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Antes de marcharse, le invitamos a hablar directamente con nuestro equipo directivo para garantizar que reciba el asesoramiento técnico más preciso, la asistencia en materia de precios y las opciones de personalización más adecuadas para su proyecto. Nuestros expertos pueden evaluar rápidamente sus necesidades, recomendarle soluciones adecuadas de filtros de plástico sinterizado y ayudarle a reducir los riesgos de abastecimiento, al tiempo que mejoran la eficiencia, la uniformidad y la estabilidad del suministro a largo plazo para sus aplicaciones industriales.
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Indica a nuestro equipo de asistencia comercial el tipo de producto, el grado de filtración en micras, el tamaño, la aplicación, el medio filtrante, la temperatura de funcionamiento, la presión y la cantidad estimada. Te ayudaremos a elegir el cartucho filtrante adecuado, ya sea de plástico sinterizado, de metal sinterizado o de sedimentos.
Caudal, caída de presión y superficie en los filtros sinterizados
Las curvas de caudal de los catálogos mienten.
No siempre con mala intención, pero mienten por omisión, porque esa pequeña y concisa línea del PDF del proveedor suele dar por sentado que el fluido está limpio, que la viscosidad es estable, que la temperatura es estándar, que se utiliza un único gas o líquido de prueba, que el elemento está nuevo, que tiene un grado de porosidad específico y que no se forma una capa de suciedad en la primera hora de funcionamiento. Muy conveniente, ¿verdad?
He visto a ingenieros dimensionar carcasas basándose únicamente en una cifra de “caudal nominal”.
Mala jugada.
La caída de presión de un filtro sinterizado no es una propiedad fija, como la longitud o el tamaño de la rosca. Se trata de una resistencia variable que ejerce el filtro cuando el fluido intenta pasar a través de una estructura porosa. Si aumenta el caudal, aumenta la caída de presión. Si se reduce la superficie, aumenta la caída de presión. Si aumenta la viscosidad, aumenta la caída de presión. Si se acumulan partículas en los poros, la caída de presión vuelve a aumentar —a veces lentamente, otras veces como un mal gráfico bursátil—.
Y esta es la cruda realidad: la mayoría de los errores en el dimensionamiento de los filtros no se deben a que los filtros sean de mala calidad. Se deben a suposiciones precipitadas.
En el caso de los filtros sinterizados, la idea, en pocas palabras, es la siguiente:
El caudal aumenta cuando aumentan la superficie y la permeabilidad.
La caída de presión aumenta cuando aumentan la viscosidad, la velocidad de flujo, el espesor del medio, la carga de impurezas o la restricción.
Eso suena sencillo. Pero no lo es.
Porque un filtro sinterizado auténtico no es un simple conjunto de orificios rectos. Es una red de poros sinuosa. Las partículas de polvo, el crecimiento de los cuellos, las gargantas de los poros, el volumen de huecos, la distribución del tamaño de las partículas, la compresión y la temperatura de sinterización determinan el recorrido. El fluido no avanza en línea recta. Se abre paso.
A veces, poco a poco.
Con enfado, a menudo.
Una relación aproximada al estilo de Darcy para el flujo de líquidos a través de medios porosos es:
ΔP ≈ μ × L × v / k
Dónde:
ΔP = caída de presión μ = viscosidad dinámica L = espesor del medio filtrante v = velocidad superficial k = permeabilidad
La superficie de filtración influye en la velocidad. Si se hace pasar el mismo caudal por una superficie de filtración más reducida, la velocidad aumenta. En consecuencia, la caída de presión también aumenta. El filtro no ha “empeorado”. Lo que ha empeorado es el dimensionamiento.
Superficie: el reductor de caída de presión más económico
¿Quieres reducir la caída de presión del filtro sinterizado?
Añadir área.
Esa respuesta parece demasiado sencilla, por lo que la gente la pasa por alto. Empiezan a discutir sobre el grado de filtración en micras, la aleación, la geometría de los pliegues, la calidad del polvo y la curva de bombeo antes de preguntarse si el elemento tiene suficiente superficie efectiva para el caudal, la viscosidad y la carga de sólidos reales.
