Introduzione: il richiamo della affidabilità della produzione e l'importanza della filtrazione idraulica

Le sistemi idraulici sono un elemento fondamentale di molti processi industriali, tra cui la produzione, il trasporto e l'elaborazione dei materiali. Tuttavia, anche i migliori sistemi possono perdere efficienza a causa dell'accumulo di contaminanti nella fluido di lavoro. Le contaminazioni causano l'usura dei componenti, una ridotta efficienza e un aumento dei costi di manutenzione. Per questo motivo, per garantire la longevità e la affidabilità dei sistemi idraulici, è necessario pulirli e filtrarli regolarmente.

Questo articolo è dedicato ad un'analisi dettagliata della filtrazione idraulica, inclusi i standard di purezza ISO, la scelta degli elementi filtranti e consigli pratici sul controllo della contaminazione. Il materiale è destinato agli ingegneri tecnici, alle squadre di manutenzione e ai manager della produzione che cercano soluzioni affidabili per garantire il funzionamento continuo dei sistemi idraulici.

Principi fondamentali della filtrazione idraulica

La filtrazione idraulica si basa sul principio fisico di separazione delle impurità dalla fluido di lavoro. Questo processo viene eseguito mediante un elemento filtrante, che impedisce il passaggio di particelle con dimensione maggiore di quella specificata. Le impurità possono verificarsi a causa dell'usura dei componenti, della corrosione o dell'introduzione di particelle estranee nel sistema.

E' importante comprendere che il livello di contaminazione influisce sull'efficienza del funzionamento dei sistemi idraulici. Ad esempio, un aumento della concentrazione di particelle nel fluido di lavoro porta ad un aumento delle perdite di potenza, riduzione dell'efficienza dei motori idraulici e incremento dei costi di manutenzione. Pertanto, il controllo della purezza del fluido di lavoro è un elemento critico per il mantenimento della affidabilità dei sistemi.

Specifiche tecniche e standard

La filtrazione idraulica è regolata da una serie di standard internazionali che forniscono criteri unificati per la valutazione della purezza e delle richieste per gli elementi filtranti. Gli standard principali includono:

• ISO 4406: Definisce la classificazione della purezza del fluido di lavoro utilizzando tre cifre che indicano la quantità di particelle di diverse dimensioni per 1 millimetro cubo di fluido.
• ISO 16883: Stabilisce gli standard di misurazione della purezza del fluido di lavoro mediante analisi radiografica.
• ISO 3724: Definisce i metodi di misurazione della pressione e della temperatura per il controllo del funzionamento dei sistemi filtranti.
• ISO 10811: Stabilisce le richieste per gli elementi filtranti per sistemi idraulici.
• DSTU 3435:2016: Stabilisce le richieste nazionali per la purezza dei fluidi di lavoro nei sistemi industriali dell'Ucraina.

Oltre agli standard, è importante tener conto anche delle richieste relative all'efficacia degli elementi filtranti. L'efficacia del filtro può essere determinata mediante la formula:

de C_out – concentrazione di inquinanti dopo la filtrazione, mentre C_in – concentrazione di inquinanti prima della filtrazione.

Selezione e calcolo degli elementi filtranti

La scelta dell'elemento filtrante richiede l'osservazione di diversi criteri, tra cui la potenza del sistema, la temperatura del fluido di lavoro, la pressione, le esigenze di purezza e il costo. Di seguito sono riportate le soluzioni che possono essere utilizzate per la scelta dell'elemento filtrante:

La scelta dell'elemento filtrante può essere anche determinata mediante una matrice di selezione, che tiene conto di diversi parametri del sistema. Ad esempio, la matrice può includere:

1. Pressione nel sistema
2. Temperatura del fluido di lavoro
3. Classe di pulizia
4. Efficienza del filtro
5. Materiale dell'elemento filtrante

Ogni uno di questi parametri ha un impatto definito sulla scelta dell'elemento. Ad esempio, se il sistema opera a elevata pressione, l'elemento deve essere realizzato con un materiale che resista a questa pressione senza usura.

