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Filtración en Detalle

La filtración es esencial para eliminar contaminantes del aire comprimido y proteger equipos y productos.

El Problema de la Contaminación​

Contaminantes en el Aire Comprimido​

  1. Agua - Humedad condensada durante la compresión
  2. Aceite - De compresores lubricados
  3. Partículas - Polvo, óxido, escamas de tubería
  4. Microorganismos - Bacterias, moho

El Compresor Multiplica los Contaminantes​

Important

Los líquidos y sólidos no se pueden comprimir - se multiplican en concentración.

Ejemplo de Relación de Compresión:

CR=VsuctionVtank=10 m30.943 m3=10.6CR = \frac{V_{suction}}{V_{tank}} = \frac{10 \text{ m}^3}{0.943 \text{ m}^3} = 10.6

¡Los contaminantes ahora están 10 veces más concentrados!

Tipos de Filtros​

1. Filtros de Partículas​

  • El aire fluye de afuera hacia adentro del elemento
  • Remueven partículas sólidas
  • Eficiencia: 3+ micrones
  • Caída de presión: ~0.25 PSI (seco)
  • Material: Celulosa plisada

Aplicaciones: Primera línea de defensa, remoción de partículas gruesas

2. Filtros Coalescentes​

Coalescing filter diagram Los filtros coalescentes capturan aerosoles de aceite y partículas finas, drenando los líquidos recolectados.

  • El aire fluye de adentro hacia afuera del elemento
  • Remueven aerosoles de aceite y partículas finas
  • Material: Fibra de microvidrio

Grados de Filtración Coalescente​

GradoEficienciaContenido de AceiteDP (seco)DP (húmedo)
Grado 299.999%0.001 ppm1.5 PSI4-6 PSI
Grado 499.995%0.03 ppm1.25 PSI3-4 PSI
Grado 699.97%0.08 ppm1.0 PSI2-3 PSI
Grado 898.5%0.2 ppm0.5 PSI1-1.5 PSI
Grado 1095%0.83 ppm0.5 PSI0.5-1 PSI

3. Filtros de Carbón Activado​

  • El aire fluye de afuera hacia adentro
  • Remueven olores, sabores y vapores de hidrocarburos
  • Eficiencia: 99%
  • Caída de presión: ~1 PSI
  • Esencial para aire respirable y aplicaciones alimentarias

Separación de Condensado​

Separadores Centrífugos​

5-step centrifugal separator Un separador centrífugo de 5 pasos remueve el 99% de los líquidos y sólidos mayores a 10 micrones.

Principios de Separación:

  1. Reducción de velocidad
  2. Acción centrífuga
  3. Impacto (colisión)
  4. Cambio de dirección
  5. Zona de calma (sedimentación)

Guía de Selección de Filtros​

AplicaciónFiltración Recomendada
Herramientas neumáticasPartículas + Coalescente (Grado 6-8)
Pintura con sprayPartículas + Coalescente (Grado 4) + Carbón
Procesamiento de alimentosPartículas + Coalescente (Grado 2) + Carbón
ElectrónicaPartículas + Coalescente (Grado 2)
Aire respirableTratamiento completo + Carbón + Monitoreo

El Costo de la Caída de Presión​

Cada PSI de caída de presión cuesta dinero:

Ejemplo: Compresor de 50 HP @ 250 CFM

Costo anual=$28,725 USD @ 100 PSIG\text{Costo anual} = \$28{,}725 \text{ USD @ 100 PSIG} Costo por PSI=$28,725100=$287.25/an˜o\text{Costo por PSI} = \frac{\$28{,}725}{100} = \$287.25/\text{año}
ComponenteΔPCosto Anual
Filtro (5 PSI)5 PSI$1,435
Secador (15 PSI)15 PSI$4,312
Best Practice

Monitoree la presión diferencial a través de los filtros. Reemplace los elementos antes de que una caída de presión excesiva desperdicie energía.

Tipos de Medios Filtrantes​

Filtración Profunda vs Superficial​

Depth Filtration:              Surface Filtration:
(Particles trapped throughout)  (Particles on surface)

    ░░░●░░░░░░░░                ●●●●●●●●●●●●
    ░░░░░░●░░░░░                ────────────
    ░░●░░░░░░░░░                │          │
    ░░░░░░░░●░░░                │          │
                                │          │

Best for: Oil aerosols          Best for: Dry particles
Tipo de MedioMaterialAplicaciónEficiencia
MicrovidrioFibras de borosilicatoCoalescente99.9999% @ 0.01μm
CelulosaFibras de pulpa de maderaPre-filtro de partículas95% @ 3μm
PolipropilenoFibras sintéticasResistente a químicos99.9% @ 1μm
Malla de acero inoxidableMetal tejidoAlta temperatura, reutilizable90% @ 10μm
Carbón activadoCoconito/carbónAdsorción de vapor99% (hidrocarburo)
Membrana de PTFETeflónEstéril/farmacéutico99.99% @ 0.01μm

Estructura del Medio Coalescente​

Three-layer construction:

Outer layer: Drainage
├── Coarse fibers
├── Allows liquid drainage
└── Protects inner layers

Middle layer: Coalescing
├── Fine microglass (2-5 μm)
├── Captures and combines droplets
└── Primary filtration zone

Inner layer: Pre-filtration
├── Medium fibers
├── Captures large particles
└── Protects coalescing layer

Relación Beta (Eficiencia de Filtración)​

La relación Beta (β) cuantifica la eficiencia del filtro para un tamaño de partícula dado.

