PUESTA A PUNTO Y CARACTERIZACIÓN DE UN FILTRO DE …
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IM-2003-V-15 1 PUESTA A PUNTO Y CARACTERIZACIÓN DE UN FILTRO DE ACEITE CENTRÍFUGO LEONARDO CORAL TRIVIÑO UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA BOGOTA D.C. 2003
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PUESTA A PUNTO Y CARACTERIZACIÓN DE UN FILTRO DE ACEITE
CENTRÍFUGO
LEONARDO CORAL TRIVIÑO
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
BOGOTA D.C.
2003
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PUESTA A PUNTO Y CARACTERIZACIÓN DE UN FILTRO DE ACEITE
CENTRÍFUGO
LEONARDO CORAL TRIVIÑO
Proyecto de Grado para optar al título de
Ingeniero Mecánico
Asesor
Dr. Ing. JAIME LOBOGUERRERO
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
BOGOTA D.C.
2003
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Bogotá, D.C. 15 de mayo de 2003
Doctor Ingeniero ALVARO PINILLA SEPÚLVEDA Director del departamento de Ingeniería mecánica Ciudad Apreciado Doctor: Someto a consideración de usted el proyecto de grado titulado PUESTA A PUNTO Y CARACTERIZACIÓN DE UN FILTRO DE ACEITE CENTRÍFUGO, que tiene como objetivo brindar a los estudiantes un método de estudio alternativo sobre filtración de aceites de vehículos y maquinaria pesada, con mayor facilidad de seguimiento. Considero que este proyecto cumple con sus objetivos y lo presento como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Mecánico. Cordialmente, ____________________________ LEONARDO CORAL TRIVIÑO Código: 199511184
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Bogotá, D.C. 15 de mayo de 2003
Doctor Ingeniero ALVARO PINILLA SEPÚLVEDA Director del departamento de Ingeniería mecánica Ciudad Apreciado Doctor: Someto a consideración de usted el proyecto de grado titulado PUESTA A PUNTO Y CARACTERIZACIÓN DE UN FILTRO DE ACEITE CENTRÍFUGO, que tiene como objetivo brindar a los estudiantes un método de estudio alternativo sobre filtración de aceites de vehículos y maquinaria pesada, con mayor facilidad de seguimiento. Considero que este proyecto cumple con sus objetivos y lo presento como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Mecánico. Cordialmente, ____________________________ JAIME LOBOGUERRERO Profesor Asesor
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DEDICATORIA El autor dedica esta obra a: Esta patria boba, tan convulsionada, agobiada y dolida.
Mi madre, por su apoyo incondicional en todos estos años de ardua actividad académica. Mis abuelos, por su apoyo incondicional en todos estos años de ardua actividad académica.
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AGRADECIMIENTOS
El autor expresa su agradecimiento a: Jaime Loboguerrero, Profesor Titular del Departamento de Ingeniería Mecánica y Asesor del proyecto por sus valiosas orientaciones. Alejandro Barrera, Ingeniero mecánico. Por su valioso aporte con información y documentación.
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TABLA DE CONTENIDO
Pag.
INTRODUCCIÓN 13 1. OBJETIVOS 16 2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 17 3. PROPÓSITO 18 4. ANTECEDENTES 19 5. REGISTRO GRÁFICO DEL SISTEMA EXISTENTE 26 6. CÁLCULOS ANALÍTICOS SOBRE EL FILTRO 29
6.1 VERIFICACIÓN DE LA SUSTENTACIÓN DEL CILINDRO ROTOR
POR PARTE DEL COJINETE HIDROSTÁTICO INFERIOR 29
6.2 ANÁLISIS DE LA TOBERA 32
6.2.1 ANÁLISIS DEL DIÁMETRO DE SALIDA
DE LA TOBERA 34
6.2.2 DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE SOBRE LA TOBERA 36
6.3 ANÁLISIS DE LA ALTURA DE LA CUÑA DE ACEITE EN EL
COJINETE INFERIOR 38
6.4 ANÁLISIS DE LOS TORQUES PROPULSOR Y FRICCIONANTES,
EN EL CILINDRO ROTOR 46
6.4.1 TORQUE PROPULSOR 47
6.4.2 TORQUE DE FRICCIÓN DEL COJINETE INFERIOR 48
6.4.3 TORQUE DE FRICCIÓN DEL COJINETE SUPERIOR 52
6.4.4 TORQUE DE FRICCION DEBIDO AL BOMBEO
DE ACEITE 53
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6.4.5 CURVA DE TORQUE V/S VELOCIDAD ANGULAR 56
7. REVISIÓN DE RESISTENCIA A LA PRESION 58
8. COMPARACIÓN DEL DISEÑO EXISTENTE CON EL PROPUESTO 61
9. CARACTERIZACION 68
10. PRUEBAS Y RESULTADOS 70
10.1 ANÁLISIS DE RESULTADOS 72
11. CONCLUSIONES 75
12. RECOMENDACIONES 77
REFERENCIAS 79
BIBLIOGRAFÍA 80
PLANOS
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LISTA DE TABLAS
Pag.
Tabla 1. Datos de la caracterización 72
Tabla 2. Distribución de los resultados 73
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LISTA DE FIGURAS
Pag.
Figura 1. Esquema de la filtración centrífuga 23
Figura 2. Variables importantes en los filtros centrífugos 24
Figura 3. Isométrico del montaje existente 26
Figura 4. Base y husillo del filtro 27
Figura 5. Base del cilindro rotor 28
Figura 6. Esquema del cojinete inferior del cilindro rotor 30
Figura 7. Esquema del diagrama de cuerpo libre del cilindro rotor 31
Figura 8. Esquema de una tobera 32
Figura 9. Esquema de la tobera con ejes coordenados 36
Figura 10. Esquema del cilindro rotor con su equivalencia eléctrica 38
Figura 11. Distancia h entre el cojinete hidrostático inferior y el cilindro rotor 43
Figura 12. Presión contra altura h, de la cuña de aceite que sustenta el cilindro
rotor 45
Figura 13. Esquema del torque de fricción y el par de propulsión 46
Figura 14. Cojinete inferior 48
Figura 15. Esquema de los esfuerzos cortantes interno y externo 49
Figura 16. Esquema del cojinete superior 52
Figura 17. Esquema de la trayectoria del aceite 53
Figura 18. líneas de fricción y de propulsión 57
Figura 19. Esquema del un elemento infinitesimal del cilindro rotor 58
Figura 20. Base y husillo del filtro existente 66
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Figura 21. Esquema del tamaño y proporción de partículas 69
Figura 22. Tamaño y proporción del material retenido 71
Figura 23. Caracterización 72
Figura 24. Distribución de los resultados 73
Figura 25 . Tamaño y proporción de partículas 74
Figura 26. Tamaño y proporción del material retenido 74
Figura 27. Corte Filtro Centrífugo 78
Figura 28. Cilindro Rotor 78
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LISTA DE FOTOS
Pag.
