De maneira geral, os filtros são equipamentos de extrema importância para o resultado final do processo de filtração. A linha hidráulica também conta com sistemas de filtração, são utilizados para capturar partículas geradas pelo desgaste dos componentes que trabalham nos sistemas hidráulicos podendo ter duas aplicações distintas: manter o nível de contaminação por particulado sólido equilibrado ou efetuar a proteção localizada em uma linha específica do circuito hidráulico ou de lubrificação a óleo. Possuem a função de remover contaminantes e por consequência manter estável o nível de contaminação do sistema hidráulico.

São projetados de acordo com cada aplicação e para tal é necessário conhecer o funcionamento do sistema em detalhes. Gabriel Lemos de Souza, engenheiro da Hydac Tecnologia, explica que o dimensionamento incorreto ou até mesmo o uso de um meio filtrante inadequado pode causar resultados insatisfatórios no que diz respeito ao controle de contaminação ou na operação do equipamento.

"Os filtros hidráulicos não são aplicados tipicamente para executar grande remoção de partículas em uma única passagem, mas sim manter o nível de limpeza exigido pelo sistema, isto é, se considerarmos que existem agentes geradores de contaminação internos e externos ao circuito, os filtros devem ser considerados como sendo os agentes responsáveis por capturar esta contaminação", completa Alex Peixoto de Alencar, engenheiro mecânico e especialista em filtração hidráulica.

O objetivo de um correto dimensionamento é selecionar filtros que consigam retirar partículas sólidas de tamanhos críticos para o circuito numa velocidade maior que a velocidade de geração. Agentes internos de contaminação são os próprios componentes do circuito como as válvulas, bombas e motores hidráulicos, mancais, guias e atuadores enquanto que o agente externo é o ambiente no qual o circuito opera. Para contribuir com a eficácia dos filtros hidráulicos, o correto dimensionamento dos respiros é um fator importante de segurança e economia. 

Os filtros hidráulicos servem para manter o fluido em um nível de limpeza controlado e que garanta o perfeito funcionamento do equipamento. São projetados no intuito de proteger componentes como válvulas direcionais, bombas e cilindros de contaminantes que são gerados pelo próprio sistema ou que são inseridos no mesmo através de ações externas, tais como abastecimento do sistema de forma errada, ou simplesmente pela contaminação do ambiente onde se encontra o equipamento.

De acordo com Alex, um filtro hidráulico típico possui uma carcaça dimensionada como qualquer outro componente hidráulico a ser aplicado numa posição do circuito, mas o trabalho principal é executado pelo elemento filtrante. Um elemento filtrante hidráulico pode ter diferentes arranjos físicos, mas os mais comuns possuem um cartucho avulso ou selado em um invólucro de troca rápida conhecido pelo termo em inglês spin-on. 

Os filtros hidráulicos têm a missão de manter o nível de contaminação sólida equilibrada, seu correto dimensionamento resulta em uma vida útil longa. Isso se deve ao fato de oferecerem uma boa retenção de partículas permitindo que uma quantidade diminuta de sólidos nocivos consiga ser liberada pelo elemento filtrante e consequentemente ocorra o menor desgaste possível dos componentes. 

Alex explica ainda que uma vez que o sistema hidráulico é recirculante, com menor desgaste de componentes, uma menor quantidade de partículas será gerada e menor será a carga de contaminantes que desafiará o filtro, ou seja, é interdependente. No momento da passagem pelo filtro, o fluido hidráulico passa pela área filtrante que precisa ser centenas de vezes maior que a área de passagem da tubulação hidráulica num dimensionamento adequado. Isso faz com que a velocidade de passagem do fluido pelo elemento filtrante caia na proporção inversa ao aumento da área de passagem, diminuindo assim a densidade de fluxo que passa a ser da ordem de mililitros por minuto por cm² de área. 

Os meios filtrantes hidráulicos são tipicamente muito delgados, porém também existem meios filtrantes de maior espessura com o objetivo de ampliar seu poder de retenção. "Para um perfeito funcionamento é necessário que o filtro seja dimensionado de forma correta levando em conta informações operacionais do sistema, como vazão, pressão, tipo de fluido e temperatura de trabalho. Porém, importante ressaltar que além de dados operacionais é de suma importância que seja observado os componentes aplicados no equipamento de forma a definir o nível de limpeza para um perfeito funcionamento do sistema", explica Gabriel. 

Alex explica que existem diferentes formas de classificação e separação de filtros hidráulicos: modo, forma construtiva da carcaça, faixa de pressão, arranjo dos elementos filtrantes e sentido do fluxo. 