Pero la superficie es la palanca silenciosa.
Un cartucho de 10 pulgadas y otro de 20 pulgadas con el mismo tipo de medio filtrante no se comportan de la misma manera. Un elemento sinterizado plisado puede ofrecer una superficie útil mayor que un cilindro liso. La instalación de varios cartuchos en paralelo reduce la velocidad frontal. Un diámetro mayor también reduce la velocidad. Una velocidad más baja suele implicar una menor caída de presión en condiciones de limpieza y una acumulación más lenta de la capa de suciedad.
Normalmente.
Aquí está el problema: el término “superficie” que aparece en una página de catálogo puede referirse al área geométrica, no al área efectiva de flujo. Las zonas muertas, las secciones finales obstruidas, los márgenes de soldadura, las estructuras de soporte y un mal diseño de la carcasa pueden restar superficie. He visto carcasas en las que el elemento parecía tener un tamaño generoso, pero el caudal de entrada golpeaba un lado del cartucho con la fuerza de una manguera de bomberos. La sobrecarga local provocó que el filtro dejara de funcionar prematuramente.
No es elegante.
Es muy habitual.
Para los ingenieros de fabricantes de equipos originales (OEM) que se encargan del dimensionamiento de filtros metálicos porosos, prefiero un cálculo conservador de la superficie con un margen para el caudal en condiciones de suciedad que un diseño ambicioso basado en una curva de laboratorio en condiciones de limpieza.
Caudal: el caudal nominal no es el caudal del proceso
Según un proveedor, el filtro tiene una capacidad de 100 L/min.
Vale. ¿Con qué líquido?
¿Agua a 20 °C? ¿Aire en condiciones estándar? ¿Nitrógeno? ¿Aceite hidráulico a 46 cSt? ¿Disolvente? ¿Glicol? ¿Polímero caliente? ¿Condensado de vapor con partículas de óxido?
Aquí es donde las afirmaciones de los catálogos empiezan a ser un poco dudosas.
El caudal en un filtro sinterizado depende del tipo de fluido, la viscosidad, la densidad, la temperatura, la presión, la compresibilidad del gas, la carga de partículas y la caída de presión admisible. En el caso de los gases, los litros por minuto estándar y los litros por minuto reales no son lo mismo. En el caso de los líquidos, los cambios en la viscosidad pueden echar por tierra un diseño que parecía adecuado en las pruebas con agua.
Un ejemplo muy sencillo.
El agua a 20 °C tiene una viscosidad dinámica cercana a 1 mPa·s. Un aceite de proceso puede ser 20, 50 o 100 veces más viscoso. Si se realiza el dimensionamiento basándose en los datos del agua y se hace pasar el aceite por el mismo medio sinterizado, no te sorprendas cuando aumente la caída de presión.
He visto a gente echarle la culpa al filtro.
Las cuentas no cuadraban.
Caída de presión: ΔP en condiciones normales, ΔP con suciedad, ΔP en las terminales
La caída de presión se produce por etapas.
La caída de presión en estado limpio es la pérdida inicial que se produce en un elemento nuevo o completamente limpio. La caída de presión en estado sucio es la que se produce a medida que las partículas se acumulan en la capa superficial y en la red de poros. La caída de presión terminal es el punto en el que el sistema dice: “Ya basta”. Puede ser de 1 bar, 2 bar, 5 psi, 15 psi o cualquier valor que puedan tolerar la bomba, el compresor, la carcasa, el diseño de las juntas o el proceso.
El documento de Mott sobre refinería de metales porosos describe el proceso de filtración como un flujo constante con una caída de presión creciente hasta alcanzar la caída de presión final: Sistemas de filtración con metales porosos de Mott para el refinado de petróleo. Esa frase es importante porque muchos sistemas industriales funcionan a un caudal objetivo, no a una presión objetivo. El sistema aumenta la presión hasta que el filtro se obstruye o el operario interviene.
