Filtro hidráulico

El filtro hidráulico es un componente de los sistemas hidráulicos que elimina del líquido hidráulico las impurezas, como partículas sólidas, partículas de desgaste, agua y subproductos de la oxidación. De este modo, protege las bombas, las válvulas y los cilindros hidráulicos contra el desgaste y las averías. Hasta el 80 % de todas las averías hidráulicas pueden atribuirse al aceite contaminado, lo que subraya la importancia de la filtración.

Conceptos básicos y funcionamiento de los filtros hidráulicos

Los filtros hidráulicos funcionan según el principio de la separación mecánica. El fluido hidráulico fluye a través del medio filtrante, que retiene las partículas de un tamaño superior a una determinada dimensión. Los tipos de construcción varían considerablemente en función de la posición del filtro en el circuito, el tipo de medio filtrante y el grado de pureza requerido. Sin embargo, la función básica de cualquier filtro hidráulico sigue siendo la misma: mejorar la pureza del aceite de tal manera que los componentes sensibles del sistema puedan funcionar de forma fiable, con un desgaste mínimo.

Las partículas se eliminan mediante diversos mecanismos. Las partículas grandes quedan retenidas en la superficie del material filtrante por acción de cribado. Las partículas más pequeñas se adhieren a las fibras del material filtrante por adsorción o bajo la influencia de las fuerzas de inercia. La combinación de estos mecanismos determina la eficiencia de separación del filtro y su capacidad para retener las impurezas.

Tipos de filtros y su ubicación en el circuito hidráulico

La elección del filtro hidráulico depende en gran medida de su posición en el circuito. Cada posición plantea requisitos distintos en cuanto a resistencia a la presión, finura de filtrado y caudal.

Filtros de aspiración

Los filtros de aspiración se colocan en la tubería de aspiración, entre el depósito y la bomba. Su función principal es proteger la bomba contra impurezas de gran tamaño que pudieran ser aspiradas desde el depósito. Dado que funcionan en condiciones de vacío, la pérdida de presión en ellos debe ser mínima para evitar que se produzca una diferencia de presión en la bomba. La finura típica del filtro varía entre 25 y 100 µm. Los filtros de aspiración suelen estar diseñados como sencillos filtros de malla o de cinta, y los modelos de muchos fabricantes pueden limpiarse.

Filtros de descarga

Los filtros de presión se instalan en el lado de presión de la bomba y protegen los componentes más sensibles del sistema, como las servoválvulas y las válvulas proporcionales. Estos funcionan a la presión máxima del sistema y, por lo tanto, deben tener una carcasa especialmente robusta, fabricada en acero o hierro fundido. La finura de filtrado varía entre 3 y 25 µm, y los filtros de alta presión pueden funcionar a una presión de hasta 420 bar. Los filtros de presión suelen diseñarse como filtros tubulares, filtros con brida o filtros intercambiables, y están equipados con válvulas de derivación integradas.

Filtros de retorno

Los filtros de retorno se colocan en la tubería de retorno, antes del depósito, y purifican el aceite antes de que este vuelva al depósito. Constituyen la última barrera contra las impurezas y evitan que las partículas de desgaste y las impurezas del circuito lleguen al depósito. Los valores nominales típicos de los filtros oscilan entre 3 y 10 µm. Los filtros de retorno funcionan a baja presión, hasta aproximadamente 20–63 bar, y suelen estar disponibles en versiones que se montan en el depósito o en un sistema doble, lo que permite sustituir los filtros durante el funcionamiento.

Filtros de derivación

Los filtros de derivación, también denominados filtros de flujo lateral, se instalan en paralelo al circuito principal. Estos desvían una pequeña parte del caudal —aproximadamente entre el 5 y el 10 por ciento del caudal total— y la conducen a través de una etapa de filtrado especialmente fina. Gracias a sus finidades de filtrado de entre 1 y 5 µm y a la separación adicional de agua, garantizan una purificación continua del aceite que supera la capacidad del filtro principal. Los filtros de derivación son indispensables, sobre todo en sistemas con altos requisitos de pureza del aceite, como los sistemas servohidráulicos.

