1. Introduzione
In una delle imprese di ingegneria pesante in Ucraina si è verificato un arresto di emergenza dell'azionamento idraulico principale di una pressa pesante. Durante un cambio d'olio programmato, gli operatori hanno scoperto un'improvvisa caduta di pressione nella linea di controllo e trucioli metallici nel serbatoio di scarico. L'ispezione iniziale ha evidenziato la completa distruzione (assemblaggio) dell'elemento filtrante ad alta pressione. Un ulteriore rischio derivava dal blocco dei circuiti di retroazione dei motori di alimentazione con un gruppo di cavi tipo Siemens 6FX8002-2EQ10-1BG0, che trasmetteva dati distorti a causa di interferenze elettromagnetiche dovute al surriscaldamento di emergenza delle linee idrauliche adiacenti. Tali incidenti comportano un'interruzione della produzione per un periodo compreso tra 36 e 72 ore e perdite finanziarie significative. Lo scopo di questa indagine è stabilire le vere cause dell'incidente sulla base degli standard ISO ed EN.
2. Panoramica del componente
L'elemento filtrante ad alta pressione si trova nella tubazione di pressione idrostatica prima delle sensibili pompe a pistoni assiali e delle valvole proporzionali. È progettato per proteggere i gruppi di precisione dalle particelle solide secondo la classe di purezza ISO 4406 (obiettivo 16/14/11).
Condizioni operative standard:
- Pressione di esercizio: fino a 320 bar.
- Temperatura del fluido di esercizio: da +15 °C a +65 °C (lubrificante minerale ISO VG 46).
- Perdita di carico massima consentita ($\Delta P$): 5,0 bar per elementi in microfibra standard.
- Finezza di filtrazione nominale: 10 micron ($ eta_{10} \ge 75$).
3. Evidence of refusal
L'analisi di laboratorio e visiva dell'elemento distrutto ha rivelato i seguenti dati:
- Deformazione dell'ondulazione: La struttura a stella delle pieghe è completamente distrutta all'interno del tubo forato di supporto. Le ondulazioni si fondevano in una massa densa e continua.
- Lacrimazione del materiale filtrante: Il materiale in fibra sintetica multistrato presenta rotture longitudinali lungo la linea di saldatura.
- Misurazione della caduta di pressione: i sensori SCADA hanno registrato una caduta di pressione di picco di 8,4 bar due minuti prima dell'arresto della stazione di pompaggio.
- Controllo delle vibrazioni: i sensori di vibrazione sull'alloggiamento del filtro hanno registrato un aumento del 350% nello spettro ad alta frequenza (da 1 a 5 kHz) rispetto al livello di base, indicando cavitazione e pulsazione del flusso.
4. Studio delle cause profonde
Per determinare la catena di eventi è stato utilizzato il metodo di costruzione di un albero dei guasti (Fault Tree Analysis) e l'analisi dei "5 perché" (5 Whys). L'indagine ha escluso un difetto di fabbrica nel materiale dopo i test spettrali e microscopici secondo gli standard della serie ISO 2941 (resistenza alla caduta di pressione).
5. Cause profonde identificate
Sulla base dei risultati dell’esame sono stati individuati tre fattori chiave, ordinati in ordine di probabilità:
- Aumento della viscosità del fluido durante l'avviamento a freddo (probabilità: 55%). L'apparecchiatura è stata avviata a una temperatura di +5 °C. La viscosità dinamica dell'olio ISO VG 46 ha superato i 900 cSt, creando una resistenza al passaggio attraverso le maglie di oltre 6,0 bar.
- Guasto della valvola bypass (probabilità: 30%). Molla della valvola bypass inceppata a causa dell'accumulo di depositi di vernice. La valvola non è riuscita ad aprirsi alla pressione di impostazione nominale di 5,0 bar, dirigendo tutto il flusso attraverso l'elemento ostruito.
- Scarico improvviso di contaminanti dal serbatoio idraulico (probabilità: 15%). La distruzione del rivestimento protettivo interno del serbatoio ha portato all'ingresso nel sistema di particelle abrasive di dimensioni superiori a 100 micron, che hanno immediatamente ostruito i pori del filtro.