Definición​

βx=Partıˊculas aguas arriba ≥ x μmPartıˊculas aguas abajo ≥ x μmβ_x = \frac{\text{Partículas aguas arriba ≥ x μm}}{\text{Partículas aguas abajo ≥ x μm}}

Conversión de Eficiencia​

\text{Eficiencia (%)} = \frac{β - 1}{β} \times 100 = \left(1 - \frac{1}{β}\right) \times 100
Relación BetaEficienciaSignificado
β₂ = 250%La mitad de las partículas de 2μm pasan
β₂ = 1090%1 de cada 10 pasa
β₂ = 10099%1 de cada 100 pasa
β₂ = 100099.9%1 de cada 1,000 pasa
β₂ = 10,00099.99%1 de cada 10,000 pasa
Beta Ratio Requires Size

Una clasificación "β = 1000" no tiene sentido sin el tamaño de la partícula. Siempre especifique: β₃ = 1000 significa 99.9% de eficiencia a 3 micrones.

Estándares de Prueba​

EstándarMétodoNotas
ISO 12500-1Eficiencia de aerosoles de aceiteEstándar de la industria
ISO 12500-3Eficiencia de partículasPrueba de múltiples pasadas
DIN 24550Estándar europeo antiguoSe está eliminando gradualmente

Estrategia de Ubicación de Filtros​

Diseño del Sistema​

Optimal filter placement:

                   Point-of-Use
                   Filter
                      │
    Compressor → Wet Tank → Dryer → Dry Tank → Distribution → Application
         │           │        │        │              │
         │      Separator  Pre-filter  After-filter   Final filter
         │           │        │        │              │
         ▼           ▼        ▼        ▼              ▼
    Aftercooler   Bulk      Protect   Polish      Process
    + separator   liquid    dryer     air         specific
                  removal   media     quality     needs

Filtración Pre-Secador​

Propósito: Proteger el secador del aceite y las partículas

Tipo de SecadorRequisito de Pre-Filtro
RefrigeradoFiltro de partículas (5μm)
DesecanteCoalescente (Grado 6) + partículas
MembranaCoalescente (Grado 4) + partículas
Desiccant Dryer Protection

El aceite contamina el desecante permanentemente. Siempre instale un filtro coalescente aguas arriba de los secadores desecantes.

Filtración Post-Secador​

Propósito: Remover cualquier polvo de desecante o partículas del secador

AplicaciónFiltro Posterior
Planta generalPartículas (3μm)
InstrumentosCoalescente (Grado 4)
Proceso sensibleCoalescente (Grado 2)

Filtración en el Punto de Uso​

Propósito: Protección final para aplicaciones específicas

AplicaciónFiltro en el Punto de Uso
Herramientas neumáticas40μm + lubricador
Pintura con spray5μm + carbón activado
Contacto con alimentos0.01μm estéril + carbón
Electrónica0.01μm + carbón
Aire respirableTratamiento completo + monitor de CO

Dimensionamiento de Filtros​

Capacidad de Flujo​

Dimensione los filtros para las condiciones de flujo reales:

Qactual=Qrated×Prated+14.7Pactual+14.7×Tactual+460Trated+460Q_{actual} = Q_{rated} \times \frac{P_{rated} + 14.7}{P_{actual} + 14.7} \times \frac{T_{actual} + 460}{T_{rated} + 460}

Reglas de Dimensionamiento​

GuíaRazón
Dimensione para el flujo pico, no el promedioPreviene ΔP excesivo en sobretensiones
Use el 70% de la capacidad nominalPermite la carga del filtro
Considere la expansión futuraLos filtros son baratos, ΔP es caro

Ejemplo:

  • La aplicación necesita 500 CFM pico
  • Seleccione un filtro clasificado para 500 ÷ 0.7 = 715 CFM mínimo

Mantenimiento del Filtro​

Cuándo Cambiar los Elementos​

IndicadorAcción
ΔP > 10 PSI (coalescente)Reemplazar
ΔP > 5 PSI (partículas)Reemplazar
12 meses de operaciónEvaluar la condición
Cambio de colorInspeccionar el elemento
Arrastre de aceiteVerificar el drenaje y el elemento

Monitoreo de Presión Diferencial​

ΔP gauge installation:

    Upstream    Filter     Downstream
    pressure   housing    pressure
        │         │           │
        ▼         ▼           ▼
    ┌───●────┬────────┬───●───┐
    │        │░░░░░░░░│       │
    │        │░░░░░░░░│       │
    │        │░░░░░░░░│       │
    └────────┴────────┴───────┘
             │
        ┌────┴────┐
        │   ΔP    │
        │  Gauge  │
        └─────────┘
Estado del ElementoΔP Típico
Nuevo (seco)0.5-1 PSI
Nuevo (húmedo/operando)1-3 PSI
Reemplazar pronto6-8 PSI
Reemplazar ahora>10 PSI

Errores Comunes​

  1. Ignorar la caída de presión - Desperdicia energía
  2. Olvidar drenar el condensado - Re-contamina el aire
  3. Secuencia incorrecta - Filtros antes del secador
  4. Subdimensionamiento - Causa una caída de presión excesiva
  5. Usar el elemento incorrecto - Anula la garantía, bajo rendimiento
  6. Limpiar y reutilizar - Daña la estructura del medio