Manual de Filtragem Hidráulica - Parker

Manual de Filtragem Hidráulica - Parker

(Parte 1 de 4)

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 levando 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.

Padrões de Limpeza do Fluido12

Escolha do Meio Filtrante20

Tipos e Localizações dos Filtros Tipos e Fontes de Contaminação28

Análise de Fluidos32

Apêndice 34

PáginaSeção Bases da ContaminaçãoBases da Contaminação2

A Contaminação causa a Maioria das Falhas Hidráulicas

A experiência de projetistas e usuários de sistemas de óleos hidráulicos e lubrificantes tem demonstrado o seguinte fato: mais de 75% das falhas de sistemas são resultantes diretas da contaminação.

O custo devido a contaminação é de estarrecer, resultante de:

tPerda de produção (paradas) tCustos de reposição dos componentes tReposição frequente do fluido tBaixa vida dos componentes tAumento dos custos da manutenção geral tAumento do índice de sucata

Funções do Fluido Hidráulico

A contaminação interfere em quatro funções do fluido hidráulico:

1.Atuar como um meio de transmisão de energia. 2.Lubrificar as partes internas dos componentes. 3.Atuar como um meio trocador de calor. 4.Preencher a folga entre os componentes móveis.

Se uma destas quatro funções for impedida, o sistema hidráulico não se desempenhará conforme projetado. O resultado da parada pode facilmente custar muito mais do que imaginado por hora de manufatura. A manutenção do fluido hidráulico ajuda a prevenir ou reduzir a parada não planejada. Isto é conseguido através de um programa contínuo de melhoria que minimiza e remove os contaminantes.

Danos do Contaminante tBloqueio dos orifícios tDesgaste dos componentes tFormação de ferrugem ou outra oxidação tFormação de componentes químicos tDeficiência dos aditivos tFormação de contaminantes biológicos

O que se espera do fluido hidráulico é que ele crie um filme lubrificante para manter as peças de precisão separadas. O ideal é um filme fino o suficiente para preencher completa- mente a folga entre as peças.

Bases de Contaminação

Filtragem - Fato O projeto adequado, a instalação e a filtragem hidráulica têm um papel chave no planejamento da manutenção preventiva.

Filtragem - Fato A 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 baixo índice de desgaste. Quando o índice de desgaste é mantido baixo o suficiente, o componente pode alcançar sua expectativa de vida, o que pode ser milhões de ciclos de pressurização.

A espessura de um filme lubrificante depende da viscosidade do fluido, carga aplicada e velocidade relativa das duas superfícies. Em muitos componentes, cargas mecânicas são extremamente altas que comprimem o lubrificante em um filme fino, com espessura menor que 1 mícron. Se as cargas forem altas que excedam ao limite, o filme será perfurado pela aspereza da superfície de duas peças em movimento. O resultado contribuirá para uma fricção desgastante.

Bases de Contaminação

Folga Típica de Componentes Hidráulicos

Mícrons

0.5-1

Componente Rolamentos anti-fricção de rolos e esferas Bomba de Palheta Bomba de Engrenagens (engrenagem com a tampa) Servo Válvulas (carretel com a luva) Rolamentos hidrostásticos Rolamentos de Pistão (pistão com camisa) Servo Válvula Atuadores Orifício de Servo Válvula

Tamanho Relativo das Partículas

Substância

Grão de sal refinado Cabelo humano Limite máx. de visibilidade Farinha de trigo Células verm. do sangue Bactéria

Escala Micrômetro

Os tamanhos das partículas geralmente são medidos em uma escala micrométrica. Um micrômetro (ou “mícron”) é uma milionésima parte de um metro ou 39 milionésimos de uma polegada. O limite da visibilidade humana é aproximadamente 40 mícrons. Tenha em mente que a maioria das partículas que causam danos aos sistemas de lubrificação ou hidráulicos são menores que 40 mícrons. Portanto, elas são microscópicas e não podem ser vistas a olho nu.

Contaminação da Partícula

Tipos

A contaminação por partículas geralmente é classificada como sedimento ou pequenas partículas. Sedimento pode ser definido como o acúmulo de partículas menores que 5µm. Este tipo de contaminação também causa falha no sistema/componente ao decorrer do tempo. Por outro lado, as pequenas partículas são contaminantes maiores que 5µm e podem causar falhas catastróficas imediatas. Sedimento e pequenas partículas podem ser classificadas como:

Tipos e Fontes de Contaminação

Filtragem - Fato O fluido novo não é necessariamente um fluido limpo. Tipicamente, um fluido novo tirado do tambor não é próprio para ser usado em sistemas hidráulicos ou lubrificantes.

