrollar elevados pares a bajos regímenes de giro y picos de potencia a altas revoluciones. Esto se consigue mediante la creación intencionada de un flujo turbulento en la cámara de combustión que mejora la formación de la mezcla y el proceso de combustión.

El resultado es una reducción en el consumo de combustible y en las emisiones de gases de escape. Los sistemas de admisión completos empleados en los modernos motores de inyección realizan, además de la filtración del aire, una serie de funciones adicionales. Hoy en día se integran caudalímetros, sistemas de recirculación, indicadores de servicio e incluso escudos térmicos para protegerlo de las tensiones térmicas.

Fuente MAHLE

Motores Diesel. Filtros de Aceite. La manera en que se contamina el aceite

La contaminación del aceite que debe separar el filtro, es producida tanto dentro como fuera del motor.
Cuando se inflama la mezcla de combustible y aire en los cilindros, la alta presión producida por el proceso de combustión impulsa una cierta proporción de los gases más allá de los aros del pistón hacia el cárter. Aunque no contienen abrasivo, contienen en cambio vapor de agua indeseable, hollín y combustible no quemado. La contaminación interna es causada también por diminutas partículas que normalmente producen desgaste de las partes móviles del motor.

Estas partículas son abrasivas y es necesario separarlas del aceite, pues de lo contrario continuarán circulando y produciendo más desgaste.

La fuente potencial principal de contaminantes abrasivos es exterior al motor y se encuentra en el aire que penetra a través de la aspiración de los cilindros.

Debido a los gases soplados mencionados más arriba, se formaba rápidamente lodo en los aceites utilizados hasta mediados del siglo pasado, y los filtros fueron diseñados para separar este lodo.

Estos filtros primitivos se llenaban con hilos de algodón, cáscara de trigo, madera desmenuzada y otros materiales capaces de absorber el lodo y las partículas finas de suciedad.

Con el aumento de potencia de los motores y reducción en los huelgos entre partes metálicas debido a las mejoras en los procesos de producción, los diseños de los cojinetes han variado radicalmente, y la cantidad de contaminación que pueden tolerar se ha reducido considerablemente.

Al mismo tiempo se produjo otro desarrollo importante, desde la década del cincuenta han entrado en uso aditivos químicos para modificar las prestaciones de los aceites lubricantes.

Dispersante Detergente - impide la formación de lodo al mantener inocuamente suspendidos el lodo y el carbón en el aceite.

Mejorador del índice de viscosidad - el aceite se hace más espeso en frío y menos espeso en caliente. El mejorador del índice de viscosidad reduce el régimen de cambio de viscosidad con la temperatura permitiendo un fácil arranque en frío y mejor protección contra el desgaste bajo altas temperaturas.

Depresor del punto de escurrimiento - define la temperatura más baja a la cual puede verterse un aceite para motor desde su envase. La mayoría de los aceites se fabrican con puntos de escurrimiento que son aproximadamente 10º por debajo de la temperatura mínima a la cual se espera que el aceite sea utilizado.

Aditivo antidesgaste - cubre químicamente los cojinetes y otras partes móviles, dando protección adicional contra el desgaste, aunque las partes froten levemente bajo elevadas cargas.

Inhibidor de corrosión - impide la formación de ácido y la pérdida de metal de cojinetes por acción ácida.

Inhibidor de oxidación - impide la oxidación, que suele ser un factor que contribuye a la formación de lodo y barniz.

Inhibidor de espuma - reduce la producción de espuma en el cárter. Un aceite espumoso se oxida con mayor facilidad.

Debido a estos desarrollos, la forma en que se construyen los filtros de aceite ha cambiado y hoy están diseñados con un papel resistente impregnado con resina alojado dentro de un recipiente.
El papel es de naturaleza porosa, permitiendo que el aceite circule a través del mismo, separando simultáneamente las partículas microscópicas de suciedad.

Aunque la mayoría de los contaminantes quedan detenidos en la superficie, un poco de suciedad queda atrapada dentro de las capas del papel mismo. Además, el papel está plegado para proveer una considerable área superficial de filtración dentro de un recipiente.

Estos filtros ofrecen alta eficiencia de filtrado, por lo que la mayoría de los filtros para aceites de motores actuales pertenecen a este tipo.

Norberto Sánchez
Técnico Constructor Naval
Jefe de Máquinas

Motores Diesel. Filtros de recambio para circuitos de aceite, combustible o aire.

La permanente evolución de los motores obliga a las diferentes marcas de filtros, líderes en el mercado, a plantearse nuevas exigencias en el diseño de los filtros, con una clara tendencia hacia los materiales filtrantes más finos, ya que sólo a través de las fibras aún más delgadas se puede incrementar la superficie de filtrado y con ello el grado de separación. También a desarrollar nuevos materiales, desde la celulosa hasta los materiales filtrantes completamente sintéticos.

Hoy los filtros deben absorber muchos tipos de impurezas, separar partículas más finas y mantener su capacidad funcional durante más tiempo, de modo que se requieren una capacidad de retención y una durabilidad del material cada vez mayores.

