Atividade 2.5 Filtros

Como citado no capítulo 1, a experiência de projetistas e usuários de sistemas hidráulicos de potência tem evidenciado o fato de que mais de 75% das falhas de sistemas são resultantes diretas da contaminação.

Circuitos hidráulicos sensíveis são vulneráveis á uma variedade de contaminantes que resulta em diminuição da eficiência e parada do sistema hidráulico, assim como altos custos de manutenção ou repara- ção. A função do filtro é, então, reduzir para um nível aceitável o tama- nho e a concentração das partículas contaminantes, de modo a proteger os componentes contra um desgaste prematuro. Estes filtros exigem compromissos e considerações especiais quando são especificados e adaptados aos sistemas hidráulicos com fluido biodegradável. O proje- tista deve levar em consideração as condições do sistema, tais como campo de aplicação, disposição dos filtros, nível de limpeza (código ISO), graus de retenção, meio filtrante e outros.

124 Capítulo 5 – Sistematização do projeto de sistemas hidráulicos – SHBIO

Ao longo do circuito hidráulico há varias possibilidades de loca- lização dos filtros, os quais devem estar estrategicamente instalados para assegurar que o fluido seja filtrado adequadamente em cada fase do seu percurso através do circuito.

Esta localização ideal dos filtros no circuito hidráulico (Figura 54) está caracterizada pelos seguintes tipos de filtragem:

 Filtro na linha de sucção.  Filtro da linha de retorno  Filtros na linha de pressão  Filtro fora de linha (off-line)  Respiro de ar dessecativo  Tampa – respiro

Figura 54. Localização dos vários tipos de filtros

Na Figura 55 e Figura 56 mostram-se como esses tipos de filtros podem ser usados nos circuitos hidráulicos, seja em aplicações industri- ais ou móveis.

Aliado o tipo de filtro (localização), campo de aplicação e nível de limpeza (secção 5.6), existe outro fator importante a ter em conta na hora de selecionar filtros, o qual é o material do meio filtrante.

O meio filtrante é aquela parte do filtro que remove o contami- nante. A composição do elemento filtrante varia conforme o fabricante, mas os mais comuns incluem tela de aço, celulose, compostos de fibra de vidro ou outros materiais sintéticos.

Capítulo 5 – Sistematização do projeto de sistemas hidráulicos – SHBIO 125

Figura 55. Disposição dos filtros em um circuito móbil (adaptado de (DONALDSON, 2012))

Figura 56. Disposição dos filtros em um circuito industrial (adaptado de (DONALDSON, 2012))

Tarefa 2.5.1 Definir o tipo de filtro

Esta tarefa define os tipos de filtros para ser usados em circuitos hidráulicos empregando fluidos biodegradáveis.

126 Capítulo 5 – Sistematização do projeto de sistemas hidráulicos – SHBIO

 Meio filtrante. Em função da compatibilidade de materiais, para fluidos biodegradáveis do tipo HEES, HEPG, HEPR e HETG é indicado o uso de fibra de vidro ou tela de aço.  Tipo de filtro. Para os circuitos hidráulicos abertos é indicado

o uso de filtros de alta pressão e/ou filtros de retorno. Esta re- comendação parte do fato da dificuldade de instalar filtros de sucção com elementos filtrantes com malha muito fina o que provoca problemas de cavitação na bomba, assim como a difí- cil manutenção para os filtros de sucção submersos.

Tarefa 2.5.2 Apresentar a regra classe de limpeza ISO

A indicação da classe de limpeza para fluidos hidráulicos biode- gradáveis é dada semelhante aos fluidos de base mineral, a qual é na forma de três dígitos numéricos de acordo com a norma ISO 4406 (ISO, 1999). Este código numérico indica a quantidade de partículas sólidas encontradas por mililitro do fluido.

Na versão atual da norma, são reportados os seguintes tamanhos de partículas: ≥4µ / ≥6μ / ≥14μ. O código reportado pelos contadores de partículas estão resumidos a 3 escalas: 1ª / 2ª / 3ª.

A escala de números é alocada de acordo ao numero de partículas contadas por mililitro de fluido (Tabela 9).

Já a razão beta (β) também conhecida como a razão de filtragem, é a medida da eficiência de captura de partículas por um elemento fil- trante. Ela é, portanto, uma razão de desempenho. Basicamente este valor indica, para um determinado tamanho de partícula, a razão entre o número de partículas de dimensão superior a essa que se encontram antes, e depois, do filtro.

Β50=10, p.ex., significa que na entrada do filtro se encontram 10

vezes mais partículas de tamanho superior a 50um, do que na saída. A A Tabela 10 mostra alguns números de Razão Beta comuns e su- as correspondentes eficiências.

