HIDRÁULICA : FILTROS HIDRÁULICOS Hemos visto que el mantenimiento de los fluidos hidráulicos dentro de los límites permisibles es crucial para el cuidado y la protección del equipamiento hidráulico. Mientras que todos los esfuerzos necesarios deben ser hechos para prevenir que los contaminantes ingresen al sistema, igualmente los mismos mis mos entran y deben ser removidos. Los dispositivos de filtrado son instalados en sectores clave de los sistemas de potencia fluida para remover los contaminantes que entran al sistema, al mismo tiempo que aquellos que son generados durante las operaciones normales. Los dispositivos de filtrado para sistemas hidráulicos difieren en cierta manera de aquellos para sistemas neumáticos. Los dispositivos de filtrado usado en los sistemas hidráulicos son comúnmente conocidos como tamices (también llamados coladeras) y filtros. Dado que comparten una misma función, los términos tamiz tami z y filtro son con frecuencia intercambiados. Como regla general, los dispositivos usados para quitar grandes partículas de materia extraña de los fluidos hidráulicos son identificados como tamices, mientras que aquellos usados para remover las partículas mas pequeñas son llamados filtros. Coladera de succión: La mayoría de las bombas utilizan para su protección un filtro destinado a retener partículas sólidas en la aspiración. Las coladeras de succión o tamices son usadas primariamente para capturar sólo grandes partículas y serán encontrados en aplicaciones donde este tipo de protección es requerida. La mayoría de los sistemas hidráulicos tienen una coladera en el reservorio en la entrada a la línea de succión de la bomba. Una coladera es usada en lugar de un filtro para reducir su posibilidad de ser atascado y dejar sin fluido a la bomba. Sin embargo, dado que esta coladera está localizada local izada en el reservorio, su mantenimiento es con c on frecuencia descuidado. Cuando suciedad muy pesada y barros se acumulan sobre la sección de la coladera, la bomba pronto comienza a cavitar, y la falla de la misma viene pronto a continuación. La practica usual cuando se emplean aceites minerales estándar, es utilizar coladeras de malla metálica capaces de retener partículas mayores de 150 micrones. Cuando se emplean fluidos ignífugos que tienen un peso especifico superior al aceite, es preferible emplear coladeras de malla 60 capaces de retener partículas mayores de 200 micrones, para evitar la cavitación de la bomba. Con la introducción de bombas y válvulas con alto grado de precisión, operación a presiones elevadas y altas eficiencias, el empleo de la coladera de aspiración no es protección suficiente para el sistema, si se quiere obtener una larga vida del mismo. El dispositivo mas común instalado en los sistemas hidráulicos para evitar que materia extraña y contaminación quede en el sistema es conocido como filtro. fil tro. Los filtros pueden ser ubicados en el reservorio, en la línea lí nea de retorno, en la línea de presión, o en cualquier otra ubicación en el sistema donde el diseñador del mismo decida que sea necesario para salvaguardar el sistema contra las impurezas. Los filtros son clasificados como de flujo pleno o total y flujo proporcional o parcial. En el tipo de filtro de flujo pleno pl eno o total, todo el fluido que ingresa a la unidad pasa a
través del elemento filtrante, mientras que en el tipo de filtro de flujo proporcional, sólo una porción del fluido pasa a través del elemento. El propósito de la filtración no es solo prolongar la vida útil de los componentes hidráulicos, si no también evitar paradas producidas por la acumulación de impurezas en las estrechas holguras y orificios de las modernas válvulas y servoválvulas . Para prolongar la vida útil de los aparatos hidráulicos es de vital importancia emplear aceites limpios, de buena calidad y no contaminado. La limpieza de los aceites se puede lograr reteniendo las partículas nocivas o dañinas y efectuando los cambios de aceite en las fechas y periodos que establecen los fabricantes o que determinan las especificaciones técnicas del aceite y/o elementos del circuito. Los elementos que constituyen contaminantes para el aceite pueden ser entre otros:
Agua Ácidos Hilos y fibras Polvo, partículas de junta y pintura
y el elemento que debe retener estos contaminantes es el filtro. Para evitar que los aceites entren en contacto con elementos contaminantes; puede procurarse lo siguiente:
1. En reparaciones, limpiar profusamente 2. limpiar el aceite antes de hacerlo ingresar al sistema 3. cambiar el aceite contaminado periódicamente 4. contar con un programa de mantención del sistema hidráulico 5. cambiar o limpiar los filtros cuando sea necesario
Elementos filtrantes La función de un filtro mecánico es remover la suciedad de un fluido hidráulico. Esto se hace al forzar la corriente fluida a pasar a través de un elemento filtrante poroso que captura la suciedad. Hay varios tipos de elementos filtrantes: de profundidad ( de flujo pleno, de flujo parcial), de superficie, etc. Filtro de flujo pleno. El filtro de flujo pleno proporciona una acción positiva de filtrado; sin embargo, el mismo ofrece resistencia al filtrado, particularmente, cuando el elemento de ensucia. El fluido hidráulico entra al filtro a través del puerto de entrada en el cuerpo y fluye alrededor del elemento de filtro dentro del vaso de filtro. El filtrado tiene lugar a medida que el fluido pasa a través del elemento de filtrado y hacia dentro del núcleo hueco, dejando la suciedad y las impurezas en la parte exterior del elemento de filtro. El fluido filtrado luego circula desde el núcleo hueco a través del puerto de salida y hacia el interior del sistema.
