I filtri dell'aria comburente dei motori agricoli
Si tratta di componenti fondamentali per il miglior funzionamento del motore diesel. Per ottenere una combustione ottimale, nei motori agricoli moderni sono necessarie in genere circa 20 parti d’aria per una di gasolio. Pertanto, il filtro dell’aria comburente deve essere oggetto di una puntuale e accurata manutenzione
Uno dei requisiti indispensabili per il corretto funzionamento e una lunga durata di un motore a combustione interna riguarda senza dubbio la miglior pulizia dell’aria immessa nella camera di combustione. Si tratta di un aspetto di particolare importanza nel settore agricolo, poiché la concentrazione di polveri presenti nell’ambiente può raggiungere valori elevati (fino a 500 mg/m3 d’aria) nel caso per esempio di lavorazioni del terreno o di fienagione, con picchi addirittura di 20.000 mg/m3 nel caso della mietitrebbiatura.
La quantità di aria comburente che entra in un motore diesel dipende dalla cilindrata, dalla densità dell’aria e dal numero di volte nel tempo in cui il cilindro viene riempito, in relazione al regime di rotazione. Nei diesel agricoli moderni, per un’ottima combustione sono necessarie in genere circa 20 parti d’aria per una di gasolio. Pertanto, il filtro dell’aria comburente deve essere oggetto di una puntuale e accurata manutenzione; la pulizia (o l’eventuale sostituzione) devono essere tempestivamente effettuate alle scadenze previste dal costruttore, seguendo le indicazioni del manuale di istruzioni. Un filtro intasato può causare una riduzione delle prestazioni del motore, un aumento dei consumi di combustibile, e conseguentemente delle emissioni inquinanti. Uno deteriorato può inoltre provocare un’usura precoce del motore, con possibili rigature dei cilindri e riduzione della tenuta delle fasce elastiche.
Filtri a secco
Grazie all’elevata efficacia di filtrazione anche in ambienti lavorativi molto polverosi (fino a 99,8-99,9% delle particelle fino a 1 ìm di diametro), il filtro a secco, detto anche “a cartuccia”, è la tipologia maggiormente diffusa nel settore agricolo. Di norma è costituito da un contenitore cilindrico in materiale plastico, collocato spesso davanti al radiatore, al cui interno si trovano due cartucce filtranti coassiali.
Il contenitore, apribile mediante cursori di sbloccaggio a molla, è dotato di condotti di entrata e di uscita dell’aria e, ad una estremità, di un manicotto, che alla sua estremità ha una valvola basale in gomma che permette l’espulsione della polvere. La cartuccia esterna (detta “principale”) funge da elemento filtrante primario, mentre quella più interna (detta anche “di sicurezza”) impedisce l’entrata di particelle solide nel collettore di aspirazione eventualmente sfuggite all’azione della cartuccia principale.
Al fine di assicurare una grande superficie di filtrazione e di permettere una regolare ed uniforme aspirazione dell’aria, entrambe le cartucce sono realizzate in fogli pieghettati di cellulosa o tessuto poliestere, trattati con resine sintetiche (fenoliche o alchiliche). Spesso i rilievi della carta sono volutamente appiattiti sul profilo della piega, per aumentare la capacità di accumulo delle polveri. In alcuni casi, la cellulosa può essere ricoperta – su un solo lato – con uno strato di nano fibre; ciò rende la cartuccia principale in grado di trattenere il pulviscolo di dimensioni anche inferiori ad 1 ìm. Le cartucce sono rinforzate internamente ed esternamente da un’armatura in rete metallica e sono dotate di guarnizioni in poliuretano morbido, per garantire un’ottima adesione e tenuta alle pareti del contenitore porta-filtro.
In corrispondenza del condotto di uscita verso il sistema di alimentazione del motore, in molte applicazioni è presente un sensore a membrana, con funzione di monitoraggio continuo del livello di depressione in aspirazione. In caso di intasamento del filtro oltre una soglia predefinita, l’accensione di una spia di segnalazione posta sul cruscotto della macchina segnala all’operatore la necessità di effettuare una tempestiva pulizia, a prescindere dagli intervalli prescritti per la manutenzione ordinaria del mezzo.