Foto 1. Montaje existente 26
Foto 2. Base del filtro y del cilindro rotor 27
Foto 3. Cojinete inferior modificado 29
Foto 4. Tobera 32
Foto 5. Cilindro rotor existente 61
Foto 6. Cilindro rotor modificado 62
Foto 7. Detalle del contorno del cilindro rotor modificado 62
Foto 8. Base del cilindro rotor existente 63
Foto 9. Base del cilindro rotor modificado 64
Foto 10. Detalle de las guías 64
Foto 11. Detalle de la carcasa existente 65
Foto 12. Detalle de la carcasa rediseñada 65
Foto 13. Detalle del nuevo drenaje 67
Foto 14. Detalle del ducto pasante 67
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INTRODUCCION
Este proyecto de grado consistió en el análisis, la puesta en funcionamiento y la
caracterización de un filtro de aceite centrífugo, específicamente para el filtro
prototipo diseñado y construido por el Ingeniero Ryno Isaksson en el segundo
semestre del año 2001, el cual está montado sobre el banco de pruebas para
filtros de aceite centrífugos diseñado y construido por el ingeniero Alejandro
Barrera en el primer semestre de 2002. La finalidad de este proyecto es buscar
un acercamiento a este tipo de tecnología que es bastante desconocida en
nuestro país y que cada día cobra una mayor importancia en países del primer
mundo, como una alternativa en la filtración de aceites, especialmente en motores
diesel.
La idea general en un filtro de aceite centrífugo consiste en la utilización de estas
fuerzas obtenidas por las altas velocidades de rotación, para separar las partículas
pesadas del fluido. Del documento realizado por Isaksson, se trae el siguiente
párrafo para darle al lector una idea de la importancia de estos filtros centrífugos,
“Los filtros centrífugos surgieron como una alternativa a los filtros convencionales
con medio filtrante como el papel; a medida que las máquinas se volvieron más
eficientes y sensibles a las impurezas, debido a que este tipo de filtro tiene una
gran capacidad para retener partículas contaminantes. Además, a largo plazo son
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más económicos que los filtros convencionales debido a que no son desechables,
lo cual también contribuye a disminuir el impacto ambiental que en el caso de los
filtros convencionales es bastante grande.”
Para entender un poco sobre la importancia de los filtros de aceite centrífugos y su
funcionamiento, se procedió a estudiar en detalle los trabajos realizados por los
ingenieros Ryno Isaksson y Alejandro Barrera. De dichos proyectos de grado, se
obtuvieron variables de diseño, tales como presiones de operación, revoluciones
esperadas, longitudes, diámetros y materiales utilizados en el diseño y la
construcción del filtro y su banco. Con estas medidas y valores se procedió a
realizar el análisis numérico del diseño existente, con el fin de establecer el motivo
por el cual el cilindro rotor del filtro no se movía, impidiendo así el funcionamiento
del filtro y por ende la filtración en sí.
Posteriormente se hicieron pruebas de desempeño sobre el filtro, con el propósito
de comprobar si efectivamente filtraba y qué tamaño de partículas retenía, dando
como resultado la caracterización del filtro.
La ejecución del proyecto se dividió de la siguiente forma:
1. Estudio de los trabajos realizados por los Ingenieros Ryno Isaksson y
Alejandro Barrera sobre el modo de operación de estos filtros. Análisis las
recomendaciones expuestas en sus respectivos trabajos.
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2. Encontrar los posibles defectos en el diseño y corregirlos para así poder
poner en marcha el filtro.
3. Realizar los planos correspondientes al diseño del filtro modificado.
4. Una vez puesto en marcha el filtro, cuantificar su capacidad de filtración
haciendo pruebas experimentales sobre el sistema.
En este documento el lector puede encontrar todos los datos necesarios que
especifican las variables de operación del filtro de aceite centrifugo y los
resultados encontrados después de éste estudio.
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1. OBJETIVOS
Los objetivos principales de este proyecto de grado son:
Desarrollar las modificaciones del caso, al filtro diseñado y construido por el
ingeniero Ryno Issakson en el segundo semestre del 2001 y/o al banco de
pruebas de filtros centrífugos realizado por el ingeniero Alejandro Barrera en el
primer semestre de 2002, con el fin de lograr poner a punto el funcionamiento del
filtro.
Al parecer, las pruebas hechas en el primer semestre de 2002 muestran evidencia
sobre un funcionamiento defectuoso en cuanto a la velocidad alcanzada por el
cilindro rotor. Como consecuencia de lo anterior se deben hacer cambios al diseño
existente con el fin de que el cilindro gire en el rango de velocidad deseado.
Una vez que se halla encontrado solución a los problemas de giro del cilindro rotor
del filtro, se tomará un fluido de prueba con un contaminante de gradación
(tamaño de partículas) conocida, con el fin de hacer pruebas de filtración
tendientes a caracterizar el comportamiento filtrante del sistema.
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2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Lo primero que se pretende hacer es una prueba de banco con el fin de ver en
qué estado se encuentra el banco de pruebas y mas específicamente el filtro,
medir su velocidad de giro, medir la presión del aceite a la salida de la bomba
con el fin de comprobar si se encuentra en un rango de funcionamiento normal.
También medir el caudal de salida de la bomba. Adicionalmente se va a hacer
una inspección visual de las turbinas que mueven el cilindro rotor de tal manera
que se puedan medir sus parámetros importantes.
Con las dimensiones de las turbinas y los parámetros del fluido en este punto
se hará una revisión de su diseño, el cual podría ser cambiado con
posterioridad para maximizar la fuerza que ejercen sobre el cilindro rotor.
Hacer los ajustes al diseño y su correspondiente maquinado y montaje con el
fin de poner en funcionamiento en filtro.
Se pretende caracterizar el desempeño del filtro para lo cual se requiere un
aceite contaminado, como fluido de prueba, con una gradación conocida. En
esta etapa se medirá cuanto contaminante es capaz de retener el filtro y el
tamaño de las partículas de la placa de sedimento producida por la filtración,
en el cilindro retenedor de partículas.