Figura: filtro hidráulico de flujo pleno. Algunos filtros de flujo pleno están equipados con un indicador de contaminación, ver figura siguiente :
La figura 2-11 no muestra un filtro micronico que puede ser empleado en el retorno o el envío, el elemento filtrante de papel impregnado en fibra de vidrio, metal sinterizado, u otros materiales puede ser removido desenroscando el recipiente. Cuando la caída de presión a través del elemento se incrementa, para evitar el colapso del mismo, una válvula de retención se abre dando paso libre al aceite a través de un atajo o bypass.
Figura: Filtro hidráulico de flujo pleno tipo bypass (con indicador de contaminación) Estos indicadores, también conocidos como indicadores de presión diferencial, están disponibles en tres tipos (indicador de aguja, indicador mecánico de disparo, e indicadores eléctricos con disparo mecánico). A medida que las partículas contaminantes se acumulan sobre el elemento filtrante, la presión diferencial a través del elemento se incrementa. En algunas instalaciones que usan indicadores de aguja, la presión diferencial debe ser obtenida por sustracción de lecturas de dos indicadores localizados en algún lugar a lo largo de la cañería de entrada y salida del filtro. Para indicadores de disparo, cuando el incremento en la presión alcanza un valor específico, un indicador (usualmente en el cabezal del filtro) se dispara, significando que el filtro debe ser limpiado o reemplazado. Un dispositivo de bloqueo de baja temperatura es instalado en la mayoría de los tipos de disparo, para eliminar la posibilidad de falsas indicaciones debido al tiempo frío, ya que la
presión diferencial puede alcanzar valores mas altos con un fluido frio debido al incremento de viscosidad. Los elementos filtrantes usados en filtros que tienen un indicador de contaminación no son normalmente quitados o reemplazados hasta que el indicador es accionado. Esto disminuye la posibilidad de contaminación del sistema de fuentes exteriores debido al manoseo innecesario. El uso del filtro del modo sin bypass elimina la posibilidad de fluido contaminado que puentee el elemento filtrante y contamine el sistema completo. Este tipo de filtro minimiza la necesidad de enjuagar el sistema completo y disminuir la posibilidad de falla de bombas y otros componentes en el sistema. Una bomba de alivio de bypass es instalada en algunos filtros. La válvula de alivio de bypass permite el fluido puentear el elemento filtrante y pasar directamente a través del puerto de salida en el caso en que el elemento filtrante se obstruya. Estos filtros pueden estar equipados o no con un indicador de contaminación. La figura muestra un tipo de filtro hidráulico de flujo pleno tipo bypass, con un indicador de contaminación. La figura muestra un tipo de filtro hidráulico de flujo pleno tipo bypass, sin indicador de contaminación. Un indicador de bypass de filtro proporciona una indicación positiva, al ser accionado, de que el fluido está puenteando el elemento de filtro al circular a través de la válvula de alivio de bypass. Este indicador no debería ser confundido con el indicador de presión diferencial de disparo previamente tratado, que simplemente monitorea la presión a través del elemento. Con el indicador de bypass, un botón de disparo similar es con frecuencia usado para señalizar que se necesita mantenimiento. Sin embargo, los indicadores de bypass también señalizan que, como resultado de la presión diferencial a través del elemento, una válvula de alivio de bypass interna se ha levantado y algo del fluido está puenteando el elemento. La identificación del tipo de indicador instalado puede ser obtenida en los gráficos de distribución cañerías de filtros o manuales de equipamiento relacionados. Tanto un indicador de bypass de fluido como un indicador de presión diferencial o manómetro pueden ser instalados en el mismo conjunto filtrante. De igual manera que con los indicadores de presión diferencial, los indicadores de alivio de bypass pueden ser accionados por transitorios en la presión, como los que se pueden producir durante los arranques en frío o por presurizaciones rápidas del sistema. En algunos indicadores de alivio, el botón de disparo, o cualquier dispositivo de señal que sea usado, retornará a su posición normal cuando el transitorio pase y la presión ser reducida. Otros indicadores de alivio pueden continuar para indicar la condición del bypass hasta que los mismos sean manualmente repuestos. Antes de que la acción correctiva sea tomada basándose en las lecturas del indicador, la condición del bypass debería ser verificada a temperatura operativa normal y condiciones de flujo intentando reponer el indicador.