La cartuccia esterna può essere pulita – in genere ogni 1000-1200 ore di lavoro o almeno una volta all’anno – con aria compressa (alla pressione massima di 5-6 bar), dirigendone il getto dall’interno verso l’esterno della cartuccia e seguendo le linee della pieghettatura della carta. Le principali case costruttrici sconsigliano tuttavia questa pratica, in quanto il getto di aria compressa potrebbe lacerare il materiale (anche per microrotture, non visibili ad occhio nudo) riducendo l’effetto filtrante. Viene quindi suggerita, in alternativa, la sostituzione del filtro ogni 600 ore di lavoro. In ogni caso, la cartuccia principale va sostituita o dopo un massimo di sei interventi di pulizia (o prima, se danneggiata), o comunque quando è scaduto l’intervallo prescritto dalla casa costruttrice. Viceversa, la cartuccia interna non va mai pulita, ma solo sostituita dopo tre interventi di pulizia (o sostituzioni) della cartuccia principale.
Nei modelli più evoluti, la pulizia dell’aria in ingresso può essere agevolata dai prefiltri, collocabili all’esterno o all’interno del vano motore, o mediante dispositivi che creano una depressione sul tubo di scarico del motore, tale da intercettare ed eliminare le particelle più grossolane, che tenderebbero ad intasare rapidamente il filtro. Nel primo caso, all’interno del filtro si trova un piccolo rotore che, ruotando a velocità elevata, spinge le impurità verso apposite fessure di scarico presenti nel prefiltro. Le impurità si depositano poi in un contenitore apposito, da svuotare periodicamente.
Filtri a bagno d’olio
Nonostante sia la tipologia introdotta da più tempo, ormai è poco diffusa sulle macchine agricole moderne, a causa della capacità filtrante leggermente inferiore dei filtri a secco. Ad oggi si possono trovare, oltreché sui trattori prodotti fino agli anni ’80 del secolo scorso, quasi esclusivamente su piccole macchine, come motocoltivatori, motozappe e motofalciatrici.
Come elemento filtrante viene adottata una cartuccia realizzata in maglia metallica o, più spesso, in materiale sintetico (nylon), posta in un contenitore porta-filtro e immersa in una ben definita quantità di olio, dello stesso tipo impiegato per la lubrificazione del motore.
Il flusso d’aria in ingresso viene fatto gorgogliare attraverso l’olio che, grazie alle maglie della cartuccia, trattiene le impurità. Come prevedibile, analogamente ai filtri a secco anche in quelli a bagno d’olio è di fondamentale importanza la corretta manutenzione, che prevede una pulizia periodica della cartuccia di maglia, generalmente tramite un lavaggio con gasolio e completa asciugatura con aria compressa, unitamente alla rimozione dell’olio nel contenitore, con la conseguente eliminazione delle impurità che si sono depositate sul fondo.
Il contenitore va poi riempito esattamente al livello indicato poiché, se è troppo alto, il motore aspira olio unitamente all’aria comburente, con conseguente pericolo di episodi di “fuori giri” ed eccessiva fumosità; se invece il livello è insufficiente, alla camera di combustione può arrivare aria non perfettamente filtrata.
Filtri a bagno d’olio con prefiltro centrifugo (ciclone)
Nel caso di adozione di un filtro a bagno d’olio, per i motori montati su macchine destinate a lavorare in ambienti a forte polverosità è indicata l’installazione aggiuntiva di un prefiltro centrifugo (il cosiddetto “ciclone”), che elimina le particelle di polvere più pesanti dall’aria in entrata. Consiste sostanzialmente in una vaschetta contenente olio posizionata all’estremità superiore del filtro vero e proprio, che impiega come elemento filtrante una cartuccia cava al centro e composta da una fitta maglia metallica o di nylon, a sua volta a contatto con olio nella porzione basale del filtro stesso.
L’aria entra nel prefiltro e gorgoglia nell’olio, attraversando la maglia filtrante e rilasciando la polvere che viene imprigionata nel liquido. Mediamente, il prefiltro riesce a trattenere circa il 60% della polvere, mentre la parte restante viene intercettata dall’olio del filtro, per un’efficacia globale di circa il 99%.
La manutenzione di questi filtri è molto semplice e non prevede la sostituzione della cartuccia: è necessario infatti svuotare periodicamente la vaschetta del prefiltro, oltreché naturalmente sostituire l’olio ogni 4-500 ore di lavoro. A differenza di quelli a secco, e analogamente a quelli in bagno d’olio semplici, questo tipo di filtro non può essere adottato per i motori sovralimentati, a causa del rischio di aspirazione dell’olio all’interno del turbocompressore.
