Los acumuladores aumentan la eficiencia y proporcionan un funcionamiento suave en los sistemas hidráulicos

Acumulador Almacena la presión en un tanque donde el aceite hidráulico se mantiene bajo presión por una fuente externa. La fuente externa puede ser gas comprimido, un resorte o un peso. Se instalan en sistemas hidráulicos con dos propósitos principales: almacenar energía y eliminar pulsaciones.

Como almacenamiento de energía, los acumuladores generalmente permiten que los sistemas hidráulicos usen bombas más pequeñas porque recolectan energía de las bombas durante los períodos de baja demanda. Esta energía puede usarse inmediatamente y liberarse según la demanda a un ritmo mucho mayor que el proporcionado por la bomba sola. Actuando como un amortiguador de pulsaciones o de sobretensiones, el acumulador amortigua el martillo hidráulico, reduciendo los golpes causados ​​por un funcionamiento rápido o por arranques y paradas repentinas de los cilindros en el circuito hidráulico.

Dos diseños de acumuladores se utilizan ampliamente en los sistemas hidráulicos: acumuladores de pistón y acumuladores de vejiga, Figura 1. Los acumuladores de pistón incluyen pistón de servicio pesado, resorte y pistón hidroneumático. El peso de transporte fue el primero que se utilizó, pero tiene una capacidad muy pesada y es mucho más grande que los tipos modernos de pistón y vejiga. Tanto las versiones ponderadas como las de resorte son raras en estos días. Los acumuladores de pistón hidroneumáticos son ahora el tipo más utilizado en la industria.

Versatilidad funcional
almacen de energia
— Los acumuladores hidráulicos combinan gas con aceite hidráulico. El fluido casi no tiene propiedades dinámicas de almacenamiento de energía;A 5000 psi, un volumen de fluido hidráulico típico solo se puede reducir en aproximadamente un 1,7 %.(Sin embargo, esta incompresibilidad relativa lo hace ideal para la transmisión de energía, proporcionando una respuesta rápida a las demandas de energía). Por lo tanto, cuando solo se libera el 2% del volumen total, la presión del aceite restante en el sistema cae a cero.

Por otro lado, los gases pueden comprimirse en pequeños volúmenes bajo alta presión. La energía potencial se almacena en el gas comprimido y se libera según la demanda. Esta energía se puede comparar con la de un martinete elevado listo para transferir su enorme energía a la pila. En un acumulador de pistón, la energía del gas comprimido ejerce presión sobre un pistón que separa el gas y el fluido hidráulico. El pistón, a su vez, fuerza el fluido desde el cilindro hacia el sistema y hacia un lugar donde se realizará un trabajo útil.

absorción pulsátil — La bomba genera la energía necesaria para su uso o almacenamiento en el sistema hidráulico. Muchas bombas proporcionan esta potencia en forma de flujo pulsante. Las bombas de pistón se usan comúnmente debido a sus capacidades de alta presión, que pueden crear pulsaciones que pueden ser perjudiciales para los sistemas de alta presión. Un acumulador correctamente ubicado en el sistema amortiguará en gran medida estos cambios de presión.

mojadura — En muchas aplicaciones, los componentes accionados de un sistema hidráulico pueden detenerse repentinamente, creando una onda de presión que viaja de regreso a través del sistema. Esta onda de choque puede generar picos de presión varias veces superiores a las presiones de funcionamiento normales. Puede causar un ruido desagradable o un mal funcionamiento del sistema. El colchón de aire del acumulador, correctamente colocado en el sistema, minimizará este impacto.

Un ejemplo de esta aplicación es la absorción de golpes causados ​​por una parada repentina de la cuchara de carga en un cargador frontal hidráulico. Sin un acumulador, una cuchara que pese más de 2 toneladas puede levantar la rueda trasera del cargador completamente del suelo. Al agregar acumuladores al sistema hidráulico, se pueden reducir los impactos severos en el bastidor y los ejes del tractor y el desgaste del operador.