La cruda realidad: si el margen de ΔP permitido es reducido, tendrás que aumentar el número de cartuchos.
No hay soluciones milagrosas en los medios de comunicación para las zonas con escaso alcance.
Y no confundas una alta presión de colapso con una baja caída de presión. Un cartucho robusto de acero inoxidable sinterizado puede soportar una alta presión diferencial, pero eso no significa que tu bomba quiera pagar esa factura de energía cada hora.
Porosidad y permeabilidad: conceptos relacionados, pero no idénticos
El término «porosidad» se utiliza en exceso.
La permeabilidad no se comprueba lo suficiente.
LibreTexts define la porosidad como la relación entre el espacio vacío y el volumen total del material: LibreTexts 2024: Explicación de la ley de Darcy y la porosidad. Eso es útil, pero la porosidad por sí sola no explica por completo la caída de presión.
Dos filtros pueden presentar ambos la porosidad 40% y, sin embargo, comportarse de forma diferente.
¿Por qué?
Tamaño de los poros. Tortuosidad. Conectividad de los poros. Morfología del polvo. Cuellos de sinterización. Espesor del medio filtrante. Acabado superficial. Compactación. Patrón de acumulación de suciedad. Un filtro puede tener vías grandes y bien conectadas. Otro puede tener muchos huecos que no contribuyen mucho al flujo a través del mismo.
La guía sobre metales porosos de Spintek lo explica claramente: la permeabilidad es una medida de la caída de presión que se produce con un caudal determinado a través de una unidad de superficie, y las relaciones entre porosidad y permeabilidad se ven afectadas por el tamaño del polvo y el método de conformado: Manual de diseño de metales porosos.
Por eso, el hecho de que tenga una “alta porosidad” no debería impresionarte por sí solo.
Pregunta por la permeabilidad.
Pide el ΔP limpio para tu caudal.
Pide líquido de prueba.
Pregunta por el grosor del material.
Solicita los datos geométricos reales del cartucho.
Cálculo de la caída de presión en filtros sinterizados
Utiliza los cálculos para evitar diseños poco acertados. No los utilices como profecías.
El documento de la NRC de EE. UU. sobre la caída de presión en medios porosos presenta una forma de la ecuación de Darcy para el flujo viscoso, Δp = μVL/K, y también hace referencia a las relaciones de tipo Ergun para medios porosos: Cálculo de la caída de presión en medios porosos según el NRC. En el caso de los filtros sinterizados, el comportamiento según la ley de Darcy suele ser un buen punto de partida a velocidades más bajas, mientras que los efectos inerciales pueden ser importantes a caudales más elevados, especialmente en gases o en medios de grano grueso.
Una secuencia práctica de ingeniería:
Defina el caudal requerido.
Defina la viscosidad del fluido a la temperatura de funcionamiento.
Define el ΔP limpio admisible y el ΔP terminal.
Elige el tamaño de filtrado en micras en función del tipo de partícula que quieras retener, no basándote en conjeturas.
Calcula la superficie necesaria para los soportes.
Comprueba los datos de flujo limpio del proveedor utilizando las mismas condiciones de fluido o las condiciones corregidas.
Añadir un margen de seguridad.
Comprueba la curva de la bomba o del compresor.
Realiza la prueba con líquido real si un fallo resultara costoso.
Omite el paso 9 solo si el tiempo de inactividad no supone un gran coste.
Normalmente no lo es.
En el caso de los líquidos, la caída de presión tiende a variar considerablemente en función de la viscosidad. En el caso de los gases, la densidad, la compresibilidad, la base de presión y la diferencia entre el caudal estándar y el real pueden complicar el cálculo de las dimensiones. En aplicaciones con fluidos contaminados, la carga de partículas puede llegar a ser el factor determinante tras la puesta en marcha.
Ahí es donde las curvas de catálogo dejan de ser útiles y los datos de los pilotos empiezan a demostrar su valía.
