1. Introducción
En una de las empresas de ingeniería pesada de Ucrania se produjo una parada de emergencia del accionamiento hidráulico principal de una prensa pesada. Durante un cambio de aceite programado, los operadores descubrieron una caída repentina de presión en la línea de control y virutas de metal en el tanque de drenaje. La inspección inicial mostró destrucción completa (montaje) del elemento filtrante de alta presión. Un riesgo adicional surgió al bloquear los circuitos de retroalimentación de los motores de alimentación con un conjunto de cables del tipo Siemens 6FX8002-2EQ10-1BG0, que transmitía datos distorsionados debido a interferencias electromagnéticas debido al sobrecalentamiento de emergencia de las líneas hidráulicas adyacentes. Estos incidentes provocan una parada de la producción durante un período de 36 a 72 horas y pérdidas económicas importantes. El objetivo de esta investigación es establecer las verdaderas causas del accidente basándose en las normas ISO y EN.
2. Descripción general del componente
El elemento filtrante de alta presión se encuentra en la tubería de presión hidrostática, delante de sensibles bombas de pistones axiales y válvulas proporcionales. Está diseñado para proteger conjuntos de precisión de partículas sólidas según la clase de pureza ISO 4406 (objetivo 14/16/11).
Condiciones de funcionamiento estándar:
- Presión de trabajo: hasta 320 bar.
- Temperatura del fluido de servicio: de +15 °C a +65 °C (lubricante mineral ISO VG 46).
- Caída de presión máxima permitida ($\Delta P$): 5,0 bar para elementos de microfibra estándar.
- Finura de filtración nominal: 10 micras ($ eta_{10} \ge 75$).
3. Prueba de denegación
El análisis visual y de laboratorio del elemento destruido reveló los siguientes datos:
- Deformación de la corrugación: La estructura en forma de estrella de los pliegues queda completamente destruida dentro del tubo perforado de soporte. Las corrugaciones se fusionaron en una masa densa continua.
- Desgarro del material del filtro: El material de fibra sintética multicapa tiene desgarros longitudinales a lo largo de la línea de soldadura.
- Medición de la caída de presión: Los sensores SCADA registraron una caída de presión máxima de 8,4 bar dos minutos antes de que se detuviera la estación de bombeo.
- Control de vibración: Los sensores de vibración en la carcasa del filtro registraron un aumento del 350 % en el espectro de alta frecuencia (de 1 a 5 kHz) en comparación con el nivel de referencia, lo que indica cavitación y pulsaciones de flujo.
4. Estudio de las causas fundamentales
Para determinar la cadena de eventos se utilizó el método de construcción de un árbol de fallas (Fault Tree Analysis) y el análisis de los "5 por qués" (5 Whys). La investigación descartó un defecto de fábrica en el material después de pruebas espectrales y microscópicas según los estándares de la serie ISO 2941 (resistencia a la caída de presión).
5. Causas fundamentales identificadas
Con base en los resultados del examen, se identificaron tres factores clave, ordenados en orden de probabilidad:
- Aumento de la viscosidad del fluido durante el arranque en frío (Probabilidad: 55 %). El equipo se puso en marcha a una temperatura de +5 °C. La viscosidad dinámica del aceite ISO VG 46 superó los 900 cSt, lo que creó una resistencia al paso a través de la malla de más de 6,0 bar.
- Falla de la válvula de derivación (Probabilidad: 30 %). Resorte de la válvula de derivación atascado debido a la acumulación de depósitos de barniz. La válvula no se abrió a la presión de ajuste nominal de 5,0 bar, dirigiendo todo el flujo a través del elemento obstruido.
- Descarga repentina de contaminantes del tanque hidráulico (Probabilidad: 15%). La destrucción de la capa protectora interna del tanque provocó la entrada en el sistema de partículas abrasivas con un tamaño de más de 100 micrones, que bloquearon instantáneamente los poros del filtro.