Migliori pratiche di installazione e avviamento

Un corretto montaggio e avviamento dell'elemento filtrante è un elemento chiave per garantirne l'efficacia. Di seguito sono riportate le principali raccomandazioni:

1. Installazione dell'elemento filtrante in un'area dove il fluido di lavoro ha una temperatura stabile.
2. Verifica di tutti i collegamenti per la tenuta prima del funzionamento.
3. Utilizzo di un mezzo specifico per la pulizia delle superfici prima dell'installazione dell'elemento.
4. Verifica della pressione nel sistema prima del funzionamento, per evitare il sovraccarico dell'elemento.
5. Avviamento del sistema in modalità graduale per evitare un rapido aumento della pressione.

Dopo l'installazione dell'elemento è necessario eseguire un test sulla efficacia della filtrazione. Il test può includere la misurazione della pressione prima e dopo il filtro, nonché l'analisi della concentrazione di inquinanti nella fluido di lavoro.

Modi di vibrazione e analisi delle cause

Gli elementi filtranti possono essere espulsi per diverse ragioni, tra cui l'usura, i blocchi, la variazione delle proprietà del fluido di lavoro e l'uso improprio. Di seguito sono indicati i principali modi di espulsione:

Per l'analisi delle cause di espulsione degli elementi vengono utilizzati metodi come l'analisi delle caratteristiche visive, la misurazione della pressione e della temperatura, nonché l'analisi del fluido di lavoro. Questi metodi permettono di identificare la causa principale dell'espulsione e di proporre le appropriate raccomandazioni.

Manutenzione predittiva e monitoraggio dello stato

Il riparazione predittiva e il monitoraggio dello stato dei sistemi idraulici permettono di ridurre i costi di riparazione, aumentare la durata del sistema e garantire un funzionamento stabile. I principali metodi di monitoraggio includono:

• Monitoraggio della pressione: Misurazione della pressione prima e dopo il filtro per determinare l'efficacia del filtraggio.
• Monitoraggio della temperatura: Misurazione della temperatura del fluido di lavoro per determinare la stabilità del sistema.
• Monitoraggio della concentrazione di inquinanti: Utilizzo di analizzatori per misurare la concentrazione di inquinanti nella fluido di lavoro.
• Monitoraggio dell'usura: Utilizzo di sensori per misurare l'usura dei componenti del sistema.

Questi metodi permettono di rilevare tempestivamente possibili problemi e di avviare le azioni necessarie per evitare il guasto del sistema.

Tabella comparativa degli elementi filtranti

Questa tabella mostra diversi tipi di elementi filtranti, permettendo di scegliere l'opzione ottimale in base alle esigenze del sistema. Tutti gli elementi rispettano gli standard ISO, DSTU e possiedono certificati CE, UkrSEPRO.

Conclusione

La filtrazione idraulica è un elemento critico per garantire la affidabilità e l'efficienza dei sistemi idraulici. La scelta di un elemento filtrante appropriato, l'esecuzione di un montaggio e avviamento corretti, nonché l'utilizzo di metodi prognostici di monitoraggio possono notevolmente aumentare la durata del sistema e ridurre i costi di manutenzione.

UNITEC-D GmbH offre un'ampia gamma di elementi filtranti che rispettano gli standard ISO, DSTU, e dispongono di certificati CE e UkrSEPRO. Per ottenere informazioni più dettagliate sugli elementi filtranti che soddisfano le vostre esigenze, visitate il nostro e-catalogo:

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Elenco dei riferimenti

1. ISO 4406:1999 – Purazza del fluido di lavoro
2. ISO 16883:2012 – Metodi di misurazione della purezza del fluido di lavoro
3. DSTU 3435:2016 – Requisiti per la purezza dei fluidi di lavoro nei sistemi industriali dell'Ucraina
4. UNITEC-D GmbH – Documentazione Tecnica
5. IEEE 1180 – Standardi per la misura e l'analisi del fluido di lavoro

1. Introduzione

L'affidabilità del funzionamento dei sistemi idraulici nella produzione industriale dipende direttamente dalla purezza del fluido di lavoro. La ricerca mostra che fino al 70-80% dei guasti dei componenti idraulici come pompe, valvole, motori idraulici e cilindri sono causati dalla contaminazione del fluido. Ciò comporta usura prematura, tempi di inattività non programmati delle apparecchiature, costi significativi di riparazione e sostituzione dei componenti e riduzione della produttività complessiva della produzione. Un sistema di filtraggio adeguatamente progettato e mantenuto è un elemento fondamentale per garantire la longevità e l'efficienza delle apparecchiature idrauliche. Questo articolo fornisce una panoramica tecnica approfondita dei principi di filtrazione idraulica, degli standard di pulizia e dei metodi per selezionare e implementare soluzioni efficaci di controllo dell'inquinamento.

