Por definição, o papel principal de um filtro de óleo é limpar o óleo de contaminantes destrutivos dentro de máquinas, como motores, transmissões, sistemas hidráulicos e outros sistemas que dependem de óleo. No caso de filtros de óleo automotivos, os filtros do tipo cartucho são os mais comuns, e esse formato provavelmente impulsionou o avanço da tecnologia de filtração de óleo.
Em 1922, Ernest Sweetland inventou o primeiro dispositivo de filtro de óleo para automóveis. Ele foi chamado de “Purolator”, uma abreviação de “pure oil later” (óleo puro mais tarde). Os filtros de rosca, comuns na indústria automotiva atual, foram introduzidos na década de 1950 e tornaram-se praticamente um padrão no início dos anos 1970.
Além da indústria automotiva, a filtração de óleo é parte integral de equipamentos em diversos setores, incluindo aeroespacial, geração de energia, refino de petróleo, manufatura e mineração. Embora a maioria dos filtros de óleo atuais sejam do tipo cartucho ou canister, existem diversas variações em tamanho, material do filtro, capacidade de retenção de sujeira e arranjos de fluxo. Por isso, é importante selecionar filtros e sistemas de filtração que atendam às necessidades da aplicação, considerando custo, desempenho, facilidade de uso e condições ambientais.
Tipos de Filtros de Óleo
Os filtros de óleo podem ser caracterizados pelo método de filtração ou pelo design de fluxo de óleo. Um método comum para controlar a contaminação é o uso de meios filtrantes de superfície, como os utilizados em automóveis. Em filtros de profundidade, o material do filtro é projetado para reter níveis muito maiores de contaminação, oferecendo um caminho mais complexo para que os contaminantes do lubrificante fiquem presos.
Outros métodos incluem filtração magnética e centrífuga:
- Filtração Magnética: Utiliza ímãs de terras raras ou eletroímãs para atrair partículas ferrosas.
- Filtração Centrífuga: Usa um cilindro giratório rápido para separar contaminantes do óleo por força centrífuga.
Os filtros também podem ser classificados pelo design de fluxo do óleo:
- Filtro de Fluxo Total: Todo o óleo passa pelo meio filtrante.
- Filtro Bypass: Apenas uma fração do óleo passa pelo filtro.
- Sistema Duplex: Possui dois filtros paralelos, permitindo a troca de um deles sem interromper a operação.
Nos filtros do tipo cartucho, é comum que o óleo flua de fora para dentro, mas, em alguns casos, o fluxo é invertido, entrando pelo núcleo e saindo pelas bordas externas. Esse design melhora a distribuição de fluxo e reduz o tamanho do elemento filtrante.
Mecanismos de Filtração e Meios Filtrantes
A principal função de um filtro é remover e reter contaminantes enquanto o óleo passa pelo componente poroso, chamado meio filtrante. Esses meios funcionam sob diversos mecanismos, incluindo:
- Intercepção Direta e Retenção em Profundidade: Partículas maiores que os poros ficam bloqueadas.
- Adsorção: Atração eletrostática entre partículas e o meio.
- Impacto Inercial: Partículas são impactadas no meio por inércia.
- Movimento Browniano: Partículas menores que 1 mícron movem-se de forma independente do fluxo de fluido, sendo adsorvidas.
- Efeitos Gravitacionais: Partículas maiores se afastam das regiões de fluxo em condições de baixa velocidade.
Os meios filtrantes podem capturar partículas por:
- Retenção de Superfície: Contaminantes ficam presos na superfície do meio.
- Retenção em Profundidade: Contaminantes ficam presos tanto na superfície quanto nas passagens internas do meio filtrante.
Tipos de Meios Filtrantes e Capacidade de Retenção de Sujeira
A capacidade de retenção de sujeira é influenciada pela porosidade, profundidade e material do meio filtrante. Os principais tipos incluem:
- Celulose: Feita de polpa de madeira, com fibras grandes e poros inconsistentes.
- Fibra de Vidro (Sintético): Fibras menores e poros mais consistentes.
- Composto: Combinação de celulose e fibra de vidro.
Meios de fibra de vidro são preferidos devido à maior consistência na porosidade e maior durabilidade, especialmente em condições severas.
