manual de filtragem hidraulica

MANUAL

DE FILTRAGEM

HIDRÁULICA

MANUAL

DE FILTRAGEM

HIDRÁULICA

O objetivo do Manual de

Filtragem Hidráulica é

familiarizar o usuário com

todos os aspectos da

filtragem do óleo hidráulico e

lubrificante, desde a

tecnologia básica até a

avançada.

O propósito deste manual é

ser uma fonte de

referência, apresentando de

forma clara e abrangente o

assunto ao usuário, não levan-

do em conta o nível de

conhecimento do mesmo.

A escolha e o uso apropriado

dos dispositivos hidráulicos é

uma ferramenta importante na

busca de aumentar a produção

enquanto se reduz os custos

da manufatura. Este Manual

ajudará o usuário a tomar

decisões bem fundamentadas

sobre a Filtragem Hidráulica.

Tipos e Fontes de Contaminação 4

Padrões de Limpeza do Fluido 12

Tipos e Graus de Meios Filtrantes 16

Escolha do Meio Filtrante 20

Vida do Elemento Filtrante 22

Escolha do Filtro 24

Tipos e Localizações dos FiltrosTipos e Fontes de Contaminação 28

Análise de Fluidos 32

Apêndice 34

ÍNDICE

1

PáginaSeção

Bases da ContaminaçãoBases da Contaminação 2

A Contaminação causa a

Maioria das Falhas Hidráulicas

A experiência de projetistas e usuáriosde sistemas de óleos hidráulicos elubrificantes tem demonstrado oseguinte fato: mais de 75% dasfalhas de sistemas são resultantesdiretas da contaminação.

O custo devido a contaminação é deestarrecer, resultante de:

▼ Perda de produção (paradas)

▼ Custos de reposição doscomponentes

▼ Reposição frequente do fluido

▼ Baixa vida dos componentes

▼ Aumento dos custos da manuten-ção geral

▼ Aumento do índice de sucata

Funções do Fluido Hidráulico

A contaminação interfere em quatrofunções do fluido hidráulico:1. Atuar como um meio de transmi-

são de energia.2. Lubrificar as partes internas dos

componentes.3. Atuar como um meio trocador de

calor.4. Preencher a folga entre os compo-

nentes móveis.

Se uma destas quatro funções forimpedida, o sistema hidráulico não sedesempenhará conforme projetado. O resultado da parada pode facil-mente custar muito mais do queimaginado por hora de manufatura.A manutenção do fluido hidráulicoajuda a prevenir ou reduzir a paradanão planejada. Isto é conseguido através de um programa contínuo demelhoria que minimiza e remove oscontaminantes.

Danos do Contaminante

▼ Bloqueio dos orifícios

▼ Desgaste dos componentes

▼ Formação de ferrugem ou outraoxidação

▼ Formação de componentesquímicos

▼ Deficiência dos aditivos

▼ Formação de contaminantesbiológicos

O que se espera do fluido hidráulicoé que ele crie um filme lubrificantepara manter as peças de precisãoseparadas. O ideal é um filme fino osuficiente para preencher completa-mente a folga entre as peças.

Bases de Contaminação

2

Filtragem - FatoO projeto adequado, a

instalação e a filtragem

hidráulica têm um papel

chave no planejamento

da manutenção preventiva.

Filtragem - FatoA função de um filtro

não é limpar o óleo mas

reduzir custos operacionais.

Fotomicrográfica da partícula contaminante.(Ampliado 100x Escala: 1 divisão = 20 mícrons)

Esta condição resulta em baixoíndice de desgaste. Quando o índicede desgaste é mantido baixo o sufi-ciente, o componente pode alcançarsua expectativa de vida, o quepode ser milhões de ciclos depressurização.A espessura de um filme lubrificantedepende da viscosidade do fluido,carga aplicada e velocidade relativadas duas superfícies. Em muitoscomponentes, cargas mecânicas sãoextremamente altas que comprimemo lubrificante em um filme fino, comespessura menor que 1 mícron. Se ascargas forem altasque excedam ao limite, o filme seráperfurado pela aspereza da superfí-cie de duas peças em movimento. Oresultado contribuirá para umafricção desgastante.

Bases de Contaminação

3

Folga Típica de Componentes Hidráulicos

Mícrons

0.5 0.5-1

0.5-51-4

1-25

5-4018-63

50-250130-450

ComponenteRolamentos anti-fricção derolos e esferasBomba de PalhetaBomba de Engrenagens (engrenagem com a tampa)Servo Válvulas (carretel com a luva)Rolamentos hidrostásticosRolamentos de Pistão (pistão com camisa)Servo VálvulaAtuadoresOrifício de Servo Válvula

Tamanho Relativo das Partículas

Polegadas..0039.0027.0016.0010.0003.0001

Mícrons10070402582

Substância Grão de sal refinadoCabelo humanoLimite máx. de visibilidade Farinha de trigoCélulas verm. do sangueBactéria

Escala MicrômetroOs tamanhos das partículas geral-mente são medidos em uma escalamicrométrica. Um micrômetro(ou “mícron”) é uma milionésimaparte de um metro ou 39 milionési-mos de uma polegada. O limite da visibilidade humana é aproximada-mente 40 mícrons. Tenha em menteque a maioria das partículas quecausam danos aos sistemas delubrificação ou hidráulicos sãomenores que 40 mícrons. Portanto,elas são microscópicas e não podemser vistas a olho nu.

Contaminação da

Partícula

Tipos

A contaminação por partículas geral-mente é classificada como sedimentoou pequenas partículas. Sedimentopode ser definido como o acúmulo de partículas menores que 5µm. Estetipo de contaminação também causafalha no sistema/componente aodecorrer do tempo. Por outro lado, as pequenas partículas são contami-nantes maiores que 5µm e podemcausar falhas catastróficas imediatas.Sedimento e pequenas partículaspodem ser classificadas como:

Tipos e Fontes de Contaminação

4

Filtragem - FatoO fluido novo não é necessaria-

mente um fluido limpo.

Tipicamente, um fluido novo

tirado do tambor não é

próprio para ser usado em

sistemas hidráulicos ou

lubrificantes.

Filtragem - FatoAditivos em fluidos

hidráulicos são geralmente

menores que 1 mícron e

são insensíveis aos

métodos de filtragem

padrão.

Partículas Duras

▲ Sílica

▲ Carbono

▲ Metal

Partículas Maleáveis▲ Borracha

▲ Fibras

▲ Microorganismos

Danos

Fontes

▼ Formada durante os processosde manufatura e montagem.

▼ Adicionado com novos fluidos.

▼ Inserção externa durante a operação.

▼ Gerado internamente durante aoperação (veja quadro abaixo).

Se não forem adequadamente absorvidos, os contaminantes damanufatura ou montagem serão deixados no sistema.

Estes contaminantes incluemsujeira, respingo de solda, partí-culas de borracha de mangueiras evedações, areia de fundição e sedi-mentos de metal dos componentesusinados. Também quando o fluidoé inicialmente adicionado ao sistema,a contaminação é introduzida.Durante o sistema de operação a contaminação entra através dastampas de respiro, vedações gastase outros sistemas de abertura.A operação do sistema também geracontaminação interna. Isto ocorrequando o desgaste do sedimento dometal e os produtos químicos reagemcom as superfícies dos componentespara gerar mais contaminação.


5

Os efeitos das partículas podem iniciar um desgaste da

superfície.

A B

C D

A. As interações mecânicas de três corpos podem resultar em interferência.

B. O desgaste de dois corpos é comum em componentes hidráulicos. C. Partículas duras podem criar um desgaste entre três corpos para gerar mais partículas.

Contaminante Gerado

Desgaste Abrasivo - partículas durasligando duas superfícies em movimen-to, desgastando uma ou ambas.

Desgaste por Cavitação - fluxo deentrada restrito para a bomba causavazios de fluido que implodem, cau-sando choques e ocasionando peque-nas quebras na superfície do material.

Desgaste por Fadiga - partículas pas-sando pela folga causam tensão nasuperfície, que se expande ocasionan-do escamas devido ao repetido ten-sionamento da área danificada.

Desgaste Erosivo - partículas finasem fluxos de alta velocidade do fluidodesgasta um canto ou uma superfíciecrítica.

Desgaste Adesivo - perda do filme de óleo permite o contato metal commetal entre superfícies em movimento.

Desgaste Corrosivo - contaminaçãopor água ou química no fluido causaferrugem ou reação química quedegrada a superfície.


6

Equipamento Móbil 108-1010 por minuto*

Fábricas de Manufatura 106-108 por minuto*

Linha de Montagem 105-106 por minuto*

* Número de partículas maior que 10 mícrons inseridas no sistema por todas as fontes.

