Cartuccia Filtro Olio Idraulico: Funzionamento e Manutenzione

Gli agenti contaminanti che entrano nei circuiti dei sistemi oleodinamici possono determinare notevoli guasti all’impianto. Per limitare i danni è fondamentale una buona pulizia dell’olio attraverso, ad esempio, l’adozione di un sistema di filtrazione dimensionato opportunamente e non solo. Per i costruttori e gli utilizzatori finali delle macchine la filtrazione rappresenta una priorità e rientra pienamente nelle strategie di fluid care, quelle soluzioni e sistemi cioè che hanno il compito di ridurre e abbattere il livello di contaminazione del fluido idraulico.

L'Importanza della Filtrazione nell'Oleodinamica

Una condizione essenziale per il buon funzionamento di un motore endotermico è che esso sia costantemente ben lubrificato per preservare il buon funzionamento di tutte quelle sue parti in movimento che necessitano di un velo d’olio per diminuire gli attriti, ridurre le temperature di esercizio, e asportare impurità che possono generarsi nei motori. Il filtro dell’olio motore ha lo scopo di pulire continuamente l’olio, eliminando le impurità presenti all’interno dello stesso, come ad esempio le particelle che si generano a seguito della continua abrasione degli organi in movimento, alle eventuali polveri derivanti da contaminazione ambientale, nonché ai residui carboniosi della combustione.

Il compito che sono chiamati a svolgere è impegnativo e gravoso. Devono infatti garantire che gli olii e il gasolio in circolazione siano del tutto privi di particelle estranee, e quindi il filtro deve essere in grado di fermare anche le particelle di più infime dimensioni, e al contempo è necessario considerare che il filtraggio deve avvenire causando la minima resistenza possibile al passaggio dei fluidi, ovvero causando le minori perdite di pressione possibili.

Nei trattori, escludendo eventuali particelle solide che arrivano dall’esterno del motore o dell’impianto idraulico, che possono entrare in essi quando si sostituisce l’olio o si effettua qualche intervento di riparazione, si ha a che fare nella maggior parte dei casi con particelle che si originano dai metalli e si formano internamente. Queste particelle derivano ad esempio dall’usura dei suoi componenti a seguito di un continuo strisciamento, ma possono anche derivare da processi di ossidazione o da reazioni chimiche dei materiali, come quelli a contatto con i prodotti della combustione (morchie, lacche, ecc.), nonché da microlesioni o piccole rotture da stress meccanico e/o termico. Ad ogni modo i diametri delle particelle che occorre necessariamente arrestare sono generalmente compresi tra i 5 e i 60 micron.

Per quanto riguarda il sistema idraulico il discorso è similare - seppur non siano presenti all’interno del circuito idraulico residui di combustione - una filtrazione non efficiente provvederebbe a far usurare precocemente innanzitutto gli anelli di tenuta, costituiti con materiali che giocoforza devono essere piuttosto morbidi. Anche eventuali microlesioni delle parti metalliche non sarebbero però meno deleterie, date le elevate pressioni normalmente utilizzate nei circuiti idraulici.

La Strategia di Fluid Care

La strategia di fluid care da adottare ha uno stretto legame con la tipologia di sistema di filtrazione installato. Il punto di partenza, per garantire che il sistema di filtrazione sia adeguato, è determinare la più corretta classe di contaminazione per lo specifico impianto. I diversi componenti che lo compongono sono, infatti, soggetti a classi di contaminazione diverse il cui valore specifico è generalmente indicato nell’apposito manuale di uso e manutenzione. La scelta dei filtri deve essere quindi eseguita in funzione della necessità di rientrare nella classe di contaminazione tollerata. Successivamente il sistema deve essere equilibrato, per questa ragione solitamente si utilizza lo stesso grado di filtrazione in mandata e ritorno. È altresì possibile scegliere un grado di filtrazione più fine, sul ritorno in modo da alleggerire il lavoro del filtro in mandata. Ciò rappresenta spesso una scelta vantaggiosa dal punto di vista economico.

Non da ultimo, è bene ricordare che anche l'aria è un contaminante che potrebbe danneggiare il sistema. I filtri aria, chiamati di polmonazione (standardizzati a 3 micron), filtrano la contaminazione che potrebbe entrare attraverso il serbatoio dall’ambiente esterno. Come dimensionare quindi correttamente i filtri d’aria? La scelta della dimensione corretta dipende dal tipo di applicazione.