2. Principi fondamentali

2.1. Tipi e fonti di inquinamento

La contaminazione dei fluidi idraulici è suddivisa in diversi tipi principali:

• Particelle solide: Particelle metalliche soggette a usura (acciaio, bronzo, alluminio), polvere, fibre, prodotti liquidi di ossidazione. Le dimensioni di queste particelle variano da micrometri a diverse centinaia di micrometri. Anche le particelle di dimensioni comprese tra 5 e 15 micron, invisibili a occhio nudo, possono causare una significativa usura abrasiva sulle superfici di precisione dei componenti idraulici.
• Acqua: può entrare nel sistema dall'aria attraverso i filtri di respirazione, durante i cambi di fluido, attraverso guarnizioni che perdono. L'acqua accelera l'ossidazione del liquido, provoca corrosione, riduce il potere lubrificante, favorisce la cavitazione e può portare alla distruzione degli additivi.
• Aria: l'aria disciolta o libera può causare cavitazione, aumentare la compressibilità del fluido incidendo sulla precisione del controllo e accelerare l'ossidazione.

Fonti di inquinamento:

• Incorporato: Residui di produzione dei componenti, incrostazioni, polvere dopo l'installazione di un nuovo sistema o la riparazione.
• Ingresso: Polvere dall'ambiente dovuta a guarnizioni che perdono di cilindri, aste, filtri di respirazione dei serbatoi, sporco durante la sostituzione del fluido.
• Generato da: Prodotti di usura di parti mobili (pompe, valvole, cilindri), prodotti di ossidazione del fluido idraulico sotto l'influenza della temperatura.

2.2. Meccanismi di filtraggio

Gli elementi filtranti funzionano secondo diversi principi:

• Filtrazione superficiale: le particelle vengono trattenute sulla superficie del materiale filtrante. Di solito si tratta di reti o membrane sottili. Efficace per particelle di grandi dimensioni.
• Filtrazione profonda: le particelle vengono intrappolate nello strato di materiale poroso. Questo meccanismo viene utilizzato nella maggior parte dei filtri idraulici, dove il materiale è costituito da numerose fibre disposte in modo casuale che formano un labirinto per il liquido.
• Assorbimento: alcuni filtri possono assorbire acqua o altri inquinanti polari grazie a materiali speciali.

2.3. Coefficiente beta (βx)

L'efficienza del filtraggio è quantificata dal coefficiente Beta (βx), che è determinato dallo standard ISO 16889 (test multipass). Questo rapporto mostra quante volte più particelle di una certa dimensione (x micrometri) vengono trattenute dal filtro rispetto a quelle che lo attraversano.

Formula del coefficiente beta:

βx = (Numero di particelle con dimensione ≥ x μm prima del filtro) / (Numero di particelle con dimensione ≥ x μm dopo il filtro)

Ad esempio, β5 = 200 significa che per ogni 200 particelle di 5 µm o più che entrano nel filtro, solo una particella della stessa dimensione lo attraversa. Ciò corrisponde a un'efficienza di filtrazione di (200-1)/200 * 100% = 99,5% per particelle di 5 μm e più grandi. Più alto è il valore βx, più efficiente è il filtro. Per i moderni sistemi idraulici ad alte prestazioni, i valori raccomandati di βx(c) ≥ 1000 per le dimensioni critiche delle particelle.

3. Caratteristiche tecniche e norme

3.1. Codici di purezza ISO 4406

Lo standard internazionale ISO 4406:2017 (precedentemente ISO 4406:1999, ancora ampiamente utilizzato) è il metodo principale per classificare la purezza dei fluidi idraulici. Imposta un codice a tre cifre che rappresenta la quantità di solidi in 1 ml di liquido per tre diverse dimensioni:

1. Primo numero: numero di particelle ≥ 4 μm (ISO 4406:2017) o ≥ 2 μm (ISO 4406:1999).
2. Secondo numero: numero di particelle ≥ 6 μm (ISO 4406:2017) o ≥ 5 μm (ISO 4406:1999).
3. Terzo numero: numero di particelle ≥ 14 μm (ISO 4406:2017) o ≥ 15 μm (ISO 4406:1999).

