Métodos de ensaio ISO 4548 para filtros de óleo lubrificante: verificação do desempenho de filtros de fluxo total

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Estrutura e escopo da série ISO 4548

A ISO 4548 é composta por 13 partes, cada uma tratando de um atributo de desempenho específico dos filtros de óleo lubrificante de fluxo total. As partes mais importantes na operação são: Parte 1 (ensaio de carga axial: resistência à força axial); Parte 2 (ensaio da válvula de bypass do elemento: pressão de abertura e características de vazão); Parte 5 (simulação de partida a frio: pressão diferencial em baixa temperatura e alta viscosidade); Parte 6 (pressão de ruptura estática: contenção de pressão da carcaça); Parte 7 (ensaio de fadiga dos conjuntos de filtro: ciclos de pressão); Parte 8 (ensaio de vibração: integridade estrutural sob a vibração do motor); Parte 12 (eficiência de filtração e capacidade de retenção de sujeira: ensaio multipass); Parte 13 (ensaio da válvula antidreno: integridade da vedação e pressão de abertura). As partes 3, 4 e 9–11 tratam da resistência à fadiga por vazão, da resistência a alta pressão, da uniformidade do ensaio de contaminação e do vazamento interno. Um programa completo de qualificação de filtros cita o conjunto completo de partes aplicáveis; as partes específicas da aplicação (por exemplo, o ensaio de vibração de filtros montados no motor) são obrigatórias quando pertinentes.

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Parte 1: ensaio de carga axial

O ensaio de carga axial (ISO 4548-1) verifica a resistência do conjunto do filtro às forças axiais aplicadas às tampas do elemento e à carcaça. Durante a operação do motor, um filtro spin-on sofre carga axial por: (1) a pressão do sistema atuando na extremidade fechada do filtro (F = P × A, em que A é a área da extremidade fechada); (2) os ciclos térmicos, que causam dilatação diferencial entre o elemento e a carcaça; (3) a orientação de montagem: filtros montados na vertical com o peso de toda a coluna de óleo. A ISO 4548-1 aplica uma carga axial controlada ao conjunto do filtro e mede a deflexão e a deformação permanente. Critérios de falha: abertura de um caminho de bypass do elemento; separação das tampas da mídia; deformação da carcaça que permita bypass entre carcaça e elemento. A carga de ensaio costuma ser especificada como múltiplo da carga na pressão máxima de operação, garantindo um fator de segurança acima das condições normais de serviço. Esse ensaio complementa a ISO 2941 (ensaio geral de colapso de filtros), mas é específico da configuração do conjunto spin-on, incluindo o engate da rosca e a interação com a carcaça.

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Parte 2: ensaio da válvula de bypass do elemento

A ISO 4548-2 define o método de ensaio da pressão de abertura e das características de vazão da válvula de bypass. O ensaio mede: (1) pressão de abertura: a pressão diferencial na qual a válvula de bypass começa a deixar passar fluido; (2) vazão com abertura total: a pressão diferencial na qual a válvula de bypass deixa passar a vazão nominal do sistema; (3) pressão de refechamento: a pressão diferencial na qual a válvula volta à posição fechada à medida que a vazão diminui; (4) vazamento na condição fechada: qualquer vazão através da válvula abaixo da pressão de abertura. Faixa padrão de pressão de abertura das válvulas de bypass de óleo de motor: 0.7–1.4 bar, conforme a especificação do fabricante do motor. A histerese da válvula de bypass (pressão de abertura − pressão de refechamento) deve ser minimizada: histerese excessiva significa que a válvula fica aberta depois que o transiente de partida a frio passou, deixando passar óleo não filtrado por um período prolongado. A ISO 4548-2 exige que o ensaio seja feito na viscosidade nominal do fluido para simular as condições de partida a frio, quando a ativação da válvula de bypass é mais provável.

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Parte 5: ensaio de simulação de partida a frio

A ISO 4548-5 simula as condições de partida a frio para verificar o comportamento da pressão diferencial do filtro quando a viscosidade do óleo é máxima. O ensaio usa um fluido de alta viscosidade especificada na temperatura de ensaio para representar o óleo de motor na temperatura ambiente mínima esperada. Para um SAE 15W-40 a −20°C, a viscosidade se aproxima de 3,000–5,000 cSt; o filtro deve: (a) permitir que a válvula de bypass abra na pressão de abertura especificada antes do colapso do elemento; ou (b) se não tiver válvula de bypass, demonstrar que mantém a integridade estrutural do elemento na pressão diferencial máxima esperada na partida a frio. A ISO 4548-5 mede: Δp versus vazão na viscosidade a frio; ponto de ativação da válvula de bypass; tempo para voltar à condição de bypass fechado com o aumento da temperatura. Esse ensaio identifica filtros cuja pressão de abertura da válvula de bypass está alta demais em relação à Δp de partida a frio, permitindo danos estruturais ao elemento antes da ativação do bypass: um modo de falha que o ensaio em temperatura ambiente não detecta.