6. Acciones correctivas
Se han desarrollado medidas de carácter operativo y de largo plazo para eliminar los defectos identificados:
| Las raíces del problema | Reparación inmediata (Efecto inmediato) | Prevención a largo plazo |
|---|---|---|
| arranque en frio | Ajustar el bloqueo de arranque de la bomba a una temperatura del aceite inferior a +18 °C. | Instalación de calentadores eléctricos de aceite en el tanque hidráulico con capacidad de 4,5 kW. |
| Interferencia de derivación | Desmontaje, limpieza ultrasónica y calibración de la válvula bypass según ISO 3968. | Cambie a aceites sintéticos con un alto índice de viscosidad para evitar la formación de barniz. |
| Un salto en la contaminación | Lavado de la tubería hidráulica mediante el método de filtración fuera de línea (doble volumen del tanque). | Inspección de las superficies internas del tanque hidráulico con endoscopio cada 6 meses. |
7. Tarjeta de diagnóstico rápido (Para técnicos en tableta)
Utilice esta lista de verificación directamente en el taller cerca del equipo:
- [ ] Verifique las lecturas del manómetro antes y después del filtro (normal $\Delta P$ < 2,5 bar).
- [ ] Lea la temperatura actual del aceite en el panel del operador (debe estar entre +35...+55 °C).
- [ ] Inspeccione la carcasa del filtro en busca de fugas y signos de daños mecánicos.
- [ ] Verificar el estado del indicador de contaminación (señal visual y eléctrica en el PLC).
- [ ] Realizar un análisis rápido del lubricante con un contador de partículas láser portátil (clase de pureza).
- [ ] Asegúrese de que no haya zumbidos inusuales o vibraciones altas en las carcasas de la bomba.
- [ ] Verifique el funcionamiento del sistema de calefacción antes de encender el motor principal en invierno.
- [ ] Verifique el número de artículo del elemento instalado con la especificación del fabricante (está prohibido el uso de análogos no certificados).
8. Estrategia de prevención
Para garantizar el tiempo medio entre fallas (MTBF) en un nivel de al menos 15.000 horas, se implementan en la empresa los siguientes procedimientos regulatorios:
- Monitoreo de condición: Instalación de sensores estacionarios de humedad y contenido de partículas en tiempo real (compatibilidad con protocolo IO-Link).
- Reglamento de reemplazo: Reemplazo del elemento filtrante cada 2,500 horas de operación o cuando se alcance $\Delta P = 4.0 text{ bar}$, lo que ocurra primero.
- Estandarización de repuestos: Uso de componentes exclusivamente certificados que cumplen con los estándares europeos de calidad y seguridad CE.
9. Conclusión
La destrucción de los elementos filtrantes bajo la influencia de una caída de presión es el resultado del efecto complejo de las bajas temperaturas, el mal funcionamiento de los accesorios de seguridad y la acumulación de impurezas nocivas. El cumplimiento de las normas de mantenimiento, el control de la limpieza del entorno de trabajo según las normas ISO y el reemplazo oportuno de los consumibles garantizan el funcionamiento sin problemas de los equipos industriales. Utilice el Catálogo electrónico UNITEC-D para seleccionar componentes y elementos filtrantes certificados de calidad.
10. Enlaces
Documentos normativos y literatura técnica:
- ISO 2941:2009 - Hidráulica líquida. Elementos filtrantes. Comprobación de la resistencia a la destrucción en caso de caída de presión.
- ISO 4406:2021 — Hidráulica líquida. El método de codificación del nivel de contaminación por partículas sólidas.
- ISO 3968:2017 - Hidráulica líquida. Filtros. Determinación de las características de la caída de presión a partir del caudal.
- EN 60204-1:2018 - Seguridad de las máquinas. Equipos eléctricos de máquinas industriales. Parte 1: Requisitos generales.
- DSTU ES ISO 12100:2016 — Seguridad de las máquinas. Principios generales de diseño. Evaluación de riesgos y reducción de riesgos.
