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 deben realizarse todos los esfuerzos necesarios para prevenir el ingreso de contaminantes al sistema, igualmente éstos entran y deben ser removidos. Los dispositivos de filtrado se instalan en sectores clave de los sistemas de potencia fluida para remover los contaminantes que ingresan al sistema, así como aquellos 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 usados en los sistemas hidráulicos son comúnmente conocidos como tamices (también llamados coladeras) y filtros. Dado que comparten una misma función, los términos tamiz y filtro son con frecuencia intercambiados. Como regla general, los dispositivos usados para quitar grandes partículas de materia extraña de los fluidos hidráulicos se identifican como tamices, mientras que aquellos usados para remover las partículas más pequeñas se llaman filtros.

Coladera de succión

La mayoría de las bombas utiliza, para su protección, un elemento destinado a retener partículas sólidas en la aspiración. Las coladeras de succión o tamices se usan principalmente para capturar sólo grandes partículas y se encuentran en aplicaciones donde este tipo de protección es requerida.

La mayoría de los sistemas hidráulicos tiene una coladera en el reservorio, en la entrada a la línea de succión de la bomba. Se usa una coladera en lugar de un filtro para reducir la posibilidad de que se atasque y deje sin fluido a la bomba. Sin embargo, dado que esta coladera está localizada en el reservorio, su mantenimiento con frecuencia se descuida. Cuando suciedad pesada y barros se acumulan sobre la sección de la coladera, la bomba pronto comienza a cavitar y su falla ocurre poco después.

La práctica 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 con un peso específico superior al del 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.

Filtros

El dispositivo más común instalado en los sistemas hidráulicos para evitar que materia extraña y contaminación queden en el sistema se conoce como filtro. Los filtros pueden ubicarse en el reservorio, en la línea de retorno, en la línea de presión o en cualquier otra ubicación del sistema donde el diseñador considere necesario salvaguardar el circuito contra impurezas.

Los filtros se clasifican como de flujo pleno (o total) y de flujo proporcional (o parcial). En el filtro de flujo pleno, todo el fluido que ingresa a la unidad pasa a través del elemento filtrante; en el filtro de flujo proporcional, sólo una porción del fluido pasa a través del elemento.

El propósito de la filtración no es sólo prolongar la vida útil de los componentes hidráulicos, sino 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 contaminados. La limpieza de los aceites se puede lograr reteniendo las partículas nocivas o dañinas y efectuando los cambios de aceite en las fechas y períodos que establecen los fabricantes o que determinan las especificaciones técnicas del aceite y/o de los elementos del circuito.

Los elementos contaminantes para el aceite pueden ser, entre otros:

• Agua
• Ácidos
• Hilos y fibras
• Polvo, partículas de juntas 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, ofrece resistencia al filtrado, particularmente cuando el elemento se 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 del filtro. El filtrado tiene lugar a medida que el fluido pasa a través del elemento filtrante y hacia dentro del núcleo hueco, dejando la suciedad y las impurezas en la parte exterior del elemento.

El fluido filtrado luego circula desde el núcleo hueco a través del puerto de salida y hacia el interior del sistema.

Algunos filtros de flujo pleno están equipados con un indicador de contaminación (ver figura siguiente):

La figura 2-11 no muestra un filtro micrónico que puede ser empleado en el retorno o el envío. El elemento filtrante (papel impregnado, 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.

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 instalaciones con indicadores de aguja, la presión diferencial puede obtenerse por sustracción de lecturas de dos indicadores localizados a lo largo de la cañería de entrada y salida del filtro. En indicadores de disparo, cuando la presión alcanza un valor específico, un indicador (usualmente en el cabezal del filtro) se dispara, indicando que el filtro debe ser limpiado o reemplazado. Un dispositivo de bloqueo de baja temperatura se instala en la mayoría de los tipos de disparo para evitar falsas indicaciones en tiempo frío, ya que la presión diferencial puede aumentar por incremento de la viscosidad.

Los elementos filtrantes usados en filtros con indicador de contaminación no se quitan ni reemplazan normalmente hasta que el indicador es accionado. Esto disminuye la posibilidad de contaminación del sistema por fuentes exteriores debido al manoseo innecesario.

El uso del filtro del modo sin bypass elimina la posibilidad de que fluido contaminado puentee el elemento filtrante y contamine el sistema completo. Este tipo de filtro minimiza la necesidad de enjuagar el sistema y disminuye la posibilidad de falla de bombas y otros componentes.

