Filtros de aire MAHLE - pensamos que el aire sucio requiere soluciones innovadoras

El ingreso de aire limpio es una de las condiciones más importantes para la óptima potencia del motor, alta torsión, bajo consumo de combustible y reducir al mínimo las emisiones contaminantes. Con los filtros para aire de MAHLE Original, se filtran hasta el 99,9 por ciento de polvo, hollín y las partículas de desgaste de los neumáticos. Al mismo tiempo, una óptima mezcla de aire y combustible está asegurada. La gran capacidad de retención de partículas garantiza una larga vida útil en condiciones extremas como calor, frío o contaminantes químicos. Nuestros filtros evitan el desgaste prematuro de las válvulas, cilindros, anillos para pistón, cojinetes y otros componentes del motor. Para garantizar un rendimiento óptimo del filtro, todos los filtros deben ser reemplazados dentro de los intervalos de servicio establecidos por los fabricantes de automóviles.

El aire sin filtrar en el conducto de admisión puede contaminar el sensor de masa de flujo de aire y distorsionar los resultados de la medición, originando un mal funcionamiento en la inyección de combustible y el desgaste de los componentes del motor. Para evitar que el aire pase sin ser filtrado, nuestros filtros son fabricados con la forma y ajuste correcto, así como los materiales de los sellos que han sido seleccionados cuidadosamente.

Los sellos PUR desarrollados con una espuma de poliuretano especialmente desarrollada (PU), aseguran el sellado permanente entre ambos lados, tanto el lado sucio como el lado limpio. Estos sellos son resistentes a químicos, efectos de envejecimiento y son estables con la temperatura. Su flexibilidad está diseñada para ajustarse perfectamente en la geometría de la zona de sellado.

En el sector de automóviles para pasajeros, los filtros circulares y tipo panel son colocados en carcasas montadas en el motor o el chasis, y son estabilizadas con perlas de pegamento por el lado sucio y rejillas de soporte en el lado limpio, en función de las especificaciones del fabricante del automóvil. Para las áreas con mucho polvo, un pre-filtro adicional en forma de una colchoneta de espuma se coloca en el lado sucio. Para mayores cargas, se utilizan soportes de metal o plásticos.

En los vehículos industriales, se utilizan sistemas de filtros de aire robustos y al mismo tiempo ligeros; fabricados de plástico reciclable, los cuales también pueden reducir los ruidos de admisión de aire. A fin de lograr una superficie de filtración grande y altamente estable, los filtros son en su mayoría cilíndricos. Para mejorar la eficiencia, son utilizados soportes radiales y axiales de sellado. Suplementos de seguridad adicionales en forma de cilindros no tejidos (malla), son utilizados para proteger el lado limpio del elemento del filtro durante el mantenimiento y sustitución.

Las dos primeras décadas del automóvil se caracterizaron por fallas permanentes en los motores, en particular, debido a la gran concentración de polvo en los caminos sin pavimentar en aquellos días. Las partículas de suciedad alcanzaban la cámara de combustión, donde se producían abrasiones importantes en los anillos de los pistones, en los pistones y las paredes del cilindro. Esto resultaba en la pérdida de potencia del motor o incluso pistones deshechos. Sólo cuando los filtros de aire fueron inventados a mediados de los años 30, los intervalos de reparación y servicio podían llegar hasta los 4.000 kilómetros. La exitosa historia del motor de combustión interna es difícil de imaginar sin los filtros para aire. Sin embargo, ha sido un largo viaje desde el primer filtro de aire tipo baño de aceite de los años 30 a los módulos de admisión de aire modernos de hoy en día.

El inicio: Una malla de alambre
En los primeros filtros de aire, el elemento filtrante era una malla de alambre dentro de una carcasa de metal. El principio de funcionamiento del denominado "filtro de aire de baño de aceite" se basó en fluidos reales. La desviación en la corriente de aire se utilizó para separar la suciedad en la malla de metal. Con el fin de recoger la suciedad, la malla de acero estaba bañada en aceite para motor. Estos elementos del filtro tenían que ser desmontados con regularidad, se lavaban con un limpiador disolvente y finalmente se bañaban de aceite de nuevo.

Como los motores fueron cada vez más eficientes, reduciendo a su vez  el consumo de combustible, el requerimiento de aire se incrementó de manera exponencial. Los elementos de malla de alambre para los filtros habían llegado a su límite, incluso tras ser combinados con injertos textiles.

Además, la filtración tuvo que ser cada vez más fina. También estaba la demanda para reducir el peso y el tamaño, y reducir los requerimientos de servicio en varios aspectos. Un filtro de aceite que necesitaba una limpieza exhaustiva y que tenía problemas con sus desechos no podía cumplir con las demandas por más tiempo: por consecuencia un nuevo sistema de filtración de aire tuvo que ser desarrollado.

