Hidráulica

Filtración hidráulica: limpieza y control de la contaminación (con simulador)

45 min de lectura5 problemas resueltos5 ejercicios propuestosQuiz con nota sobre 20👁 – vistas

¡Bienvenidos nuevamente al blog de Welectronic! En las publicaciones anteriores del curso de hidráulica estudiamos los fundamentos de presión, caudal y potencia (publicación 73), las bombas (74), los cilindros (75), las válvulas (76), los circuitos (77) y el aceite hidráulico con su viscosidad y su limpieza (78); antes, en el bloque de neumática, aprendimos a controlar el aire. Hoy cerramos el círculo de la limpieza: cómo se quita del aceite la suciedad que inevitablemente entra y se genera. La hoja 25 de la serie trata de la filtración hidráulica: limpieza y control de contaminación. En la publicación 78 aprendimos a medir la limpieza con el código ISO 4406; ahora aprendemos a conseguirla y mantenerla: de dónde viene la contaminación, dónde se instala cada filtro, qué significa realmente "β200", cómo leer un indicador de colmatación, cuándo abre el bypass y cómo tomar una muestra que cuente la verdad. Las hojas siguientes del curso seguirán con otros temas del mantenimiento hidráulico, como los acumuladores, el diagnóstico de fallas y las unidades de potencia.

Qué vas a aprender


Mapa visual del tema

Mapa conceptual de la filtración hidráulica con seis ramas: fuentes de contaminación, ubicación, eficiencia, indicadores y cambio, muestreo y dimensionamiento
Mapa visual de la filtración hidráulica (diagrama original Welectronic).

Léelo en el orden en que se piensa un plan de filtración. Primero qué ensucia el aceite (fuentes), luego dónde se coloca cada filtro (ubicación), después cuánto retiene (eficiencia), cuándo hay que cambiarlo (indicadores), cómo se comprueba que funciona (muestreo) y por último cómo se elige el tamaño correcto (dimensionamiento). La idea central cabe en una frase: el filtro no limpia el pasado, equilibra el presente: en régimen, la limpieza del aceite es el resultado de lo que entra, lo que se genera y lo que el filtro retira por cada minuto de operación.


1. Fuentes de contaminación

Ficha: filtración hidráulica, limpieza y control de contaminación; cinco fuentes de contaminación con fotografías de una tapa sucia, una bomba de engranajes con virutas, aceite con barnices, aceite con burbujas y trapos con un rodamiento
Fuentes de contaminación. Fuente: ficha técnica Welectronic.

Un circuito hidráulico es, por diseño, un sistema cerrado; pero en la práctica es un sistema que respira, que se abre para mantenimiento y que se desgasta por dentro. Por eso la contaminación no es un accidente raro: es un flujo permanente que se debe controlar. La ficha reúne cinco fuentes; veámoslas una por una.

1.1 Las cinco fuentes, con ejemplos de planta

  1. Contaminación externa. Polvo, arena, humedad y suciedad que entran durante el mantenimiento o por sellos deficientes. Las puertas de entrada típicas son el respiradero del tanque (cada vez que el nivel sube y baja, el tanque "respira" aire del ambiente), el sello de limpieza o rascador del vástago (cada carrera del cilindro puede arrastrar un poco de suciedad adherida al vástago), las tapas de llenado, las mangueras desconectadas sin tapones y los embudos y recipientes sucios. En ambientes como minería, puertos de graneles o cemento, esta es casi siempre la fuente dominante.
  2. Generación interna. El desgaste de bombas, válvulas y cilindros produce partículas metálicas (hierro, cobre, bronce), de sellos (elastómero) y de mangueras. Es una consecuencia del propio funcionamiento y suele multiplicarse: una partícula dura rompe la película, desgasta y produce más partículas. A este efecto en cadena se le llama desgaste en cascada.
  3. Degradación del aceite. La oxidación, la temperatura y el cizallamiento descomponen el aceite y forman lodos, lacas y barnices. Son contaminantes "blandos" y a veces solubles a temperatura de trabajo (no se ven en el aceite caliente), pero se depositan en las zonas frías y en los carretes de las válvulas, y producen pegado (stiction). Lo vimos en la publicación 78: cada 10 °C extra reduce a la mitad la vida del aceite.
  4. Ingreso por aire y agua. El agua entra por condensación, por el respiradero, por fugas del enfriador agua-aceite o por lavado a presión; el aire entra por la succión (una unión floja o un nivel bajo) y por la turbulencia del retorno. El agua oxida y degrada los aditivos; el aire produce espuma, oxidación acelerada y cavitación gaseosa. Ningún filtro de partículas retira bien el agua libre ni el aire.
  5. Contaminación cruzada. Herramientas, trapos sucios, mangueras de relleno compartidas, embudos que se usan con distintos aceites o componentes nuevos que no se limpiaron antes de instalarse. Un cilindro o una válvula recién salida de la caja puede traer virutas y residuos de mecanizado; una manguera nueva puede traer polvo de caucho o abrasivo del corte. Es la fuente más fácil de eliminar, porque depende solo de la disciplina de trabajo.