Ciascun numero rappresenta una "classe di purezza" corrispondente a un intervallo di conteggi di particelle su scala logaritmica. Ad esempio, il codice 18/16/13 significa:

• Classe 18: 130.000 - 250.000 particelle ≥ 4 μm per 1 ml.
• Classe 16: 32.000 - 64.000 particelle ≥ 6 μm per 1 ml.
• Classe 13: 4000 - 8000 particelle ≥ 14 μm per 1 ml.

Altri standard, come NAS 1638 e SAE AS4059, sono preliminari o specifici per determinati settori (ad esempio, l'aviazione). Sebbene sia ancora possibile trovarli, ISO 4406 è il più comune nel settore.

3.2. Caratteristiche degli elementi filtranti

• Finezza di filtrazione nominale e assoluta:
  • Nominale: Specifica la dimensione delle particelle che il filtro può trattenere con una certa efficienza (ad esempio, 90%). Questo indicatore è meno accurato.
  • Assoluto: specifica la dimensione delle particelle che il filtro può trattenere quasi completamente (ad esempio, 98-99%). Viene determinato mediante un test a passaggi multipli ISO 16889 con un valore specifico di βx (ad esempio, βx ≥ 75 o βx ≥ 200).
• Materiale dell'elemento filtrante:
  • Cellulosa (carta): Opzione economica, ma ha una minore capacità di sporco ed efficienza rispetto ai materiali sintetici. Sensibile all'acqua.
  • Microfibra (sintetica): Alta efficienza (alto βx), significativa capacità di trattenere lo sporco, resistenza all'acqua e agli agenti chimici. È ampiamente utilizzato per elevati requisiti di pulizia.
  • Rete metallica: utilizzata per la filtrazione grossolana o in sistemi in cui è richiesta la pulizia degli elementi.
  • Materiali che assorbono l'acqua: Elementi speciali per la rimozione dell'acqua libera ed emulsionata.
• Pressione di collasso: la caduta di pressione massima che l'elemento filtrante può sopportare prima della deformazione o del collasso. Tipicamente 10 bar, 20 bar o 210 bar per articoli ad alta pressione. ISO 2941. standard
• Portata: il flusso massimo di liquido (l/min) che può passare attraverso il filtro senza un'eccessiva caduta di pressione.
• Compatibilità dei fluidi: i materiali dei filtri e delle guarnizioni devono essere compatibili con il tipo di fluido idraulico (oli minerali, fluidi sintetici, idroglicoli HFC). ISO 2943. standard

3.3. Conformità agli standard

Tutti i filtri e gli elementi filtranti forniti da UNITEC-D soddisfano gli standard internazionali di qualità e sicurezza, tra cui la marcatura CE e la certificazione UkrSEPRO, che conferma la loro idoneità all'uso nell'industria ucraina.

Oltre a ISO 4406 e ISO 16889, sono importanti anche i seguenti elementi:

• ISO 2942: Controllo dell'integrità della produzione dell'elemento filtrante.
• EN 12792: Fluido idraulico - Filtri - Terminologia.
• DSTU ISO (standard pertinenti): standard nazionali ucraini armonizzati con quelli internazionali.

4. Guida alla scelta e al calcolo

La scelta del filtro e dell'elemento filtrante giusti è un processo multifattoriale. È necessario tenere conto dei seguenti criteri:

4.1. Criteri di selezione

1. Livello target di purezza del fluido (codice ISO): determinato dalla sensibilità del componente più sensibile del sistema. Ad esempio, le servovalvole possono richiedere 16/14/11, valvole proporzionali 17/15/12, pompe a ingranaggi 19/17/14.
2. Tipo di sistema idraulico: i sistemi ad alta precisione (servoidraulica) richiedono una filtrazione più fine rispetto ai sistemi per uso generico.
3. Pressione e portata di esercizio: determina il tipo di filtro (pressione, scarico), il suo design e le dimensioni.
4. Tipo di fluido idraulico e sua viscosità: Influisce sulla scelta del materiale dell'elemento e sulla sua portata (caduta di pressione).
5. Intervallo di temperatura: influisce sulla scelta dei materiali di tenuta e sulla viscosità del fluido.
6. Il tasso di contaminazione: Determina la capacità di sporco richiesta del filtro.