Una importante innovación: Los filtros de papel
Cuando los elementos filtrantes elaborados con papel salieron al mercado en 1953, muy pronto sustituyeron a los elementos antiguos de malla metálica, gracias a su rendimiento superior de filtración. Poco tiempo después, en 1957, el Knecht Filterwerke (hoy MAHLE Filtersysteme) desarrolló un sistema especial de plegado para el papel del filtro y lo patentó bajo la marca "MICRO-STAR". El sistema de plegado sigue siendo el estándar en tecnología para filtros hoy en día. El diseño de los filtros de aire ha sido adaptado para satisfacer las demandas cambiantes todo el tiempo. Inicialmente, se utilizaron elementos filtrantes circulares, un elemento filtrante circular está hecho de papel que se fija con espuma de poliuretano. Con el fin de que el lado sucio este separado del lado limpio en los extremos del plisado, éstos fueron sellados por una placa de poliuretano con sellado tipo costilla. Este sistema de filtros de aire circulares se sigue utilizando hoy en día.

El presente: Colectores de admisión y sistemas de admisión complejos de longitud variable
Ya en los años 90, MAHLE desarrolló la llamada “admisión variable” en estrecha cooperación con la industria automotriz. Por un lado, esto permite que el motor genere torques elevados, incluso a bajas revoluciones del motor y de potencia máxima a altas revoluciones del motor por el otro. Un flujo en forma de turbulencia que se genera deliberadamente en la cámara de combustión(observa el texto a la derecha), mejora la formación de la mezcla y el proceso de combustión. Esto se traduce en menor consumo de combustible y emisiones contaminantes.

Una vistazo al futuro: El sistema de resonancia de tres etapas
Otro hito en la tecnología del módulo de admisión de aire es el sistema de resonancia de tres etapas desarrollado por MAHLE, el cual, puede ser controlado a través de dos válvulas de mariposa integradas en el colector de admisión. La carga de resonancia es eficaz en un amplio rango de velocidad en tres etapas de revoluciones del motor, superiores a 7.000 rpm. El sistema de resonancia, que ha sido optimizado y verificado con la ayuda de cálculos, ha sido utilizado con éxito en la práctica. MAHLE ofrece una gama de productos y desarrollos que van mucho más allá de la filtración del aire, e incluye las unidades de control para el sistema de resonancia y un sistema de ventilación del cárter con separador para niebla de aceite, control de presión y una línea de alimentación en el módulo de admisión de aire.

NOTICIAS DE DESARROLLO DE MAHLE: INNOVADOR FILTRO PARA AIRE EN FORMA DE HERRADURA
Reducción del espacio para la instalación y exigencias más severas en lo que se refiere a la protección para los peatones, estos son sólo dos ejemplos del libro de especificaciones del reciente motor Mercedes-Benz OM 651. Un motor de diésel de cuatro cilindros, el cual está equipado con 2 turbocompresores en las versiones más potentes, se utiliza actualmente en la Clase C (modelos W204, 200 CDI, 220 CDI y 250 CDI), en la Clase E (modelos W212, 220 CDI y el CDI 250) así como en el GLK (125 kW y 150).

El reto para los ingenieros de MAHLE fue el desarrollo de un filtro de aire que cupiera en un espacio del compartimiento del motor severamente limitado debido a una gran cantidad de otros equipos y que también cumpla con las estipulaciones sobre protección a los peatones.

¿SEGURIDAD PARA EL PEATÓN? ¿QUÉ ES ESO?
Los requisitos de protección para los peatones son reglas que figuran en el programa de pruebas de impacto Euro NCAP (European New Car Assessment Programme) independiente de cada fabricante. Esta asociación de ministerios europeos de transporte, asociaciones de automóviles y compañías de seguros, han desarrollado la llamada prueba de colisión NCAP, que consta de tres partes: la protección de pasajeros adultos, la protección de los niños sentados en los asientos traseros del auto y la protección de los peatones.

Desde 2005, los vehículos nuevos en Europa tienen que cumplir con ciertas normas para la protección de los peatones en caso de una colisión. Esto se consigue, en parte, de los fabricantes con una variedad de medidas, por ejemplo, con un diseño más suave de la parte delantera del vehículo. El grado de protección de los peatones es evaluado por NCAP y se clasifican de acuerdo a un número de estrellas 0-4.

¿QUÉ SIGNIFICA ESTO PARA LOS DISEÑADORES DE FILTROS DE AIRE?
Para el desarrollo del nuevo motor OM 651, una distancia de separación mínima entre el cofre y el punto más alto de la carcasa del filtro de aire fue exigida para cumplir con la protección de peatones requerida. El diseño requirió que el sistema de gestión del motor fuera colocado en la carcasa del filtro para aire, lo que presentó un reto adicional, por lo tanto, la carcasa del filtro no solo necesitaba ser muy plana, sino también ser diseñada para llevar el peso del sistema de gestión del motor. Otro asunto importante era el comportamiento acústico del filtro para aire.