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3. PROPÓSITO
El propósito de este proyecto de grado es dejar un documento donde el lector
encuentre los resultados de las modificaciones realizadas sobre el sistema
existente y los resultados de su caracterización, junto con las propuestas para
mejorar el sistema de filtración, con el fin de que en el futuro se pueda seguir
perfeccionando el conjunto del que se dispone.
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4. ANTECEDENTES
El trabajo anterior se basó en el diseño y construcción de un banco de pruebas
para filtros de aceite centrífugos, especialmente para el filtro prototipo diseñado y
construido con anterioridad (Isaksson 2001). Los trabajos anteriores pretendieron
acercarse a la tecnología de filtración centrífuga, ya que es bastante desconocida
en la industria colombiana, y la cual es muy importante en países del primer
mundo sobre todo a nivel de maquinaria pesada, motores Diesel, generadores
eléctricos, buses y tractomulas.
En el trabajo existente, se obtuvieron variables de diseño como; presiones de
operación, velocidades de giro esperadas, longitudes, diámetros y materiales
utilizados en el diseño y la fabricación del primer prototipo (Isaksson 2001). Con lo
anterior se procedió al diseño y la fabricación del banco de pruebas del filtro
centrífugo, con el objetivo de poner en funcionamiento el filtro (Barrera 2002).
Tomado de la referencia [4] . El propósito general de un filtro centrífugo es la
utilización de estas fuerzas, producto de las altas velocidades de rotación de un
cilindro móvil dentro del filtro, con el propósito de separar partículas sólidas en
suspensión que se encuentran en el fluido.
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La cinemática de la filtración centrífuga se basa en el principio de la rotación de un
objeto en torno a un eje o punto central, a una distancia constante radial a dicho
punto, produciendo una fuerza sobre dicho objeto. El objeto o la partícula cambia
de dirección constantemente con lo cual se produce una aceleración, aun cuando
la velocidad rotacional permanezca constante. Esta fuerza centrípeta está dirigida
hacia el centro de rotación.
Si el objeto que se hace girar en un recipiente cilíndrico, el contenido (fluido y
sólidos en suspensión) experimenta una fuerza igual y en dirección opuesta,
llamada fuerza centrífuga, en dirección de las paredes del cilindro. Esta fuerza es
la responsable de la precipitación que conlleva a la filtración.
En cuanto a la filtración centrífuga, se destaca que las fuerzas que dicha
aceleración produce hacen que partículas pequeñas se precipiten, lo cual es
complicado con métodos de precipitación por gravedad o por medios filtrantes,
pues en los primeros las partículas pequeñas se comportan como material en
suspensión o en “cuasi solución” de tal manera que fluyen solidariamente con el
fluido. En el caso de medios filtrantes existe una imposibilidad técnica para
hacerlos con poros de menor tamaño que las partículas mas pequeñas a filtrar.
Adicionalmente, si esto se solucionara, la presión necesaria en el fluido para
atravesar el filtro seria demasiado elevada, sobre todo si se considera el filtro con
ciertas horas de uso, en donde ya hay material retenido.
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La filtración centrífuga ha tomado un gran impulso motivado por la sensibilidad de
las nuevas tecnologías Diesel, a las partículas contaminantes de tipo abrasivo, en
fluidos lubricantes. Se ha encontrado que los filtros que poseen medios filtrantes
(medios de barrera como papel) no alcanzan a retener las partículas de gradación
mas fina, cualidad que poseen los filtros centrífugos.
Otro aspecto importante de la filtración centrífuga que la hace ventajosa
comparativamente, es que estos filtros no contienen partes desgastables o
desechables, pues los cojinetes sobre los cuales gira el cilindro son de tipo
hidrodinámico; todas las partes móviles están en contacto con abundante fluido
lubricante de modo que virtualmente dichos filtros son de vida infinita.
Vale la pena destacar que la duración infinita de los filtros centrífugos tiene otra
ventaja, la cual radica en que su impacto sobre el medio ambiente es mínimo,
pues nunca se desechan, éste tópico en particular es un inconveniente de los
filtros de medio filtrante convencional.
Si bien el precio inicial del filtro supera considerablemente el de un filtro de medio
filtrante convencional, a largo plazo, después de miles de kilómetros recorridos o
de cientos de horas de operación el costo relativo disminuye, pues no requiere
recambio ni reparación; solo lavado. “En la actualidad un filtro de medio filtrante
convencional para maquinaria pesada cuesta alrededor de US$ 30 y uno
centrífugo alrededor de US$ 500 lo cual equivale a 16 cambios de aceite cada
5000 km. Recorriendo un promedio de 10000 km al mes resulta un periodo de
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retorno de la inversión de ocho meses y el filtro centrífugo sigue funcionando
indefinidamente” [3] . Éste aspecto hace de la filtración centrífuga un campo de
investigación con aplicaciones rentables para el fabricante y para el consumidor
final.
Los dispositivos centrífugos también se usan en filtración, empleando una fuerza
centrífuga en lugar de una diferencia de presión para hacer que fluya la
suspensión a través de un filtro, y se acumule una torta de sólidos sobre una
pantalla del filtro. La torta de sólidos granulares se deposita en el medio filtrante
(papel comúnmente) sostenido en una canastilla rotatoria, se lava y se seca
haciéndolo girar.
Tomado de la referencia [4].
En la figura 1 se muestra un recipiente cilíndrico o tazón giratorio y la alimentación
de una suspensión de partículas sólidas en un fluido que penetra por el centro. Al
entrar, la alimentación es arrastrada de inmediato hacia las paredes del cilindro
como se ilustra en la figura 1b. La aceleración gravitatoria vertical y la aceleración
centrifuga horizontal actúan sobre el liquido y los sólidos. La aceleración centrifuga
suele ser tan grande que es posible despreciar la aceleración de gravedad.
Entonces, la capa liquida asume una posición de equilibrio con su superficie casi
vertical. Las partículas se precipitan horizontalmente hacia fuera, presionándose
sobre la pared vertical del cilindro.
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En la figura 1c. se muestra la separación centrifuga de dos líquidos con
densidades diferentes. El fluido mas denso ocupará la periferia, pues la fuerza
centrifuga es mayor sobre él.
La aceleración de la fuerza centrifuga en un movimiento circular es 2* wrac =
donde
2sm
ac es la aceleración causada por la velocidad angular.
r [ ]m es la distancia radial al centro de rotación.
srad
w es la velocidad angular.