4.2. Tipi di filtri e loro posizione

• Filtri di aspirazione (filtri di aspirazione): proteggono la pompa da particelle di grandi dimensioni. Hanno solitamente una filtrazione grossolana (60-250 micron) e si trovano all'interno del serbatoio o sulla linea di aspirazione. È importante ridurre al minimo la caduta di pressione tra di essi per evitare la cavitazione della pompa.
• Filtri a pressione (filtri a pressione): proteggono i componenti sensibili situati dopo la pompa. Sono installati sulla linea ad alta pressione. Richiede un alloggiamento robusto ed elementi con un'elevata pressione di scoppio (ad es. 20 bar o 210 bar). Forniscono un'elevata finezza di filtrazione (3-10 μm, βx ≥ 200).
• Filtri della linea di ritorno: proteggono il serbatoio idraulico dai contaminanti che ritornano dal sistema. Sono installati sulla linea di scarico davanti al serbatoio. Solitamente hanno una finezza di filtrazione di 10-25 micron (βx ≥ 75). Questo è il tipo di filtro più comune.
• Unità di filtrazione autonome (filtri offline/del circuito renale): Installate in un circuito separato per la filtrazione e la purificazione continue del liquido, indipendentemente dal funzionamento del sistema principale. Può fornire livelli molto elevati di pulizia (βx ≥ 1000) e rimozione dell'acqua.
• Filtri di sfiato: proteggono il serbatoio dallo sporco e dall'umidità dell'aria circostante, che entra quando il livello del liquido cambia. Può essere combinato con un assorbitore di umidità.

4.3. Matrice di selezione del filtro

La tabella seguente fornisce raccomandazioni generali per la selezione del filtro per vari tipi di sistemi idraulici. La scelta effettiva dovrebbe basarsi su un'analisi dettagliata del sistema specifico e sui requisiti del produttore del componente.

4.4. Calcolo della dimensione del filtro

La dimensione del filtro (la sua portata) deve essere calcolata tenendo conto della portata massima del fluido e della caduta di pressione minima desiderata. Una regola pratica generale è quella di selezionare un filtro con una capacità nominale superiore del 20-30% rispetto al flusso operativo massimo del sistema, in particolare per i filtri di scarico in cui il flusso può essere pulsante. Ciò fornisce un margine per la contaminazione dell'elemento e impedisce il funzionamento prematuro della valvola di bypass. Ad esempio, per un sistema con una portata massima di 100 l/min, conviene scegliere un filtro con una portata di 120-130 l/min.

5. Migliori pratiche per l'installazione e la messa in servizio

1. Lavaggio del sistema: I nuovi sistemi idraulici, così come i sistemi dopo la revisione, devono essere lavati accuratamente prima della messa in servizio. Per il lavaggio viene utilizzata una pompa di lavaggio dotata di filtro con finezza di filtrazione 1-2 classi superiore al livello operativo target, fino al raggiungimento del codice ISO target. Ciò consente di rimuovere le impurità integrate.
2. Selezione dell'alloggiamento del filtro: L'alloggiamento deve avere una resistenza adeguata alla pressione di esercizio ed essere dotato di un indicatore di caduta di pressione. La valvola di bypass nell'alloggiamento del filtro deve essere impostata su una pressione che soddisfi le raccomandazioni del produttore (ad esempio 3 bar per la maggior parte dei filtri di scarico).
3. Installazione dei filtri di sfiato: installa i filtri di sfiato sui serbatoi idraulici. Si consigliano filtri respiratori con finezza di filtrazione dell'aria di 3 micron e proprietà di assorbimento dell'umidità (con gel di silice) per impedire l'ingresso di particelle e acqua dall'aria.
4. Pulizia durante la sostituzione degli elementi: Gli elementi filtranti devono essere sostituiti nelle condizioni più pulite possibili. Utilizzare strumenti e guanti puliti. Assicurarsi che non vi sia polvere o sporco attorno all'alloggiamento del filtro. Sostituire sempre gli O-ring.
5. Riempimento del sistema: Il fluido idraulico deve sempre essere riempito nel sistema attraverso un'unità di filtraggio (filtropressa o filtro a carrello) con la finezza di filtrazione adeguata, anche se il fluido viene fornito come