Uso de separadores centrífugos para el reacondicionamiento de aceite

Nov. 8, 2021

Autor: Noria Latín América

Última actualización: 11/08/21

Stephen Chastain, Estados Unidos Filtermaxx. Traducción por Noria Latín América

La recuperación de aceite ofrece diversos beneficios económicos. Por ejemplo, si el aceite que se desecha y reemplaza pudiera limpiarse y ponerse nuevamente en funcionamiento, se podrían ahorrar decenas o cientos de miles de dólares cada año. Este tipo de proceso de limpieza suele implicar una centrifugadora.

Las centrífugas funcionan según el principio de alta gravedad. En resumen, cualquier cosa que sea más pesada que el fluido, será expulsada, independientemente del tamaño. Con estos dispositivos, incluso pequeñas diferencias en la gravedad específica se amplifican hasta tal punto que las partículas submicrónicas se separan rápidamente.

Las centrífugas pueden romper emulsiones y eliminar partículas, incluido el grafito, pero no eliminarán las partículas mantenidas en suspensión por las fuerzas de Van der Waals.

Tipos de centrífugas

Hay varios diseños de centrífugas. Las variaciones generalmente se basan en el tipo de contaminación involucrada. Para la remoción de partículas y la eliminación de agua ligera, una centrífuga tipo tazón es una buena opción. Cuando hay mucha contaminación por agua, es más apropiada una centrífuga de tipo tubo.

Para los aceites que tienen contaminación por agua y partículas, es posible que se necesite una centrífuga más compleja para eliminar y verter los sólidos mientras se separa el agua. Desafortunadamente, cuanto más compleja es la centrífuga, mayor es el costo.

Figura 1. Ejemplo de un tazón tipo plato

Figura 1. Ejemplo de un tazón tipo plato

Una centrífuga tipo tazón hace girar el aceite y las partículas se depositan contra la pared interna del tazón. Se forma una capa de agua sobre las partículas duras, seguida de una capa de emulsión de agua/aceite y luego una capa de aceite que progresivamente se vuelve más limpia hacia el centro del recipiente. El aceite limpio se verterá sobre el borde superior del recipiente y se drenará de la centrífuga.

También hay algunas variaciones en el diseño de tazón sólido. Para alto contenido de sólidos y una aceleración suave, se usa un recipiente abierto que no contenga paletas ni placas. Con frecuencia, este es un tazón de tipo biológico que no rompe las paredes de la celda. Sin embargo, algunas aplicaciones pueden requerir un cizallamiento mínimo debido a los delicados polímeros contenidos en el fluido. En estas situaciones, puede usarse un tazón abierto tipo biológico con alto contenido de sólidos.

Un tazón para alto contenido de sólidos también estará abierto sin placas, pero puede tener paletas para proporcionar más aceleración al fluido, forzándolo a entrar más profundamente en el recipiente. No se utiliza ninguna placa para facilitar la eliminación de los sólidos.

Para trabajos de limpieza difíciles, se agrega una placa al recipiente con alto contenido de sólidos para forzar el fluido hacia la pared exterior de modo que se pueda ejercer la máxima fuerza G. La placa reduce el área de recolección de sólidos. Este tipo de tazón debe limpiarse antes de que los sólidos bloqueen la abertura del plato junto a la pared del tazón. Las centrifugadoras de placas también requieren un poco más de trabajo para su limpieza y operación.

Figura 2. Se prefieren las tuberías de hierro para las trampas P

Las centrifugadoras de tazón deben ciclarse para descargar agua y lodo. El límite superior para este tipo de centrifugadoras es un 5 por ciento de agua. Los porcentajes más altos de agua requerirán ciclos excesivos. Puede ser necesaria más de una pasada si el ciclo no está bien programado antes de que el tazón desborde el agua.

Una centrífuga de tubo tiene descarga continua de fluidos ligeros y pesados. También separa las partículas, pero se llenará rápidamente de materia sólida cuando el porcentaje sea mucho más del 0.5 por ciento. Este tipo de centrífuga debe desmontarse para eliminar las partículas y es más laborioso cuando el fluido contiene un alto porcentaje de partículas.

A menudo llamados separadores de aceite y agua, las centrífugas de tubo operan alrededor de 15,000 a 20,000 Gs y pueden romper emulsiones difíciles. El factor de separación está controlado tanto por la tasa de flujo como por los anillos anulares que distribuyen el flujo sobre los puertos de salida ligeros y pesados.

Para asegurarse de que el fluido gire a todo lo largo del tubo, se añaden paletas extraíbles al recipiente del tubo. Este recipiente contiene muchas piezas que deben ensamblarse en el lugar exacto para que el recipiente esté balanceado. Tenga en cuenta que un desbalance de 1 gramo se convierte en 20 kilogramos cuando gira a 20,000 G, por lo que no debe operar una centrífuga desbalanceada.

Figura 3. Se utiliza una trampa P para bloquear los vapores.

Figura 3. Se utiliza una trampa P para bloquear los vapores.

