Tendencias en filtración hidráulica

La filtración adecuada juega un papel importante para garantizar que los sistemas hidráulicos funcionen sin problemas. Los filtros de alto rendimiento mantienen la limpieza del fluido hidráulico durante toda su vida útil. Además, los diseñadores se enfrentan a requisitos de aplicación en constante cambio: intervalos de cambio de filtro más largos, mayor seguridad operativa, mayores eficiencias de separación y mayor compatibilidad con la nueva generación de aceites hidráulicos. A continuación se presenta una descripción general de algunas tecnologías y tendencias importantes en la industria y su impacto en los usuarios de sistemas hidráulicos.

Los elementos filtrantes estándar actuales son similares a los de generaciones pasadas, pero el rendimiento ha cambiado mucho. Los parámetros esenciales son la capacidad de retención de suciedad y la pérdida de presión. Por ejemplo, hace 17 años, un elemento filtrante ARGO-HYTOS típico con una finura de 10 μm(c) tenía una capacidad específica de retención de suciedad de aproximadamente 6 mg/cm2. Hoy en día, esta capacidad ha aumentado en más de un 130 % hasta aproximadamente 14 mg/cm2, mientras que la pérdida de presión se ha reducido en aproximadamente un 50 %.

Hay varias razones para estas mejoras. Por un lado, la investigación en tecnología de materiales ha dado lugar a mejores medios filtrantes. El aumento de la capacidad de retención de suciedad de los medios de fibra de vidrio con la misma caída de presión fue un factor importante para mejorar el rendimiento. El volumen de los poros es un parámetro clave. Las fibras más finas aseguran el mayor volumen de poros posible y crean más capacidad para una mayor absorción de suciedad.

Estos materiales filtrantes mejorados también dieron como resultado una menor caída de presión, lo que permitió la instalación de capas adicionales. En el pasado, los filtros normalmente tenían una sola capa de fibra de vidrio para capturar y retener partículas contaminantes. Hoy en día, la mayoría de los filtros de alto rendimiento tienen doble capa. Estas capas constan de una capa de prefiltro más gruesa para capturar las partículas más grandes y una capa principal para atrapar las partículas más pequeñas. La combinación del prefiltro y la fina capa filtrante aumenta la capacidad de retención de suciedad y mejora la limpieza del aceite.

La caída de presión significativamente menor se debe también a un diseño mejorado del tejido de soporte y protección. Los medios filtrantes de fibra de vidrio son blandos y se rompen bajo presión. La malla de alambre, generalmente de acero o acero inoxidable, brinda protección contra daños a las superficies internas y externas de los medios.

También fueron de gran importancia los cambios en la estructura de los tejidos. En el pasado, los alambres se tejían con un tejido de lino; sin embargo, con este tipo de tejido existía el riesgo de que los alambres se entrelazaran bajo presión y el pliegue quedara completamente cerrado. Hoy en día, las uniones de sarga garantizan que los pliegues del elemento filtrante no puedan entrelazarse completamente. Incluso bajo carga, el elemento siempre mantiene un espacio mínimo en el pliegue, lo que produce una filtración eficiente con una baja caída de presión.

Los diseñadores se benefician en varios aspectos. Los filtros del mismo tamaño tienen intervalos de cambio de filtro más largos y un caudal volumétrico nominal mayor. Con intervalos constantes de cambio de filtro, pueden utilizar filtros más pequeños y rentables. Esto protege el medio ambiente y los recursos.

Desde hace algunos años, la tendencia es utilizar fluidos respetuosos con el medio ambiente en los sistemas hidráulicos, por ejemplo, aceites base más refinados debido a sus propiedades técnicas mejoradas, como la resistencia al envejecimiento; sin embargo, estos aceites tienen una conductividad menor. Los nuevos paquetes de aditivos también influyen significativamente en la conductividad.