Flujo de bomba suplementario — Un acumulador configurado para almacenar energía puede complementar la bomba hidráulica para suministrar energía al sistema. Durante los períodos de inactividad del ciclo de trabajo, la bomba almacena energía potencial en un acumulador. Cuando el ciclo requiere potencia máxima o de emergencia, el acumulador transmite esta potencia de reserva de vuelta al sistema. Esto permite que el sistema use bombas más pequeñas, ahorrando costos y electricidad.

mantén la presión — Cuando la temperatura del fluido aumenta o disminuye, se producen cambios de presión en el sistema hidráulico. También puede haber una caída de presión debido a fugas de aceite hidráulico. El acumulador compensa este cambio de presión entregando o recibiendo una pequeña cantidad de fluido. Si la energía principal falla o se detiene, el acumulador actúa como una fuente de energía auxiliar, manteniendo la presión en el sistema.

dispensación de fluidos — Los acumuladores se pueden usar para dispensar pequeñas cantidades de fluidos, como grasa y aceite, a pedido.

Operación

Cuando está dimensionado y precargado correctamente, el pistón no tocará ninguna tapa de extremo en el acumulador del pistón, y la vejiga no tocará el asiento ni se comprimirá lo suficiente como para colapsar sobre la parte superior de su cuerpo.

El fabricante recomienda precargar sus acumuladores con presión. En las aplicaciones de almacenamiento de energía, los acumuladores de vejiga suelen estar precargados al 80 % de la presión mínima del sistema hidráulico, mientras que los acumuladores de pistón suelen estar precargados a 100 psi por debajo de la presión mínima del sistema. La presión de precarga determina cuánto líquido queda en el acumulador a la presión mínima del sistema.

El cebado adecuado implica llenar con precisión el lado del gas del acumulador con gas inerte seco, como nitrógeno, sin aceite hidráulico en el lado del fluido. La carga del acumulador comienza cuando el fluido hidráulico ingresa al lado del fluido y solo ocurre a presiones mayores que la presión de precarga. Durante la carga, el gas se comprime para almacenar energía.

La presión de precarga correcta es el factor más importante para prolongar la vida útil del acumulador. Al seleccionar un tipo de acumulador para una aplicación, debe tenerse en cuenta que la precarga debe realizarse y mantenerse con cuidado. Incluso si se selecciona el tipo correcto de acumulador, la vida útil puede acortarse si el usuario no tiene cuidado con la presión del gas y la configuración de la válvula de alivio, o si la presión del sistema se ajusta sin los ajustes correspondientes a la presión de precarga. Si se elige el acumulador incorrecto, es casi seguro que fallará prematuramente.

Ubicación de la instalación

La mejor posición de montaje para cualquier acumulador es vertical con los puertos hidráulicos hacia abajo. El modelo de pistón puede ser horizontal si el fluido se mantiene limpio. La instalación horizontal puede provocar un desgaste desigual o acelerado del sello cuando hay o se espera una contaminación sólida sustancial. Utilice varios sellos de pistón para equilibrar las superficies paralelas del pistón para una vida útil máxima en la posición horizontal.

Los acumuladores de vejiga también se pueden montar horizontalmente, Figura 2, pero el desgaste desigual de la vejiga rozará contra la carcasa mientras flota en el fluido, lo que reduce la vida útil. La extensión del daño depende de la limpieza del fluido, la tasa de circulación y la relación de compresión (definida como presión máxima del sistema/presión mínima del sistema). En casos extremos, el fluido puede quedar atrapado en el extremo hidráulico, lo que reduce la salida o puede estirar la vejiga para obligar a la válvula de asiento a cerrarse prematuramente.

tamaño y salida
Los tamaños y capacidades disponibles también afectan el tipo de acumulador seleccionado. Los acumuladores de pistón de una capacidad determinada generalmente están disponibles en una variedad de diámetros y longitudes, consulte la Tabla 1. Además, el diseño del pistón se puede personalizar a la longitud con una prima de precio mínima o nula. Los acumuladores de vejiga solo están disponibles en un tamaño por capacidad, con menos capacidades disponibles.