1.2 Cuánto mide lo que daña: la escala de las partículas

Un error frecuente es pensar que "si no se ve, no daña". El ojo humano distingue partículas desde unos 40 µm; un cabello mide unos 70 µm. Pero las holguras funcionales de los componentes hidráulicos son mucho menores:

ElementoOrden de magnitudLo que significa
Cabello humano≈ 70 µmYa es una partícula grande para un sistema hidráulico
Partícula visible a simple vista≈ 40 µm o másEl aceite "se ve limpio" y aún puede estar en ISO 21/19/16
Holgura de carrete y cuerpo (válvulas direccionales)unos 5 a 20 µm (radial, muy variable)Partículas de ese tamaño se acuñan y pegan el carrete
Holgura en servoválvulas y proporcionalesunos 1 a 5 µmExigen códigos del orden de 16/14/11 o mejores
Película lubricante en bombas y rodamientosde décimas a pocas decenas de µmUna partícula de tamaño similar rompe la película y raya la superficie
Glóbulo rojo (referencia biológica)≈ 8 µmLo que más desgasta es invisible

La regla práctica de la tribología es la del tamaño crítico: las partículas con un tamaño cercano a la holgura son las más dañinas, porque entran en la holgura y rayan ambas superficies a la vez. Por eso el código ISO 4406 cuenta partículas de 4, 6 y 14 µm(c) y no solo las "grandes".

1.3 Cómo se desgasta un componente: los mecanismos

Con frecuencia se cita que entre el 70 % y el 80 % de las fallas hidráulicas están relacionadas con la contaminación del fluido. Es una cifra tradicional de la industria, no una estadística de laboratorio; la tomamos como una orden de magnitud y, por prudencia, la incluimos entre los datos a validar. Lo que sí es indiscutible es la lección: el dinero mejor invertido en confiabilidad hidráulica es el que se dedica a la limpieza del aceite.

1.4 El balance: la bañera de la contaminación

Diagrama de balance de contaminación: tres entradas (ingreso externo, generación interna, agua y aire) llenan un depósito de aceite y el filtro retira partículas; el nivel de suciedad en equilibrio es C = G / (E por Q)
Balance de contaminación (diagrama original Welectronic).

Piensa en el aceite como en una bañera. Las llaves abiertas son el ingreso externo (Gext), la generación interna (Gint) y el agua y el aire; el desagüe es el filtro. El nivel del agua en la bañera es la suciedad del aceite. Si abres más las llaves, el nivel sube; si agrandas el desagüe, baja. Con un modelo sencillo de mezcla perfecta, la concentración de partículas C (por mL) obedece a:

V · dC/dt = G − E · Q · C

Equilibrio (dC/dt = 0):   C = G / (E · Q)
Constante de tiempo:      τ = V / (E · Q)
Evolución en el tiempo:   C(t) = C_eq + (C_0 − C_eq) · e^(−t/τ)

Donde G es el ingreso total (partículas por minuto), E la eficiencia del filtro por pasada (1 − 1/β), Q el caudal que realmente pasa por el filtro y V el volumen de aceite. De esta sencilla ecuación salen cuatro conclusiones muy prácticas que usarás en el simulador:

  1. No existe el filtro que limpie un sistema con ingreso descontrolado. Si G es enorme, C también lo es, por buena que sea la eficiencia.
  2. Reducir el ingreso es tan valioso como mejorar el filtro: bajar G a la mitad equivale a duplicar E · Q, y cuesta mucho menos (respirador con filtro, sellos nuevos, tapones).
  3. El caudal importa tanto como el β: un filtro de β = 1000 con un caudal diminuto limpia más lento que uno de β = 200 con el triple de caudal.
  4. La limpieza llega por una exponencial: cada τ elimina cerca del 63 % de la brecha; a 3 τ, el 95 %. No tiene sentido "esperar un poco más" tras 3 τ.
Corrección técnica 1 (fuentes de contaminación): la ficha enumera bien cinco fuentes, pero conviene añadir la contaminación incorporada de fábrica o de montaje (virutas, arena de fundición, residuos de soldadura y de mecanizado en tuberías, mangueras y bloques nuevos), que es la responsable de la mayoría de las fallas tempranas de una instalación nueva, y el aceite nuevo, que no llega limpio del tambor (puede venir en ISO 19/17/14 o peor, como vimos en la publicación 78). Además, el "aire y agua" de la ficha son contaminantes que no se resuelven con un filtro de partículas: el agua se controla con respirador desecante, enfriadores sin fugas y, si hace falta, elementos absorbentes de agua o deshidratación por vacío; el aire, con el nivel correcto, la succión estanca y un buen diseño de retorno. Por último, la imagen del aceite con burbujas suele asociarse a la corrosión, pero el daño más inmediato del aire es la cavitación y la oxidación acelerada.

2. Ubicación de filtros

Ficha: ubicación de filtros; recorrido del aceite desde el tanque, filtro de succión, bomba, filtro de presión, sistema, filtro de retorno y enfriador de vuelta al tanque
Ubicación de filtros. Fuente: ficha técnica Welectronic.

La ficha muestra el circuito en el orden en que viaja el aceite: tanque, filtro de succión, bomba, filtro de presión, sistema, filtro de retorno, enfriador y de vuelta al tanque. Cada posición cumple una función distinta y tiene reglas distintas. No todos los circuitos llevan los cuatro; la combinación correcta depende de los componentes que hay que proteger.

Diagrama original de un circuito con respirador del tanque, colador de succión, bomba, filtro de presión, sistema, filtro de retorno, enfriador y lazo fuera de línea, con los grados típicos de cada filtro
Dónde va cada filtro y qué grado suele tener (diagrama original Welectronic).

2.1 Filtro (colador) de succión

La ficha dice que "protege la bomba de partículas grandes". Es correcto, con una precisión importante: en la succión se usa un colador de malla gruesa (típicamente de 60 a 250 µm) y no un filtro fino. La razón es la presión disponible: la bomba "aspira" con una depresión muy pequeña (del orden de una décima de bar, según el fabricante). Si el colador se tapa o es demasiado fino, la depresión crece, el aceite libera aire y la bomba cavita: ruido de grava, calentamiento y destrucción rápida. Algunas bombas, sobre todo las de pistones axiales, no admiten ningún filtro en la succión y se alimentan por gravedad o con bomba de carga.