En el pasado, los aceites hidráulicos convencionales solían contener ditiofosfato de zinc (ZDDP), lo que los protegía del desgaste y la corrosión y actuaba como antioxidante. Dado que este componente ahora ha sido clasificado como nocivo, los usuarios han recurrido a aceites sin zinc. La reducción de aditivos organometálicos como el ZDDP reduce la conductividad del aceite. Por lo tanto, la eliminación de este aditivo, por ejemplo en aceites respetuosos con el medio ambiente, reduce la conductividad y aumenta el riesgo de carga electrostática.

Si a través de un sistema fluye aceite hidráulico poco conductivo o no conductor, se puede generar una carga electrostática en las interfaces entre el aceite y las superficies no conductoras, como por ejemplo el fieltro filtrante y las mangueras. Esta carga se genera por la rápida separación de dos superficies no conductoras. Los elementos filtrantes tienen una gran superficie no conductora y la acumulación de carga aumenta al aumentar la velocidad del flujo del aceite. Tan pronto como la cantidad de carga es lo suficientemente grande, se producen descargas en forma de chispas.

El material filtrante convencional podría destruirse localmente debido a las descargas repentinas y las altas temperaturas asociadas. Esto produce agujeros a través de los cuales pueden pasar partículas de suciedad sin filtrar, lo que provoca un mayor desgaste de los componentes hidráulicos y, posteriormente, fallos de funcionamiento y fallos de la máquina. Las altas temperaturas de las chispas de descarga también contribuyen a un envejecimiento acelerado del aceite y, eventualmente, a un deterioro de las propiedades del aceite y al acortamiento de su vida útil. Los subproductos relacionados con el envejecimiento del aceite reducen la vida útil de los elementos filtrantes. Además, los componentes electrónicos adyacentes pueden resultar dañados debido a descargas eléctricas. Para evitar tales problemas, las cargas deben estar equilibradas.

Un diseño especial de elemento filtrante, como los elementos filtrantes ARGO-HYTOS Exapor®Spark Protect, puede garantizar el equilibrio de carga y evitar destellos de descarga destructivos. Las fibras de vidrio de un elemento filtrante no son conductoras por sí mismas, pero, como ya se ha mencionado, las mallas de soporte interiores y la malla protectora exterior están hechas de metal. Los elementos filtrantes especiales unen los dos tejidos de malla con una lámina metálica plisada. Por lo tanto, la carga electrostática puede pasar a través del conductor sin que se produzca una acumulación repentina y violenta de descarga a través del material.

La proliferación de copias de elementos filtrantes es una tendencia cada vez más preocupante en la industria. Los proveedores de elementos filtrantes de copia se refieren a fabricantes conocidos y afirman que sus productos son elementos originales de producción con el mismo rendimiento. En realidad, normalmente son sólo elementos filtrantes de copia dimensional, tienen medios filtrantes inferiores y, a menudo, tienen un control de calidad deficiente. Desafortunadamente, muchos usuarios compran estos filtros de repuesto por su precio y ajuste, y no se preocupan por el impacto en sus máquinas y equipos.

Es importante tener en cuenta que muchos elementos filtrantes parecen similares, pero en realidad representan componentes hidráulicos complejos. Además de parámetros como la capacidad de retención de suciedad, la finura del filtro y la pérdida de presión, el usuario debe considerar otras características decisivas:

La eficacia de filtración de un elemento filtrante, que se caracteriza por la finura del filtro, determina la limpieza del aceite en un sistema durante toda su vida útil. La resistencia a la fatiga del flujo del material filtrante también garantiza la limpieza del aceite con cargas de flujo cambiantes.

Una alta capacidad de retención de suciedad proporciona largos intervalos de cambio de filtro, siempre que la unidad de filtrado tenga la resistencia a la fatiga del flujo requerida y sea compatible con el fluido hidráulico. Una excelente estabilidad de la presión diferencial garantiza que los elementos filtrantes permanezcan intactos y funcionales durante los frecuentes arranques en frío, que tensionan fuertemente el material debido a la alta viscosidad del aceite hidráulico.