Esto requirió que los diseñadores del filtro para aire tuvieran que trabajar con las siguientes cuestiones:

  • La altura total tan baja como fuera posible.
  • La ubicación de la superficie del filtro necesaria para alcanzar los valores exigidos en la capacidad de retención de partículas.
  • La salida de aire limpio y la admisión de aire sucio en paralelo del mismo lado, de acuerdo a las especificaciones del cliente (y no en lados opuestos como es habitual).
  • Alta estabilidad inherente y alta capacidad de carga estática.
  • Máxima robustez y rigidez con el fin de soportar las altas cargas operativas térmicas y mecánicas.
  • La reducción de las emisiones de ruido con el fin cumplir las demandas del cliente en términos de acústica y las emisiones de ruido.
  • Larga vida útil.

NI REDONDO NI PLANO; CON FORMA DE HERRADURA
Con los diseños constructivos tradicionales de filtros redondos o circulares no era posible cumplir con las exigencias de la especificación de compra. Por esta razón la solución trajo un diseño totalmente novedoso con forma de herradura, a través del cual se podían satisfacer todas las condiciones especificadas a la vez.

COMPACTO Y RESISTENTE
Con una geometría adecuada, aprovechando al máximo el espacio de instalación disponible y refuerzos adecuadas en la carcasa lograron una alta estabilidad inherente y resistencia, a pesar de la escasa altura de montaje. Para conseguir una elevada superficie de filtración con unas dimensiones exteriores mínimas se recurrió a un plegado del papel en forma de herradura.

DURADERO
El diseño prestó especial atención a una carga uniforme sobre el elemento de filtro durante el funcionamiento para lograr una larga vida útil. Esta homogeneidad se logró gracias a una guía de aire especialmente diseñada en la carcasa del filtro El equipo de desarrollo de MAHLE creó modelos matemáticos teóricos para verificar el diseño en la fase inicial de desarrollo del filtro.

BAJO NIVEL DE RUIDO
Para reducir las emisiones de ruido, un refuerzo transversal -llamado tirante- fue colocado en la parte central del filtro para aire.

La simulación del patrón de flujo muestra qué rutas toma el aire a través del filtro. Para alcanzar la máxima capacidad, se debe asegurar una toma de aire uniforme sobre la superficie en el medio filtrante.

TECNOLOGÍA DE PUNTA, TAMBIÉN EN LA PRODUCCIÓN
Nuevos conceptos de diseño también requieren a menudo innovaciones en los métodos de producción. El nuevo filtro con forma de herradura también presentó un reto para los expertos de MAHLE y su conocimiento en procesos de producción.

Por ejemplo, el elemento filtrante de papel está plastificado. Esto significa que la placa o base de plástico, se calienta hasta que se vuelve similar a una pasta, permitiendo que al presionar el elemento filtrante de papel en dicha placa se produzca una unión mecánicamente firme y a prueba de fugas después de solidificar. El material plástico debe resistir la presión y no debe deformarse. Las piezas moldeadas por inyección deben ser extremadamente uniformes para permitir que los elementos de papel sean presionados de forma suave en las placas superior e inferior del elemento filtrante de polipropileno.

Nuevos procesos de producción tuvieron que ser desarrollados para la unión del elemento filtrante con la placa del soporte del sensor de flujo de masa de aire. Estos han sido archivados para la patente y ahora son utilizados exclusivamente por MAHLE.

Es necesario contar con tolerancias muy estrechas con el fin de mantener una conexión firme entre el sensor de masa de flujo de aire y el orificio de sujeción durante toda su vida útil. Las características de flujo del plástico durante su moldeo por inyección y su posterior cristalización se han calculado extensamente durante la fase de desarrollo y son la base para la fabricación de las herramientas de la serie que ahora aseguran una producción segura y estable.

NO SOLO LIMPIO, TAMBIÉN PURO
Incluso las partículas de polvo más pequeñas que ingresan al módulo de filtro durante la fabricación y luego son succionadas durante la operación, pueden causar un mal funcionamiento del motor. Por lo tanto, en las especificaciones se establecen altas exigencias para la limpieza sin residuos del módulo de filtración: Incluso las más pequeñas partículas de polvo que entran en el módulo de filtración durante su fabricación y que son aspiradas durante la operación, pueden causar un mal funcionamiento del motor. Las altas exigencias en la limpieza del módulo de filtro son parte de sus especificaciones: El filtro debe cumplir con las más altas exigencias de pureza para proteger el sistema de inyección de combustible con tolerancias extremadamente estrechas y aberturas mínimas en las boquillas, además del turbocompresor. Para asegurar esto, cada filtro se produce bajo condiciones de sala limpia y se limpia utilizando un proceso especialmente desarrollado con sistemas de extracción.

MANTENIMIENTO SENCILLO Y MONTAJE SEGURO
Cuando el filtro es reemplazado, es necesario que se retire el sensor de masa de flujo de aire para colocar el nuevo elemento. Para facilitar el montaje y desmontaje, la junta o sello O-ring está provisto de una capa especial para su deslizamiento.

La simulación CAE (Computer Aided Engineering) de la distribución ilustra el gradiente de presión “Delta P” desde la entrada (rojo) a la salida del aire limpio (azul). Esto es importante para proporcionar una distribución uniforme de la presión en el exterior (antes de entrar en el medio filtrante) a fin de utilizar la capacidad máxima del medio de filtración.