Filtri Olio Idraulico: Funzionamento e Manutenzione per un Sistema Efficiente

Il filtro per olio idraulico è un vero alleato del risparmio. Secondo gli standard ISO, sono sufficienti appena 500 mg di polvere ambientale, pari a una compressa di comune aspirina, per contaminare un barile da 208 litri di olio idraulico.

L'importanza della filtrazione dell'olio idraulico

La contaminazione può assumere forme differenti (prodotti di invecchiamento dell’olio, ruggine, metalli, silicati ecc), ma tutte possono comportare gravi danni al sistema idraulico. Nel primo caso, lo sporco, la polvere e l’umidità entrano dall’esterno del sistema attraverso sfiati dell’aria non efficienti oppure guarnizioni usurate dello stelo del cilindro durante il funzionamento o la manutenzione. Questo dovrebbe far riflettere sull’importanza non solo di utilizzare i filtri idonei, ma anche di rispettare i protocolli di manutenzione: proteggere il sistema tramite un adeguato filtro per l’olio idraulico significa infatti proteggere la produttività, ridurre le spese e i tempi di fermo.

Si parla troppo poco dell’importanza della corretta filtrazione dei fluidi negli impianti industriali. Tanto più se si considerano diverse ricerche sul campo che confermano che dal 50 al 70% dei guasti delle attrezzature sono legati a condizioni inadeguate dell’olio idraulico. La corretta filtrazione dei fluidi sta infatti diventando sempre di più un fattore critico per molti settori e applicazioni industriali, sia per evitare eventuali guasti o fermi non previsti a macchinari e utensili, sia per allungare la vita dei componenti dell’impianto e degli oli utilizzati per la lubrificazione, in un’ottica di miglioramento dell’impatto anche dal punto di vista ambientale. La corretta manutenzione dell’impianto, così come la scelta di prodotti di filtrazione e di lubrificazione di qualità, sono pertanto ormai fattori cruciali e di imprescindibile importanza nella vita di ciascun impianto.

Effetti positivi della corretta filtrazione dei fluidi

Le applicazioni più comuni in cui è fondamentale l’impiego di lubrificanti o lubrorefrigeranti senza contaminanti sono le lavorazioni di materiali metallici, come rettifiche, lappature, affilature, ma anche applicazioni che prevedono impianti oleodinamici a circuito chiuso, come centraline, cilindri oleodinamici, riduttori, presse, macchine operatrici, oppure gli impianti per trattamenti termici (che utilizzano fluidi per il raffreddamento), ma anche acciaierie, estrusioni, turbine o cartiere. I principali effetti di una corretta filtrazione del fluido, sia nei settori industriali sopra elencati sia in tutti quei settori che utilizzano i sistemi oleodinamici per generare potenza, sono:

• Il corretto funzionamento dell’impianto nel tempo, assicurando un costante grado di filtrazione del fluido, come prescritto del costruttore della macchina.
• La qualità ed efficienza del fluido, a garanzia di precisione e finitura dei pezzi lavorati.
• L’allungamento della vita del fluido stesso, con conseguente impatto positivo sullo smaltimento di queste sostanze, che se non correttamente filtrate, devono essere sostituite prima di aver raggiunto l’effettiva fine vita.
• L’allungamento della vita dei macchinari, grazie alla riduzione dell’usura dei vari componenti dovuta ad una buona e costante lubrificazione; il fluido idraulico funge infatti da cuscinetto tra i componenti in movimento evitando il contatto metallo-metallo.

In sintesi, i fluidi idraulici svolgono un ruolo decisivo nel garantire un funzionamento costante, risparmi energetici e una lunga vita utile dei macchinari, tutti fattori che contribuiscono a ridurre i costi di manutenzione e ad aumentare la produttività, con l’obiettivo di massimizzare l’investimento del macchinario.

Come manutenere al meglio un impianto idraulico

Dunque, che cosa fare per manutenere al meglio un impianto idraulico?

• Affidatevi a degli specialisti sia per la scelta, che per la sostituzione dei filtri: a seconda dell’impianto e del macchinario, esistono spesso più soluzioni… alcune sono efficienti, altre meno.
• Mantenere l’apparecchiatura pulita. Uno spesso strato di sporco funge da isolante.
• Utilizzare contenitori, tubi e impianti puliti durante il riempimento del serbatoio.

Controllo della temperatura dell'olio

L’olio bollente nell’impianto idraulico delle vostre apparecchiature è una delle cause principali di scarso funzionamento, guasto dei componenti e tempi di fermo macchina. L’olio del sistema idraulico è stato progettato per funzionare entro un preciso intervallo di temperatura. Si può far funzionare a temperature più elevate per brevi periodi di tempo, ad intermittenza, senza effetti negativi. “Olio bollente” è un termine relativo.

