Los sistemas de filtros tubulares o de cartucho ofrecen una superficie de filtración muy elevada por unidad de volumen, lo que permite la captura eficaz de inclusiones a escala micrométrica y la estabilización del flujo en los moldes; cuando se especifican con el medio, la práctica de precalentamiento y el diseño de carcasa correctos, los sistemas de cartucho eliminan partículas de hasta aproximadamente 5 μm o menos, prolongan la vida útil en relación con algunos filtros de superficie y ofrecen una solución compacta y modular para las fundiciones que necesitan una limpieza de la masa fundida fiable y repetible.

Descripción general del producto y uso previsto

Los equipos filtrantes tubulares o de cartucho son una solución de filtración en caja que utiliza elementos filtrantes cilíndricos instalados en el interior de una carcasa alimentada por presión o gravedad. El aluminio fundido atraviesa la pared del cartucho filtrante y el medio poroso interno, de modo que las partículas se capturan tanto en la superficie como en la profundidad del elemento. Estos sistemas son adecuados para transferencias de horno a cuchara, de cuchara a colada o aplicaciones en línea por gravedad, baja presión o algunas líneas semicontinuas. Las carcasas de cartucho se adaptan bien a las fundiciones que necesitan modularidad, una rápida sustitución de los elementos y una elevada superficie específica de filtración.

Cómo funciona la filtración tubular / de cartucho

Doble mecanismo: captura en superficie y en profundidad

Los medios de cartucho suelen atrapar las partículas más grandes en la superficie exterior y las más finas dentro de la matriz porosa interna. El flujo metálico se desplaza radialmente a través de la pared del tubo, por lo que la trayectoria de filtración efectiva es relativamente larga, lo que aumenta la probabilidad de captura de inclusiones pequeñas.

Acondicionamiento del caudal y pérdida de carga

Dado que muchos cartuchos utilizan una porosidad graduada desde las capas externas a las internas, el elemento condiciona la entrada turbulenta hacia un perfil más estable en la salida. Los diseñadores equilibran la porosidad y la superficie para limitar la pérdida de carga para una altura de vertido y un caudal determinados.

Las variables clave de rendimiento incluyen el diámetro exterior del elemento, el grosor de la pared, el PPI del medio o el índice de poros equivalente y el área total de filtración activa por carcasa. El diseño práctico utiliza varios cartuchos paralelos para gestionar la pérdida de carga y la vida útil.

Por qué elegir sistemas tubulares / de cartucho

Ventajas

• Superficie de filtración muy elevada en un tamaño compacto, lo que permite utilizar medios más finos sin pérdidas de carga excesivas.

• Sustitución modular, que permite cambiar rápidamente los cartuchos y reducir el tiempo de inactividad en muchas líneas.

• Adecuado para líneas automatizadas o semiautomatizadas en las que se puede diseñar el intercambio y cambio de casetes.

• Posibilidad de combinar varios tipos de soportes dentro de un mismo cartucho para la captura por etapas, lo que mejora la limpieza general.

Limitaciones y consideraciones

• Las carcasas de los cartuchos deben estar bien selladas para evitar la derivación; un sellado deficiente anula los beneficios de la filtración.

• Algunos soportes de cartucho tienen una tolerancia limitada a los choques térmicos; la práctica del precalentamiento es obligatoria.

• Para vertidos de gran volumen, la pérdida de carga puede llegar a ser limitante a menos que el área del cartucho se ajuste en consecuencia.

Medios de cartucho típicos y sus propiedades

Los elementos de los cartuchos pueden ser de cerámica espumada, productos granulares aglomerados, fieltro sinterizado o carburo de silicio aglomerado. Los factores de selección incluyen la compatibilidad química, la resistencia al choque térmico, la resistencia mecánica y la distribución de los poros.

Tabla 1: Opciones habituales de soportes de cartucho

Las referencias indican que los sistemas de cartucho permiten medios filtrantes más finos para un caudal dado debido a su elevada superficie de contacto.

Configuraciones típicas y guía de dimensionamiento

Las carcasas de los cartuchos pueden ser monotubo, multitubo o dúplex. El dimensionamiento requiere adaptar el área de filtración acumulada a la masa de vertido, la pérdida de carga permitida y la altura de vertido.