Figura 1. Esquema de la filtración centrífuga
Cuando se realiza filtración centrifuga una partícula de cierto tamaño puede
separarse del liquido en el cilindro cuando su tiempo de residencia es suficiente
para que la partícula llegue hasta la pared. Es posible calcular el diámetro de la
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partícula mas pequeña extraída, cuando se mueve radialmente a su velocidad
terminal de precipitación. En la figura 2 se muestra un esquema de un filtro
centrifugo tubular. La alimentación penetra por el fondo o por arriba y se supone
que todo el liquido se desplaza hacia arriba o hacia abajo a velocidad uniforme,
arrastrando consigo a las partículas sólidas. Se supone que la partícula se mueve
de forma radial a su velocidad de precipitación terminal, Vt. Una partícula de cierto
tamaño se puede separar del liquido cuando dispone de tiempo suficiente para
llegar a la pared del cilindro donde se mantiene. La longitud del cilindro es b [ ]m .
Figura 2. Variables importantes en los filtros centrífugos
Al final del tiempo de residencia de la partícula en el fluido, dicha partícula está a
una distancia rb del eje de rotación. Si rb<r2, entonces la partícula abandona el
cilindro con el fluido. Si rb=r2, la partícula se deposita en la pared y se separa de
manera efectiva del fluido.
Para una precipitación en el intervalo de la ley de Stokes la velocidad terminal de
precipitación en el radio r se obtiene a partir de la ecuación:
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25
)(18
**22
ρρµ
−= pp
t
Drwv
Donde vt es la velocidad de precipitación en sentido radial en m/s, Dp es el
diámetro de la partícula en metros, pρ = densidad de la partícula kg/m3. ρ =
densidad del fluido kg/m3, µ = viscosidad dinámica del fluido pa*s.
Puesto que dtdr
v t = la ecuación se transforma en rdr
Dwdt
p
**)(
1822 ρρ
µ
−=
Integrando entre los limites r=r1 en t=0 y r=r2 en t=tT se tiene:
1
2
22ln*
*)(
18rr
Dwt
p
Tρρ
µ
−=
El tiempo de residencia tT = volumen de liquido V en el recipiente, dividido entre el
caudal Q m3/s.
El volumen, )(** 21
22 rrvV −= π
Sustituyendo en la ecuación de tT y despejando Q se tiene:
[ ]))(*(*)ln(*18
*)(* 21
22
21
2
22
rrvr
rr
DwQ pp −
+
−= π
π
ρρ
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5. REGISTRO GRÁFICO DEL SISTEMA EXISTENTE
Foto 1. Montaje existente
Figura 3. Isométrico del montaje existente
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Foto 2. Base del filtro y del cilindro rotor
Figura 4. Base y husillo del filtro
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Figura 5. Base del cilindro rotor
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6. CÁLCULOS ANALÍTICOS SOBRE EL FILTRO
6.1 VERIFICACIÓN DE LA SUSTENTACIÓN DEL CILINDRO ROTOR POR
PARTE DEL COJINETE HIDROSTÁTICO INFERIOR
Foto 3. Cojinete inferior modificado
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Figura 6. Esquema del cojinete inferior del cilindro rotor Hallando la presión promedio:
externoDiametroD
ernoDiametroD
psiP
_
int_
20
2
1
=
=
=
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31
24
2
""
12
10*03.2
314.0
00804.02
1287
163
187
1
2
mA
inA
mDD
L
−=
=
=−
=−
=
Haciendo un diagrama de cuerpo libre sobre el cilindro rotor, el cual tiene un peso
sin contenido de aceite de 3089 g. Se tiene:
Figura 7. Esquema del diagrama de cuerpo libre del cilindro rotor
∑ +−= Asm
kgFy *10*1378.9*09.3 32
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32
∑
∑
−=
+−= −
NF
msm
kgF
y
y
3.2
10*03.2*10*1378.9*09.3 2432
Lo que muestra que la presión del aceite en el cojinete no es suficiente para
sustentar el cilindro rotor, para que éste a su vez, gire libremente. La solución a
este inconveniente será maquinar el cilindro por posesos de desprendimiento de
viruta con el fin de reducirle el peso, para equilibrar el diagrama de cuerpo libre
anteriormente mostrado.
6.2 ANÁLISIS DE LA TOBERA
Foto 4. Tobera Figura 8. Esquema de una tobera.
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33
0
0
**21
**21
:____
2
1
22
22
11
2
→
→
+=+
=
P
V
PVVP
BernoullideecuacionlaPor
VVchorro
ρρ
sm
V
mkgmN
PV
KpapsiP
5.24
600918
10*8.275*2*2
8.27540
2
3
231
2
1
=
===
==
ρ
La V2 es la velocidad a la salida de la tobera, ésta se necesita para poder hallar el
área de salida de la tobera (área 2). Esto se puede lograr ya que se conoce el
caudal entregado por la bomba [3]. El diámetro teórico de salida de la tobera se
halla de la siguiente forma.
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6.2.1 ANÁLISIS DEL DIÁMETRO DE SALIDA DE LA TOBERA
[ ]
sms
m
A
QA
VQ
A
AVQ
reducciondeeCoeficientunutilizaSe
sm
Q
galQ
bomba
toberaCada
toberaCada
bomba
bomba
34
2
_
2_
34
6.0*5.242
10*83.4
6.0*5.242/
6.0*
6.0**
6.01_____
10*83.4
min65.7
−
−
=
=
=
=
=
=
=
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35
mmmD
mD
A
mA
6.410*57.4
10*643.14
*
10*643.1
3
252
25
≈=
==
=
−
−
−
π
Este resultado es favorable, puesto que la tobera comercial empleada en el
cilindro existente tiene un diámetro de 4.5 mm el cual resulta aceptable a la luz del
anterior resultado.
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6.2.2 DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE SOBRE LA TOBERA
Es importante hacer un diagrama de cuerpo libre sobre la tobera, puesto que se
necesita conocer las fuerzas involucradas en esta pieza; éstas fuerzas son
directamente transmitidas al cilindro rotor, ya que éste y las toberas giran
solidariamente. Dichas fuerzas se deben a la reacción del aceite sobre la tobera al
salir expulsado a gran velocidad por la superficie 2. El fenómeno de reacción es
similar a la fuerza experimentada por un bombero al abrir la válvula que surte el
agua de su manguera. [1]
Figura 9. Esquema de la tobera con ejes coordenados
∑ = VQFx **ρ
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En la siguiente ecuación ρ es la densidad del aceite SAE 20W40. y V es la
velocidad de salida hallada anteriormente.