La trampa de la superficie en el recuento de cartuchos
A los ingenieros de los fabricantes de equipos originales les encantan las carcasas compactas.
Lo entiendo. El espacio sale caro. Las carcasas de acero inoxidable son caras. Los cartuchos adicionales suponen un coste adicional, así como juntas, existencias y tiempo de montaje. Pero las carcasas de tamaño insuficiente generan otros costes: caída de presión, consumo energético, vida útil reducida, caudal inestable y equipos de mantenimiento enfadados.
Técnicamente, un solo cartucho podría cumplir con el caudal limpio requerido.
Por los pelos.
Entonces comienza el proceso. Se acumulan sólidos. Cambia la viscosidad. Baja la temperatura. Aumenta la presión diferencial. La bomba tiene que trabajar más. Se culpa a la válvula de derivación. Alguien sugiere un “filtro mejor”. El departamento de compras empieza a buscar opciones.
No.
Necesitabas más espacio.
Según mi experiencia, las mejores conversaciones sobre el dimensionamiento comienzan por la ΔP limpia objetivo y la estrategia de retención de impurezas, no solo por el grado nominal en micras. Si el filtro debe mantener el caudal durante 30 días, dimensiona el filtro para 30 días. Si debe soportar los pulsos de arranque del compresor, dimensiona el filtro para esos pulsos. Si se enfrenta a partículas pegajosas, no finjas que se comportan como el agua limpia.
El filtro lo sabe.
Tabla comparativa: qué es lo que realmente provoca la caída de presión
Variable
¿Qué ocurre cuando aumenta?
Efecto sobre la caída de presión en los filtros sinterizados
Aviso técnico
Caudal
Se hace pasar más líquido por la misma superficie
La caída de presión aumenta, a menudo de forma pronunciada, a velocidades más elevadas
El caudal nominal sin ΔP es prácticamente inútil
Viscosidad del fluido
El fluido opone mayor resistencia al movimiento
La caída de presión aumenta considerablemente
Los datos de los análisis del agua pueden dar lugar a conclusiones erróneas en los sistemas de aceite o glicol
Superficie del filtro
El mismo flujo se extiende por una superficie mayor
La caída de presión suele disminuir
Utiliza la superficie efectiva, no la superficie indicada en el folleto
Espesor del soporte
El recorrido del flujo se alarga
Aumenta la caída de presión
Los medios densos pueden mejorar la resistencia, pero suponen un coste ΔP
Permeabilidad
La red de poros facilita el flujo
Disminución de la caída de presión
Pregunta por las condiciones de ensayo, no te limites a pedir “alta permeabilidad”
Porosidad
Un mayor volumen de espacio libre podría facilitar el flujo
Depende de la conectividad de los poros
Una alta porosidad no garantiza un ΔP bajo
Carga de tierra
Acumulación de restos de tarta y obstrucción de los poros
La caída de presión aumenta con el tiempo
La diferencia de presión (ΔP) en el terminal determina la vida útil
Temperatura
Modifica la viscosidad y la densidad del gas
Puede aumentar o reducir ΔP
Tamaño a la temperatura de funcionamiento más desfavorable
Número de cartuchos
Hay más elementos que comparten el flujo
Caída de presión por elemento
El «paralelo» suele ser más barato que el «dolor de la bomba»
Un ejemplo de cálculo de dimensiones que los ingenieros realmente reconocen
Supongamos que necesitas un caudal de 120 L/min a través de un conjunto de cartuchos de acero inoxidable sinterizado.
La curva de pruebas con agua limpia indica que un cartucho puede gestionar 120 L/min con un ΔP aceptable. Estupendo. Pero el fluido real tiene una viscosidad de 8 cP al arrancar, no 1 cP como el agua. La carga de partículas es moderada. La caída de presión terminal es limitada porque la bomba aguas arriba no tiene margen adicional. Además, la planta quiere que transcurran cuatro semanas entre cada parada de mantenimiento.
Un cartucho no es un diseño.
Es un deseo.