Entendendo a Classificação Beta
Os filtros de óleo são avaliados pelo método chamado classificação beta, que calcula a eficiência do filtro dividindo o número de partículas maiores que um determinado tamanho antes e depois do filtro.
Boas Práticas no Uso de Filtros de Óleo
- Armazenamento: Mantenha os filtros limpos, secos e em local fresco.
- Instalação: Siga as recomendações do fabricante para evitar erros como apertar demais ou de menos.
- Evite Pré-encher: Não pré-encha filtros antes da instalação, especialmente em motores a diesel.
- Escolha Correta: Verifique se o filtro usado é o correto para a aplicação.
- Treinamento: Garanta que os responsáveis pela manutenção sejam devidamente treinados.
Modos de Falha dos Filtros
Canalização
Sob altas pressões diferenciais, as passagens do meio filtrante podem se expandir a ponto de permitir a passagem de óleo não filtrado, comprometendo a captura eficiente de contaminantes. Além disso, partículas previamente retidas no filtro podem ser liberadas através dessas passagens ampliadas.
Fissuras por Fadiga
Em condições de fluxo cíclico, podem surgir fissuras no meio filtrante, permitindo que o óleo passe sem filtração.
Migração do Meio Filtrante
As fibras do meio filtrante podem se deteriorar e gerar novos contaminantes compostos pelo próprio material do filtro. Isso pode ocorrer devido ao posicionamento inadequado do alojamento do filtro ou à má instalação, causando vibrações prejudiciais. Além disso, óleos incompatíveis ou pressões diferenciais extremamente altas podem causar o desintegração do meio filtrante.
Entupimento
Durante a operação, o meio filtrante pode atingir sua capacidade máxima de retenção de sujeira, causando entupimento. Isso pode ocorrer de forma prematura se houver excesso de umidade, refrigerantes ou produtos oxidativos, como borra.
61% dos profissionais de lubrificação afirmam que o entupimento é o modo de falha mais comum em filtros de óleo, segundo uma pesquisa recente.
Fatores para a Seleção Adequada de Filtros de Óleo
Integridade Estrutural
Considerado o fator mais crítico, a integridade estrutural refere-se à capacidade do filtro de evitar que o óleo passe por caminhos não filtrados. A ISO (Organização Internacional de Padronização) estabelece procedimentos para testar a integridade da fabricação, compatibilidade dos materiais, carga final e resistência à fadiga de fluxo. Esses testes identificam defeitos como vedação inadequada de costuras e tampas ou rupturas no meio filtrante em condições de alto fluxo, além dos efeitos de altas temperaturas no elemento filtrante.
Capacidade de Retenção de Contaminantes
Refere-se à quantidade de contaminantes que o filtro pode acumular antes que sua eficiência seja comprometida.
Perda de Pressão
Diz respeito à perda de pressão diferencial total causada pela instalação do filtro no sistema. Essa perda é influenciada pela porosidade e área de superfície do meio filtrante.
Eficiência de Captura de Partículas
Mede a eficácia geral dos mecanismos de filtração no meio filtrante em extrair e reter contaminantes do óleo.
Sistema/Ambiente
As características do sistema e do ambiente onde o filtro será instalado devem ser consideradas, incluindo níveis esperados de contaminação, taxas de fluxo, localização, vibração, entre outros fatores.
Manutenção de Filtros Instalados
A melhor maneira de evitar que os filtros atinjam sua capacidade de retenção de sujeira é prevenir a entrada de contaminantes no sistema desde o início. Quanto menos contaminantes externos ingressarem, menos partículas serão geradas internamente (partículas produzem partículas). Siga estas diretrizes para manter os filtros instalados:
- Garanta a instalação de respiros adequados para evitar a entrada de contaminantes e umidade no sistema.
- Mantenha selos e cilindros limpos e secos utilizando limpadores e protetores apropriados.
- Escolha o grau de óleo e o pacote de aditivos adequados para combater a entrada de contaminantes e o atrito interno.
Análise do Filtro
O filtro não é apenas uma armadilha para os indesejáveis da máquina, mas também uma concentração de pistas sobre o que está acontecendo internamente. As partículas no óleo podem estar tão diluídas que a análise prática se torna desafiadora. No entanto, as partículas retidas no filtro podem ser visíveis a olho nu.