2.2 Filtro de presión

Va después de la bomba y protege a los componentes sensibles aguas abajo: válvulas proporcionales, servoválvulas, motores de pistones. Es el filtro más fino del circuito (típicamente de 3 a 10 µm) y también el más costoso, porque su carcasa debe resistir toda la presión de trabajo. Se coloca justo antes del componente que se quiere proteger. Si el componente sensible es una servoválvula, se acostumbra a poner el filtro lo más cerca posible de su entrada, y sin válvula de bypass o con un indicador que detenga la máquina antes del bypass, porque un elemento sucio que se deja pasar contamina justo lo que se quería proteger.

2.3 Filtro de retorno

Recoge todo lo que el sistema ha generado y lo que ha entrado por los vástagos antes de que el aceite regrese al tanque. Es el filtro más común y más económico (carcasa de baja presión, a menudo montada sobre el tanque) con grados típicos de 10 a 25 µm, o más finos si el sistema es sensible. Dos puntos clave:

2.4 Enfriador

El enfriador no es un filtro, pero la ficha lo coloca en el retorno por una razón: va después del filtro de retorno, para que el aceite que entra al radiador ya haya pasado por el elemento. Un enfriador con partículas y lacas depositadas pierde capacidad, y un enfriador con fuga interna mete agua o aire en el aceite. Todo enfriador de retorno se calcula con la contrapresión admisible del circuito.

2.5 Lo que la ficha no dibuja: respirador y lazo fuera de línea

Corrección técnica 2 (ubicación de filtros): la ficha llama "filtro de succión" al primer elemento: en la práctica es un colador de malla, no un filtro fino, y algunas bombas (pistones axiales, por ejemplo) no lo permiten; consulta siempre al fabricante. Además, el diagrama omite tres elementos esenciales de un plan de filtración: el respirador del tanque (la principal puerta de entrada), el lazo fuera de línea y el filtro de llenado. La frase "el aceite limpio mejora la disipación de calor" es una simplificación: el enfriador disipa según el salto de temperatura y su caudal; lo que sí es cierto es que un aceite sucio, con lacas y partículas, ensucia el enfriador y reduce su capacidad. Por último, en el filtro de retorno hay que indicar el bypass y el indicador de ΔP, que no se ven en el dibujo.

Caso 1 · La bomba de paletas que moría cada seis meses

una prensa hidráulica perdía su bomba de paletas cada seis meses. El filtro de retorno estaba en buen estado y el aceite parecía limpio. Al tomar muestras se encontró un código ISO 20/18/15 y arena fina. La causa: el respirador era una simple tapa con agujero y la prensa trabajaba junto a un taller de granallado. Acción: respirador de 3 µm con desecante, limpieza del tanque y un lazo de riñón de 25 L/min. A los tres meses el código bajó a 16/14/11 y la bomba superó el año sin desgaste medible. Lección: el mejor filtro es el que evita que entre la suciedad.


3. Eficiencia de filtración

Ficha: eficiencia de filtración con la fórmula de la relación beta N antes sobre N después, la eficiencia E igual a uno menos uno sobre beta por cien, un corte de un filtro con aguas arriba contaminadas y aguas abajo limpias, y un recuadro importante
Eficiencia de filtración. Fuente: ficha técnica Welectronic.

Esta es la sección más técnica de la ficha y la que más se malinterpreta. La eficiencia de un filtro no es un número único: depende del tamaño de partícula que se considere. Una malla que deja pasar el 50 % de las partículas de 4 µm puede retener el 99,9 % de las de 40 µm.

3.1 La relación beta paso a paso

La relación beta compara cuántas partículas hay antes y después del filtro, mayores que un tamaño x:

β_x = N_antes / N_después

E (%) = (1 − 1/β_x) · 100       (eficiencia por pasada)

Pasan por cada 1000 = 1000 / β_x

Ejemplo guiado. Un contador de partículas mide 24.000 partículas/mL mayores de 10 µm(c) antes del filtro y 120 partículas/mL después.

  1. Calcula β: β10 = 24.000 / 120 = 200.
  2. Calcula la eficiencia: E = (1 − 1/200) · 100 = 99,5 %.
  3. Interpreta: de cada 1000 partículas de 10 µm(c) o mayores que llegan al filtro, pasan 5. Se escribe β10(c) = 200.
  4. Atención al tamaño: 200 no son micrómetros, es una relación de conteo, como bien dice la ficha. Si hubieras contado partículas de 4 µm(c), el β sería otro, normalmente mucho menor.
Gráfico de barras de la relación beta contra la eficiencia: beta 2 retiene 50 por ciento, beta 10 retiene 90, beta 75 retiene 98,67, beta 100 retiene 99, beta 200 retiene 99,5 y beta 1000 retiene 99,9, con las partículas que pasan por cada mil
Relación beta y eficiencia (diagrama original Welectronic).
βEficienciaPasan por cada 1000Interpretación habitual
250 %500Retiene la mitad: filtro tosco para ese tamaño
1090 %100Retención moderada
7598,67 %13Valor clásico de "filtro nominal" en algunas normas antiguas
10099 %10Buena retención
20099,5 %5Referencia común para "absoluto" comercial (sin definición normativa)
100099,9 %1Filtros de microfibra para sistemas muy sensibles

3.2 Cómo se mide: la prueba multipasos

Diagrama de la prueba multipasos ISO 16889: depósito con polvo de prueba, bomba, filtro en prueba y dos contadores de partículas aguas arriba y aguas abajo; el aceite vuelve al depósito y recircula
Prueba multipasos para medir β (diagrama original Welectronic).

