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Protección de los componentes del tren motriz: Avances en venteo

Los nuevos respiraderos de presilla y de rosca de Donaldson mantienen más limpios los lubricantes del tren motriz .

Por Dustin Waller, ingeniero de proyectos de I+D, soluciones de venteo integradas de Donaldson

El tren motriz es el músculo de un vehículo. En condiciones normales de funcionamiento, componentes como los ejes, las transmisiones y las cajas de transferencia de energía experimentan rápidos cambios de presión diferencial, que pueden someter a los sellos y las juntas protectoras de sus cámaras a una presión excesiva. Estas carcasas deben tener una manera de airear su venteo, al tiempo que evitan la entrada de agua, suciedad y desechos que puedan dañar los lubricantes y erosionar las partes metálicas críticas.

El venteo del tren motriz realiza esta doble función: por un lado, evita la penetración de agentes contaminantes y, por otro, iguala la presión del aire dentro y alrededor de las cámaras selladas. El venteo está diseñado para ayudar a alargar la durabilidad de la transmisión.

Ilustración 1: Se necesitan respiraderos alrededor de los componentes del tren de transmisión para proteger la lubricación de los engranajes frente a la contaminación, mientras se iguala la presión dentro y alrededor de las cámaras selladas.

En los últimos años, se han logrado mejoras significativas en tecnología de venteo. Los nuevos e innovadores respiraderos de membrana, desarrollados por Donaldson Company específicamente para trenes motrices, han sido diseñados para ofrecer importantes ventajas:

  • tamaños compactos y estándar que reducen la mano, el tiempo y simplifican su instalación;  
  • un prefiltro coalescente de aceite para mejorar el rendimiento del venteo y su durabilidad funcional;
  • múltiples opciones de fijación para una amplia gama de requisitos de fabricación; y
  • tecnología central que se puede modificar para aplicaciones personalizadas.

A continuación, detallamos cada avance y sus beneficios.

El desafío de la presión diferencial

Primeramente, es útil revisar por qué la presión diferencial es una amenaza constante para las transmisiones. Dentro de la cámara sellada alrededor de un eje o caja de transferencia, el volumen de aire se expande y contrae a medida que cambia la temperatura, y esto se reproduce muchas veces al día en un vehículo convencional. Cuando los viajeros arrancan sus automóviles en las mañanas frías y se dirigen a su trabajo, por ejemplo, la fricción en el tren de transmisión calienta y expande rápidamente el aire dentro de los componentes sellados. Cuando los vehículos calefactados conducen por carreteras frías, por el contrario, el aire calentado se enfría y se contrae rápidamente (Ilustración 1).

Ejerciendo la suficiente fuerza, la presión diferencial puede deformar la carcasa y dañar los sellos, permitir que entren agentes contaminantes o que se produzcan fugas de líquido no deseadas. Aunque, en teoría, una simple abertura en la carcasa alivia la presión, un venteo de membrana proporciona una barrera protectora, al tiempo que permite que la carcasa del componente «respire».

Diseño de venteo convencional

Durante décadas, el método de venteo predominante del tren motriz ha consistido en enroscar un tubo de venteo de goma o plástico, desde el componente hasta un nivel por encima de la línea de vadeo del agua y terminar el tubo con una tapa. El tubo semicerrado funciona de manera muy similar a un tubo respiradero, lo que permite el intercambio de aire dentro y fuera. 

Los principales inconvenientes de esta solución son la longitud de los tubos y su compleja instalación. Al requerir sujeciones, abrazaderas, mazos de cables, miembros del bastidor y tubos de hasta 3 m/10 pies o más de longitud, el enrutamiento implica un tiempo y trabajo considerables durante la fabricación y el servicio. La instalación correcta puede ser compleja y difícil reproducirla de forma estándar en diferentes modelos de vehículos. Si el venteo del tubo no está correctamente tapado, las partículas de aceite evaporado puede acumularse en la salida y en las superficies cercanas, y producir un goteo no deseado visible en los pisos de garajes y estacionamientos. 

Ilustración 2: Los respiraderos del tren motriz de conexión directa de Donaldson vienen en diseños de conexión de presilla y de rosca.
Ventilaciones simples de conexión directa 

Se está adoptando cada vez más una alternativa a los tubos respiratorios para el venteo del tren motriz: un respiradero de conexión directa. Donaldson ha presentado dos nuevos respiraderos del tren motriz (PTV, por sus siglas en inglés) que encajan perfectamente en un componente de la transmisión: el PTV de presilla, aplicado al extremo de un tubo de venteo o manguera, y el PTV de rosca, que se atornilla a un componente del tren motriz para proporcionar un perfil más bajo. 

Mientras que las rejillas de venteo se asemejan a simples tapas de plástico, en el interior hay una avanzada membrana de ePTFE diseñada para filtrar el polvo, los desechos y los agentes contaminantes líquidos (Ilustración 3). El respiradero de membrana cumple con las clasificaciones de protección de entrada de agua IP69K. Debido a sus propiedades repelentes al agua, los respiraderos Donaldson ayudan a proteger los trenes motrices de la intrusión de agua si el vehículo rompe la línea de vaciado de agua durante la operación.

Ilustración 3: En las pruebas de 161 000 km/100 000 mi, el venteo del tren motriz de Donaldson no mostró daños y superó los estándares de prueba para el flujo de aire, la penetración de agentes contaminantes y el bloqueo del aceite de membrana.

Los PTV Donaldson reducen la longitud de la manguera de venteo desde 3 m hasta 5 cm / de 10 pies a 2 pulgadas o menos, lo que simplifica el enrutamiento durante su instalación. El PTV de presilla es compatible con los conectores de tubo de venteo convencionales, por lo que no se requiere ninguna modificación. El PTV de rosca alternativo se conecta directamente a la carcasa y elimina por completo el tubo de venteo corto. 