Capítulo 5 – Sistematização do projeto de sistemas hidráulicos – SHBIO 127

Tabela 9. Classes de limpeza de acordo com a norma ISO 4406 (ISO, 1999)

Tabela 10. Razão Beta/Eficiências Razão Beta (a um tamanho de partícula estipulado) Eficiência de separação (o mesmo tamanho de partícula) 1.01 1% 1.1 9% 1.5 33.3% 2.0 50.0% 5.0 80.0% 10.0 90.0% 20.0 95.0% 75.0 98.7% 100 99.0% 200 99.5% 1000 99.9%

128 Capítulo 5 – Sistematização do projeto de sistemas hidráulicos – SHBIO

A maioria de fabricantes de equipamentos hidráulicos especifica altos níveis de limpeza requeridos para seus componentes. Expor estes componentes a um fluido com níveis maiores de contaminação pode resultar em uma vida mais curta para os mesmos. Seguidamente, são listadas recomendações relacionadas ao nível de limpeza e eficiência de filtros em sistemas hidráulicos com o emprego de fluidos biodegradá- veis.

 Nível de limpeza. Embora a maioria de fabricantes de compo- nentes disponha suas próprias recomendações para o nível máximo admissível de contaminação, a Tabela 11 apresenta níveis de limpeza de acordo com a norma ISO 4406 (ISO, 1999) utilizados em sistemas hidráulicos industriais e móveis, os quais são aplicáveis também para sistemas hidráulicos com fluidos biodegradáveis

 Eficiência do filtro. Para alcançar a classe de pureza exigida em instalações que operam sob condições normais, recomen- da-se o emprego de filtros com um grau de retenção de β10 ≥

1008 para o uso com fluidos de base sintética (HEES), base de água (HEPG), base vegetal (HETG) e fluidos do tipo HEPR. Tabela 11. Níveis de limpeza recomendados para componentes

hidráulicos segundo norma ISO 4406 (ISO, 1999) Componente ISO 4406 (ISO, 1999) Código ISO

Servoválvulas 16/14/11

Válvulas proporcionais 17/15/12

Bomba / Motores (palhetas - pistão) 18/16/13 Válvulas de controle direcional 18/16/13 Válvulas reguladoras de pressão 18/16/13

Bombas de engrenagem 19/17/14

Cilindros 20/18/15

Válvulas reguladoras de vazão 20/18/15

Óleo novo (sem uso) 20/18/15

Tarefa 2.5.3 Recomendar o uso de respiro de ar dessecativo Quando o reservatório aspira o ar, este contém vapor de água que é introduzido no sistema. As flutuações de temperatura farão com que o vapor de água condense. Essa água condensada acelerará a oxidação do

8 _{Este valor de grau de retenção é indicado pela maioria de fabricantes de componen-}

tes hidráulicos (ex. (DONALDSON, 2012), (BOSCH REXROTH, 2012), (SAUER DANFOSS, 2012)).

Capítulo 5 – Sistematização do projeto de sistemas hidráulicos – SHBIO 129

fluido, o que causará danos ao sistema. Para evitar este tipo de proble- ma, filtros de ar dessecantes são instalados no reservatório.

O filtro de ar dessecante é um dispositivo que retira contaminan- tes do ar e impede que excesso de umidade entre no reservatório.

Como mostrado na Figura 57, um respiro tipo típico dessecante contém dois filtros de partículas sólidas, um filtro de carvão ativado, uma camada de agente dessecante (sílica gel) e em alguns casos um difusor de ar. Em sistemas hidráulicos de potência que empreguem flui- do biodegradável é primordial o uso de este tipo de filtro de ar dessecan- te para poder evitar a oxidação.

Figura 57. Detalhes de um respiro de ar dessecativo (Air Sentry®, 2012) O tamanho do reservatório não determina o tamanho do respiro a usar e sim a vazão de ar que entra o sai do reservatório. Dois fatores criam esta vazão de ar que são as mudanças no volume do fluido e as variações da temperatura neste.

Tarefa 2.5.4 Recomendações sobre o uso de tampa - respiro Esta tarefa traz a recomendação da inclusão de um respiro (filtro de ar) instalado no reservatório o qual é normalmente combinado com o bocal de abastecimento (tampa). A função primordial do respiro é man- ter a pressão atmosférica no interior do reservatório (permitir a equaliza- ção da pressão atmosférica entre o interior do tanque e a pressão do ambiente externo), esteja ele cheio ou vazio. O tamanho do respiro pos- sui uma relação diretamente proporcional á vazão do sistema; quanto maior for esta vazão, tanto maior deve ser o respiro. Já o bocal tem a função de permitir o enchimento do reservatório com fluido hidráulico. Em seu interior há uma tela fina para impedir a penetração de corpos estranhos no reservatório.

130 Capítulo 5 – Sistematização do projeto de sistemas hidráulicos – SHBIO

 Segundo a norma NFPA (NFPA, 1996), recomenda-se que o filtro do respiro deva ter uma malha de no mínimo 40µm e o elemento filtrante deve estar protegido contra danos físicos, além de usar os mesmos tipos de meios filtrantes recomenda- dos na tarefa 2.5.1.