El β de un filtro de catálogo no se "calcula": se mide en un banco normalizado. En la prueba multipasos (ISO 16889), el aceite recircula por el filtro mientras se inyecta polvo de prueba a un ritmo constante. Dos contadores automáticos de partículas, uno aguas arriba y otro aguas abajo, registran los conteos a distintos tamaños, y la prueba termina cuando la caída de presión llega a un valor final. Los puntos clave:

3.3 "Micraje nominal no equivale a absoluto"

Este es el aviso del recuadro "IMPORTANTE" de la ficha, y merece una explicación completa:

3.4 Medios filtrantes y tipos de elemento

MedioCómo filtraVentajasLimitaciones
Celulosa (papel)Profundidad, fibras gruesasBarato, buena capacidadβ moderado, se afecta con el agua, no se limpia
Fibra de vidrio (microfibra)Profundidad, fibras muy finasβ alto, gran capacidad de retención, ΔP bajaMás caro; elegir bien el soporte para evitar pulsaciones
Malla metálica (tela de alambre)Superficie, orificios calibradosSe puede lavar y reutilizar; resiste temperaturasSolo para grados gruesos (25 µm o más); retiene poca suciedad
Metal sinterizadoProfundidad rígidaResistente a presión y temperaturaCostoso; difícil de limpiar a fondo

En un filtro de profundidad, las partículas quedan atrapadas dentro del espesor del medio; en uno de superficie, se quedan sobre la malla. Para la mayoría de aplicaciones industriales se emplea microfibra de vidrio plisada, porque da la mejor relación entre β, capacidad y ΔP. El sentido del flujo en el elemento es de afuera hacia adentro: así la suciedad se acumula en la cara exterior (mayor área) y el núcleo perforado soporta el medio.

Corrección técnica 3 (eficiencia de filtración): la fórmula y el ejemplo de β = 200 → 99,5 % son correctos. Hay que precisar tres cosas. Primero, el β debe escribirse siempre con su tamaño y su norma: βx(c) según ISO 16889; "β = 200" a secas no dice nada. Segundo, el recuadro dice "seguir ISO 4406 requerido por fabricante": la ISO 4406 no califica filtros, califica el fluido (el código de limpieza que el componente exige); el filtro se califica con la ISO 16889. La relación es: del fabricante del componente sale el código objetivo, y con él se elige un filtro cuyo β lo consiga. Tercero, la ficha rotula el lado de salida como "limpio": en realidad es "más limpio", porque con β = 200 todavía pasan 5 de cada 1000 partículas de ese tamaño y todas las menores.

4. Indicadores y cambio

Ficha: indicadores y cambio; indicador diferencial mecánico, eléctrico y visual, y la lista de pasos para el cambio del elemento filtrante con un elemento y su junta tórica
Indicadores y cambio. Fuente: ficha técnica Welectronic.

Un filtro que se cambia "cuando se acuerda" es un filtro que o se cambia demasiado pronto (costo innecesario) o demasiado tarde (el elemento se satura, abre el bypass y suelta suciedad). Para decidir con datos, se mide la caída de presión diferencial (ΔP): la diferencia de presión entre la entrada y la salida del filtro.

4.1 Por qué sube la ΔP

Un elemento limpio presenta una ΔP pequeña y estable. A medida que retiene suciedad, los poros se obstruyen y la ΔP sube, primero despacio y después con rapidez (la "rodilla" de la curva). Pero la ΔP depende también de la viscosidad y del caudal: en régimen laminar, ΔP es proporcional al caudal × viscosidad. En el modelo del simulador:

ΔP_limpio = 0,3 bar · (Q / 100 L/min) · (ν / 30 cSt)
ΔP_elemento = ΔP_limpio · (1 + 9 · carga²)      carga: 0 a 1

Con aceite VG 46 a 50 °C (30 cSt) y 100 L/min: 0,3 bar el elemento nuevo.
Con el mismo aceite a 0 °C (559 cSt): 5,6 bar con el elemento nuevo.

La segunda línea es el truco que engaña a muchos: un aceite frío puede producir una ΔP altísima en un elemento perfectamente limpio. Por eso un indicador solo debe interpretarse con el aceite a temperatura de trabajo.

4.2 Los tres tipos de indicador de la ficha

4.3 El bypass: la válvula de último recurso

Gráfico de la caída de presión del filtro contra la carga del elemento, con tres curvas de aceite caliente, aceite a 10 grados y arranque en frío, y las líneas del indicador a 2,6 bar y del bypass a 3,5 bar
Caída de presión, indicador y bypass (diagrama original Welectronic).

Casi todos los filtros llevan una válvula de bypass (una válvula de alivio en paralelo con el elemento) que abre cuando la ΔP supera un valor (típicamente entre 1,75 y 6 bar, según el filtro; en el modelo, 3,5 bar). Su función es proteger el elemento de colapsar y evitar que la bomba se quede sin caudal. Pero cuando abre, el aceite pasa sin filtrar y arrastra la suciedad ya retenida. Por eso el indicador se calibra para señalar antes (por ejemplo, al 75 % de la presión del bypass, 2,6 bar en el modelo) y dar tiempo a cambiar el elemento.

Si el elemento se comporta como una resistencia lineal, cuando la ΔP "pedida" por el elemento (ΔPe) supera la presión de apertura Pb, la fracción de caudal que se va por el bypass es f = 1 − Pb / ΔPe. Con ΔPe = 5,6 bar (aceite a 0 °C) y Pb = 3,5 bar: f = 1 − 3,5/5,6 = 37,5 %. Es decir, un arranque en frío puede mandar más de un tercio del aceite directo al tanque, sin pasar por el elemento, con el filtro nuevo.