Níveis de Inserção para Sistemas Típicos

Fontes de Contaminação ExternaFiltragem - FatoSinais de Advertênciada Contaminação doSistema

• Solenóide queimada.

• Descentralização do

carretel da válvula,

vazamento e trepidação.

• Falha na bomba, perda

de vazão e reposições

frequentes.

• Vazamento no cilindro e

riscos.

• Aumento da histerese

da servo.

Filtragem - FatoA maioria das inserções de

contaminantes entra no

sistema através das tampas

antigas de respiro do

reservatório e das vedações

da haste do cilindro.

Prevenção

▼ Usar filtros unidade-selada para os respiros do ar do reservatório.

▼ Limpar todo o sistema antes da partida inicial.

▼ Especificar gaxetas e substituir vedações dos atuadores.

▼ Aplicar tampões nas mangueiras e manifolds durante manuseio emanutenção.

▼ Filtrar todo o fluido antes de colocá-lo no reservatório.

Contaminação da

Água

Tipos

Há algo mais para manutençãoadequada do fluido do que somenteremover o problema de partículas.A água é virtualmente um contami-nante universal e, como os contami-nantes de partículas sólidas, deveser removida dos fluidos de opera-ção. A água pode estar no estadodissolvido ou no estado “livre”.A água livre, ou emulsificada, édefinida como a água acima doponto de saturação de um fluidoespecífico. Neste ponto, o fluidonão pode dissolver ou reter maiságua. A água livre geralmente épercebida como uma descoloração“leitosa” do fluido.


7

Pontos Típicos de Saturação

Fluido Hidráulico

Fluido Lubrificante

Fluido de Transformador

300

400

50

.03%

.04%

.005%

Tipo de Fluido PPM %

50 PPM 250 PPM 2000 PPM

Efeitos Visuais da Água no Óleo

Danos

▼ Corrosão das superfícies do metal

▼ Desgaste abrasivo acelerado

▼ Fadiga do rolamento

▼ Falha do aditivo do fluido

▼ Variação da viscosidade

▼ Aumento na condução elétrica

Aditivos anti-desgaste falham napresença de água e formam ácidos.A combinação de água, calor e metais diferentes encorajam a açãogalvénica. Superfícies de metal pon-teadas e corroídas como resultadofinal. Maiores complicações ocorremquando a temperatura decresce e ofluido tem menos habilidade parareter a água. Quando o ponto de

congelamento é alcançado, forma-secristais de gelo de uma forma adversaafetando totalmente a função do sis-tema. As funções de operação podemtornar-se vagarosa ou errante.

A condução elétrica torna-se umproblema quando a contaminaçãoda água enfraquece as propriedadesde isolação de um fluido, decrescen-do assim sua força dielétrica kV.


8

Filtragem - FatoUm simples “teste de

estalo” lhe dirá se há

água livre em seu fluido.

Aplique uma chama

em baixo do container. Se

borbulhar e houver estalos

do ponto onde foi aplicado

o aquecimento, a água

livre está presente em

seu fluido.

Filtragem - FatoOs fluidos hidráulicos têm

a capacidade de “reter”

mais água a medida em

que a temperatura

aumenta.

Um fluido turvo pode

tornar-se claro conforme o

sistema for aquecendo-se.Resultados típicos de desgaste de bomba devido a partículas e contaminação da água.

Fontes

▼ Vedação do atuador desgastado

▼ Vazamento na abertura do reservatório

▼ Condensação

▼ Vazamento no trocador de calor

Os fluidos estão constantementeexpostos a água e vapor de águaenquanto são manuseados earmazenados. Por exemplo, écomum em armazenamento externos de tanques e barris. A águapode assentar no topo interno doscontainers dos fluidos e cair ao fundono container durante as mudanças detemperatura. A água também podeser introduzida quando da aberturaou enchimento destes containers.

A água pode adentrar num sistemaatravés de cilindro desgastado,vedações do atuador ou através deaberturas dos reservatórios. A con-densação é também uma fonteprimária da água. Como os fluidosresfriam-se em um reservatório outanque, o vapor d’água condensaránas superfícies internas causando ferrugem ou outros problemas de corrosão.


9

250

200

150

100

50

0

% Água no Óleo0.0025

Efeito da água no óleo na vida do rolamento (com base em 100% de vida a 0.01% de água no óleo)Referência: " Machine Design" Julho 1986, "Como a sujeira e a água afetam a vida do rolamento" por Timkem Bearing Co.

0.01 0.05 0.10 0.15 0.25 0.50

% V

ida

Rem

anes

cent

e do

Rol

amen

to

Efeito do Óleo com Água na Vida dos Rolamentos

0.0025%0.01%0.05%0.10%0.15%0.25%0.50%

=======

25 ppm 100 ppm 500 ppm1000 ppm1500 ppm2500 ppm5000 ppm

Prevenção

Normalmente excessiva quantidadede água pode ser removida do sistema.As mesmas medidas preventivastomadas para minimizar a inserçãode partículas sólidas no sistema podemser aplicadas para a contaminação deágua. Entretanto, uma vez que o exces-so de água é detectado, ele pode sereliminado por um dos métodos abaixo:

Absorção

Isto pode ser conseguido por elemen-tos de filtros que são projetadosespecificamente para retirar água livre.Eles usualmente consistem de ummaterial tipo laminado que transformaa água livre em um gel que é acondi-cionado dentro do elemento. Estes elementos fixam-se dentro de carcaças

padrão de filtros e são geralmente usados quando pequenos volumes de água estão envolvidos.

Centrifugação

Separa a água do óleo através da centrifugação. Este método também éeficaz somente com água livre maspara grandes volumes.

Desidratação à Vácuo

Separa a água do óleo através deum processo à vácuo e secante. Este método também é para grande volume de água mas é eficaz com os estados livres e dissolvido.


10

Filtragem - FatoA água livre é mais pesada

que o óleo, portanto,

assentará no fundo do

reservatório, onde a

maioria dela poderá ser

facilmente removida

abrindo-se a válvula dreno.

Filtragem - FatoOs elementos de filtros de

absorção têm ótimo

desempenho em aplicações

de baixo fluxo e baixa

viscosidade.

Sistema de desidratação à vácuo

Contaminação do Ar

Tipos

Em um sistema líquido, o ar podeexistir tanto no estado dissolvidocomo livre ou indissolvido. O ar dissolvido pode não acarretar umproblema, mantendo-o em solução.Quando um líquido contém o ar indissolvido, problemas podem ocorrer na passagem pelosistema/componentes. Pode haveralterações de pressão que comprimem o ar e produzam umagrande quantidade de calor em pequenas bolhas de ar. Este calorpode destruir os aditivos e até mesmo o fluido base.

Se a quantidade de ar dissolvidotornar-se alta o suficiente, ocorreráum efeito negativo na quantidade de trabalho desempenhado pelo sistema. O trabalho desempenhadoem um sistema hidráulico baseia-seno fluido ser relativamente incom-primível mas o ar reduz o módulo de elasticidade do fluido. Isto deve-se ao fato de que o ar é até20000 vezes mais compressível que o líquido onde está dissolvido.Quando o ar está presente, a bombatrabalha mais para comprimir o are trabalha menos para o sistema.Nesta situação, o sistema é chamado de “esponjoso”.

Danos

▼ Perda de força transmitida

▼ Redução na saída da bomba

▼ Perda de lubrificação

▼ Aumento da temperatura de operação

▼ Espuma do fluido no reservatório

▼ Reações químicas

O ar, em qualquer forma, é uma fontepotencial de oxidação nos líquidos.Ele acelera a corrosão das peças demetal, particularmente quando a água também está presente. A oxidaçãodos aditivos pode também ocorrer.Ambos os processos produzem óxi-dos que promovem a formação departículas, ou formam um tipo delodo no líquido. Desgaste e interfe-rência aumentam se os sedimentos da oxidação não forem prevenidos ou removidos.

Fontes

▼ Vazamento no sistema

▼ Aeração da bomba

▼ Turbulência do fluido no reservatório

Prevenção

▼ Sistema de sangramento do ar

▼ Linha de sucção sempre com óleo

▼ Projeto apropriado para o reservatório

▼ Difusores na linha de retorno


11

A fim de detectar ou corrigir os problemas, é usada a escala de referência de contaminação. A contagem de partículas é o métodomais comum para obter-se níveis depadrão de limpeza. São usados instrumentos ópticos muito sensíveispara contar o número de partículasem várias faixas de tamanho. Estascontagem são reportadas como umnúmero de partículas maiores que umcerto tamanho encontradas em umespecífico volume de fluido.

