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Centro América y CaribeFactores que influencian la acción de separación magnética
Hay una gran variedad de magnetos y formas en que los filtros magnéticos y separadores pueden ser configurados en el diseño de un producto. De hecho, hay mucho más en su desempeño que simplemente la fuerza magnética o el gradiente del campo magnético. Por ejemplo, el tamaño y diseño de la cámara de flujo, la superficie total de área de las zonas de recolección magnética y el flujo y tiempo de residencia del aceite son todos ellos factores importantes de diseño. Estos factores influencian la tasa de separación, el tamaño de las partículas siendo separadas y la capacidad total de partículas retenidas por el separador.
La fuerza magnética que actúa sobre las partículas, es proporcional al volumen de la partícula, pero es des-proporcional al diámetro de la partícula (la fuerza magnética varía con el cubo del diámetro de la partícula).Por ejemplo, una partícula de dos micrones es ocho veces más atraída que una partícula de un micrón. Esto significa que las partículas ferromagnéticas son desproporcionadamente más fáciles de separar de un fluido en comparación con las partículas pequeñas.
La fuerza de separación es proporcional al gradiente del campo magnético y también a la magnetización de las partículas (susceptibilidad magnética). La magnetización de partícula se refiere al grado en que el material de composición de la partícula es influenciado por el campo magnético. Los materiales atraídos más fuertemente son partículas hechas de hierro y acero. Las partículas de óxidos de hierro rojos (herrumbre) y aleaciones altas de acero (por ejemplo acero inoxidable) son débilmente atraídas por los campos magnéticos. Algunos compuestos no ferrosos como el níquel, el cobalto y ciertas cerámicas son conocidos por tener una fuerte atracción magnética. Los materiales que no pueden ser levantados con un magneto, se les conoce como sustancias paramagnéticas.
Hay también fuerzas que compiten y que hacen que las partículas se resistan a separase del fluido. Una de esas fuerzas es la velocidad, que imparte inercia y arrastre viscoso a la partícula en la dirección del flujo del fluido. Dependiendo del diseño del filtro magnético, la velocidad de fluido puede enviar a la partícula en una trayectoria hacia, o alejarla del arreglo de campo magnético o quizás en dirección tangencial.
La fuerza viscosa también es proporcional tanto al diámetro de la partícula y a la viscosidad del aceite. Si el diámetro de la partícula del aceite o la viscosidad del aceite se duplica, entonces el arrastre friccional hidrodinámico se duplicará correspondientemente (resistencia a la separación).
Para complicar aún más la situación, como se mencionó anteriormente, la atracción magnética incrementa por un factor de ocho cuando el diámetro de una partícula se duplica, mientras que la fuerza opuesta de arrastre viscoso presenta sólo un múltiplo de 2X. Esto finalmente enfatiza el hecho de que las partículas grandes son separadas del fluido con mayor facilidad que las partículas pequeñas, aún en un ambiente de considerable arrastre viscoso.
La eficiencia de captura de partículas por tecnología magnética puede ser condensada a los siguientes factores fundamentales:
- Las partículas más fáciles de separar son grandes (partículas de 100 micrones vs partículas de 5 micrones) y altamente magnéticas (por ejemplo, hierro y aceros de baja aleación).
- Las condiciones del fluido que mejor facilitan la separación de partículas magnéticas son baja viscosidad del fluido (ISO VG 32 vs. ISO VG 320 por ejemplo) y bajo flujo de aceite (2GPM vs. 50 GPM). Aún partículas extremadamente pequeñas (un micrón por ejemplo), pueden ser separadas del aceite si ambas condiciones se presentan al mismo tiempo.
- Los filtros magnéticos más eficientes emplean magnetos de alto flujo y están acomodados de tal manera que se pueden desarrollar un campo de alto gradiente magnético.
Pros y Contras de los Filtros Magnéticos
La decisión de usar filtración magnética en una aplicación dada depende de varias condiciones de la maquinaria y sus objetivos de limpieza. Esto incluye la concentración esperada de partículas ferrosas, el tipo de aceite usado, la temperatura de operación, los picos de flujo y choque y diseño de la maquinaria.
Debido a la gran cantidad de productos comerciales, configuraciones y aplicaciones, ciertos puntos en esta lista pueden no aplicar. Sin embargo, esta lista puede servir como un punto de partida para tomar decisiones en cuanto a si la tecnología magnética es una buena opción en una aplicación dada.