4.4 Cambio del elemento filtrante, paso a paso

  1. Despresuriza y bloquea. Para la bomba, bloquea la energía y alivia la presión del circuito y de los acumuladores antes de abrir la carcasa. Un filtro de presión puede tener 200 bar en su interior.
  2. Prepara el área. Limpia el exterior de la carcasa con un trapo que no suelte pelusa antes de abrir y ten a mano un recipiente para el aceite.
  3. Retira el elemento y la junta. Observa el elemento sucio: partículas metálicas brillantes indican desgaste interno; sedimento negro, oxidación del aceite; aceite lechoso, agua. Guarda una foto o el elemento para el análisis.
  4. Verifica el equivalente. Confirma el código de elemento, la β al tamaño requerido y el sellado; "original o equivalente de igual calidad" significa igual β, igual capacidad, igual soporte y mismo material de junta compatible con el aceite.
  5. Reemplaza las juntas (la ficha dibuja la tórica): lubrícalas con el mismo aceite y verifica su correcto asiento.
  6. Llena el vaso con aceite limpio si el diseño lo permite y cierra con el par indicado.
  7. Purga el aire y arranca a baja presión; revisa que no haya fugas y comprueba el ΔP y el indicador con el aceite caliente.
  8. Desecha el elemento usado como residuo contaminado, según la normativa de tu planta y de tu país (no en la basura común ni por el desagüe).
  9. Registra la fecha, las horas de máquina y la ΔP final: es el dato que mejora el siguiente plan.
Corrección técnica 4 (indicadores y cambio): la ficha acierta al decir que los indicadores "permiten monitorear la saturación y programar el cambio", pero omite tres cosas. Primero, la ΔP depende de la viscosidad: con aceite frío el indicador puede alarmar (o el bypass abrir) sin que el elemento esté sucio; hay que leer en caliente o usar indicadores con bloqueo térmico. Segundo, cambiar "según la condición indicada o plan de mantenimiento" es una buena regla, pero no se debe esperar al rojo si el bypass ya abrió: el indicador debe disparar antes. Tercero, el indicador no detecta un elemento roto o mal sellado (la ΔP bajaría, no subiría) ni el agua acumulada; por eso se complementa con conteos de partículas. Por último, "elementos originales o equivalentes de igual calidad" debe leerse como equivalentes con igual β certificado según ISO 16889, no solo "mismas medidas".

Caso 2 · El filtro de retorno que abría el bypass cada mañana

en una planta de papel, el indicador del filtro de retorno aparecía en rojo cada mañana de invierno y se apagaba una hora después. El técnico cambiaba el elemento "por si acaso", sin encontrarlo sucio. En la bitácora, el aceite arrancaba a 8 °C (unos 300 cSt). Análisis: la ΔP alta era viscosa y el bypass abría. Acción: indicador con bloqueo en frío, arranque a baja carga durante diez minutos y un calentador de aceite en el tanque. Se ahorraron los elementos y se mejoró la limpieza, porque cada mañana ya no pasaba el 30 % del caudal sin filtrar.


5. Muestreo del aceite

Ficha: muestreo del aceite, con cuatro recomendaciones, el recorrido bomba, filtro de presión, punto de muestreo y sistema con filtro de retorno, y los cuatro aspectos que evalúa el análisis
Muestreo del aceite. Fuente: ficha técnica Welectronic.

El filtro "hace" la limpieza; el análisis de aceite la confirma. Sin un muestreo correcto, el análisis es una opinión: un frasco sucio o una toma en un mal punto pueden hacer que un aceite limpio parezca contaminado, o a la inversa. La ficha enumera cuatro buenas prácticas: tomar la muestra con el sistema en operación y a temperatura normal, usar puntos de muestreo dedicados, elegir un punto representativo y mantener las mismas condiciones. Veamos el porqué de cada una.

Diagrama original de los puntos de muestreo de un circuito: A antes del filtro, B después del filtro, C en el retorno y D el fondo del tanque como punto no recomendado, con la receta de la muestra y lo que mira el laboratorio
Dónde y cómo tomar la muestra (diagrama original Welectronic).

5.1 Por qué cada regla

5.2 Receta para una muestra confiable (ISO 4021)

  1. Con la máquina en marcha y a su temperatura de trabajo, limpia el puerto con un trapo sin pelusa.
  2. Purga entre 0,5 y 1 litro de aceite en un recipiente aparte (para arrastrar la suciedad del propio puerto); no enjuagues el frasco con la muestra.
  3. Usa un frasco limpio certificado (limpieza según la ISO 3722) y no quites la tapa hasta el último momento.
  4. Llena el frasco hasta el 80 % sin tocar el pico con el puerto; cierra de inmediato.
  5. Etiqueta: equipo, punto de muestreo, fecha, horas de servicio, tipo de aceite y horas desde el último cambio de aceite o de filtro.

5.3 Qué mira el laboratorio (cuadro "Qué evalúa el análisis")

AspectoPrueba habitualQué te dice
Nivel de limpieza (ISO 4406)Conteo automático de partículas (ISO 11500)Cuánta suciedad hay y de qué tamaño; si el filtro cumple su objetivo
Desgaste de componentesEspectrometría de metales (hierro, cobre, estaño, aluminio…) y ferrografíaQué pieza se está desgastando (bronce: jaulas o bujes; hierro: engranajes, pistones)
Condición del aceiteViscosidad, acidez (TAN), oxidación y nitración (FTIR), aditivosSi el aceite sigue protegiendo o debe cambiarse
Contaminantes externosAgua (Karl Fischer), combustible, hollín, silicioEntrada de polvo (silicio), de agua o de otro fluido

El resultado vale por la tendencia, no por un dato aislado. Un código 18/16/13 que se mantiene estable durante dos años es más tranquilizador que un 16/14/11 que sube un código cada trimestre. Combina el análisis de laboratorio con la ΔP del filtro y con un contador portátil de partículas si es posible: así sabrás en horas, no en semanas, si el cambio del elemento surtió efecto.