Quanto ao modo: podem ser tipo corpo simples que exigem que o circuito seja despressurizado para substituição do elemento filtrante e tipo duplex que permitem a manobra do vaso A para o B sem que a necessidade de despressurização do circuito no qual estão instalados. Alguns fabricantes possuem uma versão denominada "falso duplex" que consiste numa construção especial com uma válvula no cabeçote que isola o copo permitindo a substituição do elemento filtrante sem a interrupção do fluxo, porém durante esta operação, o fluido hidráulico passa livre sem ser filtrado;

Quanto à forma construtiva da carcaça: as duas construções mais populares são os filtros de linha com entrada e saída distintas de modo que o filtro seja intercalado numa linha do circuito e as versões tipo top tank tipicamente usadas em linhas de retorno e que possuem um flange para fixação na tampa do reservatório. Este formato também é encontrado nas carcaças de filtro para linha de sucção que trazem o mesmo conceito de fixação, porém o fluxo é invertido entrando pelo copo e saindo pelo cabeçote. Os filtros de linha podem ainda ser subdivididos em função do tipo de conexão, mas isso já depende da particularidade de cada fabricante podendo ter conexões tipo rosca, flange, sub-base ou mesmo múltiplas conexões;

Quanto à faixa de pressão: mais uma vez, esta divisão segue a decisão do fabricante e pode trazer desde os filtros para aplicação em linhas de sucção com pressão manométrica negativa até as versões disponíveis para hidráulica de super alta pressão com resistência superior a 1.000 bar;

Quanto ao arranjo de elementos filtrantes: a grande maioria das opções disponíveis utiliza apenas um único elemento filtrante, mas existem formas construtivas com múltiplos elementos filtrantes, mesmo que sejam apenas dois empilhados ou mais de dez dispostos no interior do vaso, semelhante ao que encontramos em certas aplicações de filtração de fluidos de processos;

Quanto à resistência à pressão de colapso: carcaças de filtros hidráulicos devem ser dimensionadas respeitando a pressão máxima no ponto de aplicação, porém seu elemento filtrante não depende desta pressão, mas sim da diferença de pressão à montante e à jusante. Para aplicações gerais, o filtro é equipado com uma válvula retenção que abre ao ser atingido o limite de pressão diferencial recomendado pelo fabricante. Porém, há casos em que o filtro deve ser aplicado sem esta válvula de segurança.

Esta característica é determinada pelo projetista do circuito quando se exige que o filtro esteja ativo por 100% do tempo em que estiver em operação, mesmo que o usuário não atenda a sinalização de saturação. Neste caso, o elemento filtrante deve oferecer uma resistência superior ao colapso podendo atingir até mais de 200 bar de pressão diferencial, pois caso não ofereça esta alta resistência ao colapso, o elemento filtrante pode sofrer deformação permanente e desprender além do contaminante retido, sua própria estrutura.  

Quanto ao sentido de fluxo: a maioria dos elementos filtrantes permite o fluxo em um único sentido, porém a carcaça de filtro pode estar aplicada em uma linha que permite fluxo em ambos os sentidos. Para esta situação, caso o fabricante não tenha o elemento filtrante especial que suporta fluxo nos dois sentidos, existem as carcaças de filtro construídas com válvulas e retenção que permitem o fluxo reverso, porém sem danificar o elemento filtrante padrão. 

Celso Stupiglia, gerente de desenvolvimento de negócios da divisão filtração da Parker explica que para linha hidráulica existem filtros de sucção, retorno, pressão, recirculação e por último, mas não menos importante, os filtros de ar. 

Os filtros de sucção servem para proteger a bomba da contaminação. Eles são localizados antes da conexão de entrada da bomba. Alguns podem ser de tela, submersos no fluido, outros podem ser montados externamente. Em ambos os casos eles usam elementos muito abertos, devido ao limite de cavitação das bombas, por este motivo não são usados como proteção primaria contra a contaminação. Alguns fabricantes de bombas não recomendam o uso do filtro de sucção.

Localizados após a bomba, os filtros de pressão são projetados para proteger o sistema de pressão e dimensionados para uma faixa específica de fluxo na linha de pressão, são adequados especialmente para proteger os componentes sensíveis do lado filtrado do filtro, tais como servo válvulas protegendo o sistema todo da contaminação gerada pela bomba. "Possuem um papel fundamental na proteção de componentes que requerem uma atenção especial quando falamos sobre contaminação, como por exemplo, válvulas direcionais, proporcionais e servo válvulas", completa Gabriel.

Quando a bomba é um componente sensível no sistema, o filtro de retorno pode ser a melhor escolha. Na maioria dos sistemas, o filtro de retorno é o ultimo componente pelo qual passa o fluido antes de entrar no reservatório. A captura do desgaste dos componentes do sistema e partículas entram através das vedações do cilindro, antes que tais contaminantes possam entrar no reservatório. Uma vez que este filtro é localizado imediatamente acima do reservatório, sua faixa de pressão e custo são relativamente baixa. 

