Los órganos rectores de todo el mundo están introduciendo normativas sobre emisiones cada vez más estrictas. Esto ha llevado a un impulso para desarrollar filtros cada vez más eficientes, especialmente para los sistemas de escape diésel.
La cerámica en los sistemas de escape ofrece una forma muy eficaz de purificar las emisiones de los vehículos, mejorar la calidad del aire y hacer que los entornos urbanos sean lugares más limpios para vivir. Los filtros cerámicos de partículas diésel (DPF) son particularmente efectivos, algunos eliminan casi el 100% del hollín de las emisiones de escape.
Hoy en día, los sistemas DPF se instalan de serie en muchos vehículos diésel, especialmente camiones grandes, autocares y maquinaria pesada. Para trabajar en la carretera, están diseñados para ser muy duraderos y fáciles de mantener.
Tipos de cerámica utilizada en los sistemas de escape diésel
La cerámica no es el único material utilizado en los filtros de escape. También se pueden utilizar fibras de papel y de metal para filtrar partículas de diésel. Sin embargo, los filtros de cerámica mantienen los costos bajos, son fáciles de producir en masa, son extremadamente duraderos y proporcionan una filtración fina de partículas. Los siguientes tipos de cerámica se han vuelto comunes en los sistemas DPF:
Cordierita
La cordierita es la cerámica más utilizada en los filtros de flujo de pared. Los filtros de flujo de pared hacen que el gas fluya directamente a través del filtro, a diferencia de los filtros de flujo continuo, como los convertidores catalíticos.
La cordierita es un material ideal para DPF, ya que filtra un porcentaje muy alto de partículas y es bastante económico.
La única desventaja de usar cerámica de cordierita es que puede derretirse si el filtro se está regenerando, un proceso de mantenimiento que implica quemar el material filtrado para limpiarlo. El riesgo de dañar la cerámica es especialmente alto si ha habido una gran acumulación de hollín y partículas. Por lo tanto, los filtros de cordierita a menudo necesitan un catalizador para reducir la temperatura de regeneración.
La estructura del filtro es similar al núcleo de panal de un convertidor catalítico, pero el DPF tiene canales obstruidos, lo que significa que el gas se fuerza a través de la pared y el filtrado se recoge en la cara de entrada.
Carburo de silicio
El carburo de silicio es una cerámica que también se utiliza en filtros de flujo de pared. Los filtros de carburo de silicio no son tan populares como los de cordierita, por la sencilla razón de que son más caros. La razón del costo adicional es que no son térmicamente estables, por lo que el cemento tiene que separar los núcleos del filtro para protegerlos de la expansión térmica.
Los DPF de carburo de silicio funcionan según el mismo principio que los filtros de cordierita. La eficiencia de estos tipos de filtros puede llegar al 95%. El carburo de silicio también tiene un alto punto de fusión de 2700oC.
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Fibras cerámicas
Los filtros de fibra cerámica contienen diferentes tipos de cerámica fibrosa que se entrelazan creando un material poroso. El material fibroso se moldea fácilmente y se puede utilizar en DPF de diversas formas y tamaños.
Dependiendo de la densidad de las fibras cerámicas, la porosidad puede variar, lo que afecta la eficiencia del filtro. El principal beneficio de los filtros de fibra cerámica es que tienen una contrapresión reducida en comparación con otros filtros de flujo de pared.
Los filtros de flujo de pared de cerámica eliminan la mayoría de las partículas de carbono y otras partículas finas que tienen diámetros inferiores a 100 nm (nanómetros).
Beneficios del uso de cerámica en filtros de partículas diésel
Los principales beneficios del uso de cerámica son:
Eliminación de partículas eficiente
Los filtros de flujo de pared de cerámica eliminan la mayoría de las partículas de carbono y otras partículas finas que tienen diámetros inferiores a 100 nm (nanómetros).
Bajo costo
Las cerámicas son relativamente económicas en comparación con otros materiales filtrantes como las fibras metálicas.
Facil mantenimiento
Se mantienen fácilmente mediante la regeneración, lo que les da un ciclo de vida más largo. Un estudio realizado por The Engineering Society For Advancing Mobility – Land, Sea, Air, and Space citó el fácil mantenimiento como la principal ventaja del uso de filtros cerámicos.
Contrapresión mínima
En comparación con otros materiales, las cerámicas como la cordierita y el carburo de silicio generan menos caída de presión.
Regeneración de filtros de partículas diésel
Los filtros de cerámica deben limpiarse con regularidad para eliminar la acumulación de hollín. Hay dos formas de regenerar el filtro:
- Regeneración pasiva: el sistema de escape está lo suficientemente caliente para quemar las partículas, o se agrega un catalizador para ayudar a la eliminación.
- Regeneración activa: se crean temperaturas muy altas en el sistema de escape para quemar el filtrado.
En la actualidad, la mayoría de los vehículos diésel tienen un sistema de gestión de filtros incorporado que puede utilizar una o más de varias técnicas de regeneración, que incluyen:
- Inyección de combustible retardada para aumentar la temperatura del sistema de escape
- Un catalizador que reduce la temperatura a la que se quema el hollín.
- Un catalizador oxidante que aumenta la temperatura.
- Tecnología de microondas para elevar la temperatura del filtrado.
- Serpentines calefactores que elevan la temperatura
Resumen
Las cerámicas se utilizan ampliamente en los sistemas de escape para filtrar contaminantes, especialmente en los filtros de partículas diésel. Los filtros de cerámica son de bajo costo, fáciles de fabricar, robustos y duraderos, lo que los hace ideales para su uso en vehículos de carretera y maquinaria de planta.
Con los desarrollos recientes en la tecnología de regeneración, los filtros cerámicos son aún más fáciles de mantener y duran más que nunca.
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