Factores en la limpieza centrífuga

Los principales factores que gobiernan la limpieza centrífuga son el tamaño de las partículas, la gravedad específica de las partículas, la viscosidad del fluido, la potencia de la centrífuga o fuerza G y el tiempo de residencia en la centrífuga. Por supuesto, tiene poco control sobre la gravedad específica de las partículas. Algunas aplicaciones pueden utilizar un agente de floculación para agrandar las partículas, pero generalmente esto se evita.

Los tres factores que puede controlar son la viscosidad del aceite, la fuerza G de la centrífuga y el tiempo de residencia en la centrífuga.

La potencia de la centrífuga se relaciona con su fuerza centrífuga relativa (RCF, por sus siglas en inglés), que es la cantidad de aceleración aplicada. Esto dependerá de las revoluciones por minuto (RPM) y del radio del rotor. Sin embargo, las RPM de la centrífuga no le dirán nada de valor con respecto al poder de limpieza del dispositivo. Las centrífugas de velocidad variable le permiten ajustar la fuerza G según sea necesario para la aplicación.

Las partículas finas y livianas pueden requerir una fuerza G alta para separarse, pero las partículas pesadas pueden separarse con una fuerza G más baja. Se deben realizar pruebas de funcionamiento durante el diseño de un nuevo proceso de limpieza para garantizar que las partículas no se compacten con tanta fuerza que sean difíciles de eliminar. Además, no olvide que el material pesa varios miles de veces más en un recipiente centrífugo giratorio.

La viscosidad del aceite determina la facilidad con la que las partículas se separan del fluido. Considere que un puñado de arena seca se hundirá rápidamente hasta el fondo de un balde de agua, pero la misma arena se moverá muy lentamente al fondo de un balde de melaza. Del mismo modo, los líquidos diluidos se limpian más fácilmente que los líquidos espesos. La gasolina y el diésel se limpian rápida y fácilmente, mientras que los aceites pesados ​​requieren dilución.

El calor y los solventes son dos métodos comúnmente usados ​​para reducir la viscosidad. Generalmente, los aceites se calientan justo por debajo del punto de ebullición del agua. Esto diluye el aceite para que las partículas y el agua se separen rápidamente. A esta temperatura, mucha agua se evapora como vapor y sale por las ventilas de la centrífuga. La humedad restante se separa como una capa de agua en el recipiente de la centrífuga.

Se evitan las temperaturas más altas, ya que pueden provocar salpicaduras y salpicar aceite cuando el agua hierve. Algunas aplicaciones pueden usar un solvente para reducir la viscosidad del aceite. El disolvente se elimina por destilación o puede permanecer en el aceite si se utilizará como combustible.

Figura 4. Si la trampa P está demasiado alta, el flujo de aceite será forzado al puerto de lodos.

Figura 4. Si la trampa P está demasiado alta, el flujo de aceite
será forzado al puerto de lodos.

Vapor y ventilación de vahos

Una centrífuga puede ser autoventilada o requerir una aspiradora para eliminar el vapor. Una centrífuga autoventilada utiliza una “trampa P” en la salida de aceite limpio para bloquear los vapores. Esto fuerza el vapor y los vahos al drenaje de lodos donde pueden condensarse o ventilarse.

Ventilación de vahos

Durante la limpieza centrífuga, pueden emitirse vahos. Dependiendo de la composición del aceite, estos vahos pueden contener agua, metanol u otros hidrocarburos ligeros. Se emiten mayores cantidades de vaho con temperaturas más altas de la materia prima. Algunas centrífugas están diseñadas para ventilar estos vahos mediante un ventilador formado entre los pernos del rotor y la tapa ranurada.

Por lo general, la centrífuga puede producir un flujo de aire de aproximadamente 35 pies cúbicos por minuto a través de los puertos de salida antes de que se produzcan pérdidas en las tuberías. Dirigir el flujo al puerto de desechos expulsa el vapor de agua, los hidrocarburos o los vahos de alcohol del aceite limpio. El flujo se dirige instalando una trampa P.

El líquido de la trampa P bloquea el flujo de vahos. Esto evita que los vahos se acumulen en el tanque de aceite limpio y se condensen. La trampa en P puede construirse a partir de accesorios de tubería o ser tan simple como un lugar bajo en una manguera. La trampa P también debe estar más abajo que la centrífuga.

Sin embargo, una línea larga antes de la trampa P permitirá que los vahos se condensen en la tubería antes de la trampa P. Las trampas secundarias formadas por una manguera hundida bloquean el flujo de aceite y hacen que la salida de aceite retroceda y fluya hacia el drenaje de lodos. Por lo tanto, las mangueras no deben doblarse. El uso de un codo de 45 grados en la salida minimiza las torceduras cuando el tanque de aceite limpio no está ubicado directamente debajo de la trampa P.

Figura 5. Una trampa P con un punto demasiado bajo puede bloquear el flujo de aceite.

Figura 5. Una trampa P con un punto demasiado bajo puede bloquear el flujo de aceite.

Tiempo de residencia

Todas las cosas buenas llegan con el tiempo y el aceite limpio no es una excepción. Si se deja aceite en un tanque durante meses o incluso años, eventualmente se formará una capa de aceite limpio en la parte superior. Una centrífuga acelera este proceso. Sin embargo, el aceite debe permanecer en la centrífuga el tiempo suficiente para que salga la suciedad.