Menor frecuencia de recambio
Un requisito que plantean muchos fabricantes de motores es la prolongación de la vida útil de los elementos filtrantes: en las dos últimas décadas, se ha conseguido más que triplicarla.
Esta tendencia seguramente se mantendrá en el futuro, también impulsada por los sensores de estado de aceite y los nuevos aceites sintéticos optimizados.

Otro aspecto importante en el desarrollo de los nuevos materiales de filtración es el creciente uso de combustibles alternativos.
La acumulación de biodiesel en el aceite de motor provoca condiciones extremadamente agresivas a altas temperaturas, lo cual comprometen la funcionalidad de los materiales de filtración.

Los factores adversos tienen una influencia directa sobre el así llamado limite de fragilidad, que en última instancia determina la vida útil del filtro. Una vez que se alcanza este límite, el material se fatiga y pierde su funcionalidad. Esto quiere decir que incluso cuando el material filtrante aun no está sucio, el filtro ya no está en condiciones de retener impurezas.

Sin dejar de lado el resto de los componentes de un filtro, podemos decir que ya sea para aceite, combustible o aire, el componente más importante de todo filtro es el material filtrante, el llamado elemento filtrante. Dicho elemento consta, en función de la especificación, de papel con un acabado especial, de fieltro o de una combinación de ambos.

Filtros de papel
Los requisitos que debe cumplir el papel de filtración son:

Alta resistencia a pulsaciones bajo todo tipo de solicitación dinámica.

Insensibilidad al agua al aceite motor, a gases del cárter y vapores de carburante.

Alta estabilidad térmica, ya que con el motor en marcha el filtro puede estar expuesto a temperaturas de hasta 90°C.

Para resistir estas solicitaciones mecánicas, climáticas y térmicas, el papel de filtración es impregnado con modernas resinas sintéticas y, a continuación, sometido a un tratamiento térmico, sin que se alteren el volumen de poros, el tamaño de los poros y la estructura fibrosa del material de partida.

No es sólo la calidad de la materia prima la que decide sobre la capacidad de rendimiento de un filtro. Por lo menos, la misma importancia tiene el tratamiento a base de resinas especiales con las que se impregna el papel y lo hacen insensible, frente a altas temperaturas, humedad y a otras influencias químicas.

Aparte de la impregnación, también el grabado es decisivo para la calidad del filtro. Tras una fase de precalentamiento, se pliega el papel según los requerimientos y se provee con una marca. Para conferir al papel su capacidad mecánica de carga y su resistencia química y térmica, se endurece a continuación la impregnación. Así se producen filtros con geometría de pliegues estable, que incluso bajo cargas altas evitan la temida formación de bloques y garantizan que pueda fluir sin obstáculos en cualquier momento aire, aceite o combustible a través del papel.
La fineza del filtro es de hasta 1 µm, según las exigencias, una condición segura para obtener la más alta separación de suciedad.

Filtro sintético (fieltro)
Para el fieltro se emplean fibras sintéticas. Para alcanzar grados de separación de la suciedad de hasta el 99,9 % para partículas de 1 µm, con una baja resistencia de paso al mismo tiempo, se combinan fieltros en varias capas.

Cuanto más fina sea la fibra, mejor será la separación de partículas de suciedad. La densidad y finura de las fibras aumentan desde la cara sucia hacia la cara limpia. De esta forma se produce un efecto embudo.

Filtros de papel y sintéticos (medios filtrantes de varias capas)
Cuando se requiere una capacidad de absorción de suciedad muy alta, y el grado de separación de la suciedad puede oscilar entre 3 y 5 µm, se recomienda la combinación de fieltro y papel. La capa adicional de fibras sintéticas mejora notablemente el grado de separación, con una mayor duración al mismo tiempo.

Los medios filtrantes de varias capas se instalan en los modernos sistemas de inyección directa (Turbodiesel, Common- Rail- o técnica tobera de inyección).

Otros elementos importantes del filtro son :
Una válvula de derivación, que se abrirá en el momento de los arranques en frío con aceite muy denso, garantizando de esa forma una suficiente aportación de aceite al motor desde el mismo principio de su funcionamiento.
Una válvula antirretorno integrada opcionalmente en el filtro, tanto en el lado de aceite sucio como en el de aceite limpio, evita el vaciado del filtro a motor parado. Con ello se consigue que el aceite llegue rápidamente en los arranques a los puntos críticos de engrase.

Filtro de aceite ecológico
Muchos fabricantes de motores instalan módulos de filtro de aceite ecológicos de serie en sus modelos.

Esta moderna solución no contaminante consta de dos partes: una carcasa metálica que permanece en el motor durante toda su vida útil y un elemento filtrante fabricado en papel y materiales sintéticos que no producen sustancias nocivas al ser incinerados.

Este elemento se sustituye durante los mantenimientos y se entrega a una planta incineradora de basura para su utilización como combustible. Al final solo queda un montoncito de cenizas.

Fuente Mahle

Baterías. Que normas deberían cumplir.