Filtro de flujo proporcional Este tipo de filtro opera según el principio de Venturi. A medida que el fluido pasa a través de la garganta de Venturi una caída de presión es creada en el punto mas estrecho. Ver figura. Una porción del fluido circulando hacia y desde la garganta del Venturi fluye a través de los pasajes dentro del cuerpo del filtro. Un pasaje de fluido conecta el núcleo hueco del filtro con la garganta del Venturi. Así, el área de baja presión en la garganta del Venturi hace que el fluido bajo presión en el cuerpo del filtro circule a través del elemento de filtrado, a través del núcleo hueco, dentro del área de baja presión, y que luego retorne al sistema. A pesar de que sólo una porción del fluido es filtrada durante cada ciclo, la recirculación constante a través del sistema hará que eventualmente todo el fluido pase a través del elemento filtrante.
Figura: filtro de flujo proporcional.
Filtro en Línea. Una configuración popular y económica es el filtro en línea de la figura 2-12 que también lleva incluida una válvula de retención, su desventaja consiste en que hay que desmontar la tubería para su mantenimiento.
Algunos circuitos de filtrado. Los circuitos que veremos a continuación utilizan filtros micrónicos de 10 micrones. En la línea de presión. Elementos tipo profundidad : los elementos tipo profundidad obligan al fluido a pasar a través de muchas capas de un material de espesor considerable. La suciedad es atrapada a causa de la trayectoria sinuosa que adopta el fluido.
Filtrado hidráulico en la línea de retorno. El aceite que retorna del sistema puede pasar a través de un filtro cuando se dirige a tanque.
CUIDADO: Cuando seleccione el tamaño de un filtro así , recuerde que el caudal de retorno puede ser mucho mayor que el de la bomba, debido a la diferencia de secciones de ambos lados de los cilindros. Elementos de tipo superficie : En un elemento filtrante tipo superficie la corriente de fluido tiene una trayectoria de flujo recta , a través de una capa de material. La suciedad es atrapada en la superficie del elemento que está orientada hacia el flujo del fluido. La tela de alambre y el metal perforado son tipos comunes de materiales usados en los elementos de superficie. La figura 2-13 vemos un filtro instalado a la salida de la bomba y delante de la válvula reguladora de presión y alivio. Estos filtros deben poseer una estructura que permite resistir la máxima presión del sistema. Por seguridad deben poseer una válvula de retención interna. La máxima perdida de carga recomendada con el elemento limpio es de 5 PSI.
En el retorno por alivio. (ver Fig. 2-15) En este punto Fig.2-14 puede emplearse un filtro de baja presión. Es una disposición Ideal cuando trabajan válvulas de control de flujo en serie y el caudal de exceso se dirige vía la válvula de alivio permanentemente a tanque. La máxima perdida de carga recomendada es de 2 PSI con el elemento limpio. Clasificación de filtros hidráulicos
El papel tratado y los materiales sintéticos son medios porosos comúnmente usados en elementos de profundidad.
