Come Donaldson sta mettendo il sigillo sulla filtrazione innovativa

L'importanza di una filtrazione dell'aria di alta qualità negli ambienti di lavoro polverosi non può essere sopravvalutata. Immagine: Adobe Stock

Tuttavia, molti settori, in particolare quelli che utilizzano macchinari pesanti, potrebbero trarre vantaggio da qualcosa di più per aumentare la produttività. Forse una spesa marginale con guadagni superiori a quelli marginali?

Pochi considererebbero una soluzione così poco affascinante come la filtrazione dell'aria come una panacea, ma per quanto riguarda i tempi di fermo non pianificati delle attrezzature, è degno di nota: quando polvere e contaminanti superano il filtro dell'aria di un motore, un calo delle prestazioni della macchina potrebbe essere solo la punta dell'iceberg dei tempi di fermo.

A sostenerlo è Mark Sala, direttore della gestione dei prodotti per l'aria presso Donaldson, un'azienda che sviluppa sistemi di filtrazione per OEM dal 1915.

Nelle applicazioni di costruzione stradale, i filtri dell'aria proteggono sia le attrezzature costose che gli operatori. Immagine: Adobe Stock

Donaldson è riconosciuta a livello mondiale per la fornitura di soluzioni ingegneristiche ai problemi dei clienti, dall'ottimizzazione delle prestazioni del motore al rispetto delle severe normative sulle emissioni.

Prevenire i danni al motore causati da agenti contaminanti è al centro del lavoro svolto dalla divisione aria dell'azienda.

Come dice Sala, "Spesso una ventola turbo si sporca per prima, ma alla fine la contaminazione entra nella reazione di combustione stessa. Iniettori, pistoni, manicotti, tutti si rigano e si danneggiano.

"A quel punto, si perde compressione e potenza, si inizia a bruciare olio e si verificano perdite in molti punti, e anche le emissioni diventano un problema."

I tempi di inattività dovuti a questo tipo di danni possono variare da scomodi a catastrofici, a seconda dell'applicazione e della posizione.

Una buona filtrazione consiste nell'evitare questi estremi, ma anche nel contrastare i cali di prestazioni più lenti e meno visibili. Entrambi dipendono in larga misura dall'affidabilità con cui si riesce a far passare ogni litro d'aria aspirata attraverso il filtro, e da nessun'altra parte.

Il problema con l'interfaccia operatore

"I professionisti del settore tendono a sottoporre tutto a manutenzione secondo un programma", afferma Sala.

"Ne abbiamo discusso a lungo nella nostra divisione aerea e abbiamo pensato a un prodotto che fosse in linea con queste aspettative, ma che offrisse anche un valore aggiunto in termini di costi e affidabilità."

Sebbene la manutenzione programmata sia una realtà, è anche noto che una manutenzione prematura comporta un aumento dei rischi. Durante ogni intervento di manutenzione, c'è il rischio di causare danni, soprattutto in ambienti di lavoro polverosi.

Sala afferma: "Ogni volta che si esegue la manutenzione di un filtro, si introduce il rischio di immettere contaminanti nel sistema. I due giorni peggiori della vita di un filtro sono quando lo si estrae per sostituirlo e il primo giorno in cui lo si reinserisce, quando è meno efficiente nel svolgere il suo compito".

Mark Sala, direttore della gestione dei prodotti aerei di Donaldson

Sala sa che gli operatori che lavorano in loco spesso prendono in mano la situazione quando una macchina inizia a perdere potenza: smontano i filtri, li sbattono contro gli pneumatici e li reinstallano, solo per tornare al lavoro. Dopotutto, il tempo è denaro. Ma la combinazione di filtri economici e la frequente manutenzione che richiedono ha un costo.

Un altro esperto di filtrazione dell'aria con una vasta esperienza sul campo è Steve Campbell, responsabile tecnico che festeggia il suo 25° anno in Donaldson. Come inventore, Campbell ha collaborato con gli operatori nella risoluzione di problemi di filtrazione in diversi paesi e regioni e in una vasta gamma di applicazioni.

In risposta, afferma di aver "...cercato costantemente di affrontare questi problemi e di creare prodotti migliori nel tempo.