6. Azioni correttive
Sono state sviluppate misure di natura operativa e a lungo termine per eliminare i difetti identificati:
| Le radici del problema | Riparazione immediata (Effetto immediato) | Prevenzione a lungo termine |
|---|---|---|
| Inizio a freddo | Impostazione del blocco avviamento pompa con temperatura olio inferiore a +18 °C. | Installazione di riscaldatori elettrici ad olio nel serbatoio idraulico con una capacità di 4,5 kW. |
| Evita i disturbi | Smontaggio, pulizia ad ultrasuoni e calibrazione della valvola di bypass secondo ISO 3968. | Passare ad oli sintetici ad alto indice di viscosità per prevenire la formazione di vernici. |
| Un salto nell'inquinamento | Lavaggio della rete idraulica con il metodo della filtrazione off-line (doppio volume del serbatoio). | Ispezione delle superfici interne del serbatoio idraulico con un endoscopio ogni 6 mesi. |
7. Scheda diagnostica rapida (per tecnici su tablet)
Utilizza questa checklist direttamente in officina vicino all'attrezzatura:
- [ ] Controllare le letture del manometro prima e dopo il filtro ($\Delta P$ normale < 2,5 bar).
- [ ] Leggere la temperatura attuale dell'olio sul pannello operatore (deve essere compresa tra +35...+55 °C).
- [ ] Ispezionare l'alloggiamento del filtro per individuare eventuali perdite e segni di danni meccanici.
- [ ] Controllare lo stato dell'indicatore di contaminazione (segnale visivo ed elettrico sul PLC).
- [ ] Effettuare un'analisi espressa del lubrificante con un contatore di particelle laser portatile (classe di purezza).
- [ ] Assicurarsi che non vi siano ronzii insoliti o vibrazioni elevate negli alloggiamenti della pompa.
- [ ] Controllare il funzionamento dell'impianto di riscaldamento prima di accendere l'azionamento principale in inverno.
- [ ] Verificare il codice articolo dell'elemento installato con le specifiche del produttore (è vietato l'uso di analoghi non certificati).
8. Strategia di prevenzione
Per garantire il tempo medio tra i guasti (MTBF) a livello di almeno 15.000 ore, nell'azienda vengono implementate le seguenti procedure normative:
- Monitoraggio delle condizioni: Installazione di sensori fissi di umidità e contenuto di particelle in tempo reale (compatibilità con protocollo IO-Link).
- Normativa sulla sostituzione: Sostituzione dell'elemento filtrante ogni 2.500 ore di funzionamento o quando viene raggiunto $\Delta P = 4,0 ext{ bar}$, a seconda di quale evento si verifichi per primo.
- Standardizzazione dei pezzi di ricambio: Utilizzo di componenti esclusivamente certificati che soddisfano gli standard europei di qualità e sicurezza CE.
9. Conclusione
La distruzione degli elementi filtranti sotto l'influenza di una caduta di pressione è il risultato dell'effetto complesso delle basse temperature, del malfunzionamento dei raccordi di sicurezza e dell'accumulo di impurità nocive. Il rispetto delle norme di manutenzione, il controllo della pulizia dell'ambiente di lavoro secondo gli standard ISO e la tempestiva sostituzione dei materiali di consumo garantiscono un funzionamento senza problemi delle apparecchiature industriali. Utilizza il Catalogo elettronico UNITEC-D per selezionare componenti ed elementi filtranti di qualità certificata.
10. Collegamenti
Documenti normativi e letteratura tecnica:
- ISO 2941:2009 - Idraulica liquida. Elementi filtranti. Verifica della resistenza alla distruzione in caso di caduta di pressione.
- ISO 4406:2021 — Idraulica liquida. Il metodo di codifica del livello di contaminazione da particelle solide.
- ISO 3968:2017 - Idraulica liquida. Filtri. Determinazione delle caratteristiche della perdita di carico rispetto alla portata.
- EN 60204-1:2018 - Sicurezza delle macchine. Equipaggiamento elettrico di macchine industriali. Parte 1: Requisiti generali.
- DSTU EN ISO 12100:2016 — Sicurezza delle macchine. Principi generali di progettazione. Valutazione del rischio e riduzione del rischio.