Ventajas Posibles
Tecnología Reusable – El costo de remover un gramo de partículas del aceite con tecnología magnética es bajo comparado con filtros desechables.
Restricción de Flujo Limitada – A diferencia de los filtros convencionales, la mayoría de los separadores magnéticos no presentan incremento en la restricción de flujo (caída de presión) conforme se saturan con partículas. Mientras que los filtros convencionales se ponen en derivación al saturarse con partículas, los filtros magnéticos (incluyendo tapones magnéticos y barras magnéticas) continúan removiendo partículas y permiten el flujo de aceite.
Por ejemplo la mayoría de los motores a diesel y gasolina no proporcionan indicación de que el filtro se ha puesto en derivación. En esos casos, el aceite puede pasar sin ser filtrado por periodos extendidos de tiempo. Las causas más comunes de taponamiento prematuro de un filtro de aceite de motor incluyen fugas de refrigerante, combustión pobre, filtración de aire deficiente y cambios de aceite muy extendidos.
Mayor vida de los filtros convencionales – Cuando se usan en conjunto con filtros mecánicos convencionales (Figura 8), se puede experimentar un incremento efectivo de la vida del filtro. En ciertos casos, se puede llegar a ver un incremento de entre dos y tres veces la vida del filtro convencional.
Figura 8. Combinación de filtro magnético y mecánico
Mejora en la Confiabilidad de Válvulas Electro-hidráulicas – Las servo-válvulas y válvulas solenoides son afectadas severamente por partículas magnéticas (hierro y acero) debido a que se usan electro-magnetos al actuar esas válvulas. La remoción continua y efectiva de esas partículas por filtros magnéticos incrementa sustancialmente la confiabilidad de estas válvulas.
Menor Riesgo de Oxidación del Aceite – Se sabe que las partículas de hierro y acero promueven la oxidación del aceite por sus propiedades catalíticas. La oxidación prematura del aceite puede ocasionar formación de barniz, lodo y corrosión. Manteniéndose todo lo demás igual. La remoción continua y eficiente de partículas por filtros magnéticos debería tener un impacto positivo en la vida en servicio del aceite y con el tiempo reducir el consumo de aceite si este es cambiado basado en su condición.
Mejora en la Identificación de Partículas – Tradicionalmente, la identificación de partículas se hace microscópicamente examinando las partículas extraídas de una muestra de aceite (ferrografía analítica). Aquellas partículas que han evadido los filtros, con frecuencia han sido re-trabajadas durante su viaje a través de los espacios dinámicos de la maquinaria altamente cargados y con acción de deslizamiento y rodamiento. Una vez que la partícula se ha molido, partido y pulverizado, es más difícil de analizarla para localizar de dónde proviene, la causa y severidad del desgaste. Sin embargo las partículas removidas de tapones, barras magnéticas y filtros magnéticos, con frecuencia se encuentran en su estado “virgen”, lo cuál generalmente incrementa la exactitud del análisis de condición de la máquina.
Inspecciones Rápidas de los Metales de Desgaste – Los tapones y barras magnéticas pueden ser removidos para una inspección visual (diario, semanalmente, etc.) sin tener que parar la maquinaria o remover el filtro. Estos elementos proporcionan un servicio dual de remoción de contaminantes y de monitoreo de condición (en función de la cantidad de partículas de desgaste observadas).
No se Requiere Flujo de Aceite – Muchas máquinas son lubricadas por baño o salpicado de aceite, elevadores de aceite y anillos. Sin acceso a una bomba y flujo de aceite, los filtros convencionales no pueden ser utilizados para mantener el aceite limpio y optimizar la confiabilidad de la maquinaria (reducir el desgaste) y la vida del lubricante (reducir la oxidación del aceite). Sin embargo, los tapones y barras magnéticas no requieren de flujo de aceite en tuberías y líneas. Ellos requieren que el aceite sea agitado y que circule en el depósito o reservorio de aceite. Este movimiento causa que esas partículas migren a la superficie de recolección del separador magnético.