Papel micrónico. Son de hoja de celulosa tratada y grado de filtración de 5 a 160m. Los que son de hoja plisada aumenta la superficie filtrante. Filtros de malla de alambre. El elemento filtrante es de malla de un tamiz más o menos grande, normalmente de bronce fosforoso. Filtros de absorción. Así como el agua es retenida por una esponja, el aceite atraviesa el filtro. Son de algodón, papel y lana de vidrio. Filtros magnéticos. Son filtros caros y no muy empleados; deben ser estos dimensionados convenientemente para que el aceite circule por ellos lo mas lentamente posible y cuanto mas cerca de los elementos magnéticos mejor, para que atraigan las partículas ferrosas
Además de la clasificación vista arriba, los filtros hidráulicos también se clasifican de otras maneras: absoluto, medio y nominal. La clasificación de filtro absoluta es el diámetro en micrones de la partícula esférica mas grande que pasara a través de un filtro bajo una cierta condición. Esta clasificación es una indicación de la abertura mas grande en el filtro. La clasificación media de filtrado es la medida del tamaño medio de las aberturas en el elemento de filtro. La clasificación de filtrado nominal es usualmente interpretada como el promedio de tamaño de las partículas mas pequeñas de las cuales el 90 por ciento quedará atrapada en el filtro en cada paso a través del mismo.
Figura: Sección transversal de un elemento de filtro hidráulico de acero inoxidable. Elementos de filtro Los elementos de filtro generalmente pueden ser divididos en dos clases: de superficie y profundidad. Los filtros de superficie son hechos de tejido de entramado ajustado o papel tratado con un tamaño de poros uniforme. El fluido circula a través de los poros del material de filtro y los contaminantes son detenidos en la superficie del filtro. Este tipo de elemento está diseñado para evitar el paso de una gran cantidad de sólidos es un tamaño específico. Los filtros de profundidad, por otro lado, están compuestos de capas de tejido o fibras que proporcionan muchos pasos tortuosos para que el fluido circule. Los poros o pasajes deben ser mayores que el tamaño fijado para el filtro si las partículas van a ser retenidas en la profundidad del medio, en vez de ser retenidas sobre la superficie. Consecuentemente existe una probabilidad estadística de que una partícula más grande puede pasar a través de un filtro de profundidad. Los elementos de filtrado pueden ser de tipo de 5 micrones, malla tejida, micrónicos, metal poroso o del tipo magnético. Los elementos micrónicos y de 5 micrones tienen material de filtro no limpiable y deben ser desechados al ser removidos. Los elementos de filtro de metal poroso, malla tejida y magnéticos son usualmente diseñados para ser limpiados y son reutilizables. Elementos de filtro de 5 micrones no reutilizables. El material mas común de filtros de 5 micrones está compuesto de fibras orgánicas e inorgánicas íntegramente adheridas por resina epoxi y emparejadas con una malla metálica corriente arriba y corriente abajo para protección y fuerza mecánica adicional. Los filtros de este tipo no van a ser limpiados bajo ninguna circunstancia y serán etiquetados como Descartables o No Reutilizables o No lavables. Otro material de filtro de 5 micrones usa capas de fibras de acero inoxidable muy fino colocados en una matriz aleatoria pero controlada. Los elementos de filtro de este material pueden ser tanto lavables como no lavables, dependiendo de su construcción. Elementos de filtrado de malla de alambre tejida. Los filtros de este tipo están hechos de acero inoxidable y son generalmente clasificados como de 15 a 35 micrones (absolutos). La figura muestra una sección transversal ampliada de un elemento de filtrado de malla de alambre tejida. Este tipo de filtro es reutilizable.
Elemento de filtrado hidráulico micrónico. El término micrónico deriva de la palabra micrón. El mismo podría ser usado para describir cualquier elemento de filtro, sin embargo, a través del uso, este término se ha asociado con un filtro específico con un elemento de filtrado hecho de papel celuloso especialmente tratado. Ver figura. El filtro mostrado en la figura es un típico filtro hidráulico micrónico. Este filtro está diseñado para remover 99 porciento de todas las partículas de 10 a 20 micrones de diámetro o mas.
Figura: Filtro micrónico El elemento reemplazable está hecho de espiras especialmente tratadas ( arrugas) para incrementar su capacidad de retención de suciedad. El elemento no es lavable y deberá ser reemplazado con un nuevo elemento de filtro durante las inspecciones de mantenimiento. Filtros magnéticos Algunos sistemas hidráulicos tienen filtros magnéticos instalados en puntos estratégicos. Los filtros de este tipo son diseñados especialmente para atrapar cualquier partícula ferrosa que pueda estar en el sistema.