A ISO 4406 (International StandardsOrganization), nível padrão de limpe-za, tem obtido uma vasta aceitaçãoem muitas indústrias de hoje. Umaversão modificada vastamente utiliza-da deste padrão, refere-se ao númerode partículas maior que 2, 5 e 15mícrons* em um certo volume, geral-mente 1 mililitro ou 100 mililitros. Onúmero de partículas 2+ e 5+ mícronsé usado como ponto de referênciapara partículas sedimentadas. Otamanho 15+ indica a quantidade departículas maiores presentes quecontribuem grandemente para umapossível falha catastrófica docomponente.

Padrões de Limpeza do Fluido

12

Filtragem - FatoSaber o nível de limpeza do

fluido é a base para as

medidas de controle de

contaminação.

Filtragem - FatoOs números do índice da

ISO nunca podem aumentar

conforme aumenta o

tamanho das partículas.

(Exemplo: 18/20/22)

Partículas> 2 mícrons



Código ISO 18 / 16 / 13

18

16

13

2+

5+

15+

1.300 - 2.500

320 - 640

40 - 80

Faixa Mícron Faixa de Contagem

Uma classificação ISO de 18/16/13 pode ser definida como:

* Os códigos ISO descritos aqui são para o formato 2, 5 e 15. Um formato 5, 15 mícrons que atualmente atende ao padrão ISO, pode ainda ser usado em algumas publicações (Exemplo: um código ISO de 16/13 referia-sea partículas em faixas de 5+ e 15+ mícrons somente).

13

Padrões de Limpeza do Fluido

Quadro ISO 4406

2423222120191817161514131211109876

Número dePartículas Mais de Até e inclusive

Número de partículas por ml

80.00040.00020.00010.0005.0002.5001.300

640320160804020105

2.51.3

.64.32

160.00080.00040.00020.00010.0005.0002.5001.300

640320160804020105

2.51.3.64

Fluido ISO 21/19/17 (ampliação 100x). Fluido ISO 16/14/11 (ampliação100x).

Padrões de Limpeza

para o Componente

Muitos fabricantes de equipamentoshidráulicos e rolamentos de cargaespecificam um ótimo nível delimpeza requerido para seus compo-nentes. Submeter os componentes aum fluido com níveis maiores de con-taminação pode resultar em uma vidamais curta para o componente.

Na tabela abaixo veja algunscomponentes e seus níveis delimpeza recomendados. É semprebom consultar o fabricante do componente para obter por escrito as recomendações do nível de contaminação do fluido. Estainformação é necessária para selecionar o nível de filtragem correto. Pode servir também comogarantia contra possíveis reclamaçõesfuturas, visto que podedelinear a linha entre ouso normal e operaçãoexcessiva ou abusiva.

Padrões de Fluido para Limpeza

14

Limpeza do Fluido Requerida para Tópicos Componentes Hidráulicos

Componentes Código ISO

Controle de servo válvulas 16/14/11Válvulas proporcionais 17/15/12Bombas/motores de palheta e pistão 18/16/13Válvulas de controle direcional e pressão 18/16/13Bombas de engrenagems/ motores 19/17/14Válvulas de controle defluxo, cilindros 20/18/15Fluido novo não usado 20/18/15

Filtragem - FatoMuitos fabricantes de

máquinas e componentes

hidráulicos especificam um

objetivo de nível de limpeza

ISO para o equipamento,

a fim de alcançar ótimos

padrões de desempenho.

Filtragem - FatoA cor não é um bom

indicador do nível de

pureza do fluido.

Padrões de Limpeza para o Componente

15

Tabela de Correlação dos Níveis de Limpeza

23/21/1822/20/1822/20/1722/20/1621/19/1620/18/1519/17/1418/16/1317/15/1216/14/1216/14/1115/13/1014/12/913/11/812/10/812/10/712/10/6

Cód. ISO ≥ 2 MícronsPartículas/ Mililitros

80.00040.00040.00040.00020.00010.0005.0002.5001.300

64064032016080404040

≥ 5 Mícrons20.00010.00010.00010.0005.0002.5001.300

64032016016080402010 1010

NAS 1638(1964)

SAE Nível(1963)≥ 15 Mícrons

2.5002.5001.300

64064032016080404020105

2.52.51.3.64

12–11–109876–5432–1–

–––––6543–210––––

O meio filtrante é aquela parte

do elemento que remove o

contaminante.

Geralmente o meio filtrante vem emforma de folhas e então é plissado paraexpor mais área da superfície para ofluxo do fluido. Isto reduz a pressãodiferencial enquanto aumenta a capacidade de retenção de contami-nantes. Em alguns casos, o meio filtrante pode ter camadas múltiplas e telas para atingir certo critério dedesempenho. Depois de plissado e cortado no comprimento apropriado, as duas pontas são ligadas usando-seum clipe especial, adesivo ou outromecanismo selador. O meio filtrantemais comum inclui tela de aço, celu-lose, compostos da fibra de vidro ououtros materiais sintéticos. O meio fil-trante é geralmente classificado desuperfície ou profundidade.

Superfície do Meio Filtrante

Para meio filtrante do tipo superfície, ofluido basicamente tem um caminhodireto para a passagem do meio filtrante. O contaminante é capturadona superfície do elemento onde passa ofluxo do fluido. Os elementos filtrantesde superfície geralmente são feitos detelas. Visto que o processo usado noentrelaçamento do fio pode ser contro-lado com acuracidade, os elementos fil-trantes de superfície tem um poro detamanho consistente. Este poro detamanho consistente é o diâmetro dapartícula esférica mais larga que pas-sará através do elemento sob teste emcondições específicas. Entretanto, a formação do contaminante superfíciedo elemento, permitirá ao meio filtrantecapturar partículas menores do que afaixa de tamanho do poro.Da mesma forma, as partículas que têmdiâmetro menor mas que podem sermaiores em comprimento (tais comoforma de fibra), pode passar para o ladofiltrado do meio filtrante.

Meio Filtrante de Profundidade

Para tipos de meio filtrantes de profun-didade, o fluido deve tomar caminhosindiretos através do material que formao meio filtrante. As partículas sãodepositadas nas aberturas em forma de labirinto por todo o meio filtrante.Por causa de sua construção, um meiofiltrante tipo profundo tem muitosporos de vários tamanhos. Dependendoda distribuição dos tamanhos dosporos, este meio filtrante pode ter umaalta faixa de captura de partículas comtamanhos pequenos.

A natureza do meio filtrante e o processo de entrada do contaminanteno elemento do filtro explica porquealguns elementos duram muito mais doque outros. Em geral, o meio filtrante contém milhões de pequeníssimos porosformados pelas fibras do meio filtrante. Os poros têm um faixa de diferentes tamanhos e são interconectados portodas as camadas do meio filtrante para formar um caminho tortuoso para o fluxo do fluido.

Tipos e Níveis de Elementos Filtrantes

16

Superfície do Meio Filtrante

74 m

Filtragem - FatoMeio filtrante de superfície

pode ser limpo e reutilizado.

Um equipamento ultra-sônico

geralmente é o melhor

método. Tipicamente meio

filtrante de profundidade

não pode ser limpo, nem

reutilizado.

Os dois tipos básicos de meio filtrante deprofundidade, que são usados para elemen-tos de filtros, são celulose e fibra de vidro.

Os poros no meio filtrante de celulose tende a ter uma vasta faixa de tamanhos esão muito irregulares em formas, devido ao tamanho e forma irregulares das fibras.

Em contraste, o meio filtrante de fibra de vidro consiste de vários tamanhos de fibras que são muito uniformes em tamanho e forma. As fibras são geralmentemais finas que as fibras de celulose e têmuma seção circular uniforme. As diferençastípicas das fibras contam para a vantagemde desempenho do meio filtrante de fibrade vidro. Fibras mais finas significam maisporos reais em um dado espaço. Além domais, fibras mais finas podem ser arranjadas mais perto uma das outras paraproduzir poros menores para filtragem fina.Como resultado a capacidade de retençãode contaminante, assim como a eficiênciada filtragem, são aumentadas.