NF
sm
mmkg
F
VAF
x
x
x
05.9
5.24*10*643.1*918
**
2
2225
3
2
∑
∑
∑
=
=
=
−
ρ
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6.3 ANÁLISIS DE LA ALTURA DE LA CUÑA DE ACEITE EN EL COJINETE
INFERIOR
La altura de la cuña de aceite que tiene lugar en el cojinete inferior del cilindro
rotor, es un dato importante ya que de ésta altura dependen el diseño de las
piezas que permiten dicha holgura y la cantidad de torque ofrecido por la fricción.
Para lograr hallar esta altura, el análisis se orientará hacia un esquema eléctrico
resistivo, que represente las resistencias ofrecidas al aceite en los diferentes
tramos por los cuales fluye en su paso por el cilindro rotor.
El fluido (aceite) experimenta dos caídas de presión que se podrían hacer
equivalentes a dos resistencias en las cuales se presenta una caída de voltaje.
Figura 10. Esquema del cilindro rotor con su equivalencia eléctrica
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39
Estas dos resistencias se presentan así: la resistencia A, en el trayecto de la
salida del aceite por el husillo hasta la parte interna del cojinete inferior 1-2. La
resistencia B, en el trayecto del punto interior del cojinete al exterior del mismo.
La ecuación que representa este fenómeno de perdida de presión es la siguiente:
2231 ** QKQKPP BA +=−
Así pues, la caída de presión entre 1-3 es la suma de la caída de presión 1-2 y la
de 2-3.
Para cualquier sección transversal fhgP **ρ=∆
Donde =fh Cabeza de perdidas por fricción.
Por Darcy-Weisbach (Eq. 6-30. [1] )
g
VdL
fh f 2**
2
=
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40
Entre 1-2. Suponiendo flujo laminar y ducto cilíndrico, la ecuación de perdida de
presión es la siguiente. (Eq. 6-46. [1] )
Re64
=Lamf
[ ]
−=
−=
=
−=
=
−
=−
AQL
dPP
AQ
dL
dPP
VA
Q
AQ
dL
VdPP
Vd
FigMoodydediagramaDel
AQ
dL
PP
Bomba
Bomba
Bomba
Bomba
**2
*64
*2
**64
*2
**64
Re
)1_136_._(.___
*2
**Re64
212
12
2
12
2
21
µ
ρν
ρν
ν
ρ
IM-2003-V-15
41
paP
papaP
ms
m
spam
mpaP
cilindrodelDiametrod
ciaDisL
32
32
2
34
223
2
10*8.275
996.010*8.275
02.0
10*83.4**264.0*
2125.0
*16.064
10*8.275
__
21_tan
≈
−=
−=
=
−=
−
Con el propósito de lograr que las pérdidas de presión entre los puntos 1 y 2 sean
mínimas, se ha pensado en la posibilidad de maquinar unas estrías con una
geometría correspondiente a medio círculo y tan largas como la longitud de 1 a 2
(Ver plano 4 o Foto 6). Estas estrías garantizarían que la presión en el borde
interno del cojinete inferior, del cilindro rotor, fuese igual a la presión del aceite en
el interior del mencionado cilindro (40 psi). Además garantizarían la constante
lubricación del cojinete hidrostático inferior, ya que por éstas se fugaría una
cantidad apreciable de aceite.
Para el flujo en el cojinete hidrostático inferior se asume flujo laminar en placas
paralelas ya que el cojinete es plano. (Eq. 6-90. [1] )
IM-2003-V-15
42
2
32
.
*2
**Re48
Re48
=−
=
AQ
dL
PP
f ParPla
ρ
En este caso por tratarse de un flujo en un ducto de sección no circular d =
Diámetro hidráulico = hD (Eq. 6-79. [1] )
mojadoPerimetroP
PA
D
AQ
DL
PP
h
h
_
*4
*2
**Re48
2
32
=
=
=−
ρ
El área es formada por el perímetro de la circunferencia promedio entre la
circunferencia exterior del cojinete y la interior, de tal manera que es la
circunferencia promedio por la altura h, que es la altura que separa el cilindro rotor
del cojinete durante la sustentación.
IM-2003-V-15
43
Figura 11. Distancia h entre el cojinete hidrostático inferior y el cilindro rotor
hh
D
mRR
mR
mR
hRRRRh
D
hRR
hRR
D
h
h
h
+=
=−
=
=
+−−
=
+
−
−
=
−
025.0*10*03.5
008.0
016.0
024.0
)(*)(***2
*22
**2*2
*2
**2*4
2
12
1
2
12
12
12
12
ππ
π
π
IM-2003-V-15
44
La viscosidad dinámica µ es la del aceite SAE 20W40.
+
=−
=
232*06.10253.0
*
*264.0
hh
VPP
spaµ
Por simplicidad se toma P2 –P3 como la variable de presión P y V como 1. De tal
forma que se convierte en la siguiente ecuación:
2
*06.10253.0h
hP
+=
mRRL
Vh
hLPP
Vh
hLVh
PP
AAV
DL
VhPP
h
008.0
*2
*)025.0(
*10*03.5
48
*2
**10*03.5
)025.0(*
48
**
2**
48
12
2232
2232
2
32
=−=
+=−
+=−
=−
−
−
µ
µ
ρν
IM-2003-V-15
45
La anterior ecuación anterior tiene el siguiente comportamiento:
Figura 12. Presión contra altura h, de la cuña de aceite que sustenta el cilindro
rotor
Como se puede ver en la gráfica anterior, para valores de grandes de h el
gradiente de presión del fluido que se mueve por ese trayecto disminuye. Por el
contrario para valores pequeños de h el gradiente de presión aumenta. El anterior
comportamiento corresponde al comportamiento intuitivo. El valor marcado de 285
kPa equivale a una presión de 40 psi, que es la presión de operación del sistema.
Lo que muestra que para dicha presión el valor de la altura de la cuña de aceite es
aprox. 3 décimas de milímetro.
IM-2003-V-15
46
Como 3 décimas de milímetro es una cantidad difícil de dar con maquinas
herramienta utilizadas en taller, se va a dejar una holgura de 1 milímetro.
6.4 ANÁLISIS DE LOS TORQUES PROPULSOR Y FRICCIONANTES, EN
EL CILINDRO ROTOR
El cilindro rotor está sometido a los siguientes torques, un torque propulsor debido
a las toberas, un torque de fricción debido al cojinete inferior, un torque de fricción
debido al cojinete superior y por último, un torque friccionante debido al cambio de
momentum al que es sometido el aceite dentro del cilindro, ya que éste se hace
pasar de una velocidad angular cercana a cero a una alta velocidad en la pared
del cilindro.
