Ingeniería de diseño de carcasas de filtros

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Caracterización de la caída de presión: ISO 3968

ISO 3968:2001 (Hydraulic Fluid Power — Filters — Method for Evaluating the Pressure Difference-Flow Characteristics) define el método de ensayo para medir la relación entre la presión diferencial y el caudal volumétrico en un conjunto de filtro completo (carcasa más elemento) y en la carcasa sola (sin elemento). Los ensayos se hacen a seis caudales que abarcan el rango de caudal nominal, con fluido de ensayo ISO VG 15 a 40°C. La curva ΔP-Q resultante caracteriza la resistencia hidráulica de la carcasa y se usa en el diseño del sistema para calcular el margen de presión disponible para la carga del elemento. Los fabricantes de carcasas publican las curvas ΔP-Q según ISO 3968; los diseñadores del sistema deben verificar que la ΔP total del conjunto al caudal nominal (resistencia de la carcasa más ΔP inicial del elemento) no consuma más del 50% de la presión disponible del sistema en ese punto del circuito.

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Ensayo de colapso del elemento: ISO 2941

ISO 2941:2009 (Hydraulic Fluid Power — Filter Elements — Verification of Collapse/Burst Pressure Rating) determina la presión diferencial a la que un elemento filtrante colapsa, se pandea o se deforma más allá de sus límites funcionales. Los elementos se presurizan de aguas arriba hacia aguas abajo (sentido directo) en incrementos controlados; la presión de colapso o estallido es aquella con la que el elemento ya no puede mantener su integridad estructural. La presión de apertura de la válvula de derivación de la carcasa debe fijarse por debajo de la clasificación de colapso del elemento con un margen de seguridad definido: la práctica de la industria mantiene la presión de apertura de la derivación en no más del 70% de la presión de colapso mínima del elemento, para evitar dañarlo en los transitorios de alta viscosidad del arranque en frío, donde la restricción aguas abajo provoca una presión diferencial alta. Una válvula de derivación que se abre antes de tiempo desperdicia filtración; una que se abre demasiado tarde arriesga la falla estructural del elemento y la contaminación del sistema aguas abajo con fragmentos del medio.

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Integridad de fabricación: ISO 2942

ISO 2942:2014 (Hydraulic Fluid Power — Filter Elements — Verification of Fabrication Integrity and Determination of the First Bubble Point) establece un ensayo de punto de burbuja que verifica la integridad del medio de filtración, de las tapas y de las uniones entre el medio y las tapas del elemento. Se aplica aire comprimido aguas arriba del elemento sumergido en fluido ISO VG 15; la presión a la que aparece la primera corriente continua de burbujas aguas abajo es la presión del primer punto de burbuja. El primer punto de burbuja se correlaciona con el poro más grande del elemento y da un indicador de límite inferior de la eficiencia de filtración. Las superficies de sellado de la carcasa (ranuras de O-ring, barrenos de sellado y caras de contacto de las tapas) deben mecanizarse con tolerancias dimensionales que garanticen que el elemento siga en contacto con la superficie de sellado de la carcasa durante todo el ciclo de presión, para mantener la integridad del punto de burbuja en servicio.

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Compatibilidad de materiales y fluidos: ISO 2943

ISO 2943:1998 (Hydraulic Fluid Power — Filter Elements — Verification of Material Compatibility with Fluids) define los procedimientos de ensayo para evaluar la compatibilidad del medio, los sellos, las tapas y los adhesivos del elemento filtrante con los fluidos hidráulicos. Los sellos de la carcasa deben especificarse para todo el rango de temperatura de servicio y el tipo de fluido: caucho nitrilo (NBR) para aplicaciones con aceite mineral de −40°C a +120°C; caucho fluorocarbonado (FKM/Viton) para ésteres sintéticos, ésteres fosfato y aceite mineral a alta temperatura de −20°C a +200°C; etileno propileno dieno monómero (EPDM) para fluidos hidráulicos de agua-glicol, donde el NBR se degradaría en soluciones acuosas. Los cuerpos de las carcasas (acero al carbono, hierro fundido o aluminio) requieren un recubrimiento o un baño interno para evitar que se generen productos de corrosión en el fluido: recubrimiento epoxi por cataforesis en el acero al carbono, anodizado duro en el aluminio o revestimiento de acero inoxidable en aplicaciones con fluidos agresivos.

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Normas de conexión de los puertos: ISO 6162 y SAE J806

Las conexiones de los puertos de las carcasas de filtros hidráulicos deben cumplir normas dimensionales para asegurar la intercambiabilidad y una instalación sin fugas. ISO 6162-1 define las conexiones de brida partida de cuatro tornillos código 61 clasificadas para 3,000 psi (207 bar); ISO 6162-2 define las conexiones código 62 clasificadas para 6,000 psi (414 bar). SAE J518 es el equivalente norteamericano de ISO 6162. Los conjuntos de filtros roscados para aceite de motor usan conexiones roscadas según SAE J806, que normaliza el tipo de rosca, el paso y la geometría de contacto de la junta para distintas clasificaciones de caudal y presión. ISO 228 e ISO 6149 definen las roscas de puerto rectas y métricas usadas en las conexiones de entrada y salida de la carcasa. La presión de trabajo nominal de la carcasa debe documentarse y corresponder a la clasificación de la norma de conexión específica: la MAWP (presión máxima de trabajo admisible) de la carcasa suele ser 3× la presión de operación normal como factor de seguridad mínimo según los principios de diseño de recipientes a presión.

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Indicadores de presión diferencial

Los indicadores de ΔP dan una señal visual o eléctrica cuando la presión diferencial del elemento llega al umbral de servicio. Los indicadores visuales emergentes (tipo botón mecánico) se activan con 0.7 bar de presión diferencial; los indicadores eléctricos con interruptor reed se activan con 1.0–1.5 bar de presión diferencial. El umbral de activación debe fijarse por debajo de la presión de apertura de la válvula de derivación de la carcasa, para que la señal de servicio se genere antes de que el caudal de derivación saltee el elemento. En los sistemas donde las condiciones transitorias de alta viscosidad del arranque dispararían una indicación de servicio falsa, se requiere supresión en el arranque en frío: un elemento bimetálico de anulación por temperatura mantiene el indicador en posición de reposición hasta que la temperatura del aceite supera un umbral (normalmente 20–30°C por encima de la ambiente) que confirma condiciones de régimen estable. Los indicadores visuales deben ubicarse de modo que se vean desde el nivel del suelo sin retirar paneles; las salidas eléctricas se conectan al sistema de control de la máquina para el monitoreo remoto y la gestión de los intervalos de mantenimiento.

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