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Dimensionar los sistemas de filtración para ofrecer el mejor compromiso entre el desembolso inicial de capital y los bajos costos de funcionamiento

Es fácil imaginar que el filtro más pequeño que puede manejar la velocidad de flujo de un líquido sería la mejor opción para un sistema de filtro. Sin embargo, este es solo el caso si solo considera los costos iniciales de compra e ignora los costos operativos de reemplazar los filtros cada vez que se bloquean. Por otro lado, tener un sistema de filtro que sea tan grande que nunca sea necesario cambiar los filtros, por lo que los costos operativos son insignificantes, podría parecer una mejor solución.

Por David Keay - Gerente de ventas de exportación, Amazon Filters

David Keay - Gerente de ventas de exportación, Amazon Filters

David Keay - Gerente de ventas de exportación, Amazon Filters

En la práctica, la situación óptima para la mayoría de los clientes es aquella en la que el costo de compra inicial se equilibra con los costos operativos para proporcionar la solución de vida útil más rentable, también conocida como costo total de propiedad.

En este artículo, discutiremos cómo lograrlo y brindaremos consejos sobre cómo garantizar que optimice su sistema de filtración. Finalmente, cubriremos el tamaño óptimo de los filtros de gas, que es diferente a los líquidos.

Aunque tanto los líquidos como los gases son fluidos, son diferentes tipos de fluidos. Los líquidos no son compresibles, mientras que los gases son compresibles y esto hace que tengan que ser tratados de manera diferente.

Dimensionamiento de sistemas de filtración - Fig. 1: El presupuesto inicial limitado duplica el AP de limpieza inicial

¿Para qué estás optimizando?

Las tres consideraciones principales para seleccionar el sistema de filtración de funcionamiento continuo de tamaño óptimo son:

  • Bajo costo de capital inicial: esto sucede a menudo cuando el usuario final le pide a un proveedor (por ejemplo, un contratista de construcción) que proporcione un sistema que incluya el sistema de filtración (Figura 1). Es posible que dicho proveedor solo quiera minimizar el precio de compra inicial, ya que no estará disponible para pagar los costos de funcionamiento.
  • Bajo costo operativo: si su sistema se va a instalar durante mucho tiempo, el costo anual de reemplazar los cartuchos de filtro multiplicado por la cantidad de años de uso puede ser muchas veces el costo inicial.
  • Presupuesto disponible: a veces no puede comprar el filtro que tiene el tamaño óptimo porque no tiene el presupuesto de capital necesario disponible en ese momento (consulte la Figura 1). En tal escenario, usted compra el filtro que puede pagar y acepta lo que los costos de funcionamiento pueden ser altos.

Comprender la presión diferencial es clave para comprender el tamaño

Dimensionamiento de sistemas de filtración Fig. 2: ¿Por qué es importante un AP inicial limpio?

La medida clave para dimensionar un sistema de filtración es la presión diferencial limpia inicial (dp). La presión diferencial es la medida de la pérdida de presión que ocurre en un sistema de filtro. Esto se mide fácilmente en un sistema utilizando manómetros ubicados aguas arriba y aguas abajo de la carcasa del filtro.

Cuanto más bajo sea el filtro inicial no utilizado (limpio) dp, mayor será el costo de capital inicial del sistema de filtro. Por el contrario, cuanto mayor es el dp de limpieza inicial, menor es el costo de capital inicial del sistema de filtro. Sin embargo, como se muestra en la figura 2, los costos operativos se ven inversamente afectados por los cambios en dp.

Duplicar el tamaño de los filtros aumenta su vida útil en un factor de cuatro, lo que reduce los costos operativos. En comparación, si tiene la mitad del tamaño del sistema de filtración, aumentará significativamente los costos operativos. Nuestra recomendación siempre sería invertir en el dp limpio inicial más bajo que pueda pagar.

Entonces, ¿cuál es el dp limpio inicial correcto para usar? La respuesta es que siempre será una compensación entre los costos de capital y los costos de funcionamiento. Para un sistema de filtro de líquido en uso continuo, recomendamos elegir un valor alrededor de 200 mbar como punto de partida y revisar, ya sea hacia arriba o hacia abajo, según vea el costo inicial de esta solución.

Otra razón importante para instalar medidores de presión, en su sistema de filtro, es que puede medir exactamente cuándo deben cambiarse los cartuchos, lo que le permite maximizar su vida útil y lograr el mayor rendimiento por cambio de conjunto de filtros. La dp de cambio típica para un sistema de filtro de cartucho es la barra 2.5 y cuanto más cerca de esa dp cuando cambie sus filtros, mejor será su rentabilidad.

¿Qué tiene de diferente el dimensionamiento para la operación por lotes?

La suposición principal anterior ha sido que estamos ejecutando un sistema de filtración operativo continuo. Sin embargo, existe otro escenario operativo común: la operación por lotes. La diferencia clave con la operación por lotes es que su sistema de filtración se utilizará de manera intermitente para procesar un volumen específico de producto líquido.