Es importante conocer el comportamiento de los torques de propulsión y de
fricción, en función de la velocidad angular, ya que se pretende encontrar el punto
de operación del cilindro rotor; éste sería el punto teórico en donde se cortarían las
líneas de fricción y propulsión, en donde en el eje de las abscisas representa la
velocidad angular y el de las ordenadas, el torque.
Figura 13. Esquema del torque de fricción y el par de propulsión
IM-2003-V-15
47
Se puede observar el par de fuerzas de 9N, correspondiente a las fuerzas
efectuadas por las toberas, que se hallaron anteriormente en el análisis de cuerpo
libre de las mismas.
6.4.1 TORQUE PROPULSOR
mNT
mNT
RFT
prop
prop
prop
*41.1
0785.0*9*2
**2
=
=
=
La velocidad angular correspondiente a este par propulsor, es la velocidad angular
debida a la velocidad tangencial de la tobera V = 24.5 m/s, ésta fue la velocidad
hallada anteriormente en el análisis de la tobera, entonces:
RPMs
rad
msm
29207.305
0785.0
5.24
≈=
=
ω
ω
IM-2003-V-15
48
6.4.2 TORQUE DE FRICCIÓN DEL COJINETE INFERIOR
En planta el cojinete inferior se vería así:
Figura 14. Cojinete inferior
El torque de fricción del cojinete inferior se calcula como se muestra a
continuación.
sm
U
ms
radU
RU
mR
mR
83.4
0158.0*7.305
*
0238.0
0158.0
1
1
11
2
1
=
=
=
=
=
ω
IM-2003-V-15
49
sm
U
ms
radU
RU
27.7
0238.0*7.305
*
2
2
22
=
=
= ω
Se asumió una holgura de cuña de aceite de 0.3mm, que fue el resultado teórico
que se obtuvo en el calculo de la altura de la cuña de aceite, anteriormente
explicado.
Ahora hallando los esfuerzos cortantes en función de la velocidad angular
(Formula 12-2. Pag.544.[2] ):
Figura 15. Esquema de los esfuerzos cortantes interno y externo
IM-2003-V-15
50
pa
papa
pa
msm
spa
dydU
pa
msm
spa
dydU
2.4991
275.59977.3984
75.5997
00032.0
27.7**264.0
*
7.3984
00032.0
83.4**264.0
*
2
2
2
1
1
1
=
+=
=
=
=
=
=
=
τ
τ
τ
τ
µτ
τ
τ
µτ
IM-2003-V-15
51
Ahora hallando el torque de fricción que ejerce el cojinete inferior:
mNT
mmNT
RRNT
RFT
cojfricc
cojfricc
cojfricc
cojfricc
*0198.0
20238.00158.0
*1
2*1
*
inf..
inf..
21inf..
inf..
=
+=
+=
=
NF
mpaF
mA
AF
promediofricciondefuerzaHallando
promfricc
promfricc
promfricc
1
10*03.2*2.4991
10*03.2
*
____
_.
24_.
24
_.
=
=
=
=
−
−
τ
IM-2003-V-15
52
ωω
ωω
*10*47.6)(
*7.305
0198.0)(
:________
5inf..
inf..
−=
=
cojfricc
cojfricc
T
T
angularvelocidadladefuncioncomoparelHallando
6.4.3 TORQUE DE FRICCIÓN DEL COJINETE SUPERIOR
El torque que ejerce el cojinete superior, se debe a la fricción existente entre el
husillo (eje) y el casquete (cojinete). Se calcularía de la siguiente forma (Formula
12-5c. Pag 547. [2] ):
Figura 16. Esquema del cojinete superior
IM-2003-V-15
53
ω
ωπ
ωµπ
*10*08.6
*00015.0
*264.0*10*12*)10*9(**4
*****4
:15.0___lg___
4sup.
33332
sup.
32
sup.
−
−−
=
=
=
coj
coj
coj
T
mspamm
T
clr
T
mmderadialurahounamidióSe
6.4.4 TORQUE DE FRICCION DEBIDO AL BOMBEO DE ACEITE
Perdida por bombeo del aceite del centro del husillo hasta la pared del cilindro
rotor (Formula 11-11 pag. 692. [1] }:
Figura 17. Esquema de la trayectoria del aceite
IM-2003-V-15
54
f
w
T
T
TTw
w
w
w
f
f
PP
VU
VU
VUVUQP
HQgP
HQgP
fluidoelporrecibidautilPotenciaP
TP
filtroelmoverparanecesariaPotenciafrenoalpotenciaP
=
≈=
=
−=
=
=
=
=
==
η
ρ
ρ
ρ
ω
0
)**(**
***
***
_____
*
_______
11
22
1122
IM-2003-V-15
55
ηωρ
ωηωρ
ωηρ
ρωη
ωη
ρ
2
22
22
22
***
****
***
****
**
***
RQT
RQT
VQT
VQT
TP
HQgP
T
T
w
w
=
=
=
=
=
=
ωη
ωη
ρ
*0675.0*10*7.2*918
***
223
43
2
ms
mmkg
T
RQT
−
=
=
IM-2003-V-15
56
ω
η
*001822.0
6.0_
=
=
T
unaAsumo
6.4.5 CURVA DE TORQUE V/S VELOCIDAD ANGULAR
Ahora se deben sumar los torques friccionantes, con el fin de conocer su
comportamiento total:
∑
∑
=
++= −−
ω
ωωω
*0025.0
10*47.610*08.6001822.0 54
tesfriccionan
tesfriccionan
T
T
Curva de fricción:
Xy *0025.0=
Curva de propulsión:
41.1*10*6.4
41.1*7.305
41.1
3 +−=
+−=
− Xy
Xy
IM-2003-V-15
57
Punto de operación:
mNY
srad
X
XX
*49.0
7.198
41.1*10*6.4*0025.0 3
=
=
+−= −
Curvas de propulsion y friccion
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
0 50 100 150 200 250 300 350
w(rad/s)
T(N
*m)
Propulsion Friccion totalFriccion cojinete inferior Friccion cojinete superiorFriccion debido al bombeo
Figura 18. líneas de fricción y de propulsión
IM-2003-V-15
58
7. REVISIÓN DE RESISTENCIA A LA PRESION
Con el propósito de disminuir el peso del cilindro rotor se ha contemplado la
posibilidad de retirar material, maquinando con procesos de desprendimiento de
viruta.
