Contaminación del Fluido Hidráulico y sus Consecuencias

• Siempre existe un cierto nivel de contaminación por partículas en un fluido hidráulico, incluso en el fluido nuevo.
• Los sistemas hidráulicos modernos y sofisticados que funcionan con presiones elevadas, exigen tolerancias dimensionales cerradas en los componentes móviles y estáticos de válvulas y otros componentes.
• Partículas abrasivas presentes en el fluido causan daños extremos en estos componentes de un sistema hidráulico.
• Se estima que el 75% de los problemas en el funcionamiento de sistemas hidráulicos están relacionados con la contaminación del fluido.

Concentración de Partículas en el Fluido Hidráulico:

• 1: Cantidad de contaminantes a filtrar
• 2: Cantidad de contaminantes en un fluido nuevo
• 3: Concentración deseada de contaminantes
• 4: Tiempo óptimo de purga
• 5: Curva de contaminación del sistema

Tipos y Fuentes de Contaminación

Los contaminantes más comunes en fluidos hidráulicos son:

• Partículas de origen metálico, fibras y elastómeros
• Agua
• Aire
• Productos de reacciones químicas (lodos)
• Otros productos no compatibles con el fluido hidráulico

Las fuentes de contaminación son:

Residuos y partículas metálicos originados del proceso de manufactura:

Virutas de proceso de remoción, residuos de soldadura, compuestos abrasivos del proceso de lapeado, arenas de moldes de fundición.

Partículas generadas por el sistema:

Partículas producidas por procesos de desgaste en los componentes

Contaminantes debido al mantenimiento:

Abertura del sistema y mantenimiento en un ambiente sucio y agregación de fluido nuevo al sistema

Tamaño de Partícula y Nivel de Contaminación

• Fallas catastróficas están provocadas por partículas contaminantes de diámetro mayor a 5mm. Una falla catastrófica es una falla inmediata en un componente hidráulico.
• Fallas por degradación ocurren debido a partículas contaminantes con diámetro menor a 5mm. Una falla por degradación ocurre lentamente por procesos de desgaste en el componente.

Las fallas por degradación están relacionadas con el nivel de contaminación, que se mide en número de partículas en un determinado volumen de fluido (concentración).

Patrón específico entre concentración y tamaño de partículas:

El número de partículas (concentración) en el fluido aumenta de manera exponencial con la reducción de diámetro de partículas (vea tabla).

Estandarización ISO del Nivel de Contaminación

• Mantener la contaminación del fluido a un nivel aceptable evita el desgaste prematuro en los componentes hidráulicos.
• Para determinar la limpieza mínima del fluido necesaria existen normas ISO.

• El nivel de contaminación de la clasificación ISO tiene dos dígitos (Por ejemplo 18/14):
  • Primer dígito: Rango de cantidad de partículas en una muestra de 100ml del fluido hidráulico con tamaño mayor de 5mm
  • Segundo dígito: Rango de cantidad de partículas en una muestra de 100ml del fluido hidráulico con tamaño mayor de 15mm

Factores para Establecer el Nivel de Limpieza en Fluidos Hidráulicos

El nivel de contaminación aceptable depende de la sensibilidad a la contaminación de los componentes del sistema hidráulico.

Los dos factores importantes para encontrar el nivel de limpieza de fluidos en sistemas hidráulicos son:

• La sensibilidad de los componentes en relación a los contaminantes (tolerancia de contaminación)
• La presión en el sistema hidráulico. Hay una relación entre presión y sensibilidad a la contaminación: En general, a mayor presión, mayor la sensibilidad a contaminantes de los componentes.

Tipo de Componentes del Sistema Hidráulicos, Nivel de Contaminación, y Nivel de Filtración

Proporción β en Filtros

La proporción β es el cociente del número de partículas con diámetro mayor de un cierto tamaño antes del filtro (entrada) entre el número de partículas con diámetro mayor de un cierto tamaño después del filtro (salida).