Corrección técnica 5 (muestreo del aceite): la ficha muestra un único "punto de muestreo" después del filtro de presión. Para evaluar el desempeño del filtro, la práctica recomendada es tomar muestras antes y después y comparar (con ello se calcula un β real en servicio); un punto aguas abajo solo dice qué llega al sistema, no cuánto retiene el filtro. También conviene aclarar que "elegir un punto representativo" significa línea con flujo turbulento y mezclado, no el fondo del tanque, y que las muestras tomadas por una válvula con aceite estancado o con el frasco abierto en la sala pueden arruinar el resultado. Un detalle de redacción: en el recuadro de la derecha de la ficha aparece "adtivos"; debe decir "aditivos".

6. Recomendación técnica

Ficha: recomendación técnica sobre la filtración adecuada, con una llave, un elemento filtrante, una gota de aceite, un escudo con una marca de verificación y una lupa
Recomendación técnica. Fuente: ficha técnica Welectronic.

La ficha termina con un mensaje económico: "la filtración adecuada prolonga la vida útil de los componentes, reduce fallas y mantiene el rendimiento del sistema. Un aceite limpio es sinónimo de confiabilidad y menores costos de mantenimiento." Es cierto, y se puede convertir en un método de seis pasos.

6.1 Cómo armar un plan de filtración

  1. Identifica el componente más sensible (servoválvula, proporcional, bomba de pistones, motor) y busca en su manual el código ISO 4406 requerido. Ese componente fija el objetivo para todo el circuito.
  2. Estima el ingreso: ambiente (polvo, humedad), sellos, respiradero, frecuencia de aperturas. Si el ingreso es alto, el primer gasto es el respirador y los sellos, no un filtro más fino.
  3. Elige el β al tamaño requerido: por ejemplo, para 16/14/11 se buscan elementos con β4(c) ≥ 200 o β6(c) ≥ 200, no un "10 µm nominal".
  4. Dimensiona el caudal y la ΔP: el filtro de retorno, para el caudal máximo de retorno con ΔP inicial baja (menos de un tercio de la del indicador) con el aceite a la viscosidad de trabajo y también al arranque en frío.
  5. Añade el lazo fuera de línea si el sistema es sensible o el tanque es grande: así la limpieza no depende del ciclo de la máquina.
  6. Verifica con muestreo: toma la línea base (muestra "cero"), la muestra tras cambiar el elemento y las muestras periódicas; compara con el objetivo.

6.2 Códigos objetivo típicos

ComponenteCódigo ISO 4406 orientativo
Servoválvulas16/14/11 o mejor
Válvulas proporcionales17/15/12
Bombas de pistones y válvulas de alta presión18/16/13
Engranajes, paletas y válvulas direccionales19/17/14
Baja presión y servicio robusto20/18/15

Son los mismos valores que usó el laboratorio de la publicación 78; los vuelves a ver en el simulador de hoy. La diferencia de un código equivale al doble o la mitad de partículas; la industria cita que cada mejora de un par de códigos puede duplicar o más la vida de los componentes. Esa relación varía según el componente y la carga, así que la usamos como motivación, no como cálculo.

Corrección técnica 6 (recomendación técnica): la frase "aceite limpio = confiabilidad y menores costos" es correcta, pero la ficha no dice cómo se logra: no se compra "un filtro mejor", se construye un plan con objetivo (código ISO), reducción del ingreso (respirador, sellos, procedimientos), filtros bien ubicados y dimensionados, indicadores leídos en caliente, y muestreo periódico con tendencia. La "lupa" de la ficha debe leerse como el análisis de aceite y el conteo de partículas, no como inspección visual.

7. Procedimientos paso a paso

7.1 Llenar o reponer aceite con filtrado

  1. Usa una bomba de transferencia y mangueras exclusivas, con tapones en los extremos cuando no se usan.
  2. Pasa el aceite por un filtro fino (3 a 5 µm) entre el tambor y el tanque; nunca viertas con balde y embudo.
  3. Limpia alrededor de la tapa antes de abrirla; llena por la boca de llenado filtrada o por el retorno.
  4. Toma una muestra tras llenar y compara con el objetivo; si no cumple, haz funcionar el lazo de riñón hasta lograrlo.

7.2 Rutina semanal de la filtración (5 minutos)

  1. Con la máquina caliente, anota la ΔP de cada filtro (o el estado del indicador).
  2. Revisa el respirador (color del desecante y estado del cartucho) y las tapas.
  3. Revisa el nivel y el aspecto del aceite (color, olor, espuma, agua).
  4. Revisa fugas en juntas de las carcasas y en las válvulas de muestreo.
  5. Registra las horas de máquina y compara con la tendencia.

8. Casos reales de planta

Caso 3 · El tambor "nuevo" que ensució un sistema servo

tras reponer 200 L, una prensa con servoválvulas empezó a responder con histéresis y a pegar el carrete. El tambor se vació por la tapa con embudo. Un conteo del tambor mostró ISO 19/17/14, pero el sistema pedía 16/14/11. Acción: lazo de riñón con elemento de microfibra (3 µm) y 40 L/min durante 12 horas; el código bajó a 15/13/10. Lección: el aceite nuevo hay que filtrarlo al llenar; y toda reposición debe tener su propio muestreo.