Gabriel explica ainda que são instalados em linha ou acima do tanque para reduzir espaço. Geralmente possuem by pass para evitar danos na linha de retorno e fazem uso de elementos absolutos. São projetados para serem os primeiros a atuar retendo a contaminação proveniente da linha de retorno. 

Os Filtros off-line, também referida como recirculagem ou filtragem auxiliar, é totalmente independente de um sistema hidráulico principal de uma máquina. Consiste em uma bomba, filtro, motor elétrico e os sistemas de conexões. Estes componentes são instalados fora da linha como um pequeno subsistema separado das linhas de trabalho ou incluindo em um sistema de resfriamento. Geralmente está localizado ao lado do reservatório e podem trabalhar independente do funcionamento da unidade hidráulica. Pela facilidade de instalação e pela independência do sistema principal, é um bom recurso para equipamento que requerem um cuidado especial com a contaminação.

Por fim, os filtros de ar, são um dos mais importantes, pois possuem a função de bloquear a entrada de contaminantes provenientes do ambiente onde está instalado o sistema hidráulico. Vale ressaltar que filtros de ar especificados de forma errada podem causar problemas de cavitação em bombas, por isso, a necessidade de conhecer a real vazão de ar na entrada e saída do reservatório.

Atualmente os fabricantes de filtros hidráulicos disponibilizam diferentes arranjos de meios filtrantes para ajustar a aplicação às particularidades de cada circuito ou do fluido hidráulico. Estas derivações envolvem a construção mecânica dos elementos filtrantes e/ou o material do meio filtrante. De acordo com Alex, os filtros instalados em pontos sujeitos à alta pulsação ou sob o risco de ingresso de água ou ainda em casos em que não é desejada a presença de válvula de by-pass são exemplos de casos em que o elemento filtrante exige construção diferenciada. Algumas opções de elementos filtrantes disponibilizadas pelos fabricantes de filtro encontradas hoje são:

• Meio filtrante plissado e com malha metálica de arranjo matricial: promove remoção grosseira de contaminantes com graus de filtração típicos entre 15 e 500 µm nominais;

• Meio filtrante plissado e com fibras metálicas: apesar de utilizar um material metálico, seu arranjo oferece grau de retenção inferior a 20 µm absoluto;

• Meio filtrante plissado feito de fibra de celulose: praticamente todos os fabricantes de filtro têm esta opção que oferece graus de retenção inferior a 20 µm nominal;

• Meio filtrante plissado composto de fibras de vidro impregnadas ou não com resinas de ligação: apesar de ter a mesma matriz, esta construção oferece ampla variedade de graus de retenção absoluta e capacidades de absorção de massa. Os fabricantes de filtro que têm as opções de maior desempenho sempre estão desenvolvendo opções mais avançadas neste tipo de construção, uma vez que é esta a construção encontrada nos sistemas que exigem maiores níveis de confiabilidade;

• Meio filtrante plissado com fibras longas de celulose: esta construção tem como objetivo a absorção de água livre presente em fluidos hidráulicos de base mineral. Entretanto, a fibra de celulose não é eficaz para a retirada da água dissolvida no óleo mineral. Para isso é necessário um processo físico de desidratação através de um reator de vácuo;

• Meio filtrante fibroso e de grande profundidade: o arranjo plissado é o mais comum encontrado em aplicações hidráulicas, mas também é possível encontrarmos aplicações em que o meio filtrante apresenta uma profundidade de 5 a 30 vezes mais espessa que aquela encontrada nos elementos chamados convencionais. Os elementos filtrantes que apresentam este arranjo têm como maior vantagem a alta capacidade de retenção em massa aliada à grande remoção de partículas em uma única passagem, porém exigem carcaças de filtro de grande tamanho para a mesma densidade de fluxo.

Cerca de 70% de todas as falhas de sistemas hidráulicos são causados pela contaminação do fluido. Existem fontes de contaminação interna e externa ao sistema hidráulico, ou seja, a todo momento o mesmo está vulnerável, por isso a necessidade da utilização de filtros que terão a função de controlar o nível de limpeza.

De acordo com Gabriel, fazer uso de filtros é sempre importante, pois significa reduzir custos desnecessários com substituição ou reparo de componentes hidráulicos, aém disso, o valor gasto com filtros é irrisório perto dos problemas que a falta do mesmo pode ocasionar para o sistema. "Muitas das vezes a necessidade de intervenção mecânica em um equipamento gera custos altíssimos pela troca ou substituição dos componentes, além ainda dos custos pela indisponibilidade de produção por parte do equipamento que poderiam ser evitados pela existência de filtros", destaca o engenheiro.