Filtragem - Fato Aditivos em fluidos hidráulicos são geralmente menores que 1 mícron e são insensíveis aos métodos de filtragem padrão.

Partículas Duras s Sílica s Carbono s Metal

Partículas Maleáveis s Borracha s Fibras s Microorganismos

Danos

Fontes tFormada durante os processos de manufatura e montagem.

tAdicionado com novos fluidos.

tInserção externa durante a operação.

tGerado internamente durante a operação (veja quadro abaixo).

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

Estes contaminantes incluem sujeira, respingo de solda, partículas de borracha de mangueiras e vedações, areia de fundição e sedimentos de metal dos componentes usinados. Também quando o fluido é inicialmente adicionado ao sistema, a contaminação é introduzida. Durante o sistema de operação a contaminação entra através das tampas de respiro, vedações gastas e outros sistemas de abertura. A operação do sistema também gera contaminação interna. Isto ocorre quando o desgaste do sedimento do metal e os produtos químicos reagem com as superfícies dos componentes para gerar mais contaminação.

Tipos e Fontes de Contaminação

iniciar um desgaste da
superfície.

Os efeitos das partículas podem

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 duras ligando duas superfícies em movimento, desgastando uma ou ambas.

Desgaste por Cavitação- fluxo de entrada restrito para a bomba causa vazios de fluido que implodem, causando choques e ocasionando pequenas quebras na superfície do material.

Desgaste por Fadiga-partículas passando pela folga causam tensão na superfície, que se expande ocasionando escamas devido ao repetido tensionamento da área danificada.

Desgaste Erosivo- partículas finas em fluxos de alta velocidade do fluido desgasta um canto ou uma superfície crítica.

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

Desgaste Corrosivo- contaminação por água ou química no fluido causa ferrugem ou reação química que degrada a superfície.

Tipos e Fontes de Contaminação

Equipamento Móbil108-1010 por minuto*
Linha de Montagem105-106 por minuto*

Fábricas de Manufatura 106-108 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 - Fato

Sinais de Advertência da Contaminação do Sistema

• 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 - Fato A maioria das inserções de contaminantes entra no sistema através das tampas antigas de respiro do reservatório e das vedações da haste do cilindro.

Prevenção tUsar filtros unidade-selada para os respiros do ar do reservatório.

tLimpar todo o sistema antes da partida inicial. tEspecificar gaxetas e substituir vedações dos atuadores.

tAplicar tampões nas mangueiras e manifolds durante manuseio e manutenção.

tFiltrar todo o fluido antes de colocá-lo no reservatório.

Contaminação da Água

Tipos

Há algo mais para manutenção adequada do fluido do que somente remover o problema de partículas. A água é virtualmente um contaminante universal e, como os contaminantes de partículas sólidas, deve ser removida dos fluidos de operação. A água pode estar no estado dissolvido ou no estado “livre”. A água livre, ou emulsificada, é definida como a água acima do ponto de saturação de um fluido específico. Neste ponto, o fluido não pode dissolver ou reter mais água. A água livre geralmente é percebida como uma descoloração “leitosa” do fluido.

Tipos e Fontes de Contaminação

Pontos Típicos de Saturação

Fluido Hidráulico

Fluido Lubrificante Fluido de Transformador

.04% .005%

Tipo de FluidoPPM%

50 PPM250 PPM2000 PPM Efeitos Visuais da Água no Óleo

Danos tCorrosão das superfícies do metal tDesgaste abrasivo acelerado tFadiga do rolamento tFalha do aditivo do fluido tVariação da viscosidade t Aumento na condução elétrica

Aditivos anti-desgaste falham na presença de água e formam ácidos. A combinação de água, calor e metais diferentes encorajam a ação galvénica. Superfícies de metal ponteadas e corroídas como resultado final. Maiores complicações ocorrem quando a temperatura decresce e o fluido tem menos habilidade para reter a água. Quando o ponto de congelamento é alcançado, forma-se cristais de gelo de uma forma adversa afetando totalmente a função do sistema. As funções de operação podem tornar-se vagarosa ou errante.