Una válvula de alivio de bypass se instala en algunos filtros. Esta válvula permite que el fluido puentee el elemento filtrante y pase directamente al puerto de salida en caso de obstrucción. Estos filtros pueden estar equipados o no con un indicador de contaminación.

Un indicador de bypass de filtro proporciona una indicación positiva de que el fluido está puenteando el elemento al circular por la válvula de alivio. No debe confundirse con el indicador de presión diferencial de disparo, que monitorea la presión a través del elemento. En el indicador de bypass, un botón de disparo suele señalizar la necesidad de mantenimiento, pero además indica que la válvula interna se ha levantado y parte del fluido está puenteando el elemento.

La identificación del tipo de indicador instalado puede obtenerse en los gráficos de distribución de cañerías de filtros o manuales de equipamiento. Tanto un indicador de bypass como un indicador de presión diferencial o manómetro pueden estar instalados en el mismo conjunto filtrante.

Al igual que con los indicadores de presión diferencial, los indicadores de alivio de bypass pueden activarse por transitorios de presión, como los producidos durante arranques en frío o por presurizaciones rápidas. En algunos diseños, el botón retorna a su posición normal cuando el transitorio pasa y la presión se reduce. Otros diseños mantienen la indicación hasta que se reponga manualmente.

Antes de tomar una acción correctiva basándose en las lecturas del indicador, la condición de bypass debería verificarse 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, se crea una caída de presión en el punto más estrecho (ver figura). Una porción del fluido circula hacia y desde la garganta y fluye a través de los pasajes del cuerpo del filtro. Un pasaje conecta el núcleo hueco con la garganta. Así, el área de baja presión hace que el fluido bajo presión en el cuerpo del filtro circule a través del elemento filtrante, atraviese el núcleo hueco, entre en el área de baja presión y luego retorne al sistema. Aunque sólo una porción del fluido es filtrada en cada ciclo, la recirculación constante hará que eventualmente todo el fluido pase por el elemento filtrante.

Filtro en línea

Una configuración popular y económica es el filtro en línea (figura 2-12), que también incluye una válvula de retención. Su desventaja es 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.

En 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 permita resistir la máxima presión del sistema. Por seguridad deben poseer una válvula de retención interna. La máxima pérdida 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 pérdida 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 160 micrones. Los de hoja plisada aumentan 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 dimensionarse convenientemente para que el aceite circule lo más lentamente posible y cuanto más 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 absoluta es el diámetro en micrones de la partícula esférica más grande que pasará a través de un filtro bajo cierta condición. Esta clasificación es una indicación de la abertura más grande en el filtro. La clasificación media es la medida del tamaño medio de las aberturas en el elemento. La clasificación nominal se interpreta como el promedio del tamaño de las partículas más pequeñas de las cuales el 90% 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 dividirse en dos clases: de superficie y de 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 y los contaminantes son detenidos en la superficie. Este tipo de elemento está diseñado para evitar el paso de una gran cantidad de sólidos de 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 pueda pasar a través de un filtro de profundidad.

Los elementos de filtrado pueden ser de 5 micrones, malla tejida, micrónicos, metal poroso o del tipo magnético. Los elementos micrónicos y de 5 micrones tienen material no limpiable y deben ser desechados al ser removidos. Los elementos 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 más 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 deben ser limpiados bajo ninguna circunstancia y serán etiquetados como descartables o no reutilizables / no lavables.

Otro material de filtro de 5 micrones usa capas de fibras de acero inoxidable muy fino colocadas en una matriz aleatoria pero controlada. Los elementos de este material pueden ser lavables o 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). Este tipo de filtro es reutilizable.

Elemento de filtrado hidráulico micrónico

El término “micrónico” deriva de la palabra micrón. Se ha asociado con un filtro específico con un elemento de filtrado hecho de papel celuloso especialmente tratado. El filtro típico está diseñado para remover 99% de todas las partículas de 10 a 20 micrones de diámetro o más.

Figura: Filtro micrónico.

El elemento reemplazable está hecho de pliegues especialmente tratados para incrementar su capacidad de retención de suciedad. El elemento no es lavable y deberá ser reemplazado durante las inspecciones de mantenimiento.

Filtros magnéticos

Algunos sistemas hidráulicos tienen filtros magnéticos instalados en puntos estratégicos. Estos filtros están diseñados especialmente para atrapar partículas ferrosas presentes en el sistema.

Conceptos destacados :