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Partes 6 e 7: ensaios de ruptura e de fadiga

A Parte 6 (ruptura estática) pressuriza o conjunto completo do filtro até a destruição (ou até a pressão de prova especificada), medindo a pressão de ruptura e o modo de falha. Para um filtro de óleo lubrificante com pressão de operação nominal de 10 bar, a Parte 6 normalmente exige prova a ≥30 bar sem vazamento. A Parte 7 (fadiga) cicla o filtro entre 0 e a pressão de operação máxima por um número definido de ciclos (normalmente 50,000–100,000 ciclos) para simular uma longa vida útil sob as pulsações de pressão da bomba de óleo do motor. Após os ciclos de fadiga, o filtro é inspecionado quanto a: deformação da mídia; falha da colagem das tampas; desgaste ou trinca por fadiga na rosca da carcaça; dano no assento da válvula de bypass. Modo de falha por fadiga não detectado pelos ensaios estáticos: a delaminação progressiva da colagem das tampas sob Δp cíclica, no início um pequeno caminho de bypass que cresce ciclo a ciclo. A ISO 4548-7 abrange tanto o elemento quanto o sistema montado carcaça-elemento, porque a carga de fadiga na carcaça afeta as interfaces da rosca e da superfície de assentamento, que um ensaio só do elemento não consegue avaliar.

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Parte 8: ensaio de vibração

Os filtros montados no motor sofrem vibração contínua pela combustão do motor e pela oscilação do trem de força. A ISO 4548-8 especifica um ensaio de vibração que varre uma faixa de frequências definida (normalmente 10–200 Hz) em uma aceleração definida (nível g, derivado de medições de vibração específicas do motor) por um tempo definido. Modos de falha por vibração: (1) fratura por fadiga da fundição da carcaça na raiz da rosca ou nas mudanças de seção da parede; (2) afrouxamento progressivo da rosca (elementos spin-on desenroscando); (3) vibração ressonante da estrutura interna do elemento causando fadiga da mídia; (4) vibração da válvula de bypass: a válvula entra em ressonância com a frequência de combustão do motor e provoca eventos de bypass cíclicos. A SAE J806 especifica requisitos de vibração adicionais para aplicações automotivas e deve ser citada junto com a ISO 4548-8 em veículos de passageiros e aplicações de serviço leve. Os resultados do ensaio de vibração na fase de desenvolvimento orientam a orientação de montagem, as provisões de amortecimento e o projeto dos suportes para a instalação em produção.

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Parte 12: eficiência de filtração e capacidade de retenção de sujeira

A ISO 4548-12 define o ensaio de eficiência de filtração multipass dos filtros de óleo lubrificante, análogo à ISO 16889 para filtros hidráulicos e industriais. Principais diferenças em relação à ISO 16889: (1) fluido de ensaio: a ISO 4548-12 usa óleo de motor em viscosidade definida, não fluido de ensaio hidráulico; (2) pó de ensaio: pó de ensaio médio ISO (ISO 12103-1 A2 Fine) injetado a uma taxa controlada; (3) pressão e vazão de ensaio: definidas para representar as condições de operação do sistema de lubrificação do motor (normalmente 3–5 bar na viscosidade de operação); (4) condição terminal: o ensaio termina quando a Δp atinge um múltiplo definido da Δp inicial do elemento limpo (normalmente 5×); a capacidade de retenção de sujeira (g) é registrada na condição terminal. O cálculo da razão Beta é idêntico ao da ISO 16889: β_x(c) = contagem a montante / contagem a jusante no tamanho de partícula x µm(c). A certificação de elementos filtrantes para motores deve citar a conformidade com a ISO 4548-12, não apenas com a ISO 16889: fluidos e condições de ensaio diferentes produzem resultados de eficiência absoluta diferentes para o mesmo elemento.

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Parte 13: ensaio da válvula antidreno

A ISO 4548-13 ensaia o funcionamento da válvula antidreno (ADV) em conjuntos de filtros spin-on. O ensaio verifica: (1) vedação: o óleo não drena pela ADV de um conjunto de filtro invertido e cheio de óleo dentro de um tempo especificado; (2) pressão de abertura: a pressão mínima necessária para abrir a ADV (deve ser baixa o suficiente para a pressão de escorva da bomba de óleo na partida a frio, normalmente <0.05 bar); (3) capacidade de vazão: a ADV não restringe a vazão nominal de óleo para o motor nas condições de operação. Uma falha da ADV no sentido fechado (não abre na pressão de escorva da bomba) causa falta de óleo na partida a frio até a bomba gerar pressão suficiente para abrir a ADV contra a carga da mola fechada; nesse período, os mancais funcionam sem lubrificação. Ensaio de vedação invertida da ISO 4548-13: encher o conjunto do filtro com fluido de ensaio; invertê-lo 180°; medir a perda de fluido por 30 minutos. Vazamento aceitável: normalmente ≤10 mL em 30 minutos. A meta de desempenho é uma ADV que vede perfeitamente invertida e abra a 0.02 bar de pressão direta.

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