Para ele, a não utilização de filtros ou até mesmo a utilização de filtros dimensionados de forma errada podem gerar vários problemas, porém, se destaca a redução da vida útil de componentes hidráulicos essenciais para a operação do sistema, como bombas, válvulas direcionais, proporcionais e outros. A troca prematura desses componentes eleva o custo de manutenção, que cada vez mais está sendo gerenciado de forma rigorosa pelas empresas. Outro ponto que vale mencionar é que geralmente a troca ou o reparo dos componentes podem causar indisponibilidade de produção que poderia ser evitada fazendo uso de filtros corretamente.

O projeto adequado, a instalação e a filtragem hidráulica tem um papel chave no planejamento de manutenção preventiva. Celso explica que o fluido novo não é necessariamente um fluido limpo. Tipicamente um fluido novo tirado do tambor não é próprio para ser usado em sistemas hidráulicos ou lubrificantes. Aditivos em fluidos hidráulicos são geralmente menores que 1 micron e são insensíveis aos métodos de filtragem padrão. A maioria das inserções de contaminantes entra no sistema através das tampas antigas de respiros do reservatório e das vedações da haste do cilindro. Um simples "teste de estalo" pode indicar se há água livre em seu fluido. Os fluidos hidráulicos tem a capacidade de reter mais água à medida que a temperatura aumenta.

"Os elementos de filtros de absorção tem um ótimo desempenho em aplicações de baixo fluxo e baixa viscosidade. Saber o nível de limpeza do fluido é a base para as medidas de controle de contaminação. Os números do índice ISO nunca podem aumentar conforme aumenta o tamanho das partículas. Muitos fabricantes de máquinas e componentes hidráulicos especificam um objetivo de nível de limpeza ISO para o equipamento, a fim de alcançar ótimos padrões de desempenho", ressalta o representante da Parker.

Independente do momento econômico pelo qual passa o Brasil nos dias de hoje, o desenvolvimento tecnológico continua acontecendo e a exigência de menores custos de operação é essencial para a competitividade e sobrevivência das empresas. Alex explica que tendo como exemplo um equipamento hidráulico ou de lubrificação a óleo que deve operar 24 horas por dia ou que faça parte de um sistema de alta exigência de confiabilidade e/ou disponibilidade, a seleção do melhor filtro disponível para aquele equipamento deve ser pautado pelo seu custo global, ou seja, o filtro deve apresentar o resultado de nível de limpeza desejado, pelo maior tempo de operação mesmo que sob condições severas de aplicação, e pelo menor custo. 

Naturalmente, um mercado desaquecido afeta muitos segmentos, mas o elemento filtrante é um item consumível pela indústria e não estamos isolados do mundo. Mesmo num momento crítico, as exigências técnicas cada vez mais elevadas contribuem para a manutenção do mercado de filtros hidráulicos. "O mercado esta em evolução constante e necessitando sempre de filtros mais eficientes e projetos adequados para manter o desempenho das máquinas que sempre estão mais evoluídas com controles eletrônicos e as folgas entre as partes móveis mais justas para se obter uma maior precisão e mais produtividade", ressalta Celso. 

Para Gabriel o mercado de filtros de forma geral está crescendo nos últimos anos. Isso se deve a uma série de fatores, mas para ele o principal é o fato das empresas estarem cada vez mais atentas à necessidade de fazer uso de filtros de alta qualidade, ou seja, estão verificando que os custos da filtração são pequenos se comparados aos danos que a falta da mesma pode gerar. 

Ele destaca que a crise econômica no Brasil contribuiu para um crescimento mais brando desse mercado, porém, de acordo com o retorno da economia esse segmento tende a se desenvolver de forma expressiva. Mediante ao potencial desse mercado, atualmente existem vários fabricantes de filtros hidráulicos. Assim, o cliente possui uma gama enorme de escolha, porém, é necessário ficar atento a utilização de produtos que sejam capazes de atender aos mais severos níveis de limpeza exigidos. 

"Vale ressaltar que o dimensionamento de filtros deve ser feito por empresas capacitadas para tal, pois além de terem know-how para especificarem, é necessário atentar para a escolha de uma marca que faça uso de um meio filtrante com alta tecnologia. Nem sempre possuir filtros em um sistema hidráulico significa a certeza de um controle da contaminação, pois existem no mercado produtos de baixa qualidade que não atendem aos mais severos requisitos de limpeza. Por isso, é necessário que os clientes fiquem atentos aos filtros existentes e procurem sempre contar com ajuda de empresas que possuem experiência nesse segmento", completa Gabriel. 

Alex Peixoto de Alencar: alencar292@gmail.com

Hydac Tecnologia: www.hydac.com.br

Parker: www.parker.com.br