Se hace un análisis de esfuerzos en el cilindro, debidos a la presión interna del
aceite, así:
Figura 19. Esquema del un elemento infinitesimal del cilindro rotor
(Eq. 2-53. [2] )
2. 2*
σσ ==tdp i
medt
(Eq. 2-55. [2] )
IM-2003-V-15
59
0
4*
1
3
=
==
σ
σσtdP i
l
(Eq. 6.11. [2] )
( ) ( ) ( )2
231
232
221'
_σσσσσσ
σσ−+−+−
==MisesVon
24*
4*
2*
2* 222
'
+
−+
=tdP
tdP
tdp
tdp iiii
σ
165
**
161
41
**
4*
2*
2'
2'
22'
=
+
=
+
=
tdp
tdp
tdP
tdp
i
i
ii
σ
σ
σ
IM-2003-V-15
60
.3110*7.610*210
.
.10*7.6
165
*003.0
13.0*10*8.275
6
6
'
6'
23'
OKSF
pa
mmpa
y ⇒≈==
≈
=
σ
σ
σ
σ
Como se puede observar en el análisis anterior, la pared del cilindro se puede
maquinar hasta llegar a un espesor de 3mm, sin que ocurra falla del elemento. Por
este motivo se procederá a hacer el maquinado correspondiente, con el propósito
de bajar el peso del cilindro rotor, junto con algunas otras modificaciones al diseño
original, producto de la observación defectuosa de su desempeño en la puesta en
funcionamiento. (ver planos y la comparación del diseño existente con el
propuesto).
IM-2003-V-15
61
8. COMPARACIÓN DEL DISEÑO EXISTENTE CON EL PROPUESTO
Con los resultados que arrojaron los puntos 6 y 7 se decidió modificar el diseño
existente [5] de la siguiente manera:
El punto de la verificación de la sustentación del cilindro rotor, por parte del
cojinete inferior muestra que es necesario bajar el peso del cilindro rotor por medio
de maquinado por procesos de desprendimiento de viruta.
Foto 5. Cilindro rotor existente
IM-2003-V-15
62
Foto 6. Cilindro rotor modificado
Foto 7. Detalle del contorno del cilindro rotor modificado
Nótense los desbastes de material con el fin de rebajar peso.
IM-2003-V-15
63
Adicionalmente a esto, para que la distribución de la presión del aceite sobre el
cojinete sea como se muestra en la figura 6, se le debe hacer, a la base del
cilindro rotor, unas guías por donde el aceite fugue libremente y pueda sustentar el
cilindro. En el sistema existente, la base del cilindro rotor casaba con un pequeño
juego con respecto al husillo, lo que impedía el paso de aceite a 40 psi, del cilindro
rotor al cojinete inferior, como se ve en la siguiente foto.
Foto 8. Base del cilindro rotor existente
IM-2003-V-15
64
Foto 9. Base del cilindro rotor modificado
Foto 10. Detalle de las guías
IM-2003-V-15
65
El filtro existente contaba con una carcasa protectora contra salpicaduras de
aceite, la cual estaba fabricada en latón. Se pudo observar que dicho material era
muy inconveniente para esta pieza, ya que impedía ver la velocidad angular a la
que giraba el cilindro rotor; por lo cual se diseñó y fabricó una pieza similar, en
acrílico transparente, con la cual se pudo medir la velocidad angular a la que
giraba el cilindro, con ayuda de un estroboscopio.
Foto 11. Detalle de la carcasa existente
Foto 12. Detalle de la carcasa rediseñada
IM-2003-V-15
66
Los agujeros en la parte superior de la carcasa, se hicieron con el propósito de
evacuar el vapor de agua que se acumulaba en dicha zona y que impedía la
visibilidad, y por ende la medición de la velocidad.
Se hizo otra modificación importante al diseño inicial; se hicieron tres agujeros
mas, en el soporte del filtro, donde solo existía uno. Éste único agujero de drenaje
era insuficiente para desalojar al carter el caudal de aceite que salía por las
toberas.
Figura 20. Base y husillo del filtro existente.
IM-2003-V-15
67
Foto 13. Detalle del nuevo drenaje
Nótese que el agujero de salida de aceite en la figura 20, no es un agujero
pasante, solo llega hasta el centro del husillo.
En la puesta a punto del filtro se pudo observar que el hecho que el ducto no fuera
pasante hacía que gran parte de la presión de la bomba se consumiera en ese
punto; era un codo que ofrecía muchas perdidas de energía. Se optó por hacer
pasante el ducto quedando así:
Foto 14. Detalle del ducto pasante.
IM-2003-V-15
68
9. CARACTERIZACION
En filtración, la caracterización se refiere a poder determinar la capacidad que
tiene un filtro o medio filtrante para retener partículas contaminantes indeseadas
en un fluido.
Se pretende caracterizar el desempeño del filtro para lo cual se requiere un aceite
contaminado, como fluido de prueba, con una gradación conocida. En esta etapa
se medirá cuanto contaminante es capaz de retener el filtro y el tamaño de las
partículas de la placa de sedimento producida por la filtración, en el cilindro rotor.
En este punto se debía definir el tipo de contaminante que se iba a usar. Se habló
con el ingeniero Jaime Loboguerrero (asesor del proyecto) con quien se llegó a las
siguientes conclusiones: El material contaminante no podía ser viruta de algún
metal, pues éste podía averiar el funcionamiento de la bomba de aceite o sus
componentes(piñones, bujes etc), debía ser económico, de fácil consecución, mas
denso que el aceite para evitar que flote y que viniera en una presentación tal, que
se pudiera macerar, con el propósito de darle la granulometría deseada.
Se llegó a la conclusión que el mejor material contaminante en este caso sería el
grafito. Su presentación no podía ser en polvo, pues éste es demasiado fino para
IM-2003-V-15
69
ser retenido por un filtro experimental como este. Así pues, se decidió comprar
minas de portaminas de 2mm de diámetro y macerarlas hasta llegar a una
granulometría adecuada. El material granular se llevó al microscopio donde se
estimaron los tamaños de partículas y su proporción con respecto al total. así:
Figura 21. Esquema del tamaño y proporción de partículas.
Los rangos de tamaños de partículas se encuentran en milímetros.
IM-2003-V-15
70
10. PRUEBAS Y RESULTADOS
Por efecto del maquinado con propósitos de rebajar el peso del cilindro rotor, se
pasó de un peso original de 3089 g a 2409 g. Reduciendo así el peso total del
cilindro en 680 g. La reducción fue del 22%.
Se tomaron diez muestras de grafito macerado, cada una con un peso de 8 g. Se
ponía en funcionamiento el sistema, se esperaba un tiempo de 4 minutos para que
el cilindro rotor llegase a la velocidad de estado estable, en este momento se
agregaba la muestra de contaminante al aceite y se esperaba por espacio de 5
minutos, con el fin de que el aceite contaminado circulase completamente por el
filtro; de tal manera que la prueba completa durara 10 minutos. Se hicieron un total
de diez pruebas de caracterización como ésta.