17

Direção do Fluxo

Meio Filtrante de Profundidade

Construção típica da fibra de vidro grossa (100x) Construção típica da fibra de vidro fina (100x)

Comparação Geral do Meio FiltranteCustoGeral

Material do Meio Filtrante

Eficiência de Captura

Cap. de Retenção

Pressão Diferencial

Vida no Sistema

Fibra de vidro Alta Alta Moderada Alta Moderada para alta

Celulose (papel) Moderada Moderada Alta Moderada Baixa

Tela Baixa Baixa Baixa Moderada Moderada para alta

O Teste de

Múltipla Passagem

A indústria de filtragemusa os procedimentos daISO 4572 “Procedimentopara Teste de MúltiplaPassagem” para avaliar odesempenho do elementode filtro. Este procedi-mento é também reconhecido pela ANSI* e NFPA**. Durante o Teste deMúltipla Passagem, o fluido circula através do circuito sob condiçõesprecisamente controladase monitoradas. A pressão diferencial pelo elementode teste é continuamente anotada,conforme uma quantidade de contami-nante constantemente injetado no ladodo óleo não filtrado do elemento.Sensores de partículas à laser determi-nam os níveis de contaminantes nolado filtrado e não filtrado do elementode teste. Este atributo de desempenho(Razão Beta) é determinado paravários tamanhos de partículas. Trêsimportantes características de desempenho do elemento são resulta-do do Teste de Múltipla Passagem:1. Capacidade de retenção de

contaminante

2. Diferencial de pressão de elementode filtro de teste.

3. Eficiência de filtragem ou separação,expressada como “Razão Beta”

Razão BetaA Razão Beta, também conhecidacomo a razão filtragem, é a medidada eficiência de captura de partículaspor um elemento de filtro. Ela é,portanto, uma razão de desempenho.

Como um exemplo de como a RazãoBeta é derivada do Teste de MúltiplaPassagem, assuma que 50.000 partículas, 10 mícrons e maiores, foram contadas no lado não filtrado do filtro de teste e 10.000 partículasda mesma faixa de tamanho foramcontadas no lado filtrado do filtro deteste. A Razão Beta correspondenteseria igual a 5, como visto no seguinteexemplo:


18

Medidor de vazãoAmostra do

Lado Filtrado

Amostra doLado não Filtrado

Filtro deTeste

DP Medidor

Reservatório

Contaminante

Bomba de Rotação Variável

Teste de Múltipla PassagemFiltragem - FatoOs níveis de meio filtrante

expressos como Razão Beta

indicam a eficiência de

remoção de partículas do

meio filtrante.

Filtragem - FatoOs resultados do teste de

múltipla passagem são

muito dependentes das

seguintes variáveis:

• Vazão

• Diferencial de pressão final

• Tipo de contaminante

Bx =

* ANSI - American National Standards Institute** NFPA - National Fluid Power Association

No de partículas lado nãofiltrado

No de partículas lado filtrado

B10 = =550.00010.000

“x” está em um tamanho departícula específico

O exemplo poderia ser lido: Beta 10 é igual a 5. Agora, um númerode Razão Beta sozinhosignifica muito pouco. Ele é umpasso preliminar para achar-se a eficiência de captura de contami-nante pelo filtro. Esta eficiência,expressada como percentual, podeser encontrada através de uma simples equação:

Então, no exemplo, o filtro testadopossui 80% de eficiência ao remover10 mícrons epartículas maiores. Para cada5 partículas intro-duzidas no filtro nesta faixa detamanho, 4 eramretiradas pelo meiofiltrante do filtro. ARazão Beta/tabelade Eficiências mostra algunsnúmeros RazãoBeta comuns e suascorrespondenteseficiências.


19

Razão BetaPartículas doLado Filtrado

Partículas do LadoNão Filtrado

Razão Beta (x) Efic.(x)

100.00050.000

100.0005.000

100.0001.333

100.0001.000

100.000500

100.000100

=

=

=

=

=

=

2

20

75

100

200

1000

50.000

5.000

1.333

1.000

500

100

50,0%

95,0%

98,7%

99,0%

99,5%

99,9%

100.000 > (x) mícrons

Eficiênciax = (1- 1 ) 100Beta

Eficiênciay10 = (1- 1 ) 100

= 80%5

Razão Beta/EficiênciasRazão Beta Eficiência de separação

(a um tamanho de ( o mesmo tamanho partícula estipulado) de partícula)

1.01 1,0%

1.1 9,0%

1.5 33,3%

2.0 50,0%

5.0 80,0%

10.0 90,0%

20.0 95,0%

75.0 98,7%

100 99,0%

200 99,5%

1000 99,9%

Escolha do Meio Filtrante

20

Tabela APressão e Ciclos de Trabalho(Levar em conta a pressão de operaçãonormal e sua oscilação, tanto em magni-tude como em frequência).Pressão: Escolha da pressão de operaçãoServiço:LEVE Operação contínua em

pressão especificada ou menor.MÉDIO Alterações médias de pressão

até a pressão especificada.PESADA Zero à pressão especificada.SEVERA Zero à pressão especificada

transições em alta frequência (0,6Hz) (exemplo: unidade hidráulica alimentando uma prensa perfuradora). Selecione o índice da tabela abaixo:

Índice Nº

Serviço

PSI0-10151015-21752175-36253625-50755075+

Bar0-7070-150150-250250-350350+

Lev11234

Méd.23356

Pes.34467

Sev.45678

Pressão

Tabela BMeio Ambiente

Bom Áreas limpas, laboratórios 0Médio Instalações de máquinas em

geral, linhas de montagem 1Pobre Automotivo, laminadores

(metal e papel) 2Hostil Fundições, também onde a

ingressão de contaminantes éesperada ser muito alta 3

Exemplos Índice

Tabela EResponsabilidade Ecônomica do ComponenteRelaciona o custo da reposição docomponente

Muita alta Bombas grandes de pistão, motoresde baixa velocidade e alto torque 4

Alta Cilindros, servo válvulas, bombasde pistão 3

Média Linha válvulas montadas 2Baixa Válvulas montadas em sub-base,

bombas de engrenagens baratas 1

Exemplos Índice

Exemplos Índice

Tabela CSensibilidade do Componente

Muito alta Servo válvulas de alto desempenho 8Alta Servo válvulas industriais 6Acima Bombas de pistão, válvulas Média Proporcionais, controles fluxo

compensados 4Média Bombas de palheta, válvulas de

carretel 3Abaixo Bombas de engrenagens, válvulas Médio Manuais e válvulas de gatilho 2Mínima Bombas de êmbolo e cilindros 1

Examplos Índice

Tabela DExpectativa de vidaVida em funcionamento requerida paraos componentes

Índice Nº

0-1.000 1.000-5.0005.000-10.00010.000-20.000

20.000+

01235

Horas Índice

Índice total de todas as tabelas

Depois de obter o índice total, adicio-nando os sete índices individuais dasTabelas A - G, encontre o número noeixo vertical localizado no gráfico deíndice total. Desenhe uma linhahorizontal do número do índice totalpara interseccionar a faixa de razãoem dois pontos. Leia estes pontosno eixo horizontal para a razãodo meio filtrante.

Filtragem - FatoNao há correlação direta

entre usar um meio filtrante

específico e atá-lo a uma

classificação de limpeza

específica ISO.

Outras numerosas variáveis

seriam consideradas, tais

como ingressão de

partículas, o fluxo do

fluido pelos filtros e

localização dos filtros.

Índice Nº

Índice Nº

Índice Nº

Tabela FResponsabilidade Ecônomica OperacionalRelaciona o custo de parada.

Exemplos Índice

Muito alta Parada muito cara de certosequipamentos de laminaçãode papel e de aço eequipamento automotivo 5

Alta Equipamento deprodução de altos volumes 3

Média Crítico, mas equipamentonão produtivo 2

Baixa Equipamento não crítico para produção 1

Índice Nº

Tabela GRisco de SegurançaRelaciona a necessidade para segurançaadicional de operação

Alto Sistemas de transmissão dos freios para içamentoem minas 3

Médio Onde falha é provável de causar danos 1

Baixo Alguns bancos de testes de componentes hidráulicos, riscos por negligência 0

Índice Nº

Um número inter-relacionado de

fatores do sistema, determina o meio

filtrante mais adequado para uma

aplicação em especial. O seguinte

método de escolha de meio filtrante

foi desenvolvido pela British Fluid

Power Association (B.F.P.A.). Este

processo de escolha de meio filtrante

usa um sistema de “índice” baseado

na importância relativa dos principais

fatores do sistema. Simplesmente adi-

cione os fatores de índice individual

das sete tabelas de parâmetros do

sistema. Consulte então o “Gráfico de

Índice Total” para encontrar a faixa

de razão apropriada ao meio

filtrante. Esta faixa de razão é basea-

da na razão do meio filtrante, onde a

Razão Beta é igual a ou maior que 75

(98,7% de eficiência). Deve ser enfati-

zado que a faixa de razão obtida pode

somente ser considerada como uma

aproximação. Parâmetros precisos de

operação são difíceis para quantificar,

tanto pelo usuário como pelo fabri-

cante do equipamento de filtragem.