A condução elétrica torna-se um problema quando a contaminação da água enfraquece as propriedades de isolação de um fluido, decrescen- do assim sua força dielétrica kV.

Tipos e Fontes de Contaminação

Filtragem - Fato Um 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 - Fato Os 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 tVedação do atuador desgastado tVazamento na abertura do reservatório t Condensação tVazamento no trocador de calor

Os fluidos estão constantemente expostos a água e vapor de água enquanto são manuseados e armazenados. Por exemplo, é comum em armazenamento externos de tanques e barris. A água pode assentar no topo interno dos containers dos fluidos e cair ao fundo no container durante as mudanças de temperatura. A água também pode ser introduzida quando da abertura ou enchimento destes containers.

A água pode adentrar num sistema através de cilindro desgastado, vedações do atuador ou através de aberturas dos reservatórios. A condensação é também uma fonte primária da água. Como os fluidos resfriam-se em um reservatório ou tanque, o vapor d’água condensará nas superfícies internas causando ferrugem ou outros problemas de corrosão.

Tipos e Fontes de Contaminação

% Água no Óleo 0.0025

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.

Efeito do Óleo com Água na Vida dos Rolamentos

25 ppm

100 ppm 500 ppm 1000 ppm 1500 ppm 2500 ppm 5000 ppm

Prevenção

Normalmente excessiva quantidade de água pode ser removida do sistema. As mesmas medidas preventivas tomadas para minimizar a inserção de partículas sólidas no sistema podem ser aplicadas para a contaminação de água. Entretanto, uma vez que o excesso de água é detectado, ele pode ser eliminado por um dos métodos abaixo:

Absorção

Isto pode ser conseguido por elementos de filtros que são projetados especificamente para retirar água livre. Eles usualmente consistem de um material tipo laminado que transforma a água livre em um gel que é acondicionado 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 é eficaz somente com água livre mas para grandes volumes.

Desidratação à Vácuo

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

Tipos e Fontes de Contaminação

Filtragem - Fato A 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 - Fato Os 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 pode existir tanto no estado dissolvido como livre ou indissolvido. O ar dissolvido pode não acarretar um problema, mantendo-o em solução. Quando um líquido contém o ar indissolvido, problemas podem ocorrer na passagem pelo sistema/componentes. Pode haver alterações de pressão que comprimem o ar e produzam uma grande quantidade de calor em pequenas bolhas de ar. Este calor pode destruir os aditivos e até mesmo o fluido base.

Se a quantidade de ar dissolvido tornar-se alta o suficiente, ocorrerá um efeito negativo na quantidade de trabalho desempenhado pelo sistema. O trabalho desempenhado em um sistema hidráulico baseia-se no fluido ser relativamente incomprimível mas o ar reduz o módulo de elasticidade do fluido. Isto deve-se ao fato de que o ar é até 20000 vezes mais compressível que o líquido onde está dissolvido. Quando o ar está presente, a bomba trabalha mais para comprimir o ar e trabalha menos para o sistema. Nesta situação, o sistema é chamado de “esponjoso”.

Danos tPerda de força transmitida tRedução na saída da bomba tPerda de lubrificação tAumento da temperatura de operação tEspuma do fluido no reservatório tReações químicas

O ar, em qualquer forma, é uma fonte potencial de oxidação nos líquidos. Ele acelera a corrosão das peças de metal, particularmente quando a água também está presente. A oxidação dos aditivos pode também ocorrer. Ambos os processos produzem óxidos que promovem a formação de partículas, ou formam um tipo de lodo no líquido. Desgaste e interferência aumentam se os sedimentos da oxidação não forem prevenidos ou removidos.

Fontes tVazamento no sistema tAeração da bomba tTurbulência do fluido no reservatório

Prevenção tSistema de sangramento do ar tLinha de sucção sempre com óleo tProjeto apropriado para o reservatório tDifusores na linha de retorno

Tipos e Fontes de Contaminação

A fim de detectar ou corrigir os problemas, é usada a escala de referência de contaminação. A contagem de partículas é o método mais comum para obter-se níveis de padrão de limpeza. São usados instrumentos ópticos muito sensíveis para contar o número de partículas em várias faixas de tamanho. Estas contagem são reportadas como um número de partículas maiores que um certo tamanho encontradas em um específico volume de fluido.

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