Vuelta a lo básico: acumuladores

Los acumuladores hidráulicos almacenan aceite hidráulico bajo presión para reponer el flujo de la bomba y reducir los requisitos de capacidad de la bomba, mantener la presión y minimizar las fluctuaciones de presión en sistemas cerrados, absorber impactos y proporcionar energía hidráulica auxiliar en situaciones de emergencia. Eso es todo.

Conocimiento básico

Un acumulador hidráulico es un recipiente a presión que contiene un diafragma o pistón que confina y comprime un gas inerte (generalmente nitrógeno). El fluido hidráulico se mantiene en el otro lado del diafragma. Los acumuladores en hidráulica almacenan energía hidráulica de la misma manera que una batería de automóvil almacena energía eléctrica.

Su presión de aire inicial se llama «presión de precarga». Cuando la presión del sistema excede la presión de precarga, el gas nitrógeno se exprime, comprime y reduce su volumen, lo que permite que el aceite hidráulico ingrese al acumulador. El volumen de fluido del acumulador aumenta hasta que el sistema alcanza su presión máxima (P2). A medida que la presión del sistema disminuye, el nitrógeno se expande y fuerza la salida del líquido del acumulador, accionando el sistema hidráulico hasta que las presiones del sistema y del acumulador sean iguales (P1).

El uso correcto de los acumuladores puede mejorar el rendimiento y la eficiencia del sistema hidráulico, reducir los costos de operación y mantenimiento, brindar protección a prueba de fallas y prolongar la vida útil del sistema al minimizar las fallas de las bombas, las tuberías y otros componentes.

El papel de los acumuladores

Estas son las principales razones para usar acumuladores:

Suplemento de flujo de la bomba. El uso más común de los acumuladores es para complementar el flujo de la bomba. Algunos circuitos hidráulicos requieren un caudal elevado, pero solo durante un período breve, y luego utilizan poco o ningún fluido durante un período prolongado. Los diseñadores a menudo instalan un circuito acumulador cuando el flujo de la bomba no se usa durante la mitad o más del ciclo de la máquina.

Los acumuladores requieren una caída de presión para funcionar. En algunos casos, el diseño final requiere una presión más alta que la planeada originalmente. Por ejemplo, en el circuito que se muestra arriba, se requieren al menos 2000 psi para hacer el trabajo, pero los acumuladores deben llenarse a una presión más alta para que puedan proporcionar fluido adicional sin caer por debajo de la presión mínima del sistema. Por lo tanto, este circuito usa una presión máxima de 3000 psi para almacenar suficiente líquido para hacer funcionar el cilindro durante el tiempo asignado y todavía tener suficiente fuerza para realizar el trabajo.

El circuito utiliza varios acumuladores para complementar el flujo de la bomba porque el tiempo de permanencia es de 45 segundos.en 57,5 ​​segundos.ciclo. Su bomba dosificadora de 22 gpm funciona bajo presión durante la mayor parte del ciclo para llenar el cilindro y el acumulador. Sin el acumulador, el circuito requeriría una bomba de 100 gpm impulsada por un motor de 125 hp. Aunque el costo inicial de una bomba y un motor más pequeños más un acumulador puede ser similar al de una bomba y un motor más grandes, el ahorro de energía durante la vida útil de la máquina hace que este circuito del acumulador sea más económico.

Mantener la presión del sistema. Los acumuladores normalmente mantienen la presión en el circuito hidráulico cuando la bomba está descargada. Esto es especialmente útil cuando se mantiene en circulación una bomba de capacidad fija durante mucho tiempo. Por ejemplo, agregar un acumulador, un control de flujo y un interruptor de presión al circuito de la bomba de capacidad fija que se muestra arriba puede descargar la bomba cuando la presión está en el ajuste mínimo del interruptor de presión o por encima de este. Si una fuga en la válvula o en el sello del cilindro hace que la presión caiga aproximadamente un 5 %, el interruptor de presión cambia el control direccional y el acumulador presuriza el extremo de la culata del cilindro y restaura la presión a su valor máximo. La única vez que se carga la bomba es cuando se requiere fluido. El circuito hace funcionar una prensa de laminación, que sujeta el material y lo mantiene allí de uno a cinco minutos. Si el flujo a través de la válvula de seguridad es siempre a alta presión, se generará un calor excesivo,

Absorbe el impacto. Los circuitos hidráulicos de movimiento rápido a menudo crean picos de presión que pueden causar sacudidas cuando el flujo se detiene repentinamente. Los acumuladores en estos circuitos propensos a choques reducen estos picos de presión y flujo dañinos a tasas aceptables o los eliminan por completo. El acumulador también puede manejar otros picos de presión en casos especiales con válvulas mejoradas.

