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.

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).

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

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.

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.

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