Filtros de purga

A menudo se pasan por alto, pero son igual de importantes: los filtros de purga evitan que el aire atmosférico, que contiene polvo y humedad, entre en el aceite hidráulico durante la expansión y contracción del depósito. Funcionan de forma pasiva y filtran el aire entrante con una precisión que suele oscilar entre 1 y 10 µm.

Materiales filtrantes: filtros de superficie y filtros de profundidad

El material filtrante constituye el corazón de todo filtro hidráulico. En principio, existen dos principios de funcionamiento, que difieren considerablemente en cuanto a construcción, rendimiento y posibilidad de reutilización.

Filtros de superficie

Los filtros de superficie retienen las partículas en una superficie específica, similar a un tamiz. Por lo general, están compuestos por una malla de acero inoxidable o por materiales no tejidos de fibras metálicas con poros de geometría definida. Su ventaja radica en la clara línea de separación y en la posibilidad de limpieza. Pueden limpiarse mediante retrolavado y reutilizarse varias veces. Sin embargo, su capacidad para retener impurezas es limitada, ya que las partículas se acumulan en la superficie formando un depósito de filtro, lo que restringe cada vez más el caudal. La finura típica del filtro varía entre 10 y 250 µm.

Filtros de profundidad

Los filtros de profundidad consisten en una red tridimensional de fibras, fabricados normalmente con fibra de vidrio, celulosa o poliéster. Estos retienen las partículas en el propio material filtrante, no solo en su superficie. Por ello, tienen una capacidad mucho mayor para retener impurezas y la diferencia de presión aumenta de forma más gradual. Los filtros de profundidad son desechables y deben sustituirse una vez saturados. Gracias a su finura de filtrado, comprendida entre 2 y 25 µm, cubren el rango crítico para la protección de componentes hidráulicos sensibles. Los medios filtrantes de fibra de vidrio alcanzan valores beta superiores a 200 según la norma ISO 16889, lo que equivale a una eficiencia de separación superior al 99, 5 %.

Tamaño de grano del filtro y eficiencia de separación

La precisión de filtración por sí sola no dice mucho sobre el rendimiento real del filtro hidráulico. El factor más importante es la eficiencia de separación, es decir, el porcentaje de partículas de un tamaño determinado que son retenidas por el medio filtrante. La norma ISO 16889 define para ello el coeficiente beta: un valor beta de 200 para partículas de 10 µm significa que, de cada 200 partículas de este tamaño, solo una atraviesa el filtro. Cuanto mayor sea el valor beta, más fiable será la separación.

Hay que distinguir entre la precisión nominal y la precisión absoluta del filtro. La precisión nominal describe un valor orientativo, mientras que la precisión absoluta determina el tamaño de partícula al que el medio filtrante alcanza el valor beta definido. A la hora de diseñar un filtro hidráulico, la precisión absoluta del filtro según la norma ISO 16889 es siempre el factor decisivo.

Clases de contaminación según la norma ISO 4406

La pureza del aceite hidráulico se clasifica según la norma ISO 4406. Esta norma especifica el número de partículas por mililitro en tres clases de tamaño: mayores de 4 µm, mayores de 6 µm y mayores de 14 µm. Un aceite con, por ejemplo, la clase 18/16/13 contiene un número de partículas que se corresponde con los niveles de estas clases. Cuanto más bajos sean los números, más puro es el aceite.

La clase de pureza requerida depende de la sensibilidad de los componentes del sistema. Las válvulas servo y las válvulas proporcionales requieren clases como 16/14/11 o superiores, mientras que los sistemas hidráulicos estándar pueden funcionar con la clase 18/16/13. Para accionamientos de alta precisión pueden ser necesarias clases de pureza de 15/13/10 o inferiores. El filtro hidráulico debe estar diseñado de tal forma que mantenga de manera fiable la clase prevista en condiciones de funcionamiento.

