La filtration des huiles Hydrauliques

Fonctions des filtres

Les analyses réalisées ont montré que la réduction du nombre de particules dans les fluides conduit à un accroissement de la durée de vie des appareils.

Les particules solides provoquent une usure mécanique lorsqu'elles circulent dans le circuit, ce qui entraîne la formation de nouvelles particules de matières solides.

Pour éviter cet effet boule de neige, il convient de prévoir un système de filtration adapté au circuit en question pour :

• Éliminer les impuretés du fluide hydraulique.
• Empêcher les pannes fonctionnelles causées par les impuretés.
• Éviter les variations de temps de réponse des appareils dues aux arêtes de commandes endommagées.
• Réduire les temps d'arrêts d'exploitation pendant les intervalles de maintenance.
• Augmenter la durée de vie des appareils.
• Permettre la maintenance préventive.
• Éviter le vieillissement du fluide suite à une contamination par des particules solides.
• Maintenir le pouvoir lubrifiant du fluide.

Classes de pollution 

Les classes de pollution indiquent combien de particules de taille définie sont contenues dans 100 ml de fluide hydraulique.

La détermination se fait par comptage et par estimation de la pollution à l'aide d'un microscope ou d'un compteur de particules.

Si la concentration des impuretés dépasse 20 mg/l ou si le fluide est trouble, la pollution ne peut être définie que par gravimétrie.

La classe de pollution de l'installation se détermine sur la base de l'élément le plus sensible du système. Le tableau ci-dessous indique la classe de pollution à respecter en fonction des appareils utilisés.

Classe de pollution à respecter en fonction des composants hydrauliques

Photos pour comparaison de classe de pollution

Classe de pollution :
NAS 1638  Classe 4
ISO   4406 Classe 15/13/10

Agrandissement 100 fois                         1 Graduation = 10μm

Classe de pollution :
NAS 1638  Classe 5
ISO   4406 Classe 16/14/10

Agrandissement 100 fois                     1 Graduation = 10μm


Classe de pollution :
NAS 1638  Classe 6
ISO   4406 Classe 17/15/12

Agrandissement 100 fois.                          1 Graduation = 10μm

Classe de pollution :
NAS 1638  Classe 7
ISO   4406 Classe 18/16/13

Agrandissement 100 fois                           1 Graduation = 10μm


Classe de pollution :
NAS 1638  Classe 8
ISO   4406 Classe 19/17/14

Agrandissement 100 fois                                      1 Graduation = 10μm


Classe de pollution :
NAS 1638  Classe 9
ISO   4406 Classe 20/18/15

Agrandissement 100 fois                                       1 Graduation = 10μm


Classe de pollution :
NAS 1638  Classe 10
ISO   4406 Classe 21/19/16

Agrandissement 100 fois                                     1 Graduation = 10μm

Classe de pollution :
NAS 1638  Classe 11
ISO   4406 Classe 23/21/18

Agrandissement 100 fois                                             1 Graduation = 10μm

Classe de pollution :
NAS 1638  Classe 12
ISO   4406 Classe 23/21/18

Agrandissement 100 fois                                  1 Graduation = 10μm


Choix des filtres 
Le choix du filtre est conditionné par son efficacité dans le circuit hydraulique. Il faut connaître les caractéristiques suivantes :

• Le pouvoir d'absorption des particules.
• Le débit nominal : défini par une dimension de particules retenues après plusieurs passages.
• Les pertes de charge.
• La taille des pores de la cartouche filtrante — permet d'avoir un ordre de grandeur de la finesse de filtration nominale.
• Le seuil absolu de filtration : définit la taille de la plus grande particule qui passe à travers le filtre.
• La valeur moyenne : mesure de la grandeur moyenne des pores d'un élément filtrant.
• Le rapport amont/aval : rapport entre le nombre de particules d'une certaine dimension en amont du filtre et celui en aval.
• La valeur BETA (β) : indique la finesse du filtre, déterminée par le test multi-pass. Elle exprime combien de fois plus de particules d'une taille donnée se trouvent à l'entrée par rapport à la sortie du fluide filtré.

Graphe de valeur de βx

Pouvoir de rétention 

Ces résultats sont mesurés après une phase de stabilisation (après 20 passages). Ils sont basés sur des analyses de fluide prélevées en amont et en aval du filtre testé.