El aceite que permanece en una centrífuga solo unos segundos no tiene tiempo suficiente para una buena limpieza. Cuanto más tiempo permanezca el aceite en la centrífuga, mejor será la limpieza. El tiempo de residencia está controlado por la velocidad de alimentación.

Puede encontrar que un aceite en particular se limpia bien a 40 galones por hora, pero otro aceite solo se puede limpiar a 15 galones por hora. Los ensayos por prueba y error de la instalación inicial determinarán rápidamente el mejor caudal.

Limpieza del tazón de la centrífuga

Saber qué hay en su aceite antes de comenzar le permitirá estimar los intervalos adecuados de drenado o limpieza para el tazón de su centrífuga. El análisis de laboratorio puede ser beneficioso, pero no esencial. Las pruebas muestran que el aceite de motor de desecho normalmente contiene entre un 3 y un 5 por ciento de sólidos.

Al limpiar el aceite de motor de desecho, las partículas sólidas se concentran junto a la pared del recipiente, mientras que el aceite limpio flota hacia el centro del recipiente, se derrama sobre el borde superior y sale de la centrífuga a través del puerto de salida de aceite limpio. A medida que las partículas sólidas se mueven hacia la pared del tazón, parte de la materia sólida se adhiere a los lados del tazón, pero gran parte se concentra como una suspensión de partículas sólidas en el aceite.

Si alimentara lentamente el aceite durante un largo período de tiempo para que todas las partículas se movieran hacia la pared, podría eliminar todas las partículas como materia sólida adherida a los lados del recipiente. Sin embargo, una velocidad de alimentación tan lenta y la cantidad de tiempo gastada en raspar la materia sólida del recipiente de la centrífuga serían demasiado imprácticas y laboriosas para el trabajo real.

Gran parte de la materia sólida se puede eliminar antes de que se llene el recipiente. Drenar los lodos de la centrífuga antes de que se llene el recipiente permite una mayor velocidad de alimentación sin que el lodo se derrame en el aceite limpio. Esto extiende en gran medida el tiempo de ejecución entre las limpiezas del tazón y también reduce o elimina el derrame de lodos en el aceite limpio.

La cantidad de lodo concentrado en el recipiente de la centrífuga dependerá de la fuerza G y la velocidad de alimentación. Una fuerza G más alta equivale a una mayor concentración de lodo. La velocidad de alimentación debe ser lo suficientemente baja para que la centrífuga haga su trabajo y asiente el lodo en la pared exterior.

En algún momento, el recipiente se llenará de lodo y se derramará en el aceite limpio. Cuando esto ocurre, la centrífuga eliminará muy pocos contaminantes, si es que los hay, ya que se derraman en el aceite limpio tan rápido como se eliminan. Para remediar esta situación, disminuya la velocidad de alimentación para que todas las partículas se muevan hacia la pared exterior y solo se descargue el aceite limpio, o detenga la centrífuga y drene el lodo antes de que se derrame.

¿Con qué frecuencia se debe detener la centrífuga y drenar el recipiente? Un punto de partida aproximado está determinado por el tamaño del tazón. Operar cualquier centrífuga por más tiempo que la capacidad del tazón es como tratar de poner 10 galones de lodo en un balde de 5 galones.

El tiempo de ejecución entre drenados variará según la fuerza G, la viscosidad del aceite y el porcentaje de contaminación. El volumen entre los desagües seguirá siendo aproximadamente el mismo. Los controladores de centrífuga programables pueden eliminar el trabajo de drenar manualmente el lodo de la centrífuga, lo que permite una limpieza automática de una sola pasada.

Aplicaciones

Si bien los resultados dependerán de cómo se use cada centrífuga, algunos informes han demostrado que el 99.6 por ciento de las partículas se eliminan del aceite de motor usado. Los servicios de flotas han podido limpiar el aceite de su motor y volver a mezclarlo con un porcentaje de aceite nuevo, reduciendo el costo del aceite de reemplazo en un 70 por ciento. Los talleres de hidráulica también han limpiado y reutilizado el aceite que se contaminó durante las reparaciones.

Un fabricante de piezas de aluminio extruido en la industria automotriz tenía 5,000 galones de aceite que se habían contaminado con grafito en el proceso de prensado y necesitaba ser reemplazado a USD $ 15 por galón, más el costo de eliminación. Centrifugar el aceite lo volvió a poner en servicio con un ahorro de USD $ 75,000. El fabricante ahora mantiene su aceite con un par de centrifugadoras de tazón.

Otra empresa ha ahorrado más de 250,000 dólares anuales al cambiar al centrifugado y reutilizar el aceite sintético en sus compresores de gas natural después de desechar previamente el aceite en el intervalo de cambio.

Como puede ver, una centrífuga puede ofrecer muchas ventajas y proporcionar un método eficaz de recuperación de aceite. Asegúrese de considerar esta opción la próxima vez que necesite desechar o reemplazar su aceite usado.