Nella maggior parte dei casi, circa 49°C al serbatoio è considerata una temperatura operativa ideale. Controllare sempre la temperatura dell’olio nel serbatoio, non su un componente o in nessuna delle tubazioni. Alcuni sistemi idraulici sono progettati per funzionare a circa 54°C o più.

Esistono diversi modi per controllare la temperatura dell’olio. Il metodo migliore e più accurato è per mezzo di un termometro. Su alcune macchine, questo è montato sul serbatoio. Se la tua macchina non ha un termometro del serbatoio, usa il “test della mano”. Prima controlla il serbatoio con la punta del dito; se non è troppo caldo da toccare, posiziona il palmo sul serbatoio. Sarai in grado di tenerlo lì senza disagio se la temperatura dell’olio è di circa 55°C o inferiore.

• Nei giorni e nei climi caldi, controllare e cambiare l’olio più frequentemente.
• Il controllo periodico della temperatura dell’olio è una buona manutenzione preventiva. L’olio che è diventato troppo caldo apparirà più scuro e si sentirà più sottile dell'olio nuovo. Avrà anche odore di bruciato.

Se le valvole di controllo del flusso o di scarico sono in funzione, controllare e regolare le loro impostazioni. Se una bobina non torna immediatamente nella posizione neutra, il flusso della pompa si scaricherà continuamente. Se una valvola limitatrice è impostata su un valore troppo basso, parte dell’olio verrà scaricato attraverso la valvola stessa ad ogni ciclo. Anche questo è fonte di eccessivo calore.

Manutenzione dei filtri

Mantenere in circolo all'interno dell'impianto olio sporco, che contiene detriti o microparticelle, mette a rischio tutti i compenenti dell'impianto oltre a ridurne la pressione di utilizzo. La pulizia o sostituzione dei filtri dell'impianto viene effettuata per evitare la grippatura della pompa. Durante lo smontaggio dei filtri viene valutata la necessità della loro sostituzione oppure la semplice pulizia. Cambiare o pulire necessariamente o come indicato sui filtri forniti con indicatore visivo.

La vita dei filtri in oleodinamica, è influenzata da quanto è contaminato l’ambiente in cui è posto e dal grado di manutenzione che si esplica. I filtri ad alta pressione e quelli di ritorno hanno un indicatore di intasamento che di solito è di tipo differenziale.

Altri consigli utili

• Mantenere sempre il livello dell’olio.
• L’olio deve essere controllato dopo le prime 100 ore e va verificato che la classe d’olio soddisfi i requisiti della pompa utilizzata.

Tipologie di filtri

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.

Filtri ad immersione

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.

Filtri spin-on

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 molti casi la posizione nella quale si trova il filtro filtrante è tale che togliendo il filtro tutto l’olio presente sopra lo stesso uscirebbe sotto l’azione della forza di gravità.

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.

Valvole di bypass

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.

I 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.

Ulteriori filtri nei sistemi oleodinamici

In ogni sistema oleodinamico, il fluido porta sempre con sé, seppur in misura minima, una contaminazione iniziale che tende ad aumentare durante il funzionamento. Altri filtri in oleodinamica possono essere montati sugli sfiati che filtrano l’aria di richiamo nel serbatoio quando l’olio viene reimmesso nel sistema. Un ulteriore modo per ridurre il rischio di contaminazione è quello di posizionare un filtro di ricircolo.

Contaminazione e perdita di carico

Tutti i sistemi che usano filtri, siano per aria condizionata o per ventilazione o per sistemi idraulici o oleodinamici, sono soggetti a contaminazione con conseguente perdita di carico. Se si desidera mantenere una portata costante del fluido, generalmente inteso, in presenza di intasamento, si deve ricorrere alla richiesta di maggiore potenza e quindi di consumo di energia.

Se uno dei filtri in oleodinamica è contaminato, è più resistente al passaggio del fluido rispetto ad uno senza inquinante, si verifica un aumento della pressione in entrata (può essere monitorata molto bene attraverso gli strumenti) con conseguente diminuzione delle portate. Il dispendio di energia aggiuntiva suggerirebbe la sostituire immediatamente il filtro sporco con costi per materiali e manodopera e la sostituzione deve avvenire a macchine ferme.

In ogni caso, la caduta di pressione attraverso un filtro può essere stimata misurando quanto essa cambia tra il suo ingresso e l’uscita. 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.

Come scegliere il filtro giusto

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.

Quando pulire o sostituire i filtri

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.

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.

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.

• 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.

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.

Indicatori di intasamento

Gli indicatori di intasamento possono essere: ottici, elettrici, elettronici. A titolo di esempio possiamo fare riferimento al VFL, sensore smart in grado di indicare le ore rimanenti prima dell’intasamento.

Tabella riassuntiva dei controlli e manutenzione

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