Pueden ser Utilizados En Líneas de Retorno por Gravedad – La mayoría de la producción de desgaste metálico viene de las partes de la maquinaria (rodamientos, engranes, ejes, etc.). El aceite por lo general regresa al tanque por líneas de retorno y cabezales (inundados totalmente o parcialmente de aceite) por gravedad. Debido que la presión en las líneas de retorno por gravedad es baja, es casi imposible instalar un filtro fino para atrapar las partículas de desgaste antes de que lleguen al tanque. Sin embargo, los filtros, barras y tapones magnéticos por lo general no restringen el flujo, permitiendo estas partículas ser removidas rápida y convenientemente directamente en el retorno de aceite.
Posibles Desventajas
Desprendimiento de Partículas Retenidas – Un riesgo común asociado con el uso de separadores magnéticos, es la posibilidad de que las partículas sean desprendidas del magneto y llevadas masivamente hacia la maquinaria, afectando potencialmente a un componente sensible. Este riesgo se reduce si el separador magnético se encuentra localizado en una línea de drenado o si se ha instalado un filtro convencional adelante del separador magnético para atrapar las partículas migrantes. El riesgo de que las partículas sean desprendidas es mayor ante condiciones de picos de flujo, arranques en frío, choque, alta viscosidad del aceite y/ó altas tasas de flujo.
Partículas Transitorias Magnetizadas – Además del riesgo de desprendimiento de partículas, existe la posibilidad de que estas partículas se magneticen mientras se encuentran adheridas al magneto permanente. Al soltarse y circular después del filtro, pueden adherirse magnéticamente a las superficies de fricción como rodamientos, causando desgaste. También pueden alojarse dentro de estrechos pasajes de flujo, orificios, conductos y pasajes de aceite, en consecuencia restringiendo el flujo.
Las Partículas No Magnéticas No Son Retenidas – De hecho, los separadores magnéticos tienen un muy pequeño efecto al controlar las partículas no ferrosas compuestas se sílice, estaño, aluminio ó bronce. Deberán utilizarse otros filtros y separadores para este tipo de partículas.
Requieren Limpieza – A diferencia de los filtros convencionales que son desechados después de saturarse, los filtros magnéticos son re-usables y por lo tanto deben ser limpiados. El procedimiento de limpieza varía, pero generalmente es sucio, e implica el uso de una manguera de aire. Deberán tomarse precauciones especiales de seguridad al hacer la limpieza. Los tapones y barras magnéticas generalmente necesitan ser limpiados únicamente durante cada intervalo de servicio.
La Separación No es en Base a La Mecánica de Exclusión por Tamaño – Como se estableció anteriormente la separación se basa en la física y es considerablemente diferente a la exclusión por tamaño de partícula – el método que define el desempeño de los filtros mecánicos convencionales. La eficiencia de captura de los separadores magnéticos se basa en muchos factores incluyendo la influencia colectiva del tamaño de partículas, susceptibilidad magnética, tasa de flujo, viscosidad y gradiente del campo magnético.
Como tales, los filtros magnéticos no son conocidos por tener una capacidad bien definida de separación de partículas en micrones. Por lo tanto, es importante determinar que tamaño de filtración en micrones requieren los componentes tribológicos en el sistema, considerando la viscosidad del aceite, la tasa de flujo a través del filtro, las propiedades de las partículas, etc. La experiencia dice que los componente hidráulicos mas modernos, requieren de protección por lo menos a cinco micrones o mejor. Estudios efectuados hace veinte años en el Centro de Investigación de Fluidos de Potencia en la Universidad de Oklahoma State por la Oficina de Investigación Naval, mostraron que en aquel momento no existía un filtro magnético que pudiera satisfacer este requerimiento al ser utilizado solo. En tales casos, la mejor opción pudiera ser la combinación de filtros convencionales y magnéticos.
Mejores Aplicaciones Para Filtros y Separadores
Es lógico que las principales aplicaciones para separadores magnéticos sean aquellas donde un alto porcentaje de las partículas contaminantes son ferromagnéticas y ante condiciones que favorecen un desempeño exitoso de un filtro magnético seleccionado e instalado adecuadamente. Como establecimos anteriormente una baja viscosidad del aceite combinado con una baja velocidad de flujo, facilitan el proceso de separación (donde aplique). Es recomendable revisar la lista de ventajas y desventajas de cada aplicación y tipo de separador considerado (tapón magnético, barra, flujo interno, banda). Usos posibles para la tecnología magnética:
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Noria Corporation. Traducido por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América.