El cilindro rotor registró en el estroboscopio una velocidad angular de 486 RPM en
laboratorio.
El material retenido por el filtro, después de las pruebas de caracterización, se
llevó al microscopio con el fin de conocer su granulometría, la cual se estimó así:
IM-2003-V-15
71
(Tamaño en mm)
Figura 22. Tamaño y proporción del material retenido
10.1 ANÁLISIS DE RESULTADOS
Los resultados encontrados en las pruebas de caracterización fueron los
siguientes.
Prueba Masa retenida
(g) 1 5.13 2 5.21 3 4.92 4 5.6 5 5.21 6 5.32 7 4.75 8 4.96 9 4.98
10 5.03 5.111 promedio Tabla 1 . Datos de la caracterización
IM-2003-V-15
72
Figura 23. Caracterización
Teniendo en cuenta que este proyecto es fruto de un ejercicio académico y que la
inversión ha sido bastante limitada por los costos; el hecho de que el filtro esté
funcionando y filtre 5.11 g de una muestra de 8 g, lo que le da una eficiencia del
63.8% es bastante satisfactorio.
DISTRIBICION DE PROBABILIDAD
X f(x) 4.75 0.53 4.92 1.21
? = 0.24 4.96 1.37 4.98 1.43
? = 5.111 5.03 1.57 5.13 1.66 5.21 1.53 5.21 1.53 5.32 1.14 5.6 0.21
Tabla 2. Distribución de los resultados
IM-2003-V-15
73
Figura 24. Distribución de los resultados
Se puede ver que la desviación estándar de los datos es razonablemente
pequeña, ya que la totalidad de los datos están muy cerca de la media. Esto lleva
a pensar que la experimentación fue correcta y que los datos de la muestra son
fidedignos.
Como se puede ver en las siguientes figuras, el filtro retiene partículas
predominantemente grandes; el 70% de las partículas que retuvo son partículas
en el rango de 0.5-1.5 mm, mientras que retuvo solo un 2% de partículas
pequeñas en el rango de 0.01-0.1 mm.
IM-2003-V-15
74
Figura 25. Tamaño y proporción de partículas Figura 26. Tamaño y proporción del material
retenido
IM-2003-V-15
75
11. CONCLUSIONES
Aunque todavía se encuentra en proceso de maduración el estudio sobre filtros de
aceite centrífugo para la posible fabricación y utilización de éstos en nuestro país,
esta opción, y su utilización en vehículos diesel y maquinaria pesada luce
prometedora y muy viable; por el bajo costo a largo plazo de este tipo de filtros y
su bajo impacto ambiental. (Tomado de [3] ).
El filtro de aceite probado en este proyecto comienza a mostrar el funcionamiento
deseado, después de los cambios realizados sobre éste, como se puede ver en
los resultados de la caracterización.
Como se puede ver en las figuras 25 y 26. El filtro solo retuvo las partículas de
mayor tamaño y por ende de mayor peso. Esto se debe a que la velocidad de giro
del cilindro rotor (486 RPM) no es lo suficientemente alta para poder precipitar las
partículas pequeñas y livianas hacia su pared externa. Este tipo de gradación de
material retenido, con partículas predominantemente grandes es indeseable, pues
las partículas finas siguen fluyendo solidariamente con el fluido.
A juzgar por el trabajo de los proyectos de grado anteriores a éste y por el
esfuerzo analítico de éste; se puede afirmar que la investigación que hay detrás de
IM-2003-V-15
76
la filtración centrífuga en el mundo (filtros comerciales) es bastante grande, pues
el filtro que se diseñó en este proyecto todavía posee una eficiencia muy insipiente
del 63.8% comparada con la de filtros comerciales que llegan al 99%.
El diseño de sistemas de filtración centrífuga requiere diseños y manufactura de
alta precisión; evidencia de esto es que en este proyecto se lleva trabajando año y
medio y todavía la eficiencia del filtro no es competitiva con la de uno comercial.
Es importante resaltar que, aunque el cilindro rotor pasó de tener un peso de
3089 g a un peso de 2409 g por efecto de la rebaja de material, por medio de
maquinado, el cilindro sigue siendo muy pesado para alcanzar la velocidad
angular teórica. Gran parte de la presión de la bomba de aceite se gasta en
sustentar el cilindro, en el cojinete inferior, dejando el excedente de presión para
hacer girar el cilindro.
Si se pudiera hacer un cilindro rotor mucho mas liviano, por ejemplo en aluminio
que es 2.8 veces menos pesado que el acero, se podría hacer girar a mucha
mayor velocidad y por ende conseguir una mayor eficiencia; pues si el cilindro gira
mas rápido puede retener partículas mas pequeñas y livianas, que es lo que se
pretende con un filtro de esta clase.
IM-2003-V-15
77
12. RECOMENDACIONES
Se recomienda bajar la bomba, lavarla con un disolvente a presión, como
gasolina, con el propósito de ajustar un poco la válvula de alivio; pues en las
últimas pruebas de caracterización la bomba estaba escapando la presión por
dicha válvula, al parecer por acción de residuos de contaminante en el mecanismo
interno de bombeo (piñones, bujes etc).
Se recomienda no intentar hacer una rebaja adicional en el peso del cilindro rotor
actual, pues la ganancia en eficiencia sería insignificante. Sería preferible hacer un
rediseño total del filtro en un material liviano como el aluminio (imitando los filtros
centrífugos comerciales. Figuras 27 y 28), pues la inercia (o el peso) que posee el
filtro actual, cuando éste se llena de aceite, le impide girar a una mayor velocidad.
También sería deseable detectar y sellar unas pequeñas fugas que se presentan
en el carter, con el fin de que la cantidad de aceite contenido en él, permanezca
constante.
Estas figuras, corresponden al filtro de aceite centrífugo existente en el mercado,
producido por la empresa Diesel Products.
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Figura 27. Corte Filtro Centrífugo Figura 28. Cilindro Rotor
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REFERENCIAS
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[4] PERRY, R. Manual del Ingeniero Químico. México, Ediciones McGraw Hill
(1994 ).
[5] ISAKSSON, RYNO. Diseño y Construcción de un Filtro de Aceite Centrífugo.
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BIBLIOGRAFIA
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(1994 ).
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-http://www.dieselproducts.com/spinner/spinner.html