Muchas veces nos encontramos ante la posibilidad de tener que reemplazar una batería. En un mundo donde los conocimientos técnicos son cada vez más específicos, no resultan extrañas nuestras dudas ante la avalancha de especificaciones relacionadas con su desempeño que aparecen en los folletos o que nos describen los vendedores.

Existen normas que, específicamente, se refieren al desempeño del producto que nos interesa, otras se refieren a sus características de seguridad al operarlo (lo que no necesariamente está relacionado con el cumplimiento de nuestras expectativas en cuanto a desempeño) y, por último, un tercer conjunto se refiere al sistema de gestión de la empresa que las fabrica, ya sea en lo que hace a cuestiones de calidad, medio ambiente o seguridad e higiene laboral.

Veamos algunos ejemplos:

Es muy frecuente que, al relacionarnos con un fabricante, hoy en día, se nos explique que su empresa “ha certificado la norma ISO 9001”. Esta es una norma que se refiere al desempeño del sistema de gestión de calidad de la empresa.

Por ser una norma general referente a instituciones (se puede aplicar a una empresa comercial o a un club deportivo), nada nos asegura que los productos fabricados o servicios brindados cumplan con determinadas especificaciones técnicas.

Lamentablemente, una empresa puede tener una excelente gestión y, sin embargo, fabricar productos que no cumplan con nuestras necesidades o, peor aún, que a la hora de utilizarlos traigan aparejado algún riesgo para la salud o la seguridad de las personas.

Lo inverso también podría ser válido, es decir: una empresa puede fabricar productos con excelentes materiales, muy buen desempeño y sumamente seguros, pero que presentan fallas prematuras, difieren en su terminación o con un servicio postventa que no existe.

En otras palabras, deberíamos tener en claro qué es lo que estamos pretendiendo para poder evaluar si las normas que nos ofrecen son las que realmente necesitamos.

La expresión “ha certificado” significa que un tercero verificó, mediante una auditoria, que los preceptos de la norma, efectivamente, se cumplen. Y obviamente, no tiene el mismo valor que la empresa lo afirme o que un tercero independiente sea quien lo declare.

Si al conversar con el fabricante, nos aclara que el producto por el que estamos interesados cumple con una norma IEC, estaremos en presencia de algo mucho más específico.

Nuevamente, aclaremos que la declaración del fabricante tendrá mucho más valor si este cumplimiento ha sido verificado con ensayos realizados en un laboratorio o institución independiente y de prestigio reconocido, por lo que no se trata de una mera “auto-declaración”.

También, resulta muy claro que si, además de cumplir con normas específicas sobre desempeño del producto, el fabricante nos aclara que la empresa cuenta con una certificación de su sistema de gestión de la calidad, podremos estar seguros que sus procesos están bajo control y que si compramos un producto hoy y otro el mes que viene, su calidad será idéntica.

Avancemos un paso más ahora y supongamos que, se trata de evaluar lo que podría ocurrir con nuestro producto en caso de un incendio. Sería el caso de una batería pequeña instalada en una luminaria de emergencia.

Al examinar el folleto con las características técnicas, el fabricante debería decirnos que el mismo cuenta con una certificación de UL. En ese caso, dado el reconocido prestigio de esta institución, logrado a lo largo de más de 100 años de dedicación a los temas de seguridad en productos eléctricos, podremos estar seguros que la batería no contribuirá de ninguna manera a la propagación de llamas, en caso de un incendio en el local o un calentamiento anormal de la luminaria.

Encontraremos normas nacionales y normas internacionales.

Entre las primeras, mencionaremos las IEEE (de Estados Unidos), las BSI (del Reino Unido), DIN (de Alemania) y JIS (de Japón).

Y entre las segundas, las IEC e ISO.

Referencias:

BSI:
Siglas en inglés del Instituto Británico de Normas (British Standards Institute).
www.bsi-global.com

DIN:
Siglas en alemán del Instituto Alemán de Normas (Deutsches Institut für Normung).
www.din.de

IEEE:
Siglas en inglés del Instituto de Ingenieros Electricistas y Electrónicos de Estados Unidos, la mayor organización profesional representativa de los ingenieros a nivel mundial (Institute of Electrical and Electronics Engineers).
www.ieee.org

ISO:
Siglas en inglés de la Organización Internacional para la Estandarización (International Standards Institution), con sede en Ginebra (Suiza).
www.iso.org


IEC:
Siglas en inglés del Comité Internacional de Electrotécnica (Internacional Electrotechnical Committee), con sede en Ginebra (Suiza).
www.iec.ch

JIS:
Siglas en inglés de las Normas Industriales Japonesas (Japanese Industrial Standards) publicadas por la JSA, Asociación Japonesa de Normas (Japanese Standards Association).
www.jsa.or.jp

UL:
Siglas en inglés del Underwritters Laboratories, institución fundada en 1894 por las compañías de seguros de USA para que se abocara a especificar la seguridad de los productos como una forma de poder acotar el riesgo asumido al otorgar una póliza de seguros.
www.ul.com

Fuente VZH baterías industriales