Contaminantes metálicos são um indicativo primário de problemas na máquina. Embora seja esperado encontrar alguns contaminantes metálicos, uma quantidade incomum deve ser reconhecida ao monitorar a aparência visual do filtro após cada troca de óleo. Cortar o filtro e utilizar um ímã forte pode ajudar a identificar e extrair os contaminantes metálicos.
Se houver suspeita de problemas na máquina, o filtro não deve ser descartado, pois isso seria como eliminar evidências cruciais. Mantenha o filtro nas mesmas condições em que foi retirado e envie-o para análise por um fabricante ou laboratório especializado.
Descarte de Filtros
Filtros de óleo não devem ser jogados em lixeiras comuns. Regulamentações cada vez mais rigorosas da Agência de Proteção Ambiental (EPA) determinam o descarte adequado de filtros. Embora cada tipo de filtro possa ter requisitos específicos, práticas comuns incluem drenagem de óleo, esmagamento ou incineração do filtro. Muitos serviços de descarte ou distribuidores de filtros aceitam filtros de óleo usados gratuitamente ou a um custo baixo.
A. Indicador de Condição: Este dispositivo mede a diferença de pressão para indicar a vida útil restante ou falha do filtro de óleo.
B. Cabeçote do Filtro: A parte superior da carcaça do filtro contém portas para entrada e saída de fluxo, bem como indicadores de desvio e diferença de pressão.
C. Válvula de Desvio: Embora existam muitas variações de tipo e posição para as válvulas de desvio, a válvula mostrada é tensionada por uma mola para permitir fluxo parcial ou total de fluido quando a diferença de pressão excede uma pressão predeterminada.
D. Placa Base: Esta é a estrutura de suporte do meio filtrante na extremidade de interface do cabeçote do filtro. Ela ajuda a prevenir vazamentos ou rupturas devido a pressões diferenciais aumentadas e geralmente contém roscas para conectar ao cabeçote do filtro.
E. Carcaça do Filtro (Cubo): A carcaça principal do filtro ajuda a direcionar o fluxo de óleo através do elemento filtrante.
F. Tubo Central (Núcleo Interno): Este é o duto central para o fluxo de saída do meio filtrante para o cabeçote do filtro. O tubo central também serve como suporte para o meio filtrante para evitar o colapso devido à pressão diferencial aumentada.
G. Meio Filtrante: Um elemento filtrante plissado é um exemplo de um filtro de superfície, que fornece uma grande área de superfície de material poroso de celulose ou sintético para filtração suficiente durante condições de fluxo normais.
H. Tampa Final: Esta é a estrutura de suporte do meio filtrante na extremidade oposta do cabeçote do filtro. Ela ajuda a prevenir vazamentos ou rupturas devido a pressões diferenciais aumentadas.
I. Porta de Drenagem: Esta porta permite a opção de drenar o óleo antes de remover o filtro de óleo da carcaça do filtro. Ela também pode servir como um local para coletar uma amostra de óleo ou remover o excesso de óleo antes do descarte.
J. Mola Helicoidal: Esta é a tensão predeterminada para a válvula de desvio. Em outras configurações, pode ser usada uma mola de lâmina.
K. Junta da Placa Base: Esta pré-lubrificada vedação em anel ou molde O-ring fornece vedação suficiente entre a placa base e o cabeçote do filtro durante a instalação da carcaça do filtro.
L. Vedação contra Poeira: Isso evita que poeira e outros contaminantes entrem no interior da carcaça do filtro.
Referências:
- Fitch, E.C., An Encyclopedia of Contamination Control, 1980
- Fitch, E.C., “How to Select Fluid Power Filters,” The BFPR Journal, 1979
- Erosion Control, Equipment World Magazine, dezembro de 1991
- Filtration Manual, PTI Technologies Inc., 1990
- Pall Corporation, Ultipleat SRT Filter Brochure, novembro de 2007
- Triple R Oil Cleaning Products, Product Brochure, 2013
Por Bennett Fitch, Noria Corporation.
Traduzido pela equipe de conteúdos da Noria Brasil.
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ML 11/2024: "Anatomy of an Oil Filter"
