Mecanizado húmedo: Control de calidad del aire mediante la captación eficiente del humo

Por Nick Welter, Director de zona de Donaldson Torit

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

Definición de humo

El humo se considera una nube oscura que sale de una fogata, de un cigarrillo o de un metal que se derrite. Normalmente, el tipo de humo producido en el mecanizado húmedo es muy diferente. En este artículo, se define humo como una gota de líquido que se condensa y pasa de un estado de vapor a líquido, habitualmente de 0,7 a 1,0 micras de tamaño, una neblina generada de forma térmica o humo oleoso.

Este humo líquido se produce en procesos que calientan o comprimen líquidos a alta presión y que pueden generar un vapor que puede volver a condensarse en forma de nube. El humo líquido suele encontrarse 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 la filtración térmica.   

Captura de humo

Para capturar correctamente el humo líquido, es necesario entender la diferencia fundamental entre humo y neblina. La neblina se compone de pequeñas gotas líquidas que suelen medir hasta 20 micras. (A modo de contexto, un cabello humano tiene aproximadamente 40 micras de diámetro). La neblina se crea con lubricantes o refrigerantes basados en 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 micras, el humo líquido es casi 30 veces más pequeño que una gota de neblina media. Como se podría imaginar, para capturar estas gotas tan pequeñas se necesita un captador de neblina muy eficiente.

Si bien el humo líquido se puede capturar fácilmente, es mejor comenzar limitando la cantidad de humo que se genera en el proceso. El primer método para limitar la cantidad de humo de un proceso es enfriar el proceso. Como ya se mencionó, el humo líquido suele crearse por el calor, por lo que si el proceso se enfría antes de llegar al captador de neblina, tiene la posibilidad de volver a condensarse como líquido. Esto se puede lograr introduciendo aire más frío en la corriente de aire del proceso. Es aconsejable enfriar el aire a menos de 40 °C (105 °F) al menos 4 metros y medio antes del captador (quince pies). Esto garantiza que el humo no se condense después del captador de neblina, que de lo contrario podría parecer que es poco eficiente.

Frenar la velocidad del aire en un sistema de conductos también puede hacer que el humo se condense antes de los captadores, con velocidades de 12,5 m/s (2500 pies por minuto), lo que deja tiempo suficiente para una condensación más completa. Reducir la velocidad en el conducto puede ser complicado, ya que si se reduce demasiado puede hacer que la neblina se recolecte y acumule en el conducto. Una práctica general es dejar siempre una ligera pendiente en los conductos para minimizar la acumulación de neblina.

Si incluso después de aplicar las modificaciones anteriores sigue saliendo humo de un captador, 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 captador de neblina de varias etapas. Sin embargo, para cantidades más pequeñas, 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 eficacia con materiales de 0,3 micras de tamaño. Una desventaja del uso de un filtro HEPA es su capacidad limitada de retención. Un filtro 95 % DOP puede alcanzar cinco veces la vida útil de un filtro HEPA, sin embargo, ofrece solo el 95 % de eficacia con materiales de 0,3 micras. La experiencia ha demostrado que los filtros 95 % DOP suelen ser aceptables, ya que la mayoría del humo aceitoso mide 0,7 micras de media. Un filtro 95 % DOP puede tener una eficacia de entre 98 % y 99 % con materiales de 0,7 micras. Este nivel de eficacia puede permitir que la calidad del aire de un captador 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 que su vida útil sea generalmente mayor. Estos atributos explican las ventajas que distinguen a los filtros 95 % DOP y el motivo por el cual se han elegido con anterioridad.

Si un proceso de mecanizado húmedo genera una cantidad significativa de humo, la captura y extracción efectiva 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 eficacias de los captadores de neblina comunes del sector.

Captadores de neblina

Un equipo muy común de captación de neblina es el captador de neblina centrífugo. Los captadores de neblina centrífugos suelen ser pequeños, relativamente baratos y, a menudo, requieren un mínimo reemplazo de filtros. A muchos captadores de neblina centrífugos incluso se les puede añadir un filtro secundario. Un captador de neblina centrífugo normal puede ofrecer una eficacia del 98 % en materiales de 1 micra. Esta eficacia disminuye de manera directamente proporcional al tamaño de los materiales. Dado que el tamaño medio del humo aceitoso es de 0,7 micras, la eficacia de un captador de neblina centrífugo puede que no cumpla las normas y, en ese caso, sería necesario un filtro secundario. Una desventaja adicional de los captadores centrífugos es su capacidad limitada de flujo de aire. Un captador centrífugo 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 captadores de filtro de barrera suelen constar de una rejilla de malla de aluminio para 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 mayores flujos de aire que los captadores centrífugos. Como ejemplo, un filtro de fibras de flujo cruzado permite que el aire sucio fluya en horizontal a través de las paredes del filtro, lo que permite que la neblina recolectada se purgue por el filtro. Esta opción puede ofrecer una eficacia de filtración del 99,3 % con un material de 1,2 micras y flujos de aire de hasta 1000 cfm con 4″ de presión estática externa. Es difícil y costoso que los captadores centrífugos logren estos niveles de rendimiento. Este diseño de captador aumenta la vida útil del filtro y limita el coste de mantenimiento.

En resumen, puede ser complicado capturar el humo líquido. Pero si se contempla el proceso completo de generación de humo, tendrá a su alcance una solución de filtración. Mantener la velocidad adecuada en los conductos, inclinarlos y bajar las temperaturas simplificará el problema de filtrar humo líquido. Y, por último, lo habitual es considerar el uso de un filtro secundario cuando se trata este material tan difícil.  

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