Proporción β en Filtros

• Los filtros para sistemas hidráulicos se clasifican según el tamaño de las partículas que eliminan y la eficiencia con que se les quite.
• La eficacia del filtro se puede expresar como la relación β para un cierto tamaño de partícula dada o como un porcentaje de las partículas capturadas.
• β es el número de partículas, en el tamaño dado, que entra en el filtro, dividido por el número de partículas que pasan por el filtro.
• 

Selección del Filtro

Para la selección de filtros hay que considerar:

• Índice de filtración (filtration rating) en mm para optimizar sensibilidad de suciedad
• Caudal de fluido a través del filtro
• Presión diferencial máximo para la viscosidad normal y filtro limpio (entre 0.5 a 1.0 bar)
• Carcasa del filtro (resistencia)
• Temperatura de operación
• Compatibilidad del material del filtro

Medios de Filtración en Filtros Hidráulicos

• Fieltro                    (25 – 50mm)
• Papel                      (10mm)
• Fibras sintéticas    (bajando hasta 20mm)
• Fibras de vidrio
• Alambres
• Filtros metálicos sinterizados con diferentes porosidades (bajando hasta 2mm)
• PTFE y Polietileno sinterizado (5 – 30mm)
• Filtros magnéticos

Posición del Filtro en el Circuito Hidráulico

1. Instalación en el ducto de regreso
2. Filtración en línea (Full flow filter)
3. Filtro en la boca de llenado del tanque:

   Todo nuevo fluido tiene que pasar por el filtro de línea antes de entrar en el tanque.

4. Instalación en la línea de succión de una bomba
5. Filtro bypass: filtración independiente del sistema
6. Cambio de elementos sin apagar el sistema
7. Menor mantenimiento
8. Alta retención de contaminantes

Posición del Filtro en el Circuito Hidráulico

• Filtración en línea:

  1. Proporciona la máxima protección para los componentes situados inmediatamente después del filtro.
  2. Tamaño de filtración de 2 micrones o menos posibles, debido a la presión alta que empuja el fluido a través del filtro.
  3. La eficiencia del filtro puede estar reducida por la presencia de altas velocidades y presión del fluido, que perturban las partículas atrapadas.
  4. Principal desventaja es el costo del cascarón y los elementos del filtro que deben soportar la presión máxima del sistema: Genera un mayor costo inicial y permanente.

• Filtración en el ducto de retorno:

  1. Mantiene el depósito y el fluido siempre libre de partículas contaminantes.
  2. La baja presión es suficiente para empujar el fluido a través del filtro (por lo general 10 micras), y permite un diseño ligero del cascarón y elemento de filtración.
  3. Velocidad de flujo relativamente bajo, en consecuencia hay un alto grado de eficacia de filtración a un costo económico: La mayoría de los sistemas hidráulicos aplican la filtración de retorno.
  4. Principal desventaja es la contrapresión creada por el filtro, que puede afectar negativamente el funcionamiento de algunos componentes hidráulicos.

• Filtración by-pass:

  1. Permite la filtración continua, filtración de múltiples pasadas a una velocidad del fluido y caída de presión controlados, lo que resulta en una alta eficiencia de filtración.
  2. Tamaño de filtración de 2 micrones o menos son posibles. Filtros poliméricos (absorbente de agua) e intercambiadores de calor pueden ser incluidos en el circuito para el acondicionamiento total del líquido.
  3. Principal desventaja es su costo inicial elevado, aunque por lo general se puede justificar en base de una vida prolongada de la máquina.

• Filtración en la línea de succión:

  1. La filtración en la entrada de la bomba es un lugar ideal para el elemento del filtro: La eficacia incrementa por la ausencia de alta velocidad del fluido y baja presión, lo cual puede molestar a las partículas atrapadas.
  2. La caída de presión alta a través del elemento puede obligar a la migración de partículas a través del filtro.
  3. Desventaja importante que equilibra las ventajas: Disminuye la vida de la bomba por la resistencia en el ducto de succión.