La salida inherentemente más alta de los acumuladores de pistón puede convertirlos en la mejor opción cuando el espacio es reducido. La Tabla 1 enumera la salida de un acumulador de vejiga y pistón de 10 galones que funciona isotérmicamente como energía auxiliar en un rango de presiones mínimas del sistema. Las columnas 3 y 4 difieren en la presión de precarga (determinada por el 80 % de la presión mínima del sistema para el modelo de vejiga y el pistón tiene una presión mínima inferior a 100 psi), lo que da como resultado una diferencia significativa en la salida, columnas 5 y 6.

Para evitar una deformación excesiva de la vejiga y una temperatura excesiva de la vejiga, tenga en cuenta que la relación de compresión del acumulador de vejiga en la Tabla 1 debe ser superior a 3:1.

múltiples componentes
Aunque los diseños de vejiga no superan los 40 galones de tamaño, los diseños de pistón suministran actualmente hasta 200 galones en un solo contenedor. La economía y el espacio de instalación disponible llevaron a los ingenieros a considerar la instalación de múltiples componentes. Dos de ellos pueden cubrir la mayoría de las aplicaciones de alto rendimiento.

El dispositivo de la Figura 3 consta de múltiples cámaras de gas (comúnmente conocidas como cilindros de gas) que sirven a un acumulador de un solo pistón a través de un colector de gas. La sección del acumulador debe dimensionarse de modo que el pistón no golpee repetidamente la tapa durante el ciclo. Una desventaja de esta disposición es que la falla de un solo sello puede agotar el sistema de gas. Una ventaja de esta configuración puede ser el menor costo, ya que los cilindros de gas generalmente son menos costosos que los acumuladores.

Se pueden montar varios acumuladores, ya sean de pistón o de vejiga, en el colector hidráulico, Figura 4. Si se usa un acumulador de pistón, el pistón con la menor fricción se moverá primero y ocasionalmente tocará fondo en la tapa hidráulica. En sistemas lentos o de uso poco frecuente, esto es trivial.

Dispositivo de cilindro de gas

El almacenamiento remoto de gas proporciona flexibilidad para sistemas grandes y pequeños, Figura 5. El concepto de cilindro generalmente se describe mediante la siguiente fórmula: el tamaño del acumulador menos la salida de fluido deseada es igual al tamaño del cilindro. Por ejemplo, una aplicación que requiera un acumulador de 30 galones puede requerir una salida de fluido de 8 a 10 galones. Por lo tanto, esta aplicación se puede satisfacer con un acumulador de 10 galones y un cilindro de gas de 20 galones.

Los acumuladores que se usan con tanques de gas remotos suelen tener puertos en el lado del gas del mismo tamaño que el lado hidráulico para permitir que el gas entre y salga del cilindro sin obstáculos. El cilindro tiene un puerto equivalente en un extremo y una válvula de inflado en el otro. Estos acumuladores de dos piezas pueden configurarse en cualquier ángulo o doblarse para adaptarse al espacio disponible.

El concepto de cilindro es adecuado para acumuladores de vejiga y de pistón. Los acumuladores de vejiga requieren un dispositivo especial llamado barrera de transferencia en el extremo del gas para evitar que la vejiga sobresalga hacia la tubería del cilindro.

Asimismo, el acumulador del pistón debe dimensionarse para evitar que el pistón toque fondo en cualquiera de los extremos del ciclo. La vejiga está diseñada para ser dimensionada para evitar que se llene más del 85 % o se vacíe más del 85 %. El caudal entre la barrera de transporte de la vejiga y su cilindro estará limitado por el cuello del tubo de la barrera de transporte. Debido a estas desventajas, los acumuladores de botella/vejiga deben reservarse para aplicaciones especiales.

Este artículo es un extracto del Catálogo del manual de potencia de fluidos 2010-2011, actualizado por Bonnie Trowbridge de Lightning Hybrids.contactala Bonnie @lightninghybrids .com o (303) 519-4144 o visite www.lightninghybrids.com .

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