Quando Intervenire e Come

Quando il cliente finale riscontra malfunzionamenti (es. rotture a pompe e valvole, surriscaldamenti etc..) o quando, dopo un’analisi, si rilevano classi di contaminazione non all’interno del range fissato per il sistema, allora è il momento di verificare lo stato del sistema di filtrazione. Qualora non fosse possibile intervenire sul sistema esistente per abbassare i livelli di contaminazione possono essere impiegati dei filtri aggiuntivi offline e rientrare così nella classe di contaminazione richiesta. Questi sistemi aspirano l'olio dal serbatoio, lo ricondizionano per poi restituirlo, pulito, nello stesso serbatoio.

Prima di procedere con una pulizia straordinaria è sempre opportuno effettuare un’analisi dell’impianto e dell’olio per definire il livello e la tipologia di contaminazione. Questa operazione permette di procedere con il dimensionamento del sistema di filtrazione aggiuntivo: finezza di filtrazione, portata e tipologia. Data la straordinarietà di questi interventi il noleggio di sistemi di filtrazione offline è divenuto una prassi comune.

Dimensionamento del Sistema di Filtrazione

Il dimensionamento del sistema di filtrazione deve tenere conto di ciò al fine di garantire adeguate prestazioni. Per esempio, nell’ambito specifico dell’energia, che deve assicurare elevati standard di sicurezza, è richiesta una lunga durata della cartuccia, quindi si tende a sovra-dimensionare il filtro in modo che duri di più e non necessiti di frequenti interventi di manutenzione. Sempre per il campo dell’energia sono stati sviluppati dei setti filtranti speciali che eliminano le scariche elettrostatiche per evitare danni al fluido e ai filtri.

Una delle caratteristiche principali del settore macchine mobili, invece, è la partenza a freddo. I filtri quindi sono progettati per sopperire a questa problematica per evitare una danni e guasti all’intero sistema. In ogni caso, il sistema di filtrazione, a prescindere dal settore, va sempre scelto in base alla specifica applicazione a cui è destinato: ad esempio in una piattaforma aerea mobile il sistema è soggetto a minori sollecitazioni mentre un escavatore che svolge un lavoro più gravoso nei cantieri necessita di un sistema molto più complesso.

Principali Categorie di Filtri

Oltre a definire grado di filtrazione, portata, pressione necessari all'impianto è opportuno considerare l'applicazione e quando, invece, l'impianto è già avviato tenere sotto controllo i livelli di contaminazione. Ecco alcune delle principali categorie di filtri:

Filtri su ritorno: filtrano l’olio che torna dall’impianto e servono per evitare che la contaminazione rientri nel serbatoio.
Filtri aria: sono filtri di polmonazione per il serbatoio, servono a evitare che la contaminazione dell’ambiente entri nel circuito quando il livello del serbatoio sale e scende. I filtri aria trovano anche usi differenti come nel caso della lubrificazione.
Filtri offline fissi: sono filtri che montati esternamente al sistema servono a mantenere sempre bassa la classe di contaminazione. Vengono montati spesso in combinazione con scambiatori di calore e hanno il vantaggio di garantire la massima efficienza perché vengono utilizzati a una portata fissa.
Filtri in aspirazione: sono filtri di sicurezza che, posizionati all'interno del serbatoio prima della pompa, evitano l'ingresso di particelle grossolane all’interno della stessa.

Indicatori di Intasamento

Al fine di agevolare il manutentore sono stati messi a punto anche degli speciali indicatori di intasamento che sono da considerare come parte integrante dei sistemi di filtrazione. Gli indicatori di intasamento possono essere di molte tipologie diverse e rendono possibile la manutenzione e sostituzione della cartuccia. A titolo di esempio possiamo fare riferimento al VFL, sensore smart in grado di indicare le ore rimanenti prima dell’intasamento. Indicatori di intasamento: ottici, elettrici, elettronici.

Tipologie di Filtri Meccanici

Il tipo di filtro più utilizzato sui trattori è senza dubbio quello meccanico, anche se esistono per i medesimi scopi anche altri tipi di filtri come quelli magnetici, quelli a sedimentazione e quelli a centrifuga, ma si tratta comunque di sistemi ormai abbandonati o relegati all’utilizzo su grandi motori stazionari. In linea generale il filtro di tipo meccanico pulisce l’olio grazie a un elemento filtrante che ferma e trattiene tutte le impurità e i residui metallici presenti all’interno del fluido che lo attraversa.

