¿Por qué hacemos trabajos sin saber cómo?

Por Richard Widman

Una de las frustraciones de las personas que tratamos de encontrar la causa raíz de las fallas, es encontrar como algún equipo salió de fábrica y descubrir la variación o modificación hecha por personas que creían ser expertos. De ahí en adelante, el trabajo es encontrar por qué hicieron esa modificación, que problema trataron de resolver, que problema causaron, y finalmente cómo resolver ambos problemas.

Este es el Boletín #190 de nuestro programa de Boletines Informativos mensuales. Todos los boletines están disponibles en formato pdf en https://www.widman.biz

Lo básico

Este mes vino un señor que tenía problemas con la respiración de su camión (ingreso de aire al motor) y buscaba un filtro mejor del que viene de fábrica. Con una selección de cienes de filtros, una mirada superficial debería dar una solución fácil, pero no fue así por las modificaciones que le habían hecho a su camion.

El detalle

El camión vino de fábrica con el

filtro de aire debajo del piso,

delante de la rueda delantera, donde

se llenaba de agua al momento de

pasar por charcos de agua de las

calles de la ciudad en época de

lluvias. El dueño llevó su camión a

un taller para que movieran el filtro

atrás, al lado del tanque de diésel y

colocó un tubo como “snorkel”

(como se ve en la figura) hasta la

parte superior de la cabina,

colocando una rejilla de acero en la

punta para que no entren cosas

grandes.

La idea no estaba mal, pero lo

hicieron sin entender cuánto de aire

necesita un motor con cilindrada

4000 y un turbo.

La entrada al turbo, en este caso, es

4,5 pulgadas de diámetro, pero

hicieron una cañería (roja en la

foto) de 3 pulgadas. Le pregunté

por qué hicieron tan angosta, y me

respondió que no había campo para

una más ancha. Hicieron un codo,

tipo embudo, de reducción para cada lado del tubo para conectarlo.

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Para su “snorkel” hizo un tubo rectangular de 1¾ pulgadas por 3½, restringiendo aun más el aire de entrada al filtro. Cuando le pregunté por qué lo hicieron de esa manera me dijo que solo había 2 pulgadas de espacio entre la cabina y la carrocería, y el único tubo disponible de ese ancho era 3½.

Para evitar la entrada de objetos grandes en la succión del

tubo, soldaron una rejilla hechiza que quita otra parte del aire y evita la respiración correcta del motor.

Así que tomamos un motor que tiene un área de entrada al

turbo de 103 cm², pero tenemos una entrada al snorkel/tubo

de entrada al filtro de 39,4 cm². Así que él esta adaptación

quitó 62% del área requerida para que entre el aire a la

velocidad diseñada.

Además, se instaló varios codos. La toma recta al aire libre,

ofrece una resistencia al flujo dos veces mayor que una

apertura curvada como campana. En este caso, esa resistencia

es cerca de 8 pulgadas en columna de aire. Sobre esto, causó

más resistencia por el uso de muchos codos de malos diseños.

Los dos codos de 90º en su torsión hacen una restricción de unos 3” (cada una) en columna de agua, mientras cada codo en ángulo aumentó 1 a 1,5 pulgadas en columna de agua. Y lo demás de las cañerías aumentaron, por su largo, cerca de 1” de resistencia. En la mayoría de los motores se cambia filtro cuando llegamos a 25” de restricción. O sea, sumando toda la resistencia al flujo, llegamos a más de 18” (72% de la resistencia hasta la hora de cambiar filtro).

Sumando los errores, quitaron 86% del flujo libre del aire, contando la diferencia en área (62%) y las restricciones por codos y las entradas. En este caso, el turbo compensa hasta cierto punto, acelerando el aire por los espacios y curvas disponibles, y el flujómetro limita la cantidad de combustible suministrado para controlar la mezcla y el hollín que tendría en un motor sin flujómetro. Al final, el motor no tiene potencia y parecería que el filtro estuviera obstruido o saturado.

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El circulo a la derecha representa el tamaño de la entrada

al turbo, mientras el rectángulo representa la rejilla

expuesta al aire para la toma.

Para nosotros la solución es fácil. Fabricar las piezas

correctas para la instalación sin restricciones. Pero el

dueño del camión está entre no creer una solución tan

técnica y no querer descartar tanto dinero que pagó al que

le hizo esa adaptación. Pero la única solución es hacerlo

bien.