Las ventilaciones del tren motriz de presilla y de rosca de Donaldson tienen un diseño duradero para el sector de la automoción(Ilustración 3), con tapas seguras que permiten un montaje rápido y seguro. Este diseño permite una instalación estandarizada en múltiples modelos de vehículos. Según los comentarios de los usuarios, los respiraderos estandarizados reducen la posibilidad de errores durante el montaje, en comparación con los tubos convencionales, y respaldan los principios de fabricación en cuanto a su ajuste.

Los respiraderos del tren motriz de Donaldson ayudan a proteger los componentes más importantes al evitar la penetración de agentes contaminantes y de aceite.
Importancia de los prefiltros protectores de membrana

Para un rendimiento óptimo, una membrana de venteo del tren motriz de conexión directa debe permanecer libre de residuos de aceite. La mayor amenaza para el venteo es la intensa exposición a los lubricantes, lo que puede causar una acumulación de aceite que reduce la permeabilidad. Por esta razón, es muy importante diseñar un prefiltro coalescente en el venteo, para proteger la membrana principal del ensuciamiento del aceite. 

Otros fabricantes de respiraderos han utilizado medios filtrantes sorbentes para este prefiltro coalescente. Al emplear nuestros medios oleofóbicos patentados Synteq™, Donaldson adopta un enfoque totalmente diferente. Se ha demostrado que los medios de filtro sorbentes absorben el aceite y se saturan, mientras que los medios Synteq™ repelen el aceite y, de hecho, cumplen con las clasificaciones de repelencia del aceite de hasta 8, según AATCC 188-1992 ** (Ilustración 4).  

Al atrapar el exceso de aceite máximo en la etapa de coalescencia y arrojarlo nuevamente al componente del tren motriz, los medios de prefiltro patentados de Donaldson admiten un alto rendimiento del respiradero de membrana y de su durabilidad. Synteq™ contiene la misma tecnología utilizada en los filtros de lubricante Blue® de Donaldson, diseñada para la industria de motores de servicio pesado. Donaldson cuenta con más de 100 años de experiencia a sus espaldas en la exigente filtración de vehículos. 

Efecto de la absorción de petróleo con el tiempo

Ilustración 4: En una demostración de medios oleofóbicos Synteq™ (izquierda) frente a medios sorbentes comunes, los medios sorbentes se saturaron después de 45 minutos y ganaron una masa de 2,08 g. El medio oleofóbico Synteq™ de Donaldson ganó 0,07 g, y absorbió 30 veces menos en el mismo período de tiempo.
Diseño e integración a medida

No hay dos necesidades de venteo del tren motriz que sean exactamente iguales. Para proporcionar más versatilidad, Donaldson es el primero en ofrecer dos estilos de venteo de conexión directa: el PTV de presilla, que se conecta a un tubo o manguera de venteo, y el PTV de rosca, que se enrosca en el componente del tren motriz. Ambos se pueden integrar fácilmente en la mayoría de las configuraciones de tren motriz.

Además, Donaldson modifica regularmente su tecnología de venteo central para aplicaciones personalizadas y ha empezado a hacerlo recientemente con los principales fabricantes de automóviles y todoterrenos. Se pueden personalizar múltiples opciones de membrana con diferentes grados de permeabilidad y repelencia de agua, así como el tamaño de la carcasa, el color y los métodos de integración. Los ingenieros de colaboración y los gerentes de proyecto de la compañía se dedican a satisfacer las necesidades de los clientes altamente especializados, y trabajan en estrecha colaboración con los equipos de fabricantes durante todo el proceso de diseño, prueba y aplicación. 

Ilustración 5: Tanto el respiradero laminado de membrana ePTFE, como el prefiltro coalescente patentado Synteq™ en los respiraderos del tren motriz Donaldson tienen la clasificación de resistencia al aceite de 7 min., según las normas AATCC para resistencia a la humectación de hidrocarburos.
Conclusión

el venteo del tren motriz es crucial para el rendimiento y la fiabilidad de un vehículo. Los respiraderos ayudan a proteger los componentes frente a ambientes hostiles y alivian los cambios de presión que pueden poner más presión en sellos y las juntas de la carcasa. Un prefiltro coalescente oleofóbico robusto tiene un impacto directo en la vida y el rendimiento de respiradero de membrana principal (Ilustración 5).

Donaldson es reconocido líder en lubricación y filtración de vehículos y ofrece un diseño avanzado de venteo del tren motriz. Los respiraderos están disponibles en diseños compactos de conexión directa que se pueden modificar para aplicaciones personalizadas.

Para administrar los costes de fabricación, así como el rendimiento a largo plazo de un tren motriz, es importante trabajar con un socio especializado en filtración, que pueda garantizar una integración perfecta de la tecnología avanzada de venteo en el diseño de un sistema de tren motriz.

¿Tienes más acerca de nuestras soluciones integradas de venteo?

* Marcado de protección contra intrusión, publicado por la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC)
** ** AATCC (siglas en inglés de la Asociación Americana de Químicos Textiles y Coloristas
Dustin Waller es ingeniero de desarrollo de productos para el equipo de soluciones de venteo integradas de Donaldson. Waller tiene un BSME de la Universidad de las Ciudades Gemelas de Minnesota y lleva cinco años trabajando en el grupo IVS de Donaldson, durante los cuales está prestando servicios en los mercados de venteo para automoción, electrónica móvil, medicina, sensores y telecomunicaciones.
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