Debido a esta diferencia, podemos diseñar con una caída de presión de limpieza inicial mucho mayor, como la barra 0.5 o incluso la barra 1. La vida útil del cartucho de filtro solo necesita durar la duración del lote y el costo de capital está impulsando la rentabilidad global de su instalación. Saber esto puede conducir a ahorros significativos en el desembolso de capital inicial de un proyecto para el usuario final.

Diferencias entre dimensionamiento de líquidos y gases.

Dimensionamiento de sistemas de filtración Fig. 3: información necesaria para dimensionar el filtro

Aunque los líquidos y los gases son fluidos, son fluidos de naturaleza muy diferente. La principal diferencia que afecta el tamaño del filtro es que los gases son compresibles, mientras que los líquidos no lo son. Por lo tanto, al dimensionar los sistemas de filtración de gas, es clave conocer la presión de la línea del sistema.

Con un gas, si la presión de la línea se duplica de dos a cuatro bares, el tamaño del sistema de filtro puede reducirse a la mitad. El mismo cambio de presión en un sistema líquido tendría un impacto insignificante en su tamaño.

La presión diferencial tiene un impacto mucho mayor en los costos de funcionamiento de los sistemas de filtración de gas, por lo tanto, deben ser más bajos que los sistemas líquidos. Es común diseñar sistemas de filtro de gas con un dp limpio de decenas de milibares.

¿Qué necesitas saber para dimensionar los filtros correctamente? ¿Hay una forma óptima de dimensionar?

No hace falta decir que cuanta más información tenga sobre las condiciones del proceso, mejor será la elección del filtro que se puede hacer para cumplir con sus criterios de selección. La figura 3 muestra los requisitos mínimos típicos y otros datos beneficiosos que es mejor proporcionar.

Dimensionamiento de los sistemas de filtración Fig. 4: duplicar el tamaño de su filtro extiende la vida útil del filtro por un factor de 4

Sin embargo, la importancia de conocer la caída de presión inicial limpia no puede ser subestimada. Dejar esto sin especificar es dejarse abierto a la confusión cuando intente comparar diferentes opciones de filtro.

Es importante porque debe conocer el dp limpio inicial utilizado para dimensionar los sistemas de diferentes proveedores. Si no conoce el dp de limpieza inicial, no es posible llevar a cabo una comparación similar para garantizar que realice la mejor selección para su aplicación.

Comprador tenga cuidado. ¡La oferta "más barata" citada no siempre es la opción "correcta"! El costo de por vida de su sistema está determinado por sus costos de capital iniciales y sus costos operativos anuales en curso (consulte la figura 4).

Los beneficios de la prefiltración

Dimensionamiento de sistemas de filtración Fig. 5: Beneficios de la prefiltración optimizada

Incluso cuando obtiene el tamaño correcto de un sistema de filtro, debido a los tipos de filtros finales requeridos en aplicaciones críticas (donde a menudo se usan filtros de membrana), los costos de funcionamiento pueden ser muy altos.

La prefiltración del filtro final es una solución que puede mejorar la economía general de un sistema de filtración utilizado en una aplicación crítica. El uso de un prefiltro eliminará la mayor parte de la carga en el filtro final y extenderá significativamente su vida útil.

Los prefiltros son normalmente 50% o menos del costo del filtro final y se espera que aumente la vida útil de los filtros finales en 2.5 a cuatro veces. Esto se muestra en la figura 5

A menudo, la forma más fácil de saber si un sistema de filtración se ha optimizado correctamente es determinando la proporción de prefiltros a filtros finales. Si esa relación no es mayor que 2: 1, entonces todavía hay margen para mejorar la economía de su sistema de filtración.

Conclusión

En la discusión anterior, se explicó lo importante que es conocer la presión diferencial limpia inicial de su sistema de filtración, su impacto en el costo de capital inicial y sus costos operativos continuos. Para ayudarlo aquí hay algunas cosas que debe y no debe hacer:

  • Invierta en la presión diferencial de limpieza inicial más baja que pueda pagar.
  • Para la filtración de líquidos, los sistemas agregan altura y no ancho a una carcasa. Tome los cartuchos más largos disponibles, ya que esto minimizará la dp inicial limpia y dará lugar a una vida útil más larga del filtro, menores costos operativos y una mejor rentabilidad.
  • Siempre que solicite cotizaciones a más de un proveedor, siempre pídales que especifiquen la caída de presión inicial limpia sobre la cual se dimensionó su sistema de filtración en su propuesta y confirmen la calificación absoluta de su cartucho de filtro. Esta es la única forma en que puede obtener una verdadera comparación directa de los costos iniciales de capital.
  • Coloque siempre manómetros de presión aguas arriba y aguas abajo, de modo que pueda medir con precisión las instalaciones de filtración dp. Esto le permite confirmar que se logra la dp limpia inicial citada y le permite medir con precisión el cambio de dp.
  • Si usa filtros de membrana para esterilizar o estabilizar líquidos o soluciones, entonces la prefiltración es esencial. Como regla general, el uso de prefiltros para membranas debe ser 2: 1 o superior. Si no, estás desperdiciando dinero.

Informador de la industria de procesos

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