• Durée de vie : indique la fréquence d’échange de cartouche dans une installation en exploitation normale.

• Taux de séparation. 

Performance des filtres

Filtration en surface : 
Les matériaux utilisés sont des toiles de différentes formes. Par leurs structures, les filtres ont un degré de filtration bien définie par rapport aux particules solides de tailles identiques ou superieures à celle des mailles de filtres, mais cet élément filtrant n’est pas efficace devant les particules longues et fines, telles que les filtres.

Filtration en profondeur : 


Les matériaux utilisés sont principalement la cellulose, les fibres synthétiques, la fibre de verre et le métal. Ces filtres sont conçus pour retenir les particules solides supérieures à 20 µm dans les installations sensibles à la pollution. Du fait de leur structure, ce sont des éléments consommables (jetables).

Comment filtrer efficacement un circuit hydraulique 
      
Le choix de la position d'un filtre sur le circuit en fonction de son efficacité est important 
 
 Filtration à l'aide d'une crépine noyée dans le bac 

Filtration au niveau de l’aspiration

Ce mode de filtration couramment adopté pendant des décennies est maintenant vivement critiqué en hydraulique moderne pour plusieurs raisons :

 Une crépine n'est pas un filtre.
 Accessibilité discutable dans la plupart des cas.
 Pollution extérieure au moment de la visite de la cartouche.
 Aucun moyen efficace de prévenir le colmatage avec risques de destruction de la pompe par cavitation.

 Filtration à l'aspiration par filtre sur tuyauterie 

Cette disposition de filtration souvent rencontrée sur les installations datant des dix dernières années (voir figure ci-dessus) est pourtant discutable pour les raisons suivantes :

      *La Δp admise dans la cartouche du filtre est limitée à la capacité d'aspiration de la pompe (pour pompe à engrenage et palettes : environ 0,25 bar et pompes à pistons : 0 bar).De ce fait, un filtre à l'aspiration est vivement déconseillé avec une pompe à pistons. Par ailleurs, la Δp de 0,25 bar est faible, ce qui signifie la nécessité de mettre en oeuvre des cartouches de grandes surfaces si l'on souhaite ne pas intervenir trop souvent sur le filtre.

 
Celui-ci est donc toujours très encombrant surtout si la machine travaille à l'extérieur avec démarrages par temps froid.

     *L'efficacité de ce filtre est médiocre car la pollution générée par la pompe circule dans toute la boucle avant d'être piégée par l'élément filtrant. On notera l'interdiction de monter un clapet de by-pass compte tenu des risques rapides de destruction de pompe en cas d'ouverture de celui-ci. Un signal électrique de colmatage, taré à 0,25 bar environ, avertit l'utilisateur d'une façon lumineuse ou sonore que l'on doit obligatoirement changer la cartouche.

Celui-ci est donc toujours très encombrant surtout si la machine travaille à l'extérieur avec démarrages par temps froid.

     *L'efficacité de ce filtre est médiocre car la pollution générée par la pompe circule dans toute la boucle avant d'être piégée par l'élément filtrant. On notera l'interdiction de monter un clapet de by-pass compte tenu des risques rapides de destruction de pompe en cas d'ouverture de celui-ci. Un signal électrique de colmatage, taré à 0,25 bar environ, avertit l'utilisateur d'une façon lumineuse ou sonore que l'on doit obligatoirement changer la cartouche.

 Filtration sur le retour
 
L'efficacité d'un filtre sur retour est indiscutable si l'installation est munie de vérins. La pollution extérieure et celle générée par les frottements du piston dans le cylindre sont piégées par le filtre avant d'être aspirées par la pompe.
Le dimensionnement du filtre est dicté par le débit de retour qui peut faire plusieurs fois le débit de la pompe avec vérins simples tiges doubles effets 
Le signal électrique de colmatage sera taré entre 0,5 et 5 bars en fonction de l'efficacité de filtration du milieu filtrant
Dans l'hypothèse où la tenue mécanique de la cartouche du filtre est faible (5 bar environ avec cartouches papier par exemple), il faudra prévoir le montage d'un clapet anti-retour destiné à protéger celle-ci en cas de démarrage par temps froid.
Le clapet sera naturellement taré à une valeur légèrement inférieure à la résistance du média filtrant.

