Filtración de aire en vehículos de alto rendimiento y modificados: un análisis técnico profundo

Medición de la eficiencia y la capacidad protectora de filtros de aire Es fundamental comparar diferentes estilos y garantizar que satisfagan las demandas de aplicaciones de alto rendimiento. Esto incluye métodos estándar para determinar el movimiento del aire y la eficacia de la purificación.

Medición del flujo de aire: 

El flujo de aire se mide comúnmente en pies cúbicos por minuto (CFM) o metros cúbicos por hora (m²/h). Sin embargo, especificar un valor de CFM para un filtro implica no definir la caída de presión a la que se logró dicho caudal. Una métrica más interesante es la relación entre el flujo de aire y la disminución de presión en el elemento filtrante y en todo el sistema de admisión. La caída de presión, generalmente medida en pulgadas de agua (IN H₂O) o pascales (Pa), representa la resistencia al flujo de aire. Una menor caída de presión a un caudal de aire determinado indica un filtro o sistema de admisión mucho más eficaz y menos limitante.

La caída de presión en un sistema de inducción de aire no se debe exclusivamente al filtro. También influyen la entrada de aire, la carcasa del filtro y el sensor de flujo másico. Experimentos han demostrado que, a caudales nominales del motor, una carcasa de filtro normal puede añadir aproximadamente 1,75 kPa de reducción de tensión, y un sensor de flujo másico, aproximadamente 1,50 kPa. Un elemento filtrante de panel limpio puede añadir tan solo 0,22 kPa, mientras que los filtros cónicos pueden presentar incluso menores pérdidas de tensión. Sin embargo, a medida que el filtro se acumula suciedad durante el proceso, el elemento filtrante se convierte en la principal fuente de pérdida de tensión, con una reducción de tensión terminal para componentes con carga de polvo que suele oscilar entre 2,5 y 5,0 kPa.

Estándares de filtración: 

El requisito principal para probar los filtros de aire en motores y compresores de combustión interna es la norma ISO 5011 (anteriormente SAE J726). Esta norma proporciona un protocolo preciso para examinar la eficiencia de filtración, la limitación del flujo de aire en condiciones de carga de suciedad y la capacidad total de retención de polvo en condiciones reguladas.

Las mediciones secretas según la norma ISO 5011 incluyen:

Restricción del flujo de aire/caída de presión: Se mide en pulgadas de H₂O o kPa frente al movimiento del aire en pies cúbicos por minuto (CFM) o m₃/h. Esto se mide a diferentes caudales, normalmente alrededor de 501TP₃T, 751TP₃T, 1001TP₃T, 1251TP₃T y 1501TP₃T del flujo de aire clasificado. La restricción inicial de un filtro limpio y la restricción terminal (el factor en el que finaliza la prueba, frecuentemente definida como un aumento de 10 pulgadas de H₂O sobre la restricción inicial) son factores de información cruciales.

Eficiencia de recolección de polvo: 

Se evalúa introduciendo una cantidad reconocida de suciedad de examen estándar (como polvo grueso de prueba ISO o polvo fino de prueba ISO) en el filtro a un precio y flujo de aire constantes. Un filtro absoluto, instalado aguas abajo, captura la suciedad que pasa. El aumento de peso del filtro absoluto se utiliza para determinar el rendimiento del componente filtrante. El rendimiento total se determina a partir de la suciedad total retenida. El rendimiento colectivo, generalmente el único valor anunciado en aplicaciones automotrices, incluye cualquier tipo de carga e infiltración de suciedad medida durante una primera prueba de rendimiento.

La eficiencia se determina haciendo uso de la fórmula:

donde A es el aumento de masa del filtro absoluto ascendente y B es el aumento de masa del filtro absoluto descendente.

Capacidad de retención de polvo: 

Se mide por la diferencia de peso del filtro antes y después del examen. Esto indica cuánta suciedad puede contener el filtro antes de alcanzar la restricción terminal.

La norma ISO 5011 busca la reproducibilidad, lo que permite comparar las pruebas de filtros realizadas en diferentes ubicaciones. Sin embargo, presenta limitaciones para predecir la eficiencia en condiciones reales. El procedimiento no se estableció para determinar el rendimiento de un filtro de aire en un automóvil durante su funcionamiento. Utiliza un flujo de aire controlado y se realiza frecuentemente con el filtro en un entorno de prueba, lo cual difiere del uso real del vehículo, donde las condiciones de operación, el flujo de aire y las tasas de alimentación de suciedad son variables. La orientación de la instalación y la geometría del sistema de admisión también pueden influir en el rendimiento en comparación con las pruebas de banco.

Existen otros requisitos y técnicas de cribado relevantes. La puntuación MERV (Valor Mínimo de Informe de Eficiencia), establecida por ASHRAE, se utiliza habitualmente para filtros de HVAC, aunque ocasionalmente se utiliza como referencia para filtros de vehículos. Indica la eficacia de un filtro para eliminar partículas de entre 0,3 y 10 micras. Una puntuación MERV más alta implica una mejor captura de partículas más pequeñas, pero puede reducir el flujo de aire. Para filtros de alto rendimiento, el coeficiente beta (identificado por la norma ISO 16889) compara la cantidad de partículas aguas arriba y aguas abajo de un tamaño determinado. Otros métodos de análisis incluyen la prueba de flujo de aire absoluto, la prueba DOP y PAO (para filtros HEPA/ULPA), la prueba de llama de sodio y la prueba de fugas de aceite en la rosca.

Es fundamental recordar que las mediciones de filtrado solo son significativas si se divulgan las variables de prueba (grado de polvo, tasa de movimiento del aire, presión terminal de prueba). Algunos fabricantes podrían evaluar con CFM muy bajos para aumentar artificialmente las cifras de eficiencia. Fabricantes de filtros de alta eficiencia, como K&N y S&B Filters, realizan pruebas internas exhaustivas, utilizando frecuentemente componentes de prueba estándar y cajas de aire originales de fabricantes de equipos originales (OEM) para simular con mayor precisión las condiciones reales.