Cuadro 2: Puntos de partida para el dimensionamiento

El dimensionamiento debe comenzar con una prueba y un recuento RPT o de inclusión para afinar el recuento de elementos y la porosidad. Las directrices del sector insisten en realizar pruebas con sus aleaciones y geometría de inyección.

Instalación, precalentamiento y puesta en marcha

Precalentamiento y acondicionamiento térmico

Los elementos y las carcasas de los cartuchos deben precalentarse para eliminar la humedad y evitar el choque térmico. La práctica típica de precalentamiento incluye el calentamiento controlado del elemento y la carcasa a temperaturas cercanas a la fusión antes del primer contacto con el metal fundido. Si no se precalientan, pueden producirse grietas y explosiones de vapor.

Sellado y asiento

Una junta robusta o un sellado refractario alrededor de cada cara del cartucho es esencial para evitar el desvío de metal. Utilice juntas de alta temperatura que se compriman uniformemente y permitan la expansión térmica. Asegúrese de que las tapas de los cartuchos y las interfaces de la carcasa estén libres de residuos antes de la instalación.

Pruebas de puesta en servicio

• Prueba de presión reducida (RPT) de referencia y recuentos de inclusión antes de la instalación.

• Vertidos de prueba con instrumentos que registran la velocidad de vertido y la presión diferencial a través de la carcasa.

• Confirmar la ausencia de bypass mediante controles visuales y muestreo metalográfico de las piezas vertidas.

Métricas de rendimiento y verificación

Indicadores clave de rendimiento:

• Recuento de inclusiones y distribución de tamaños a partir de secciones metalográficas.

• Mejoras en las pruebas de presión reducida, registradas antes y después de la filtración.

• Presión diferencial a través de la carcasa, registrada por colada, para establecer umbrales de sustitución.

• Rendimiento del mecanizado de primera pasada e índices de desecho.

Para respaldar las decisiones de compra, solicite a los proveedores las curvas de caída de presión, los medios recomendados y los datos de las pruebas de taller para su aleación.

Mantenimiento, vida útil de los elementos y piezas de repuesto

Tabla 3: Programa de mantenimiento recomendado

La vida útil de los elementos depende de la carga de inclusión y del PPI. Mantenga al menos un banco de repuesto completo por línea crítica para evitar interrupciones de la producción.

Seguridad, medio ambiente y normativa

• Precalentar en un ambiente controlado para eliminar la humedad. Utilice hornos o carcasas encamisadas según las instrucciones del proveedor.

• Capturar y gestionar los cartuchos usados y la escoria atrapada como residuos industriales; muchos contienen metal recuperable, por lo que existen flujos de reciclado disponibles cuando se procesan de forma segura.

• Proporcione ventilación de extracción local y control de humos cerca de la estación de filtrado, ya que el desnatado y el fundido generan humos.

• Utilice monitores de oxígeno o gas cuando haya sistemas de gas inerte y asegúrese de que todo el almacenamiento de gas cumple los códigos de seguridad.

Resolución de problemas comunes y medidas correctoras

Tabla 4: Matriz de resolución de problemas

Documente todas las medidas correctoras y correlaciónelas con las prácticas anteriores, como la desgasificación y el desnatado, para encontrar las causas profundas.

Integración con el tren de tratamiento de la masa fundida

Una estrategia eficaz de limpieza de la masa fundida secuencia los procesos para que cada paso prolongue la vida útil y la eficacia del siguiente. Tren típico:

1. Desgasificación (rotativa o al vacío) para eliminar el hidrógeno disuelto.

2. Desespumado y fundido para eliminar la escoria y los óxidos de la superficie.

3. Filtración de cartucho / tubular para la captura escalonada en profundidad y en superficie.

4. Filtro de pulido final o filtro de placas inmediatamente antes del vertido si es necesario.

Unos pasos bien coordinados garantizan que los cartuchos capturen las partículas en lugar de la pesada escoria superficial, que de otro modo obstruiría los elementos prematuramente.

Justificación económica y rendimiento de la inversión

Los sistemas de filtración reducen los desechos, disminuyen las repeticiones y aumentan los índices de aceptación en la primera pasada. Los sistemas de cartuchos suelen ser rentables en la producción de piezas de valor medio a alto gracias a la sustitución modular y la captura fina.