Escolha do Meio Filtrante

21

Fato

res d

e Ín

dice

Tot

al

26

25

24

23

22

21

20

19

18

17

16

15

14

13

12

11

10

92 5 10 15 20 25 30 40 50 65

Razão Beta do Filtro (Bx 375)

EXEMPLO(veja abaixo)

Rating Range

Gráfico de Índice Total

Exemplo:Considere uma enorme escavadeira hidráulicaoperando em uma pedreira. O sistema hidráulicoinclui bombas de pistão de pressão compensadae grandes cilindros de levantamentoPressão de Operação e Ciclo de Trabalho (Tabela A)O sistema opera com o extremo do fluxo e flutuaçõesda pressão em um ciclo que é repetido aproximada-mente quatro vezes todo minuto. Por esta razão eleé considerado como “pesado”. Índice = 4Meio ambiente (Tabela B)O meio ambiente em que esta máquina está trabalhando pode, em tempo seco, estar muito sujo. Ingressões são prováveis de serem muito altas.Índice = 2

Sensibilidade do Componente (Tabela C)Apesar da maioria dos componentes serem considerados de média sensibilidade, as bombas estãoacima da média. Índice = 4Expectativa de Vida (Tabela D)O uso anual é de 2.000 horas e a expectativa de vida docomponente é de 4 anos, portanto, 8000 horas e umÍndice = 2Confiabilidade Econômica (Componentes) (Tabela E)Componentes como cilindros de levantamento e bombas variáveis de pistão são muito caras para o usuário final comprar. O custo dos componentes sãoaltos, portanto, Índice = 3

Responsabilidade Econômica (Operacional) (Tabela F)Custos causados por paradas variam dependendo dasituação específica da mina, mas o alto custo de capitaldo sistema coloca-o na categoria “Alta” e Índice = 3Risco de Segurança (Tabela G)Nenhum adicional para índice de segurança é requerido.Indice Total (Somatória dos Indices Individuais) =18A razão selecionada está na faixa de 4 a 13 mícrons. O meio filtrante escolhido deveria ter uma Razão Beta mínima de B13=75 (98,7% de eficiência).

Carga de Contaminante

A entrada do contaminante noelemento é simplesmente o processode bloquear os poros por todo oelemento. Visto que o elemento ficabloqueado com partículas decontaminantes, há poucos poros para o fluxo do fluido e a pressãorequerida para manter o fluxo atravésdo meio filtrante aumenta.Inicialmente, a pressão diferencialatravés do elemento aumentavagarosamente porque há umaabundância de poros do meiofiltrante para o fluido passar, e oprocesso de bloqueio do poro tempouco efeito na perda de pressãogeral. Entretanto, alcança-se umponto em que sucessivos bloqueiosdos poros do meio filtrante reduzemsignificativamente o número deporos disponíveis para o fluxo dofluido através do elemento.Neste ponto, a pressão diferencialpelo elemento aumenta exponencial-mente. A quantidade, o tamanho, a

forma e o arranjo dos poros atravésdo elemento são algumas razões paraalguns elementos terem vidas mais longas que outros.

Para uma dada espessura de meiofiltrante e nível de filtragem, hámenos poros no meio filtrante decelulose do que meio filtrante defibra de vidro.

O meio filtrante de fibra de vidrocom múltiplas camadas, relativa-mente não é afetado por entrada decontaminante por um longo período. O elemento captura seletivamente aspartículas de vários tamanhos,conforme o fluido passa por ele. Osporos muito pequenos no meiofiltrante nao são bloqueados porgrandes partículas. Estes pequenosporos do lado filtrado permanecemdisponíveis para toda a grande quantidade de pequenas partículaspresentes no fluido.

Vida do Elemento Filtrante

22

Pres

são

Dife

renc

ial

Tempo

Incrementode vida

Curva de Entrada de Contaminantes no Elemento

Filtragem - FatoConforme o elemento

filtrante recebe

contaminantes, a pressão

diferencial aumentará no

decorrer do tempo; primeiro

vagarosamente, depois

muito rapidamente, visto

que o elemento está

próximo a sua vida máxima.

Perfil da Vida do Elemento

Todo elemento tem uma relação dediferencial de pressão característicoversus entrada de contaminante.Este relacionamento pode serdefinido como o “perfil da vida doelemento”. O perfil real da vida éobviamente afetado pelas condiçõesdo sistema operante. Variações nofluxo do sistema e a viscosidade dofluido afetam o diferencial depressão para o elemento limpo e têm um efeito bem definido sobre o perfil real da vida do elemento.

É muito difícil avaliar o perfil devida do elemento nos sistemas deoperações reais. O sistema operanteversus o tempo em operação suave,o ciclo de trabalho e a mudança das condições ambientais decontaminação afetam o perfil devida do elemento. Além do mais, ainstrumentação de alta precisão para

reportar as variações na perda depressão do elemento está raramentedisponível. A maioria dos usuáriose projetistas de máquinas simples-mente especificam a carcaça do filtrocom indicadores de pressão diferen-cial para avisar quando o elementodeve ser substituído.

Os dados do Teste de MúltiplaPassagem podem ser usados paradesenvolver o relacionamento dodiferencial de pressão versus a entra-da de contaminante, definido como operfil de vida do elemento. Como jámencionado, tais condições de operação como: vazão de fluxo e viscosidade do fluido afetam o perfilde vida para um elemento. As com-parações do perfil de vida só podemser feitas quando estas condições deoperação são idênticas e os elemen-tos do mesmo tamanho.

Então a quantidade, o tamanho, o for-mato e a disposição dos poros no ele-mento determinam o perfil característico de vida. Os elementosque são fabricados de meio filtrantede celulose, meio filtrante de fibra de vidro de uma só camada e devárias camadas, têm todos um perfilde vida diferente. O gráfico compara-tivo de três meios filtrantes comconfigurações mais comuns mostraclaramente a vantagem de vida doelemento de fibra de vidro demúltiplas camadas.

Vida do Elemento Filtrante

00 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

102030

40

5060

7080

90 6

5

4

3

2

1

100

CAPACIDADES (GRAMAS)

Celulose Fibra de vidro com várias camadas

Fibra de vidro com1 camada

PRES

SÃO

DIF

EREN

CIA

L (p

si)

PRES

SÃO

DIF

EREN

CIA

L (b

ar)

Comparativo de Vida dos Tipos de Elementos

23

Carcaças do Filtro

A carcaça do filtro é um vaso depressão que contém o elemento de filtro. Normalmente, consiste de duasou mais sub-montagens, tais como:uma cabeça (ou tampa) e um copopara permitir o acesso ao elemento.A carcaça tem canais de entrada esaída, permitindo ser instalada emum sistema de fluido. Característicasadicionais da carcaça podem incluirfuros de montagem, válvulas bypass eindicadores da condição do elemento.

Os conceitos básicos para a escolhada carcaça do filtro inclui métodos de montagem, opções de conexões,opções de indicadores e pressão detrabalho. Todos, com exceção dapressão de trabalho, dependem dodesign do sistema físico e as prefe-rências do projetista. A pressão detrabalho da carcaça é bem menosarbitrária. Pode ser determinadaantes da escolha do tipo de carcaça.

Pressão de Trabalho

A localização do filtro no circuito é odeterminante principal da pressão detrabalho. As carcaças são projetadasgenericamente para três localizaçõesem um circuito: sucção, pressão oulinhas de retorno. Uma característicadestas localizações é sua pressãomáxima de operação. Filtros parasucção e linha de retorno são projeta-dos para pressões mais baixas, até500 psi (34 bar). As locali-zações dos filtros de pressão podem

requerer taxas de 1500 psi a 6000 psi(103 a 414 bar). É essencial analisaro circuito para frequentes picos depressão, assim como condiçõesconstantes. Algumas carcaças têmfaixas de pressão de fadiga menoresou restritas. Em circuitos comfrequentes picos de alta pressão,deve ser usado outro tipo decarcaça para prevenir as falhasrelacionadas à fadigas.

Escolha do Filtro

24

Filtragem - FatoSempre use um indicador

de condição do elemento

com qualquer filtro,

especialmente com aqueles

que não têm uma válvula

bypass.

Filtragem - FatoUm elemento carregado de

contaminante continuará a

aumentar em diferencial

de pressão até que:

• O elemento seja substituído.

• A válvula bypass seja aberta.

• Ocorra falha do elemento.

Indicador visual e elétrico dacondição do elemento

Conjunto da válvula de alívio (bypass)

Carcaça de pressão

Canal de entrada

Elemento defiltro

Canal desaída

A Válvula Bypass (Alívio)

A válvula bypass é usada paraprevenir o colapso ou quebra doelemento quando este torna-sealtamente carregado de contami-nante. Ela também previne cavitaçãoda bomba no caso da linha de sucção. Conforme os contaminantes seacumulam no elemento, a pressãodiferencial pelo elemento aumenta.A uma pressão bem mais abaixodo ponto de falha do elemento, aválvula bypass abre-se, permitindoque o fluxo passe pelo elemento.