El acumulador también elimina los picos de presión causados ​​por bloqueos de flujo repentinos. En este caso, la carga de nitrógeno suele mantenerse un 5% por debajo de la presión de trabajo para garantizar que el acumulador quede excluido durante los picos de presión. Los acumuladores de vejiga funcionan mejor en este sentido debido a su rápida respuesta a los cambios de presión, siempre que la presión pico máxima no exceda cuatro veces la presión de precarga. .

a la amortiguación. La pulsación es otra forma de choque en las líneas hidráulicas que puede dañar las tuberías y otros componentes del sistema. Las bombas alternativas están diseñadas para crear pulsaciones de presión, vibración y ruido en el sistema. Los acumuladores y los silenciadores y amortiguadores asociados pueden reducir en gran medida la energía de las ondas de choque.

Proporcionar energía de emergencia. Algunas máquinas operadas hidráulicamente deben detenerse en la posición abierta para evitar daños al producto o al equipo. Cuando un corte de energía apaga la bomba hidráulica y la máquina está en una posición, debe haber una manera de moverla a la posición de encendido. Una bomba de respaldo impulsada por motor es una opción, pero otra opción es usar un acumulador que se carga antes del primer ciclo y se mantiene hasta que la máquina se apaga. Su energía almacenada está entonces lista para llevar la máquina a la posición de encendido en caso de un corte de energía.

otras aplicaciones. Los acumuladores a veces se usan en sistemas donde la expansión térmica puede causar una presión excesiva. Los puertos bloqueados en los cilindros en áreas de alto calor ambiental pueden crear alta presión si no hay ningún lugar por donde fluya el fluido en expansión. Los acumuladores también actúan como una barrera entre dos fluidos diferentes, como en los sistemas donde las bombas usan fluido hidráulico para mantener la presión en los circuitos que usan agua u otros medios incompatibles. Un proveedor también ofrece acumuladores de baja presión como dispositivos de respiración para depósitos sellados. Esto evita que los contaminantes transportados por el aire entren en el fluido hidráulico a medida que el nivel del fluido sube y baja.

tipo de acumulador

Tres tipos de acumuladores se usan comúnmente en aplicaciones industriales: vejiga, diafragma y pistón. Hay varias otras variantes.

Inflar la vejiga. Muchos acumuladores usan vejigas de goma para separar el gas y el líquido. Una válvula de asiento en el puerto de descarga evita que la cámara de aire pase por el puerto cuando la bomba está apagada. El diseño original que aún ofrecen muchos fabricantes es el estilo de reparación inferior (en la foto de arriba a la izquierda). En algunos casos, el estilo de reparación superior (lado derecho) facilita el reemplazo de la vejiga.

Pistón inflable. Los acumuladores de pistón llenos de gas tienen un pistón de flotación libre con sellos que separan el líquido y el gas. Su funcionamiento y ejecución son similares a los tipos de vejiga. Tiene algunas ventajas en algunas aplicaciones, pero puede costar el doble que un tipo de bolsa de aire de tamaño similar.

pistón cargado por resorte . Un acumulador de pistón cargado por resorte es lo mismo que un acumulador cargado por gas, excepto que el resorte empuja el pistón hacia el líquido. Su principal ventaja es que no hay fugas de gas. Una gran desventaja es que este diseño no es adecuado para altas presiones y grandes volúmenes.

Acumulador de diafragma. También existen acumuladores de diafragma con diafragmas elásticos o metálicos. Se utilizan principalmente en lugares con pequeñas cantidades de almacenamiento, lo que los hace adecuados para muchas aplicaciones móviles, pero limita su uso en aplicaciones industriales.

¿Qué tipo usar?

Algunas aplicaciones pueden utilizar casi cualquier tipo de acumulador con resultados satisfactorios. Sin embargo, en algunos casos, un estilo responde mejor o dura más. Por ejemplo, el tamaño de la presión de precarga es un factor a considerar al elegir un acumulador de vejiga o de pistón.

Los acumuladores de pistón reaccionan lentamente a la acumulación de presión, por lo que no funcionan tan bien como los amortiguadores. Esto significa que si bien pueden reducir los picos de estrés, no los detendrán. En estos casos, las mejores opciones son los acumuladores de vejiga o diafragma.