El rendimiento de filtración de los elementos filtrantes de copia no puede competir con los elementos filtrantes originales en ninguno de estos puntos. Para poder comparar elementos filtrantes originales y copias, habría que probarlos en un banco de pruebas de laboratorio en condiciones estándar. Los usuarios a menudo aprenden por las malas que los elementos filtrantes de copia tienen solo una fracción de la vida útil de los elementos filtrantes originales. Esto significa cambios más frecuentes, un mayor riesgo de daños al equipo y, en definitiva, un mayor coste total para el usuario.

Para solucionar este problema, la tendencia actual es pasar de los filtros estándar a filtros específicos para cada cliente. Mediante la integración funcional en los filtros o mediante la integración del sistema de los filtros, por ejemplo en depósitos hidráulicos, se crea una barrera de entrada que dificulta la copia debido a la muy alta complejidad técnica o la impide debido a derechos de protección. Esto garantiza que siempre se utilicen elementos filtrantes de repuesto originales y que se consiga la limpieza de aceite necesaria durante toda la vida útil.

Otra tendencia constante es que los fabricantes de filtración hidráulica ya no sólo suministran componentes individuales, sino que ofrecen soluciones de sistemas completos. Los diseñadores de hoy quieren más que una carcasa de filtro: quieren todo lo relacionado con el filtro, desde accesorios de montaje y adaptadores de conexión hasta interruptores de presión y sensores de condición del aceite.

Esto incluye la integración de funciones y sistemas con especial atención a la reducción de las interfaces, así como a la producción de unidades funcionales preensambladas y probadas. Por ejemplo, ARGO-HYTOS suministró un filtro de succión específico para el cliente que incluía una válvula de control de presión para el circuito de lubricación, un interruptor de presión, un sensor de temperatura y un sistema de conexión modular patentado adaptado a la situación del espacio de instalación del usuario.

El Internet industrial de las cosas (IIoT) y la Industria 4.0 no son impulsores importantes para la tecnología de filtración en este momento. Pero el potencial para conectar en red digitalmente plantas de equipos, como filtros, con la nube ofrece posibilidades interesantes. Por ejemplo, considere el indicador de obstrucción en un filtro. Actualmente un indicador de encendido/apagado en un tractor puede determinar si el elemento filtrante está funcionando normalmente o si está obstruido; sin embargo, se podría conectar una pantalla “inteligente” al control electrónico de una máquina para monitorear parámetros como temperatura, flujo y velocidad del motor, y posiblemente rastrear el comportamiento del filtro, por ejemplo, durante el arranque en frío. Con un algoritmo simple, el usuario puede obtener información sobre si el sistema está funcionando dentro de los límites especificados o si la operación se está ejecutando fuera de las especificaciones, por ejemplo, si el flujo de volumen es menor o mayor de lo esperado. A través de estas señales, los usuarios pueden obtener información más compleja y abordar conceptos de servicio flexibles, como el mantenimiento preventivo.

De manera similar a la tecnología de algunos automóviles nuevos, los sensores pueden monitorear parámetros como las horas de funcionamiento, la velocidad del motor, el rango de temperatura del aceite y el número de arranques en frío, y utilizar estos datos para desarrollar modelos de software de vida útil. En última instancia, el usuario recibe una indicación de servicio para el cambio de aceite o filtro sólo si realmente es necesario, en lugar de cambiar los filtros a intervalos regulares independientemente del ciclo de funcionamiento.

Esta tecnología se adaptará a futuros sistemas de filtración. La tendencia a mejorar la confiabilidad de las máquinas continuará y estará respaldada por la necesidad de información y algoritmos sofisticados de monitoreo y control. Incluso las máquinas en ubicaciones remotas reciben advertencias sobre daños inminentes para evitar tiempos de inactividad no programados y reducir los costos operativos.

Este artículo fue escrito por ARGO-HYTOS Inc., Zug, Suiza. Para obtener más información, haga clic aquí.

Este artículo apareció por primera vez en la edición de diciembre de 2017 de la revista Motion Design.

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