Alguns tipos bypass têm a opção“bypass ao tanque”. Isto permiteque o fluxo bypass não filtradoretorne ao tanque através de umaterceira conexão, prevenindo que ofluido não filtrado entre no sistema.Outros filtros podem ser fornecidos

sem a bypass ou com a opçãobypass bloqueada. Isto evitaque qualquer fluido não filtra-do entre no lado filtrado. Emfiltros sem válvulas bypass,devem ser usados elementoscom resistência ao colapsomais alto, especialmente emfiltros de pressão. Aplicaçõescom uso da opção “sembypass” incluem servo válvulas e outro componentede proteção sensível. Quandoespecificar um filtro sembypass, certifique-se de que oelemento tenha faixa de pressão diferencial perto da pressão de operação máxima do sistema. Quandoespecificar um filtro tipo bypass, énecessário levar em conta que o

fabricante projetou o filtro parasuportar a pressão diferencial daválvula bypass quando a mesmase abre.

Após a escolha do tipo de carcaçae da faixa de pressão, deve serescolhida a válvula bypass. A configuração da válvula bypassdeve ser selecionada antes dedimensionar a carcaça. Após tudoter sido escolhido, deve-se escolherainda a pressão bypass mais altadisponível pelo fabricante. Istofornecerá uma vida mais longa aoelemento de um dado tamanho de filtro. Ocasionalmente, pode ser selecionada uma configuraçãomais baixa para ajudar a minimizara perda de energia do sistema,ou a reduzir o retorno de pressãoem outro componente. Em filtrosde sucção, é usada uma válvulabypass de 2 ou 3 psi (0,14 ou 0,2 bar) para minimizar a chancepotencial de cavitação da bomba.

Escolha do Filtro

25

950 psi(66 bar) 0 psi

(0 bar)

1000 psi(69 bar)1000 psi

(69 bar)

Filtro(Elementos

Bloqueados)

Medida daVálvulaBypass50 psi

(3.4 bar)

Filtro Bypass Filtro BypassBloqueado

Vazã

o

0

2

Decréscimo da Performance Beta por Ciclo de Vazão e Abertura do Bypass

B 10

de

Efet

iva

Filtr

agem

4

6

Fluxo Estável - Válvula Totalmente Fechada

Fluxo Oscilante - Válvula Totalmente Fechada

8

10

0 2 4 6 8 10 12

12

Fluxo Oscilante - Válvula Totalmente Fechada

Fluxo Oscilante - 20% de Abertura Válvula

Fluxo Oscilante - 40% de Abertura Válvula

B10 do Teste de Múltipla Passagem

Betapor Ciclode Vazão

Fluxo Oscilante - 10% de Abertura Válvula Fluxo Estável - V

álvula Totalmente Fechada

Indicadores da Condição

do Elemento

O indicador da condição do elementoindica quando o elemento deve serlimpo ou substituído. Geralmente, o indicador tem marcas de calibraçãoque também indicam se a válvulabypass foi aberta. O indicador pode ser ligado mecanicamente àválvula bypass ou pode ser um dispositivo sensitivo de pressão diferencial totalmente independente.Os indicadores podem dar sinaiselétricos, visuais ou ambos.Normalmente, os indicadores sãoconfigurados para várias indicaçõesaté 5-25% antes que a válvulabypass se abra.

Dimensionamento da

Carcaça e Elemento

O tamanho da carcaça deve ser osuficiente para alcançar pelo menosuma razão 2:1 entre a configuraçãoda válvula bypass e o diferencial depressão do filtro com elemento limpoinstalado. É preferível que esta razãoseja 3:1 ou até mesmo maior paraelemento com alta vida.

Por exemplo, o gráfico da próximapágina ilustra os tipos de curvasfluxo/diferencial de pressão que são usadas para dimensionar a carcaça. Como pode ser visto, oespecificador necessita saber aviscosidade do fluido de operação ea máxima vazão de fluxo (ao invés de uma média) para certificar-se queo filtro não estará operando em umagrande parte do tempo em bypassdevido ao aumento do fluxo. Isto éparticularmente importante nosfiltros da linha de retorno, onde amultiplicação do fluxo dos cilindros pode aumentar o fluxo de retornocomparado com a vazão da bomba.

Escolha do Filtro

26

Filtragem - FatoSempre considere condições

de baixa temperatura

quando dimensionar filtros.

Aumento da viscosidade

no fluido pode causar uma

considerada elevação no

diferencial de pressão

através da montagem

do filtro.

Filtragem - FatoO diferencial de pressão

em uma montagem

de filtro depende de:

1. Tamanho do elemento

e carcaça

2. Meio filtrante

3. Viscosidade do fluido

4. Vazão

Tamanho do Elemento de Filtro

3:1 faixaótima

P Elemento

Limpo

Pres

são

Dife

renc

ial

VID

A

Pressãode aberturada válvula

bypass

Se o filtro descrito no gráfico foiconfigurado com uma válvulabypass de 50 psi (3,4 bar), odiferencial de pressão inicial(limpo) não deve ser maior que25 psi (1,7 bar) e preferivelmente16,7 psi (1,1 bar) ou menor. Isto é calculado da razão 3:1 e 2:1 da configuração bypass e dodiferencial de pressão inicial.

Muitas montagens padrão dos filtrosusam uma válvula bypass para limitarqueda máxima de pressão pelo elemento. Visto que o elemento torna-se bloqueado com contami-nantes, o diferencial de pressãoaumenta até que o ponto máximo de pressão da válvula bypass sejaatingido. Neste ponto, o fluxo internamente ao filtro não passa pelo elemento de filtro e sim pelaválvula bypass. Esta ação limita odiferencial de pressão máximoatravés do elemento. O tópico importante é que algumas partículascontaminantes do sistema tambémpassam pelo bypass e não pelo ele-mento. Quando isto acontece, a eficá-cia do elemento fica comprometida eos níveis de pureza do fluido. Montagens padrão de filtro normal-mente tem uma pressão de aberturada válvula bypass entre 25 e 100 psi(1,7 e 6,9 bar).

O relacionamento entre o diferencialde pressão inicial através do elemen-to limpo e a configuração da pressãoda válvula bypass devem ser consi-derados. Um elemento de celulose

tem uma faixa estreita de aumento depressão exponencial. Por esta razão a relação entre o diferencial depressão inicial e a configuração da pressão da válvula bypass são muito importantes. Esta relação emvigor determina a vida útil do elemento.

Em contraste, a vida útil dos elemen-tos de fibra de vidro de uma ou multi-camadas é estabelecida pela regiãolinear horizontal do aumento de baixapressão relativa, não a região deaumento de pressão exponencial. Damesma forma, a pressão da válvulabypass de montagem do filtro, se 25ou 75 psi (1,7 ou 5,2 bar), tem poucoimpacto na vida útil do elemento.Assim, o diferencial de pressão iniciale a configuração da válvula bypasssão fatores de dimensionamento amenos quando for considerado um meio filtrante de fibra de vidro.

Escolha do Filtro

27

Curva Típica de Vazão/Pressão para um Específico Meio Filtrante

0 25 50 75 100 125 150 200 225 250 275 300 325 350 375

0

0.25

0.5

0.75

1.

1.25

1.5

1.75

0

5

10

100 SUS200 SUS15

20

25

100 20 30 40 50 60 70 80 90 100Vazão(gpm) (lpm)

(psi

) Pr

essã

o Di

fere

ncia

l (ba

r)

Razão 3:1

▼ 50/3 = 16 2⁄3 psid (1.1 bar)

Razão 2:1

▼ 50/2 = 25 psid (1.7 bar)

▼ Em fluído 200 sus, a faixa máximade fluxo seria entre 42 gpm e 54gpm (159 lpm e 204 lpm).

Tipos de Filtros e

Localizações

▼ Sucção ▼ Retorno

▼ Pressão ▼ Off-line

Filtros de Sucção

Os filtros de sucçãoservem para proteger abomba da contaminaçãodo fluido. Eles são loca-lizados antes da conexãode entrada da bomba.Alguns podem ser de telasubmersos no fluido.Outros podem ser monta-dos externamente. Emambos os casos eles usamelementos muito abertos,devido aos limites da ca-vitação das bombas. Poreste motivo eles não são usados como proteção primária contra a contaminação. Algunsfabricantes de bombas não recomen-

Filtros de Pressão

Os filtros de pressãosão localizados após abomba. São projetadospara proteger o sistemade pressão e dimensiona-dos para uma faixaespecífica de fluxo nalinha de pressão.