Caso 4 · Filtro de retorno subdimensionado

un cilindro de 100/70 mm con una bomba de 60 L/min tenía un filtro de retorno "de 60 L/min". En cada retracción, el caudal de retorno llegaba a unos 118 L/min, la ΔP subía, el bypass abría y el indicador parpadeaba. Acción: filtro de 150 L/min con ΔP inicial baja. Lección: el filtro se dimensiona con el caudal de retorno máximo, no con el de la bomba (problema resuelto 3).

9. Errores comunes que conviene evitar

10. Resumen rápido (cheat-sheet)

ConceptoFórmula o regla
Fuentesexterna, interna, degradación del aceite, aire y agua, contaminación cruzada (más: fábrica, montaje y aceite nuevo)
BalanceC = G / (E · Q) en equilibrio; τ = V / (E · Q); C(t) = C_eq + (C_0 − C_eq) · e^(−t/τ)
Relación betaβ_x = N_antes / N_después (partículas mayores que x µm(c))
EficienciaE = (1 − 1/β) · 100 %; β = 75 → 98,67 %; 100 → 99 %; 200 → 99,5 %; 1000 → 99,9 %
PruebaISO 16889 (multipasos); contadores calibrados con ISO 11171
Succióncolador de 60 a 250 µm; algunas bombas no lo admiten
Presión3 a 10 µm; protege lo sensible; sin bypass o con indicador
Retorno10 a 25 µm; se dimensiona con el caudal máximo de retorno
Lazo de riñónfiltro fino 3 a 10 µm; unas 6 pasadas por hora de referencia (validar)
ΔPproporcional a caudal × viscosidad; leer en caliente
Bypassabre a P_b; fracción sin filtrar f = 1 − P_b/ΔP_e; el indicador marca antes (≈ 75 % de P_b)
Retorno de un cilindroQ_ret = Q · A1/A2 al retraer (A1 émbolo, A2 anular)
Muestreoen marcha, caliente, puerto dedicado, purgado, mismo punto y método (ISO 4021)
ISO 4406tres números (≥4, ≥6, ≥14 µm(c) por mL); cada código es el doble del anterior
Regla de oroprimero que no entre, luego que se retire; se verifica con muestreo y tendencia

Glosario breve

Normas y datos a validar

11. Laboratorio de filtración hidráulica

El simulador tiene dos mesas. En la primera eliges el elemento filtrante, el ingreso de contaminante, el caudal, el volumen de aceite y el objetivo de limpieza, y ves cómo el código ISO 4406 baja con las horas, con un circuito animado donde los puntos son partículas y el filtro las retiene según su β. En la segunda, ajustas temperatura, caudal y carga del elemento y observas la ΔP, el indicador y la fracción que se va por el bypass. Algunas pruebas para hacer:

Qué hace el modelo: mezcla perfecta con ingreso constante G y filtrado de caudal Q (C = G/(E·Q), τ = V/(E·Q)); ΔP del elemento proporcional a caudal y viscosidad (Walther, ISO VG 32, 46 o 68 con VI ≈ 100) y a la carga; bypass con fracción f = 1 − Pb/ΔP. No incluye la variación del β con la ΔP, la migración de partículas, la ruptura del medio ni la distribución real de tamaños. Úsalo para entender el comportamiento, no para dimensionar.

✅ 5 Problemas Resueltos

Problema 1: Un contador de partículas mide 24.000 partículas/mL mayores de 10 µm(c) antes de un filtro. Calcula cuántas quedan después y la eficiencia para β = 2, 10, 75, 100, 200 y 1000.
Solución:
Ndespués = Nantes / β y E = (1 − 1/β) · 100 %.
βN después (por mL)E (%)
21200050,00
10240090,00
7532098,67
10024099,00
20012099,50
10002499,90
Con β = 200 pasan 120 partículas/mL y la eficiencia es 99,5 %.
Problema 2: Un tanque de 600 L se limpia con un lazo de riñón de 60 L/min y un filtro de β = 100 (E = 99 %). El conteo inicial de partículas ≥ 4 µm es de 3000/mL (ISO 19) y el ingreso externo aporta 2 · 106 partículas/min. Calcula la constante de tiempo, la concentración de equilibrio y cuánto tarda en llegar a 640/mL (ISO 16).
Solución:
1) Constante de tiempo: τ = V/(E·Q) = 600/(0,99 · 60) = 10,10 min.
2) Pasadas por hora: Q · 60 / V = 60 · 60 / 600 = 6.
3) Equilibrio: Ceq = G/(E·Q) = 2 · 106 / (0,99 · 60.000 mL/min) = 33,7 partículas/mL.
4) Tiempo: t = −τ · ln[(C − Ceq)/(C0 − Ceq)] = −10,10 · ln[(640 − 33,7)/(3000 − 33,7)] = 16,0 min (sin ingreso serían 15,6 min).
Con solo unos 16 minutos el aceite llega a ISO 16 en ese canal; en la práctica, mide también los canales de 6 y 14 µm.
Problema 3: Un cilindro de émbolo de 100 mm y vástago de 70 mm se alimenta con una bomba de 60 L/min. Calcula el caudal de retorno máximo y elige el caudal mínimo del filtro de retorno.
Solución:
A1 = π · 10²/4 = 78,54 cm²; Avástago = π · 7²/4 = 38,48 cm²; A2 = A1 − Avástago = 40,06 cm².
Extensión: el retorno sale de la cámara anular: Q · A2/A1 = 60 · 40,06/78,54 = 30,6 L/min.
Retracción: el retorno sale de la cámara del émbolo: Q · A1/A2 = 60 · 78,54/40,06 = 117,6 L/min.
El filtro debe dimensionarse para al menos 118 L/min (con un margen, 150 L/min), no para los 60 L/min de la bomba. Esa relación 1,96 : 1 es la que vimos en la publicación 75 (cilindros).
Problema 4: Un filtro de retorno de ΔP limpio = 0,3 bar a 100 L/min y 30 cSt trabaja con aceite ISO VG 46 a 45 °C y 150 L/min. Calcula la ΔP con el elemento al 50 % de carga y al 80 %, y la fracción del caudal que pasa por el bypass (que abre a 3,5 bar; el elemento sigue el modelo 1 + 9·carga²).
Solución:
1) Viscosidad: ν(45 °C) = 36,9 cSt (Walther).
2) ΔP limpio: 0,3 · (150/100) · (36,9/30) = 0,55 bar.
3) Al 50 %: factor 1 + 9 · 0,5² = 3,25 → ΔP = 1,80 bar. Está por debajo de 2,6 bar (indicador): normal.
4) Al 80 %: factor 1 + 9 · 0,8² = 6,76 → ΔP = 3,75 bar. Supera 3,5 bar: el bypass abre y f = 1 − 3,5/3,75 = 6,6 % del caudal sin filtrar.
El indicador (2,6 bar) habría marcado antes; esa es su razón de ser: dar tiempo para cambiar el elemento antes del bypass.
Problema 5: Escribe en Python funciones para la eficiencia por β, la constante de tiempo de limpieza, el código ISO 4406 de un canal y la fracción de bypass, y compruébalas con asserts.
Solución:
LIM = [0.02, 0.04, 0.08, 0.16, 0.32, 0.64, 1.3, 2.5, 5, 10, 20, 40, 80,
       160, 320, 640, 1300, 2500, 5000, 10000, 20000, 40000, 80000]