"E una cosa che sentiamo dai nostri clienti è che non vogliono cambiare il loro comportamento. Quindi, è semplice: dobbiamo progettare prodotti che siano in linea con queste aspettative, consentendo loro di continuare a fare ciò che sono felici di fare. Ma offriamo loro anche un valore aggiunto che vada oltre, che si tratti di costi, affidabilità o di qualche modo per migliorare le loro prestazioni."

Come afferma Sala, "Chiunque può procurarsi un filtro economico, ma esiste una correlazione diretta tra la quantità di polvere che scorre a valle durante la vita di un filtro e l'impatto che questo ha non solo sulla sua durata, ma anche sulle prestazioni del motore.

"Più si interagisce con il filtro, più contaminanti vengono eliminati e più si riduce il tempo necessario per un intervento di manutenzione importante. Prolungare il più possibile questo tempo è il modo per ridurre i costi di gestione delle macchine."

In circostanze normali, questo tipo di danno causato da contaminanti non provoca un guasto drammatico del motore, ma, prima o poi, si verifica almeno una riduzione delle prestazioni.

"In generale, si assisterà a una perdita di prestazioni progressiva e a lungo termine", spiega Campbell. "Si noterà una piccola perdita di compressione, una piccola perdita di potenza, e tutto questo si insinuerà lentamente. Ecco perché è difficile capire davvero la differenza tra una buona filtrazione e una scarsa filtrazione; è un investimento a lungo termine".

Il sigillo è la chiave

Il cuore della filtrazione dell'aria è la guarnizione, ovvero l'elemento che garantisce che tutta l'aria passi attraverso il mezzo filtrante, senza perdite.

Filtro dell'aria Donaldson con tecnologia ArmorSeal™

Come afferma Sala, "Se pensiamo a un motore diesel di oggi, per ogni litro di carburante consumato, consuma circa 15 litri d'aria. Si tratta di un volume aggiuntivo enorme che dobbiamo garantire protetto, rispetto ad alcuni dei nostri omologhi liquidi, e abbiamo una sola possibilità".

"L'olio ricircola, quindi il filtro ha molte opportunità di catturarlo. Il compito che ci attende è catturare un volume d'aria molto elevato in qualsiasi momento, e il flusso è costante. Se il filtro non riesce a farlo in qualsiasi momento, si può verificare un guasto catastrofico."

Secondo Sala, la filtrazione dell'aria ha due aspetti cruciali: il primo è il mezzo filtrante stesso, che filtra l'aria; il secondo è la tenuta necessaria per garantire che l'aria passi attraverso il mezzo filtrante e non altrove.

Dato che ogni intervento di manutenzione non pianificato, dovuto alla filtrazione dell'aria, avrà un impatto negativo sulle prestazioni e rappresenterà un rischio di contaminazione, la tenuta tra tali eventi diventa fondamentale e deve essere in grado di tollerare la manipolazione nel mondo reale.

Alla Donaldson, a Campbell e al suo team è stato assegnato quello che lui stesso descrive (scherzando solo a metà) come "un compito impossibile": progettare una guarnizione che potesse contribuire a prolungare significativamente gli intervalli di manutenzione dei filtri dell'aria.

Afferma: "Sapevamo di voler tornare alla tenuta radiale, che Donaldson inventò, brevettò e lanciò sul mercato nel 1987. Questo è fondamentalmente lo standard di settore in base al quale tutto viene misurato.

"Volevamo tornare alle basi della filtrazione, ovvero fornire qualcosa di estremamente robusto e affidabile, ma senza i costi aggiuntivi intrinseci."

"Certo, sappiamo che le persone sbatteranno i filtri contro pneumatici e parafanghi: faranno tutto il necessario per continuare a funzionare quando si troveranno ad affrontare tempi di fermo o cali di prestazioni, anche se ciò causerà problemi più gravi e gravi in futuro.

"Quando Mark mi ha spiegato i parametri di questo lavoro, ho capito che si trattava di un'impresa ardua. In realtà è piuttosto difficile sviluppare una guarnizione che possa essere applicata sia ad attrezzature grandi che piccole. Qualcosa che abbia la capacità di proteggere qualsiasi cosa, da un motore da un milione di dollari fino a un tosaerba, senza dover essere sostituita."

Il compito impossibile

La sfida che Campbell ha dovuto affrontare è iniziata con il fatto che la guarnizione radiale è, secondo le sue parole, "fondamentalmente un colpo di genio".

