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Maquinado húmedo: Control de la Calidad del Aire Mediante la colección eficiente del Humo

Por Nick Welter, Gerente de Distrito de Donaldson Torit

La colección de neblina es un medio clave para controlar la calidad del aire en la industria metalmecánica. Los procesos de mecanizado húmedo pueden crear pequeñas gotas de neblina o humo líquido que se deben recolectar por motivos ambientales, de salud y seguridad. El humo líquido es el subproducto de mecanizado húmedo más difícil de capturar. En este artículo se examinará el humo y los métodos de colección.

Figura 1 Colector WSO de Donaldson Torit capturando humo.
Definición de Humo

Generalmente se considera que el humo es una nube oscura que sale de una fogata, de un cigarrillo encendido o de un metal que se derrite. Normalmente, el tipo de humo producido en el mecanizado húmedo es muy diferente. Para fines de este artículo, el humo se define como una gota de líquido que se condensa desde un estado de vapor a líquido, habitualmente de 0.7 a 1.0 micrones de tamaño, una neblina generada de forma térmica o humo de aceite.

Este humo líquido se genera por procesos que calientan o comprimen líquidos a alta presión y que pueden generar un vapor que puede volver a condensarse en forma de nube. Habitualmente el humo líquido se encuentra en aplicaciones de metalurgia como: forjado en frío, el maquinado de metales duros con aceite de primera filtración, el uso de depósitos de aceite lubricante en generadores grandes y el tratamiento térmico.   

Captura de Humos

Para capturar correctamente el humo líquido, es necesario entender la diferencia fundamental entre humo y neblina. Las neblinas se componen de pequeñas gotas líquidas generalmente de un tamaño de hasta 20 micrones. (Para proporcionar el contexto, un cabello humano tiene aproximadamente 40 micrones de diámetro). Las neblinas se crean con lubricantes o refrigerantes en base a aceite y solubles en agua y mientras más calor o presión se aplique a estos refrigerantes ya sea desde la unidad dispensadora o del proceso de mecanizado, más pequeñas serán las gotas que se generan. Si se aplica suficiente calor o presión al refrigerante, las gotas son tan pequeñas que se puede crear un humo líquido. A 0.7 micrones, el humo líquido es casi 30 veces más pequeño que una gota de neblina promedio. Como uno podría imaginar, la captura de estas gotas extremadamente pequeñas requiere un colector de neblina muy eficiente.

Si bien el humo líquido se puede capturar fácilmente, generalmente es mejor comenzar limitando la cantidad de humo generado en el proceso. La primera forma de limitar la cantidad de humo de un proceso es enfriar el proceso. Como se mencionó anteriormente, el humo líquido suele crearse por el calor por lo que si el proceso se enfría antes del colector de neblina, el humo tiene la posibilidad de volver a condensarse en un líquido. Esto se puede lograr metiendo aire más frío en la corriente de aire del proceso. Es aconsejable enfriar el aire a menos de 105 °F (40 ºC) al menos quince pies antes del colector. Esto garantiza que el humo no se condense después del colector de neblina, que de lo contrario podría parecer que es poco eficiente.

Frenar la velocidad del aire en un sistema de conductos también puede permitir que el humo se condense más completamente antes de los colectores, con velocidades de 2500 pies por minuto, lo que deja tiempo suficiente para una condensación más completa. Reducir la velocidad en el conducto puede ser complejo, ya que si se reduce demasiado puede hacer que las neblinas se recolecten y acumulen en el conducto. Una práctica general es dejar siempre una ligera pendiente en los conductos para ayudar a minimizar la acumulación de neblina en los conductos.

Si incluso después de aplicar las modificaciones anteriores sigue saliendo humo de un colector, puede que la mejor estrategia sea un esfuerzo concentrado en la filtración final. Para determinar su estrategia, debe considerar la cantidad general de humo emitido. Si la cantidad de humo generado es considerable, la mejor opción puede ser un colector de neblina de varias etapas. Sin embargo, para cantidades más pequeñas de humo, una estrategia habitual es proporcionar un filtro secundario después del filtro primario.