Los acumuladores de vejiga o de diafragma son los mejores para amortiguar picos de alta presión en la salida de una bomba de pistón. Los acumuladores de pistón no responden lo suficiente, y el recorrido corto del pistón y los sellos puede provocar un desgaste excesivo del diámetro interno y del sello.

Hydac, un fabricante líder de acumuladores y otros componentes hidráulicos, enumera los siguientes factores como las principales consideraciones de selección para los tres tipos principales de acumuladores (vejiga, diafragma y pistón):

  • Aplicación (almacenamiento de energía, absorción de impactos o amortiguación de pulsaciones)
  • Presión del sistema, máxima y mínima
  • Volumen de fluido del sistema requerido
  • caudal
  • Relación de presión (presión máxima/presión de precarga)
  • Sobre de instalación y lugar de instalación

Consideraciones de estrés

Cuando aumenta la presión del sistema, el acumulador se carga, lo que hace que el líquido fluya hacia el acumulador y comprima el gas nitrógeno. El sangrado cuando la presión del sistema disminuye, expande el nitrógeno en el acumulador y drena el líquido del acumulador.

Por lo general, los acumuladores cargados con gas están precargados a aproximadamente el 90 % de la presión mínima de funcionamiento del sistema. Esto asegura que la vejiga o el pistón no expulse todo el fluido durante cada ciclo. Si todo el fluido fuera expulsado rápidamente, la vejiga podría atascarse en el asiento y el pistón se deformaría cuando el metal golpee el metal. En algunas aplicaciones, esta cifra del 90 % puede ser baja porque la presión mínima del sistema es baja.

En este caso, use un acumulador de pistón, ya que el pistón puede moverse hacia arriba casi cualquier distancia sin dañarse. Los acumuladores de vejiga no deben utilizarse cuando la presión de precarga sea inferior al 25 % de la presión máxima. Esto evita comprimir la vejiga con tanta fuerza que roza contra sí misma, creando agujeros en ella.

El diseño y la construcción física de los acumuladores de vejiga y diafragma limitan su relación máxima de presión de trabajo. Superar estos límites puede dañar la vejiga o el diafragma. Un acumulador de pistón puede acomodar relaciones de presión más altas porque no tiene una membrana elastomérica frágil.

Seguridad del acumulador

  • Siempre haga los arreglos necesarios para drenar los acumuladores al momento del apagado. Nunca trabaje en un circuito con batería hasta que esté seguro de que está despresurizado. Esto es crítico ya que la energía almacenada en el acumulador puede crear riesgos de seguridad y dañar la máquina.
  • Asegúrese de limitar el flujo del acumulador a un nivel razonable durante el funcionamiento y apáguelo para evitar daños a la maquinaria o las tuberías. El acumulador descarga fluido a cualquier velocidad permitida por la trayectoria del flujo de salida. Un tráfico tan alto no durará mucho, pero el daño que causa puede ocurrir en un instante.
  • Siempre aísle la bomba del acumulador con una válvula de retención para que el fluido no regrese a la bomba. Sin una válvula de retención, el reflujo del acumulador puede hacer que la bomba retroceda y, en algunos casos, incluso daños por exceso de velocidad.
  • Verifique la presión de precarga del acumulador en la instalación y al menos diariamente durante la primera semana de funcionamiento. Si no hay una pérdida de presión notable durante este período, verifique nuevamente en una semana. Si todo va bien, realice controles de rutina cada tres a seis meses. Cada vez que la precarga del acumulador cae por debajo de la presión nominal, el volumen de fluido disponible disminuye, ralentizando el ciclo.

Ajustar el acumulador

La cantidad de fluido que el acumulador puede entregar al sistema depende de la aplicación. Estos son los parámetros mínimos necesarios para determinar el volumen de fluido y/o el tamaño del acumulador:

  • Presión de precarga (P0)
  • Presión máxima de trabajo del sistema (P2)
  • Presión mínima de trabajo del sistema (P1)
  • Volumen efectivo de gas (V0) y volumen de líquido disponible (ΔV)

Las dimensiones enumeradas para los acumuladores se refieren a su volumen de gas nominal total, no a su capacidad de fluido. El volumen de fluido que proporciona un acumulador para una aplicación específica depende de la presión diferencial en el sistema. Es posible que el programa de computadora proporcionado por el fabricante solo necesite los requisitos del sistema para determinar el tamaño correcto de la batería. Dado que el tamaño del acumulador depende de muchas variables, es mejor consultar al proveedor para obtener información específica sobre la selección y el tamaño.

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