Filtration sur le retour

 Filtration sur le refoulement

   La filtration sur le refoulement est généralement considérée comme efficace, sur¬tout avec pompes polluantes (palettes et engrenages).
   Les particules générées par l'émetteur sont immédiatement piégées par le filtre avant de circuler dans la boucle.
  Le filtre est petit car il est toujours dimensionné par le débit de la pompe
Toutefois, la carcasse du filtre doit tenir à la pression de refoulement et celle-ci est donc le plus souvent en acier moulé de forte épaisseur.
Comme pour le filtre retour et pour les mêmes raisons, l'appareil sera muni d'un signal électrique de colmatage taré à l'efficacité maximum de filtration du média fil¬trant et d'un clapet anti-retour éventuel pour démarrage par temps froid.

Filtration sur refoulement

 Filtration sur le drain moteur

Le montage d'un filtre sur le drain d'un moteur hydraulique doit être considéré comme efficace.
            L'expérience montre que le tube de drainage, surtout avec moteurs lents à pistons     radiaux, est toujours très pollué

              Le dimensionnement de ce filtre, de petit calibre, sera dicté par la Δp admissible, dans le carter du moteur, généralement limitée à la tenue du joint d'étanchéité d'arbre soit 1 à 2 bar maxi.
               Le filtre sera muni d'un signal électrique de colmatage taré à l'efficacité maximum de la cartouche, mais ne devra, de toute façon, jamais dépasser 1 à 2 bars.
               Un clapet anti-retour de protection, en cas de démarrage par temps froid, est obliga¬toire pour éviter de dépasser Δp le maximum admissible sur le joint d'arbre du moteur hydraulique.

Filtration sur le drain de moteur hydraulique

 Filtration en continu

La figure ci-dessous montre un exemple d'adaptation d'un groupe motopompe de filtration en continu sur une installation hydraulique.

Filtration et refroidissement par groupe motopompe en continu

La filtration en continu par groupe motopompe séparé est une solution efficace, surtout pour les machines à forte capacité d'huile.

Cette disposition présente l'avantage supplémentaire de permettre l'adjonction éventuelle d'un réfrigérant et d'assurer le remplissage et la vidange du circuit par le groupe de filtration continue.    
                 
Pour garantir une filtration valable, le débit du groupe doit être suffisant pour recycler toute l'huile du bac environ toutes les 5 minutes. 

L'huile à filtrer sera aspirée dans la zone de retour et refoulée vers les aspirations pompes. 

Élément filtrant du filtre  
             
Cartouche métallique nettoyable 

Ces cartouches sont déconseillées en hydraulique industrielle compte tenu des difficultés rencontrées pour les opérations de nettoyage. Le rinçage au pétrole avec un pinceau est illusoire. De plus, l'emploi de la soufflette d'air comprimé est rigoureusement interdit

Chaque «coup de soufflette» est générateur de pollution dans la cartouche. Seule la méthode avec machine à ultrason et balayage avec un fluide spécial est valable. Il est donc souhaitable de confier le nettoyage des cartouches au constructeur filtre.

Cartouche en papier

Ces cartouches consommables, imprégnées de résine époxy sont souvent employées en hydrostatique avec succès. Attention ne pas stocker plus de 12 à l8 mois en raison du vieillissement du papier et de son imprégnation.

La résistance mécanique est de l'ordre de 5 bars et nécessite la mise en œuvre d'un clapet thermostatique de protection en cas de démarrage par temps froid. Le papier est du type «plié en étoile» et la filtration se fait de préférence de l'extérieur vers l'intérieur (travaille au rétreint). 
Dans ce cas, une virole métallique perforée est placée à l'intérieur de l'élément filtrant.

Cartouche fibre de verre ou microfibre de verre 

Ces cartouches consommables conviennent parfaitement pour la filtration des circuits hydrauliques.
Elles peuvent être fournies avec une résistance mécanique élevée (jusqu'à 200 bars) permettant leur montage sur un circuit avec servo valves.

Caractéristiques des éléments filtrants 

Elles sont liées à leur condition d’utilisation comme le montre le tableau suivant :

Sami Rekik