Filtros Secundarios

Comúnmente se utilizan dos tipos de filtros secundarios en aplicaciones de mecanizado húmedo: Filtros HEPA o 95% DOP. Por definición, los filtros HEPA ofrecen un 99.97% de eficiencia en materiales de 0.3 micrones de tamaño. Una desventaja del uso de un filtro HEPA es su capacidad limitada de retención de la filtración. Un filtro 95% DOP puede alcanzar cinco veces la vida útil de un filtro HEPA, sin embargo, ofrece solo el 95% de eficiencia en materiales de 0.3. La experiencia ha demostrado que los filtros 95% DOP a menudo son aceptables, ya que la mayoría de los humos aceitosos son 0.7 micrones en promedio. Un filtro 95% DOP puede tener una eficiencia del 98% al 99% en 0.7 micrones. Este nivel de eficiencia puede permitir que la calidad del aire de un colector de neblina cumpla con los estándares federales, estatales o locales. Finalmente, un filtro 95% DOP suele costar lo mismo que un filtro HEPA a pesar de su vida útil generalmente mayor. Estos atributos explican las ventajas distintivas de los filtros 95% DOP y el motivo por el cual han sido los preferidos durante los años pasados.

Si un proceso de mecanizado húmedo genera una cantidad significativa de humo, la captura y extracción efectiva del humo antes de los filtros secundarios se convierte en la mejor opción para una operación económica. Para capturar el humo antes de un filtro secundario, se deben comprender las eficiencias de los equipos de colección de neblina comunes de la industria.

Colectores de Neblina

Un equipo muy común de colección de neblina es el colector de neblina centrífugo. Los colectores de neblina centrífugos son generalmente pequeños, relativamente baratos y a menudo requieren un mínimo reemplazo de filtros. A muchos colectores de neblina centrífugos incluso se les puede añadir un filtro secundario. Un colector de neblina centrífugo típico puede ofrecer una eficiencia del 98% en materiales de 1 micrón. Esta eficiencia disminuye en la medida que disminuye el tamaño de los materiales. Dado que el tamaño promedio del humo aceitoso es de 0.7 micrones, la eficiencia de un colector de neblina centrífugo puede no alcanzar para cumplir las normas y en ese caso, sería necesario un filtro secundario. Una desventaja adicional de los colectores centrífugos es su capacidad limitada de flujo de aire. Un colector centrífugo típico está limitado a una capacidad de flujo de aire de 500 CFM o menos.

Otra forma popular de filtración de neblina son los filtros de barrera (Figura 1). Los colectores de filtro de barrera suelen constar de una rejilla de malla de aluminio para grandes neblinas pesadas, seguida de una serie de paneles o cartuchos de poliéster. Cuando un proceso genera una cantidad significativa de humo, un filtro de barrera puede ofrecer niveles más altos de filtración así como flujos de aire más altos que los colectores centrífugos. Como ejemplo, un filtro de fibras de flujo cruzado permite que el aire sucio fluya horizontalmente a través de las paredes del filtro permitiendo que la neblina recolectada se drene por el filtro. Esta opción puede ofrecer una eficiencia de filtración del 99.3% en un material de 1.2 micrones con flujos de aire de hasta 1000 cfm a 4” de presión estática externa. Es difícil y costoso que los colectores centrífugos logren estos niveles de rendimiento. Este diseño de colector aumenta la vida útil del filtro y limita el costo de mantenimiento.

En resumen, puede ser muy difícil capturar el humo líquido. Pero cuando se entiende el proceso de generación del humo, generalmente habrá a su alcance una solución de filtración. Mantener la velocidad adecuada en el conducto, inclinar los conductos y bajar las temperaturas en el conducto ayudará a simplificar el problema de filtrar el humo líquido. Y finalmente, lo habitual es considerar el uso de un filtro secundario cuando se maneja este material tan difícil.  

Elegir el equipo de filtración correcto para el proceso de mecanizado húmedo debe ofrecer bajos costos de operación del sistema y ayudar a eliminar el material problemático de la corriente de aire.

Podemos ayudarte a obtener la solución óptima para tu aplicación.

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