Engenharia de projeto de carcaças de filtros

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Caracterização da queda de pressão: ISO 3968

A ISO 3968:2001 (Hydraulic Fluid Power — Filters — Method for Evaluating the Pressure Difference-Flow Characteristics) define o método de ensaio para medir a relação entre a pressão diferencial e a vazão volumétrica em um conjunto de filtro completo (carcaça mais elemento) e na carcaça sozinha (sem elemento). Os ensaios são feitos em seis vazões que abrangem a faixa de vazão nominal, com fluido de ensaio ISO VG 15 a 40°C. A curva ΔP-Q resultante caracteriza a resistência hidráulica da carcaça e é usada no projeto do sistema para calcular a margem de pressão disponível para o carregamento do elemento. Os fabricantes de carcaças publicam as curvas ΔP-Q segundo a ISO 3968; os projetistas do sistema devem verificar que a ΔP total do conjunto na vazão nominal (resistência da carcaça mais ΔP inicial do elemento) não consuma mais de 50% da pressão disponível do sistema naquele ponto do circuito.

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Ensaio de colapso do elemento: ISO 2941

A ISO 2941:2009 (Hydraulic Fluid Power — Filter Elements — Verification of Collapse/Burst Pressure Rating) determina a pressão diferencial na qual um elemento filtrante colapsa, flamba ou se deforma além dos limites funcionais. Os elementos são pressurizados de montante para jusante (sentido direto) em incrementos controlados; a pressão de colapso ou ruptura é aquela em que o elemento não consegue mais manter a integridade estrutural. A pressão de abertura da válvula de bypass da carcaça deve ficar abaixo da classificação de colapso do elemento com uma margem de segurança definida: a prática da indústria mantém a pressão de abertura do bypass em no máximo 70% da pressão de colapso mínima do elemento, para evitar danificá-lo nos transientes de alta viscosidade da partida a frio, em que a restrição a jusante causa pressão diferencial alta. Uma válvula de bypass que abre cedo demais desperdiça filtração; uma que abre tarde demais arrisca a falha estrutural do elemento e a contaminação do sistema a jusante com fragmentos do meio.

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Integridade de fabricação: ISO 2942

A ISO 2942:2014 (Hydraulic Fluid Power — Filter Elements — Verification of Fabrication Integrity and Determination of the First Bubble Point) estabelece um ensaio de ponto de bolha que verifica a integridade do meio de filtração, das tampas e das colagens entre o meio e as tampas do elemento. Aplica-se ar comprimido a montante do elemento imerso em fluido ISO VG 15; a pressão na qual aparece a primeira corrente contínua de bolhas a jusante é a pressão do primeiro ponto de bolha. O primeiro ponto de bolha se correlaciona com o maior poro do elemento e fornece um indicador de limite inferior da eficiência de filtração. As superfícies de vedação da carcaça (canais de O-ring, furos de vedação e faces de contato das tampas) devem ser usinadas com tolerâncias dimensionais que garantam que o elemento permaneça em contato com a superfície de vedação da carcaça durante todo o ciclo de pressão, mantendo a integridade do ponto de bolha em serviço.

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Compatibilidade de materiais e fluidos: ISO 2943

A ISO 2943:1998 (Hydraulic Fluid Power — Filter Elements — Verification of Material Compatibility with Fluids) define os procedimentos de ensaio para avaliar a compatibilidade do meio, das vedações, das tampas e dos adesivos do elemento filtrante com os fluidos hidráulicos. As vedações da carcaça devem ser especificadas para toda a faixa de temperatura de serviço e o tipo de fluido: borracha nitrílica (NBR) para aplicações com óleo mineral de −40°C a +120°C; borracha fluorocarbônica (FKM/Viton) para ésteres sintéticos, ésteres de fosfato e óleo mineral em alta temperatura de −20°C a +200°C; etileno propileno dieno monômero (EPDM) para fluidos hidráulicos de água-glicol, em que o NBR se degradaria em soluções aquosas. Os corpos das carcaças (aço-carbono, ferro fundido ou alumínio) exigem revestimento ou banho interno para evitar a geração de produtos de corrosão no fluido: revestimento epóxi por cataforese no aço-carbono, anodização dura no alumínio ou revestimento de aço inoxidável em aplicações com fluidos agressivos.

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Normas de conexão das portas: ISO 6162 e SAE J806

As conexões das portas das carcaças de filtros hidráulicos devem atender a normas dimensionais para garantir a intercambialidade e uma instalação sem vazamentos. A ISO 6162-1 define as conexões de flange bipartido de quatro parafusos código 61 classificadas para 3,000 psi (207 bar); a ISO 6162-2 define as conexões código 62 classificadas para 6,000 psi (414 bar). A SAE J518 é o equivalente norte-americano da ISO 6162. Os conjuntos de filtros rosqueados para óleo de motor usam conexões rosqueadas segundo a SAE J806, que padroniza o tipo de rosca, o passo e a geometria de contato da junta para diferentes classificações de vazão e pressão. A ISO 228 e a ISO 6149 definem as roscas de porta retas e métricas usadas nas conexões de entrada e saída da carcaça. A pressão de trabalho nominal da carcaça deve ser documentada e corresponder à classificação da norma de conexão específica: a MAWP (pressão máxima de trabalho admissível) da carcaça normalmente é 3× a pressão de operação normal como fator de segurança mínimo segundo os princípios de projeto de vasos de pressão.

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Indicadores de pressão diferencial

Os indicadores de ΔP fornecem um sinal visual ou elétrico quando a pressão diferencial do elemento atinge o limite de manutenção. Os indicadores visuais de acionamento (tipo botão mecânico) acionam com 0.7 bar de pressão diferencial; os indicadores elétricos com chave reed acionam com 1.0–1.5 bar de pressão diferencial. O limite de acionamento deve ficar abaixo da pressão de abertura da válvula de bypass da carcaça, para que o sinal de manutenção seja gerado antes que a vazão de bypass contorne o elemento. Em sistemas em que as condições transitórias de alta viscosidade da partida disparariam uma indicação de manutenção falsa, é necessária a supressão na partida a frio: um elemento bimetálico de anulação por temperatura mantém o indicador na posição de rearme até que a temperatura do óleo supere um limite (normalmente 20–30°C acima da ambiente) que confirme condições de regime estável. Os indicadores visuais devem ficar visíveis do nível do solo sem remover painéis; as saídas elétricas são ligadas ao sistema de controle da máquina para monitoramento remoto e gestão dos intervalos de manutenção.

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