Una estrategia más segura podría consistir en utilizar tres o cuatro cartuchos en paralelo, lo que reduciría la velocidad a su paso por cada elemento, disminuiría la diferencia de presión (ΔP) en estado limpio, ralentizaría la acumulación de residuos y proporcionaría un margen al sistema en caso de que aumentara la viscosidad o las partículas se distribuyeran de forma desigual. Sí, la carcasa es más cara. Pero la carcasa más pequeña solo era más barata antes de la primera parada.
Lo sé. A los de compras les horroriza esa frase.
El departamento de Operaciones lo entiende al instante.
Dónde se dejan engañar los ingenieros
El primer error es utilizar el valor nominal en micras como si este predijera la caída de presión.
No es así.
Un filtro de polvo sinterizado de 10 µm y un filtro de malla sinterizada de 10 µm pueden comportarse de forma diferente. Un tubo metálico poroso de 5 µm y un elemento de fibra sinterizada plisada de 5 µm pueden tener una superficie específica y una permeabilidad muy diferentes. Mismo valor nominal. Comportamiento hidráulico diferente.
Segundo error: no tener en cuenta la viscosidad.
Tercero: considerar el caudal de gas como si el caudal nominal y el caudal real fueran intercambiables.
Cuarto: olvidarse de la suciedad.
Una curva de elementos limpia es como un certificado de nacimiento, no la historia de una vida. La verdadera historia comienza cuando entran en el medio sólidos, neblina de aceite, óxido, partículas de catalizador, fragmentos de polímeros o incrustaciones.
Quinto: confiar en el “caudal máximo”.”
¿Máximo según quién? ¿A qué ΔP? ¿Durante cuánto tiempo? ¿Con qué fluido? ¿A qué temperatura? ¿Limpio o cargado? ¿Carcasa horizontal o vertical? ¿De dentro hacia fuera o de fuera hacia dentro? ¿Con qué tubo de soporte?
En cuanto haces esas preguntas, se hace el silencio en la sala.
Bien.
Preguntas frecuentes
¿Qué provoca la caída de presión en los filtros sinterizados?
La caída de presión en los filtros sinterizados se debe a la resistencia que ofrece el fluido al atravesar el medio poroso, lo que incluye la viscosidad, la velocidad de flujo, el espesor del medio, la permeabilidad, la estructura de los poros, la superficie específica y la acumulación de suciedad que bloquea los canales de los poros o forma una capa de sedimentos durante el funcionamiento.
En lenguaje técnico sencillo, el filtro consume energía para hacer pasar el fluido a través de diminutos conductos interconectados. Un mayor caudal, un medio más denso, una mayor viscosidad, una menor permeabilidad o una superficie más reducida se traducen en una factura más elevada.
¿Cómo se calcula la caída de presión en los filtros sinterizados?
La caída de presión en los filtros sinterizados se calcula habitualmente mediante ecuaciones de Darcy para medios porosos, en las que ΔP depende de la viscosidad, el espesor del medio, la velocidad superficial y la permeabilidad, y posteriormente se corrige con datos reales de ensayos del proveedor, el margen de obstrucción y las condiciones de funcionamiento del gas o del líquido.
Utiliza los cálculos como herramienta de selección. En el caso de equipos costosos, comprueba los datos con el fluido real, la temperatura real, la geometría real del cartucho y una carga de partículas realista.
¿Cómo influye el caudal en la caída de presión de un filtro sinterizado?
El caudal influye en la caída de presión del filtro sinterizado al aumentar la velocidad a través de la red de poros disponible; cuando una misma superficie filtrante debe gestionar un mayor caudal, la resistencia aumenta y el sistema necesita una mayor presión aguas arriba para mantener el caudal deseado.
A bajas velocidades, la relación puede parecer casi lineal. A velocidades más altas, especialmente con gases o medios de gran granulometría, los efectos inerciales pueden hacer que la curva sea más pronunciada.
¿Cómo influye la superficie en la caída de presión en los filtros sinterizados?