El resultado final es una restricción a la hora que el motor

funciona, pierde fuerza y seguramente a causa de ello

generará mayor consumo de combustible, menor capacidad

de arrastrar carga, mayor cantidad de hollín dentro el motor, sobre-calentamiento del motor, exceso de revoluciones, mayor desgaste, etc.

La pregunta es, ¿por qué alguien que no sabe del consumo de aire que requiere el motor se

mete a cambiar los ductos?

Tocamos un tema similar en el boletín 23, donde usaron el filtro original, y tubos correctos, pero hicieron restricciones en la toma de aire por la chapa de los buses que fabricaban, y boletín 171

donde encontramos el ducto original de fábrica muy angosto para el caudal de aire de unas camionetas.

La solución

Cada motor tiene una cantidad especifica de aire que

requiere para operar correctamente. Esto podemos saber

por tablas del fabricante o por un calculo.

La tabla de la derecha, por ejemplo, indica la cantidad

de aire que requieren ciertos motores de la marca Iveco.

La quinta línea indica que el motor 806 i 6L-NA es

operado con un máximo de 2500 revoluciones, tiene

102 caballos de fuerza, y necesita 235 CFM’s (pies

cúbicos de aire por minuto). Pero en la siguiente línea

vemos que el mismo motor, con turbo tiene 131 HP y

requiere 340 pies cúbicos de aire por minuto.

Si no tenemos la tabla, podemos calcular este volumen,

tomando el tamaño del motor en litros, multiplicado por

las revoluciones máximas (rpm), y multiplicado por el

factor de eficiencia volumétrica, divido entre 2000.

La eficiencia volumétrica es:

 0,90 para un motor a gasolina o diésel sin turbo.

 1,60 para un motor a diésel con turbo.

 1,85 para un motor a diésel con turbo/intercooler.

También tenemos la opción de utilizar este calculador.

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La Selección

Una vez que tenemos el

volumen de aire que

necesitamos filtrar,

podemos buscar un filtro

apropiado.

En esta tabla, podemos ver

cuanto de aire necesitamos

en varios motores Cummins

utilizado en el agro y la

construcción y cual serie de

filtro PowerCore de la

marca Donaldson le hace.

Y siempre se debe

considerar los ductos y

codos, nunca utilizando

ductos de menor diámetro

que la entrada del motor.

La restricción

Cada filtro y su carcasa

tiene su curva de

restricción, de acuerdo a su

fabricación y diseño. Aquí

podemos ver la curva de

restricción (por ejemplo) de

un PowerCore PSD08

(primeras líneas de la tabla

para Cummins, arriba).

Este filtro empieza con una

resistencia de 6 pulgadas en

columna de agua (0,08 psi)

con un caudal de aire de

180 CFM, y llega a 6

pulgadas a 235 CFM (0,14

psi) cuando es nuevo. La

vida útil del filtro

típicamente es hasta 25 pulgadas de resistencia (0,36 psi), aunque esto varia entre motores y diseños. Este gráfico también muestra la capacidad, en gramos, del filtro cuando llega a 25

pulgadas. También muestra (en línea punteada) cuánto sería la diferencia si conectaríamos al escape para ayudar en la extracción de tierra.

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Aquí vemos los datos de un filtro más típico para camiones, identificando la carcasa para diferentes flujos de aire.

Pueden notar que la carcasa G110120 y G110119 son idénticas, pero por no llevar un filtro de seguridad, el G110119 puede liderar con 175 CFM más que el modelo con filtro de seguridad.

Resumen

Este problema es bastante común en nuestros países donde, por falta de información o piezas originales, o por modificar una carrocería o diseño, se inventan soluciones sin considerar la parte técnica y las necesidades del motor.

Aquí hay muchos talleres que hacen estas modificaciones, algunos se especializan en esto, pero arruinan muchos motores por no considerar el flujo necesario. Notamos un problema similar en cruces de filtros y el uso de filtros que parecen iguales en el boletín 157.

Uno de los problemas con los sistemas de filtración es que pocas personas buscan información técnica. Simplemente hablan con un taller o tienda, sin buscar la información detallada en el internet o con un distribuidor con personal calificado.

Al final, un buen filtro, correctamente dimensionado, dará muchos años de servicio al motor sin problemas de flujo, hollín, potencia, etc.

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