Os filtros de pressão são adequados especial-mente para proteger oscomponentes sensíveisdo lado filtrado do filtro,tais como servo válvulas.Localizados logo após a bomba, eles também protegem o sistema

dam o uso do filtro de sucção.Consulte sempre o fabricantes debombas para as restrições da entrada.

todo da contaminação gerada pela bomba.

Tipos e Localizações dos Filtros

28

Para o Sistema

Filtragem - FatoOs filtros de tela de sucção

geralmente referem-se ao

tamanho da “malha”:

malha 6560 = 238 mícrons



Filtragem - FatoO uso de filtros de sucção

e filtros de tela tem

decrescido grandemente na

filtragem moderna.

Filtro deSucção

Para o Sistema

Filtro dePressão

Filtros de Retorno

Quando a bomba é um componentesensível no sistema, o filtro deretorno pode ser a melhor escolha. Na maioria dos sistemas o filtro deretorno é o último componentepelo qual passa o fluido antes deentrar no reservatório. Assim, captura sedimentos do desgastedos componentes do sistema epartículas que entram através dasvedações do cilindro antes que taiscontaminantes possam entrar noreservatório e serem circulados.Uma vez que este filtro é localizado imediatamente acima do reser-vatório, sua faixa de pressão ecusto podem ser relativamentebaixos.

Em alguns casos, cilindros com largos diâmetros da haste podemresultar em multiplicação do fluxo.

O aumento da faixa do fluxo nalinha de retorno pode levar a válvu-la bypass a ser aberta, permitindoque o fluxo não filtrado passe para o lado filtrado. Isto pode ser indese-jável e deve-se tomar cuidado nodimensionamento do filtro.

Ambos os filtros de pressão eretorno podem ser encontrados emuma versão duplex. Sua mais notá-vel característica é a filtragem con-tínua, a qual é feita com duas oumais câmaras de filtro e inclui ovalvulamento necessário para per-mitir a filtragem contínua e ininterrupta. Quando um elementoprecisa de manutenção, a válvuladuplex é acionada, desviando ofluxo para a câmara do filtro oposta.Assim o elemento sujo pode ser substituído, enquanto o fluxo con-tinua a passar pela montagem do fil-tro. Tipicamente, a válvula duplexprevine qualquer bloqueio de fluxo.


29

A linha de retorno é projetada para 250 lpm (66 gpm).A pressão é geralmente menorque 25 psi (1,7 bar).

125 lpm(33 gpm)

Cilindro tem razão 2:1(área da câmara/área da sucção da haste)

Filtros da Linhade Retorno

Montagem de Filtro Duplex

Filtragem

Off-Line

Também referidacomo recirculagem,ou filtragem auxiliar, este sis-tema é totalmenteindependente deum sistema hidráu-lico principal deuma máquina. A filtragem off-lineconsiste de umabomba, filtro,motor elétrico e os sistemas de conexões. Estescomponentes sãoinstalados fora dalinha como um pequeno subsistemaseparado das linhas de trabalho ouincluído em um de resfriamento. Ofluido é bombeado fora do reser-vatório através do filtro e retornapara o reservatório em um ciclo contínuo. Com este efeito “polidor”, afiltragem off-line é capaz de manterum fluido em um nível constante decontaminação. Como com o filtro dalinha de retorno, este tipo de sistemaadequa-se melhor para manter a

pureza, mas não fornece proteção específica aos componentes.Uma circulaçao contínua da filtragem off-line tem a vantagemadicional de ser relativamente fácil dese adequar em um sistema existente que tenha filtragem inadequada.Mais ainda, a manutenção do filtro pode ser feita sem desligar o sistema principal. Muitos sistemasse beneficiariam grandemente

de uma combinação de filtros de sucção, pressão, retorno e off-line. A tabela da direita podeajudar na escolha da localização do sistema.


30

Filtragem - FatoDimensione o fluxo da

bomba de um pacote

off-line a um mínimo

de 10% do volume do

reservatório principal.

Filtragem - FatoO nível de limpeza de um

sistema é diretamente

proporcional à vazão

sobre o sistema de filtros.

Efeito de Vazão sobre a Performance daFiltração Off-Line

.01

.1

23/21/18

20/18/1519/17/14

18/16/1316/14/12

15/13/10

- Para filtros Razão Beta com míni-mo de Razão (10)= 75

- (Número de partículas > 10 mícrons entrando por minuto)

- Fonte baseado no Fitch, E.C. Fluid Contamination Control, FES, Inc. Stillwater, Oklahoma, 1988

Núm

ero

de p

artíc

ulas

por

milil

itro

do la

do n

ão fi

ltrad

o, m

aior

tipo

de

refe

rênc

ia

Corr

elaç

ão IS

O

1

10

1 GP

M (3

.8 lpm

)

10 G

PM (3

8 lpm

)

10

0 GPM

(380

lpm)

102

103

103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012

104

105

106

Razão de Contaminação

Filtro Fora de Linha

Respiros SistemaHidráulico ouLubrificante

Existente

Bomba

Filtro Off-line

Resfriador Opcional


31

Comparativo dos Tipos de Filtros e LocalizaçõesLocalização Vantagens Desvantagensdo Filtro

Sucção(Montado externamente)

Pressão

Retorno

Off-Line

• Última chance de proteçãoà bomba

• Muito mais fácil de se fazermanutenção do que o detela no fundo do reservatório.

• Proteção específica doscomponentes

• Contribui para todo o nível delimpeza do sistema.

• Pode usar elementos de filtro dealta eficiência e filtragem fina.

• Captura dos sedimentos do desgaste da bomba.

• Captura dos sedimentos do des-gaste dos componentes e sujeiraentrando através da vedaçãogasta da haste antes que entre no reservatório.

• Menores faixas de pressão resul-tam em menores custos.

• Pode ser na linha ou no tanquepara facilitar instalação.

• “Polimento” contínuo do fluidodo sistema hidráulico principal,mesmo se o sistema estiver parado.

• Possibilidade de manutençãosem parada do sistema central.

• Os filtros não são afetados peloaumento repentino do fluxo, permitindo ótima vida e desem-penho para o elemento.

• A linha de descarga pode ser dire-cionada para a bomba do sistemacentral para fornecer superdescar-ga com fluido limpo e refrigerado.

• Níveis de pureza podem ser obtidose manuseados com precisão.

• A refrigeração do fluido pode serfacilmente incorporada.

• Deve usar meio filtrante relativamente aberto e/oucarcaça grande para manter a queda de pressãobaixa devido às condiçõesda entrada da bomba.

• Custo relativamente alto• Não protege os compo-

nentes pós bomba dos sedi-mentos do desgaste dabomba.

• Pode não ser adequadopara bombas com volumemuito variáveis.

• Proteção mínima do sistema.

• A carcaça é relativamentecara porque deve suportar a total pressão do sistema.

• Não captura os sedimentosdo desgaste dos compo-nentes em trabalho do ladopós-bomba

• Sem proteção para a conta-minação gerada pela bomba.

• O aumento repentino dofluxo da linha de retornopode reduzir o desempenhodo filtro.

• Sem proteção direta docomponente

• Custo relativo inicial alto.

• Custo relativo inicial alto.• Requer espaço adicional.• Sem proteção direta ao

componente.

Métodos de Análise

de Fluido

▼ Teste de Membrana

▼ Contador de Partículas Portátil

▼ Análise de Laboratório

A análise do fluido é a parte essencial de qualquer programa demanutenção. A análise do fluido assegura que o fluido está conformeàs especificações do fabricante, verifica a composiçao do fluido edetermina seu nível de contaminaçãogeral.

Teste de Membrana

O Teste de Membrana não é nadamais que uma análise visual de umaamostra do fluido. Normalmentecompõe-se da tomada de umaamostra do fluido que é passada por

um meio filtrante de membrana. A membrana é então analisada pormicroscópio para cor e conteúdoe comparado aos padrões ISO.Usando-se esta comparação, ousuário pode ter uma estimativa“passa, não-passa” do nível de purezado sistema.

Um outro uso do teste de membranamenos usado seria a contagem daspartículas vistas através domicroscópio. Estes números seriamentão extrapolados para um nível de pureza ISO.

A margem de erro para ambos osmétodos é relativamente alta devido ao fator humano.

Análise de Fluido

32

Filtragem - FatoO único meio de se saber

a condição de um fluido

é através da análise do

mesmo. O exame visual

não é um método preciso.

Filtragem - FatoQualquer análise de fluido

sempre deve incluir a

contagem de partículas

e o código ISO

correspondentes.