La superficie específica influye en la caída de presión de los filtros sinterizados, ya que distribuye el mismo caudal a lo largo de una mayor superficie de filtro, lo que reduce la velocidad superficial en cada zona de poros y, por lo general, disminuye la caída de presión en estado limpio, retrasa la acumulación de suciedad y prolonga la vida útil del filtro.
Por eso, los cartuchos más largos, los de mayor diámetro, las estructuras plisadas o la disposición de varios cartuchos en paralelo suelen resolver mejor los problemas de caída de presión que buscar un tipo de medio filtrante milagroso.
¿Qué es la permeabilidad de un filtro sinterizado?
La permeabilidad de un filtro sinterizado es una medida de la facilidad con la que el fluido atraviesa la estructura porosa ante una caída de presión, un caudal, un espesor del medio y una superficie determinados, y refleja el tamaño de los poros, la conectividad entre ellos, la tortuosidad y el método de fabricación.
Una alta porosidad no siempre implica una alta permeabilidad. Las vías de poros conectadas son más importantes que el volumen vacío que no contribuye al flujo de paso.
¿Cuál es la diferencia entre porosidad y permeabilidad?
La porosidad es el porcentaje de espacio vacío en el interior de un material filtrante sinterizado, mientras que la permeabilidad describe la facilidad con la que un fluido puede fluir realmente a través de esos poros conectados bajo presión, lo que hace que la permeabilidad resulte más útil para predecir la caída de presión y el rendimiento del caudal.
Dos materiales filtrantes pueden tener la misma porosidad, pero presentar una caída de presión diferente debido a que difieren en cuanto a las gargantas de los poros, la tortuosidad, la compactación y las condiciones de sinterización.
¿Cómo se determina el tamaño de un filtro metálico poroso?
Para dimensionar un filtro metálico poroso, hay que definir el caudal requerido, la viscosidad del fluido, la temperatura de funcionamiento, la caída de presión admisible en estado limpio y en estado terminal, la carga de partículas, el grado de filtración en micras, la geometría del cartucho y la superficie efectiva, antes de seleccionar el tipo de medio filtrante y el número de cartuchos.
No bases el dimensionamiento únicamente en el caudal nominal. Utiliza curvas de caudal, factores de corrección, margen de ensuciamiento y pruebas piloto cuando el riesgo de una parada resulte muy costoso.
¿Por qué aumenta la caída de presión durante el funcionamiento?
La caída de presión aumenta durante el funcionamiento debido a que se acumulan partículas, geles, óxido, partículas finas de catalizador, incrustaciones, neblina de aceite o material biológico en la superficie del filtro y en el interior de los canales de los poros, lo que reduce las vías de flujo abiertas y obliga al sistema a ejercer una mayor presión para mantener el caudal.
Una tendencia al alza en la presión diferencial no es solo un dato de mantenimiento. Es el filtro indicándote a qué ritmo está desapareciendo su estructura porosa útil.
¿Puede una superficie mayor reducir la carga de la bomba o del compresor?
Una superficie mayor puede reducir la carga de la bomba o del compresor, ya que disminuye la velocidad a través del medio filtrante, reduce la caída de presión en condiciones normales, retrasa la formación de la capa de suciedad y ayuda a mantener el sistema alejado de la presión diferencial límite durante períodos de funcionamiento más prolongados.
Una superficie mayor supone un gasto inicial. Una superficie insuficiente genera costes adicionales cada hora debido al consumo energético, a una vida útil más corta y al tiempo de inactividad.
Orientaciones sobre contratación pública
Envíanos el caudal requerido, el tipo de fluido, la viscosidad, la temperatura de funcionamiento, la diferencia de presión (ΔP) admisible en condiciones de limpieza, la diferencia de presión (ΔP) terminal, el grado de filtración en micras, la carga de partículas y los límites de la carcasa. Te ayudaremos a determinar el área de superficie del filtro sinterizado, el número de cartuchos y el grado del medio filtrante antes de que la curva de la bomba —y el equipo de mantenimiento— empiecen a quejarse.