Il responsabile tecnico di Donaldson, Steve Campbell

La tenuta radiale è semplice ma molto robusta e rappresenta anche una delle soluzioni più convenienti mai viste nel settore.

Sala concorda, affermando: "Abbiamo visto processi di produzione scadenti e clienti che abusavano dei filtri, ma le guarnizioni radiali hanno una capacità di assorbire queste cose incredibilmente bene. Dovevamo trovare un modo per mantenere questa capacità, ma anche per migliorarla in modo che fosse redditizia".

Questi erano alcuni dei parametri che Campbell dovette considerare all'inizio di un intenso processo di sviluppo.

Innanzitutto, per quanto riguarda il materiale, afferma: "Nel 2013 ho inventato una combinazione di uretano duro e morbido e quando abbiamo iniziato a discutere della nuova guarnizione, ho deciso di fare delle ricerche sulle prestazioni del materiale sul campo.

"Ho scoperto che dal 2013 avevamo prodotto 8 milioni di filtri e non avevamo ricevuto alcuna richiesta di garanzia per quella tecnologia.

"Ricordo di aver detto a Mark quanto fosse solida quella soluzione e abbiamo capito subito che c'era qualcosa su cui lavorare."

Una combinazione di modellazione al computer, prototipazione e test rigorosi è seguita finché, intorno alla 500a iterazione, il team ha trovato la versione che sarà presto lanciata sul mercato con il nome di ArmorSeal ^TM .

"Abbiamo capito di essere sulla strada giusta quando non siamo riusciti a fargli superare i test di resistenza", ricorda. "Avevamo un elemento così pieno di polvere che ci sono volute due persone per sollevarlo da terra. Durante i test, è addirittura schizzato fuori dal filtro dell'aria, ma è rimasto sigillato. Quando l'abbiamo rimesso dentro, ha comunque superato il test".

Nel contesto edilizio, in cui i filtri sono soggetti a vibrazioni, urti, abusi da parte degli operatori e condizioni ambientali estreme, questo tipo di margine è significativo.

Quando i guadagni sono oltre il margine

Ma ArmorSeal ^TM non è solo una nuova geometria di tenuta, è una tecnologia che offre vantaggi per ogni aspetto della filtrazione dell'aria.

Come afferma Campbell, "In realtà è vincente su tutti i livelli, ed è per questo che siamo così entusiasti di vederlo sul mercato. Notiamo una riduzione delle restrizioni, miglioramenti nella capacità di trattenere la polvere e anche significativi vantaggi in termini di manutenzione".

ArmorSeal di Donaldson promette di essere una soluzione di filtrazione integrata per macchine di grandi e piccole dimensioni. Immagine: Adobe Stock

Altri vantaggi includono il feedback tattile della guarnizione. Come sottolinea Sala, "Quando si individua la guarnizione sul filtro, si sa senza ombra di dubbio che è posizionata correttamente e si può procedere alla cieca. Potenzialmente, si potrebbe effettuare la manutenzione con una sola mano".

Il lavoro del team sulla progettazione della guarnizione ha anche spinto Donaldson a riconsiderare il modo in cui questa si interfaccia con l'alloggiamento, soprattutto nelle applicazioni ad alte vibrazioni in cui i filtri dell'aria sono montati direttamente sul motore.

"Si tratta davvero di un'opzione immediata", afferma Sala, "che consente il riutilizzo dei componenti e riduce al minimo l'investimento del cliente".

Ciò è dovuto al fatto che l'interfaccia ArmorSeal può essere abbinata a diverse geometrie di uscita senza dover ogni volta convalidare nuovamente la tenuta.

E quando ArmorSeal verrà lanciato all'inizio del 2026, Donaldson spera che venga visto dagli OEM come un'architettura di tenuta progettata per chiudere i punti deboli evidenti nella filtrazione dell'aria, in modo che l'innovazione futura possa concentrarsi altrove.

"Questo è in realtà il fulcro dell'attività di Donaldson", conclude Sala. "Sì, vendiamo filtri e purificatori d'aria, ma credo che ciò per cui veniamo pagati per i clienti sia proprio questo tipo di personalizzazione: si tratta di risolvere i problemi".

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Questo articolo è stato prodotto da KHL Content Studio, in collaborazione con gli esperti di Donaldson

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Tutte le immagini non accreditate sono per gentile concessione di Donaldson

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