Kit Teste de Membrana

Contador de Partículas Portátil

O mais promissor desenvolvimento na análise de fluidos é o contador de partículas a laser portátil. Os conta-dores de partículas a laser são com-paráveis a unidades laboratoriais completas na contagem de partículasmenores que a faixa de micronagem 2+. Reforços para esta recente tecnologiainclui: precisão, repetição, portabili-dade e agilidade. Um teste geralmenteleva menos que um minuto.Os contadores de partículas a laserfornecerão somente contagens departículas e classificações do nível depureza. Testes de conteúdo de água,viscosidade e análise espectrométricapoderão requerer uma análise labora-torial completa.

Análise Laboratorial

A análise laboratorial é uma visãocompleta de uma amostra de fluido. A maioria dos laboratórios qualifica-dos oferecerão os seguintes testes ecaracterísticas como um pacote:

▼ Viscosidade

▼ Número de neutralização

▼ Conteúdo de água

▼ Contagem de partículas

▼ Análise espectrométrica(desgaste dos metais e análises suplementares reportadas em partes por milhões, ou ppm)

▼ Gráficos de tendência

▼ Foto micrográfica

▼ Recomendações

Ao tomar-se uma amostra de fluido de um sistema, deve-setomar cuidado para que aamostra seja realmente um representativo do sistema. Para isto, o recipiente para o fluido deve ser limpo antes detomar a amostra e o fluido deveser corretamente extraído do sistema.

Há uma norma da National FluidPower Association (NFPA) para aextração de amostras de fluidos deum reservatório de um sistema de fluido hidráulico operante (NFPAT2.9.1-1972). Há também o método da American National Standard (ANSI B93.13-1972) para a extraçãode amostras de fluidos hidráulicospara a análise de partículas contaminantes. Ambos os métodos de extração são recomendados.

Em qualquer caso, a amostra de umfluido representativo é a meta. Asválvulas para retirada de amostradevem ser abertas e descarregadas nomínimo por 15 segundos. O recipiente da amostra deve ser mantido por perto até que o fluidoe a válvula estejam prontos para aamostragem. O sistema deve estar auma temperatura operacional no mínimo por 30 minutos antes que aamostra seja retirada.

Veja um procedimento completono apêndice.

Análise de Fluido

Contador de Partículas Portátil

Análise de Laboratório

33

Apêndice

4. Posicione um reci-piente de amostraaprovado debaixo dacorrente de fluxopara os métodos deválvula acima.

5. Feche o recipienteimediatamente.

6. Etiquete com infor-mações importantesconforme o métodopor válvula deamostragem.Nota: Selecione umaválvula ou conexãoonde a pressão forlimitada a 200 psig(14 bar) ou menos.

Com referência ao méto-do a ser usado, observeas regras comuns.Qualquer equipamentoque for usado para oprocedimento deamostragem do fluidodeve ser lavado e enxaguado com um solvente filtrado. Isto inclui bombas à vácuo,seringas e tubos. Seuobjetivo é contarsomente as partículasque já estão no sistema. Recipientes contamina-dos e amostras não representativas levarãoa conclusões errôneas e custarão mais no decorrer do tempo.

Modelo xxxx No do Relatório xxxxElemento xx Data xxVazão 30 Gpm Testado por xxxFab.Int. 10 pol. água Amostra no. xxxFluido Mil-H-5606/Shell Asa-3 Contador na-linha

98/102F;14.77-15.3 C

Pressão Diferencial (PSID) Fluido injetadoFinal 235.0 Gravimétrico (MG/L) Vazão (L/Min)Inicial 5.0 Inicial 1226.8 7 PointCarcaça 3.2 Final 1279.4 AverageElemento 1.8 Average 1253.1 0.453líquido 233.2Sistema Gravimétrico (MG/L): Base: 5.0 Final: 11.8

% liq. Tempo ∆P Gramas Fluxo Anélise de distrib. de PartículasFiltro/ Adic. de inj. (Acima/Abaixo/Beta) Tamanho da ParticulaElem. 2 3 5 7 10 12

Clean 4.89 2.22 1.11 0.89 0.22 0.00Fluid 8.32 1.75 0.44 0.00 0.00 0.002.5 25.4 10.8 14.4 0.451 13,178.00 6,682.00 2,678.00 1,382.00 643.30 436.10

7.6 10,168.00 2,863.00 340.30 39.55 3.18 0.231.30 2.33 7.85 34.9 200 1,900

5 31.1 16.7 17.7 0.455 14,060.00 7,214.00 2,822.00 1,427.00 673.00 463.2013.5 11,056.03 3,391.00 406.48 35.91 1.59 0.23

1.27 2.13 6.94 39.7 420 2,00010 35.8 28.3 20.3 0.455 13,900.00 7,207.00 2,817.00 Cont. da Part. lado não filtrado

25.1 10,590.00 3,274.00 395.301.31 2.20 7.13

20 39.0 51.6 22.1 0.453 14,950.00 7,833.00 3,201.00 Cont. da Part. lado filtrado48.4 9,496.00 2,869.00 375.00

1.57 2.73 8.54 Razão Beta40 42.6 98.3 24.2 0.455 12,410.00 6,696.00 2,857.00 1,495.00 700.70 474.68

95.1 7,843.00 2,277.83 380.58 38.83 1.82 0.461.58 2.94 9.51 49.8 390 1,000

80 45.1 191.6 25.6 0.453 11,420.00 6,299.00 2,768.00 1,456.00 681.10 469.30188.4 6,152.00 1,709.00 234.30 32.28 5.46 2.50

1.86 3.69 11.8 45.1 120 190100 45.9 238.2 26.1 0.451 11,130.00 6,136.00 2,717.00 1,427.00 669.40 460.90

235.0 6,013.00 1,690.00 262.50 41.14 8.87 5.231.85 3.63 10.4 34.7 75.5 88.1

Minimum Beta: Ratio’s 1.27 2.13 6.94 32.6 75.5 88.1Time Avg. Beta Ratio’s 1.36 2.42 7.97 37.2 220 800

Aditivo Anti-Estático noFluido de Teste

Diferencial dePressão deTérmino de Teste

Valores

% do ∆PsiLiquido

Duração doteste (minutos)

Filtro DPsi

Elemento DPsi

Capacidadeacumulativa(Gramas)

Fluxo deinjeçåo

Capacidade Final (Gramas): Aparente: 26.1 Retido: 25.8

Razão Beta Mínima por tamanhode partícula durante o teste

Média Ponderada de Razão Beta no Acumulado de Contaminante Quantidade decorrer do teste por tamanho injetado durante o teste calculada de de partícula retenção em

gramas

Relatório Laboratorial de Amostra de Múltipla Passagem

35

Apêndice

36

Ta b e l a d e C o n v e r s ã o d eV i s c o s i d a d e

Ta b e l a d e C o n v e r s ã o M é t r i c a

PARA CONVERTER EM MULTIPLIQUE POR Polegadas Milímetros 25.40Milímetros Polegadas .03937Galões Litros 3.785Litros Galões .2642Libras Quilogramas .4536Quilogramas Libras 2.2046psi Bar .06804Bar psi 14.5Centígrado Fahrenheit (7C x 9⁄5) +32Fahrenheit Centígrado (7F - 32) /1.8Mícrons Polegadas .000039Mícrons Metros .000001

cSt (Centistokes) SUS (Saybolt Universal Seconds)*10 4620 9325 11630 13932.4 15040 18550 23270 32490 417

Comparações são feitas 100˚ F (38˚ C). Para outras conversões aproximadas: cSt =

* NOTA: Saybolt universal seconds também pode ser abreviada como SSU.

SUS4.635

Apêndice

37

Viscosidade X Temperatura

2000

1000 500

200

100 50 20 10 8 6 4 3 2

1.5 1 .9 .8 .7 .6

-60

-40

-20

020

4060

8010

015

020

025

030

035

040

050

0

-51

-40

-29

-18

-74

1627

3838

6693

121

149

204

260 10

,000

5,00

0

1,00

0

500

250

100

50 40 35

Viscosidade Cinemática—Centistokes

Viscosidade - SUS

Tem

pera

tura

8F

Tem

pera

tura

8C

SAE 6

0SA

E 50

Bunke

r "C"

& SA

E 50

Hydr

aulic

Flui

d M

IL-O

-560

6

MIL-

L-780

8

AN-0-9 G

rade

1010

No. 4 F

uel

No. 3 Fu

el

No. 2 F

uel

Diesel

Fuel

JP-5

Kero

sene

JP-4

Avera

geAvia

tion G

asoli

ne—

Avera

ge

SAE 7

0SA

E 40

SAE 3

0

SAE 2

0SA

E 10

Parker Hannifin Ind. e Com. Ltda.Divisão FiltrosVia Anhanguera Km 25,305275-000 Perus, SPTel: 11 3917-1407Fax: 11 [email protected]

HTM-2 - BR

manual de filtragem hidraulica

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