La válvula de derivación y el control de presión diferencial

La válvula de derivación del filtro hidráulico se abre cuando la diferencia de presión en el elemento filtrante supera un umbral preestablecido. Esto ocurre cuando el medio filtrante se satura de partículas y la resistencia al flujo se vuelve excesiva. La válvula desvía el aceite por fuera del filtro, lo que evita que la presión en el sistema aumente hasta un nivel inaceptable o que se produzca cavitación en la bomba. Inconveniente: el aceite fluye sin filtrar, por lo que la apertura de la válvula de derivación es una señal clara de que hay que sustituir el filtro.

Por lo tanto, la supervisión de la diferencia de presión es una herramienta esencial para controlar el estado técnico. Los interruptores de diferencia de presión, ya sean manuales o electrónicos, indican el grado de contaminación del cartucho filtrante. Los indicadores visuales de ensuciamiento, con elementos que cambian de color o sobresalen, proporcionan al personal de mantenimiento información visual rápida. Los sensores electrónicos pueden transmitir el valor de la diferencia de presión al sistema de control, lo que permite realizar un mantenimiento predictivo.

Averías debidas a una filtración insuficiente

Una filtración insuficiente provoca averías acumulativas, que se agravan con el paso de los meses y, posteriormente, dan lugar a un fallo repentino. La contaminación por partículas sólidas obstruye los orificios de regulación de precisión de las válvulas proporcionales, provoca un mayor desgaste de las bombas y los cilindros y puede dar lugar al bloqueo de las válvulas. La presencia de agua en el aceite acelera la degradación de los aditivos, favorece la corrosión y altera la viscosidad. Los subproductos de la oxidación forman resinas y depósitos que obstruyen los canales de refrigeración y los orificios de regulación.

Las consecuencias van desde un mayor consumo de energía y movimientos incontrolados hasta una parada total del sistema. Un filtro hidráulico bien elegido reduce considerablemente el número de averías y disminuye los costes a lo largo de la vida útil del sistema.

Mantenimiento y servicio

El mantenimiento periódico de los filtros hidráulicos es esencial para la fiabilidad del sistema. Los cartuchos filtrantes deben sustituirse a tiempo, antes de que se abra la válvula de derivación. La frecuencia de sustitución depende de las especificaciones del fabricante, del número de horas de funcionamiento y del grado real de contaminación. La supervisión de la diferencia de presión ayuda a determinar el momento óptimo para la sustitución.

Además de la sustitución de los filtros, el análisis periódico del aceite también forma parte de un buen mantenimiento. Este análisis proporciona información sobre el contenido de partículas sólidas, el contenido de agua, la viscosidad y el estado de los aditivos. También hay que prestar atención a las carcasas de los filtros: los pulsadores de purga de condensado de los filtros de presión deben accionarse periódicamente y los filtros de purga del depósito deben revisarse en cada cambio de aceite.

Normas para filtros hidráulicos

Existen diversas normas que regulan los ensayos, la clasificación y el uso de los filtros hidráulicos:

• ISO 16889: Establece el ensayo de ciclos múltiples que se utiliza para determinar la capacidad de filtrado y el coeficiente beta. Se trata de la norma básica para la evaluación de los elementos filtrantes.
• DIN ISO 11170: Establece los procedimientos de ensayo para los elementos filtrantes y complementa la norma ISO 16889 con requisitos para la realización de los ensayos.
• ISO 4406: Clasifica el grado de pureza de los fluidos hidráulicos y constituye la base para establecer los valores objetivo en el diseño de filtros.
• DIN ISO 4413: Establece requisitos de seguridad para los sistemas hidráulicos, incluidas especificaciones relativas a la filtración y la pureza del aceite.