Cuadro 5: Instantánea ilustrativa del ROI

Utilice las tasas de chatarra y los precios del metal específicos de su planta para crear un modelo de amortización exacto para su fundición.

Ejemplos de especificaciones de productos

Tabla 6: Especificaciones representativas de la carcasa y el elemento del filtro de cartucho

Solicite a los proveedores la superficie de los elementos por pieza y las curvas de caída de presión con los caudales previstos.

Notas del caso

Caso A: Proveedor de fundición de precisión

Un proveedor de carcasas para cosméticos retroadaptó la filtración de cartucho antes de la matriz y la combinó con una práctica de precalentamiento mejorada. Los resultados incluyeron una reducción del 35% en el reprocesado de imperfecciones superficiales y una mejora apreciable en las puntuaciones RPT en ocho semanas.

Caso B: Fundición mediana de automóviles

Una fundición de automóviles utilizó bancos de cartuchos dúplex para permitir la producción continua durante los cambios de elementos. El cambio de cartuchos redujo el tiempo de inactividad en un 70 % en comparación con los filtros de placas de una sola etapa y permitió recuperar la inversión en menos de 18 meses gracias a la reducción de los residuos y el tiempo de mecanizado.

Preguntas frecuentes

1. ¿Qué tamaño de partículas pueden eliminar los filtros de cartucho?
   Los sistemas de cartuchos con medios finos pueden capturar partículas de hasta unos 5 μm o menos en condiciones prácticas de planta, en función de los medios y los caudales. Validación con recuentos metalográficos de inclusiones.

2. ¿Es necesario precalentar los cartuchos?
   Sí. El precalentamiento elimina la humedad y reduce el riesgo de choque térmico, evitando el agrietamiento y los peligrosos eventos de vapor. Siga los programas de precalentamiento del proveedor.

3. ¿Cómo sé cuándo debo sustituir los cartuchos?
   Controlar la presión diferencial y el caudal. Si la pérdida de carga hace que la velocidad de vertido caiga por debajo de las necesidades de producción o la presión diferencial alcanza el umbral especificado por el proveedor, sustituya los elementos.

4. ¿Pueden automatizarse las carcasas de los cartuchos para una producción continua?
   Pueden hacerlo. Los bancos dúplex o paralelos y el cambio de casetes hidráulico o motorizado permiten un funcionamiento continuo con una manipulación manual mínima.

5. ¿Qué causa el bypass y cómo se previene?
   La derivación suele deberse a juntas deficientes, superficies de asiento deformadas u orientación incorrecta de los elementos. Utilice juntas de alta temperatura, asegúrese de que las superficies de asiento estén limpias y apriete las placas de sujeción uniformemente.

6. ¿Son compatibles los filtros de cartucho con el fundente?
   Sí. El espumado adecuado y la aplicación controlada de fundente prolongan la vida útil del cartucho. Una aplicación excesiva de fundente puede depositarse dentro del elemento y acelerar la obstrucción.

7. ¿Qué medio es mejor para entornos de ciclismo intenso?
   Los elementos de SiC adheridos o de alúmina reforzada ofrecen una mayor tenacidad y resistencia al choque térmico en situaciones de ciclos frecuentes.

8. ¿Pueden los cartuchos eliminar el hidrógeno disuelto?
   No. Los filtros de cartucho eliminan las inclusiones sólidas y acondicionan el flujo. El hidrógeno disuelto debe controlarse con sistemas de desgasificación como la purga rotativa de gas o el vacío. Utilice la filtración junto con la desgasificación para obtener mejores resultados.

9. ¿Qué documentación debo solicitar a un proveedor?
   Solicite curvas de caída de presión, ciclos de precalentamiento recomendados, datos sobre el índice de porosidad y la superficie de los elementos, resultados de ensayos con aleaciones similares, lista de piezas de repuesto y asistencia para la puesta en servicio.

10. ¿Cuál es la relación calidad-precio entre los sistemas de cartucho y las opciones de lecho profundo tubular o de placas?
    Los sistemas de cartuchos suelen ofrecer una mayor superficie específica y modularidad, con un coste potencialmente menor de los tiempos de inactividad, pero los costes de capital y consumibles dependen de la vida útil de los elementos y de la cadencia de producción. Las mejores comparaciones de costes se obtienen realizando pruebas.