def eficiencia(beta):                 # % retenido a un tamano dado
    return (1 - 1 / beta) * 100

def tau_min(V_L, Q_Lmin, beta):       # constante de tiempo, minutos
    return V_L / ((1 - 1 / beta) * Q_Lmin)

def codigo(n):                        # codigo ISO 4406 de un canal
    for i, lim in enumerate(LIM, start=1):
        if n <= lim:
            return i

def bypass(dp, pb=3.5):               # fraccion del caudal sin filtrar
    return 0.0 if dp <= pb else 1 - pb / dp

assert round(eficiencia(200), 2) == 99.5
assert round(eficiencia(75), 2) == 98.67
assert round(tau_min(600, 60, 100), 2) == 10.10
assert codigo(3000) == 19 and codigo(640) == 16 and codigo(80) == 13
assert bypass(2.0) == 0.0
assert round(bypass(4.47), 3) == 0.217

Observa que codigo(80) da 13: 80 partículas/mL caen en el rango 40–80. Y que bypass(2.0) es cero: con ΔP menor que la presión de apertura todo el caudal pasa por el elemento.

🏋️ 5 Ejercicios Propuestos

Ejercicio 1: Un filtro de β10(c) = 1000 recibe 50.000 partículas/mL mayores de 10 µm(c). ¿Cuántas pasan y qué eficiencia tiene?
Ndespués = 50.000/1000 = 50 partículas/mL. E = (1 − 1/1000) · 100 = 99,9 %.
Ejercicio 2: Antes de un filtro hay 8000 partículas/mL ≥ 4 µm(c) y después 80. Calcula β, la eficiencia y los códigos ISO de cada canal (solo el de 4 µm).
β = 8000/80 = 100; E = 99 %. Códigos: 8000 está entre 5000 y 10000 → 20; 80 está entre 40 y 80 → 13. El filtro baja siete códigos en una sola pasada para ese tamaño (en el sistema real, la mezcla del tanque reduce la mejora).
Ejercicio 3: Un cilindro de 80 mm de émbolo y 56 mm de vástago se alimenta con una bomba de 40 L/min. ¿Qué caudal de retorno máximo debe soportar el filtro?
A1 = 50,27 cm²; Avástago = 24,63 cm²; A2 = 25,64 cm². Retracción: 40 · 50,27/25,64 = 78,4 L/min (extensión: 20,4 L/min). Se elige un filtro de al menos 80 L/min, mejor 100 L/min.
Ejercicio 4: Un tanque de 400 L tiene un lazo de riñón de 50 L/min con un filtro de β = 200. Sin ingreso, ¿cuánto tarda en reducir las partículas a la octava parte (3 códigos ISO)? ¿Cuántas pasadas son?
τ = 400/(0,995 · 50) = 8,04 min. Para dividir por 8: t = τ · ln 8 = 16,7 min. Pasadas = t · Q / V = 2,09: bastan unas dos pasadas por el filtro (en la práctica, con ingreso y mezcla imperfecta, se necesitan más).
Ejercicio 5: Con el modelo del simulador (0,3 bar a 100 L/min y 30 cSt, caudal 80 L/min, elemento nuevo, ISO VG 46), calcula la ΔP a 10 °C y a 0 °C, y la fracción que pasa por el bypass.
ν(10 °C) = 256,4 cSt → ΔP = 0,3 · 0,8 · 256,4/30 = 2,05 bar (menor que 2,6: sin alarma ni bypass). ν(0 °C) = 558,9 cSt → ΔP = 4,47 bar > 3,5: bypass f = 1 − 3,5/4,47 = 21,7 % sin filtrar, con el elemento nuevo. Conclusión: calienta antes de cargar el sistema.
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