I filtri meccanici possono essere di due tipologie, ovvero i più semplici filtri “a immersione”, rappresentati di solito da una semplice cartuccia filtrante, e quelli detti “spin-on” che sono realizzati con una serie di componenti racchiusi all’interno di un involucro metallico. Dopo moltissimi anni nei quali si è assistito ad una egemonia dei filtri compositi, comunemente definiti “spin-on”, ovvero da avvitare, oggi si sta assistendo per i filtri dell’olio motore ad un massiccio ritorno di quelli a immersione, che vengono inseriti in appositi alloggiamenti a bicchiere presenti sul basamento o, sempre più frequentemente, in un modulo che contiene anche lo scambiatore di calore acqua-olio.

I filtri ad “immersione” sono più semplici ed economici, comprendono la sola parte filtrante che viene sostentata tramite una struttura in plastica e/o lamiera, e vanno inseriti in un apposito alloggio a bicchiere presente sul blocco motore. Questo filtro viene venduto solitamente con una guarnizione ad anello (O-Ring) che va sostituita insieme al filtro. I filtri “spin-on” sono invece costituiti da involucri metallici all’interno dei quali vengono collocati l’elemento filtrante e la valvola di bypass; questi vengono fissati al basamento mediante semplice avvitamento e non sono scomponibili. Quando vanno sostituiti si cambia quindi al contempo l’elemento filtrante e la valvola di bypass.

In entrambi i casi comunque l’olio, mediante la relativa pompa viene incanalato e spinto verso il relativo filtro nel quale attraversa gli appositi forellini disposti a cerchio per entrare all’interno del contenitore che ospita l’elemento filtrante che trattiene le impurità, per permettere poi all’olio (o al gasolio) ripuliti di uscire passando dal un foro centrale. Dato che più il filtro lavora più l’elemento filtrante inevitabilmente si intasa intrappolando tutte le particelle di cui sopra e genera una contropressione sempre più elevata, per evitare che la stessa possa raggiungere livelli deleteri nei filtri dell’olio motore e dell’olio lubrificante, esistono le valvole di bypass che, qualora la pressione diventi eccessiva, mettono in comunicazione la mandata con il ritorno facendo così scorrere l'olio senza farlo passare attraverso la cartuccia.

Materiali Filtranti

Parlando di filtri è facile pensare alle classiche “reti” con maglie finissime, che operando come un setaccio trattengono le particelle con un sistema con diametro maggiore delle sue maglie. In effetti la situazione è molto più complessa. Per i filtri utilizzati sulle macchine agricole la situazione è un po’ diversa, infatti di “maglie” vere e proprie non ce ne sono e il materiale filtrante infatti è costituito da fibre di cellulosa disposte in maniera disordinata a formare una struttura dotata di una elevata porosità, che viene spesso impregnata con resine particolari per conferirgli una maggiore durata. Negli ultimi tempi le fibre di cellulosa vengono sempre più spesso sostituite da fibre sintetiche, che si caratterizzano per un diametro mediamente inferiore degli interstizi, e si creano sempre più spesso anche delle strutture multistrato a densità differenziata.

L'Importanza della Pulizia e Filtrazione nei Sistemi Idraulici

Le condizioni di lavoro e gli ambienti che affrontano veicoli e macchinari quotidianamente sono in molti casi così impegnativi da mettere in pericolo i sistemi idraulici. Il serbatoio è quindi cruciale considerando che la forza del sistema dipende proprio dall’olio idraulico contenuto al suo interno. Ogni movimento determina flussi in uscita e in entrata, portando con sé anche le particelle derivanti dall’usura naturale del sistema e in alcuni casi anche dall’ambiente di lavoro. Il filtro immerso o semi-immerso garantisce una crescente efficienza del sistema, preservando l’utilizzatore da alti costi di manutenzione o danni ancora maggiori.

La cartuccia filtro varia da 10 micron fino a 60 micron, in carta, microfibra o rete metallica. Proprio la cartuccia risulta fondamentale nel processo di protezione dell’impianto. Al tempo stesso il tappo di carico con air breather acquisisce un’importanza cruciale per la compensazione dei flussi in entrata e uscita. Se la cartuccia risulta intasata il serbatoio può subire danni considerevoli, potenzialmente causando anche un fermo macchina.

La pulizia e la filtrazione sono dunque determinanti per mantenere bassi costi di manutenzione, e non sono sempre attenzionate in maniera efficace. Nella gamma Padoan sono disponibili filtri di ritorno semi immersi che hanno una portata da 125 a 300 litri al minuto, in base alle necessità dell’impianto e della flangia del serbatoio.

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