Acumuladores Oleohidráulicos: fases de funcionamento (2)

Cómo actúa un acumulador oleohidráulico y sus fases de funcionamiento, explicadas paso a paso.

En el artículo anterior, explicamos los aspectos físicos que se relacionan con el funcionamiento de los acumuladores oleohidráulicos: La Ley de Boyle Marriot y el Principio de incompresibilidad de los líquidos y sólidos.

La ley de Boyle Marriott se aplica en el interior de la vejiga,  ya que está llena de un gas, normalmente nitrógeno seco al 99.9%.

El principio de incompresibilidad de los líquidos se aplica en la fase donde el acumulador se llena de fluido. Hay que señalar que ambos fluidos (gas y líquido) están separados y no se mezclan.

En el momento en que entra fluido líquido en el recipiente, éste comprime el cuerpo de la vejiga, aumentado la presión del gas y disminuyendo el volumen de la vejiga.

En contraposición, cualquier tendencia a disminuir la presión del fluido a la entrada del acumulador hace que el gas  reaccione presionando la vejiga y aumentado el volumen de ésta. Esto obliga al líquido a salir del sistema porque el cuerpo exterior no puede variar su volumen.

El sistema siempre volverá a un estado de energía más bajo, cediendo la energía en forma de trabajo PV.

Las tres fases en el funcionamiento de acumulador:

A continuación se explican paso a paso, la actuación del acumulador oleohidráulico y sus fases de funcionamiento

acumulador funcionamiento
Funcionamiento de acumulador
  1. Po/Vo: Se llena la vejiga de gas N2 tomado de una botella a presión por la válvula de gas hasta alcanzar la presión de llenado. Se alcanza un Vo que casi ocupa todo el espacio del acumulador. Si no se tienen datos, se acostumbra tomar el 80% de la P1, dependiendo de la aplicación del sistema.
  2. P2/V2: El acumulador está lleno a su máximo Volumen de fluido y trabaja a la presión máxima del circuito por encima esta presión, el acumulador descargará fluido ya que normalmente tendrá una válvula de seguridad tarada.

    Esta presión es un dato esencial para calcular qué acumulador debemos utilizar.
    Además relacionamos P2 con Po,  y a esta relación la llamaremos relación de compresibilidad (R). En acumuladores de membrana es P2 =8 Po y en acumuladores de vejiga P2=4Po. Por encima de la P2 se pueden producir roturas en la vejiga o la membrana respectivamente.
  3. P1V1: El acumulador está trabajando y tiene una presión P1 llamada presión mínima de trabajo. Por debajo de ésta no hay trabajo porque es imposible contraer la vejiga ya que P1 y Po están relacionadas por la ecuación Po=0.8 o 0.9xP1. Por tanto si la presión del sistema hidráulico es inferior a P1 se ha producido una descarga total del acumulador y es imposible cargarlo. Esto ocurre porque la presión que ejerce el gas dentro de la vejiga es superior a la presión del sistema hidráulico.

Proceso Adiabático

Hay que recordar que al gas a presión dentro del acumulador se le hace trabajar de manera dinámica, comprimiéndolo y descomprimiéndolo sucesivamente. Esto provoca una variación de temperatura (proceso adiabático).

Se denomina proceso adiabático a un proceso termodinámico en el cual el sistema no intercambia calor con su entorno. Si consideráramos el proceso isotérmico (a temperatura constante), esto obligaría a una compresión/descompresión diferencial y muy lenta para dejar que la temperatura fuera constante en cada etapa.

Respecto al volumen de fluido hidráulico será definido por  V=V2-V1 y será en función de si es un proceso adiabático o isotérmico. Normalmente se toman por procesos adiabáticos. Existen gráficas y programas informáticos  para calcular el volumen restituido por el acumulador, pero podemos tener una idea mediante la aproximación de la ley de estados ideales en condiciones adiabáticas.

Ley de Estados Ideales en condiciones adiabáticas:

  P1x(V1)^k=P2x(V2)^k 
Donde k es el exponente adiabático (calor especifico del gas)
en el caso del N2 es de 1,4 (componente adimensional).

Hay que recordar que el proceso dista mucho de ser un proceso de gases ideales y siempre obtendremos menos volúmen que el calculado por la formula, por lo que eventualmente necesitaremos introducir factores correctivos.

En el siguiente articulo, describiremos el ciclo de trabajo del acumulador.


Hydren Equipos Industriales S.L. calcula, comercializa y distribuye acumuladores oleohidráulicos, así como sus accesorios y recambios. Para información técnica o comercial, contáctenos y con gusto le atenderemos: info@hydrenindustry.com

Qué es un acumulador oleohidráulico (1)

Comenzamos una serie de artículos relacionados con el acumulador oleohidráulico y su ciclo de trabajo, estructura y aspectos físicos de su funcionamiento en la industria.

La oleohidráulica es una rama de la hidráulica, y el prefijo «oleo» se refiere a que en los acumuladores se utilizan fluidos derivados básicamente del petróleo, como el aceite de origen mineral.

Un acumulador es un sistema físico donde se almacena energía,  y de esta manera podemos disponer de ella en el momento en que la necesitemos. Por eso decimos que:

La oleohidráulica es la técnica que permite la transmisión de potencia mediante fluidos incompresibles contenidos en un recipiente, muy parecido a un condensador cilíndrico.

El concepto de un acumulador es exactamente igual a una batería eléctrica, pero en una batería se almacena energía en forma de potencial eléctrico y en un acumulador almacenamos energía potencial en forma de trabajo (PV).

Estructura de un acumulador oleohidráulico

Un acumulador básicamente está formado por dos cuerpos uno dentro del otro (aunque esta forma no es la que presentan típicamente los acumuladores de pistón, que explicaremos en otro artículo):

El cuerpo exterior es rígido, casi siempre cilíndrico y de acero con dos aberturas opuestas: la válvula de entrada de gas y la boca de entrada de fluido.
El cuerpo interior o vejiga de caucho, que normalmente se rellena de gas inerte. El espacio existente entre los dos cuerpos se llena de fluido líquido.

acumulador oleohidráulico
Cuerpo interior y exterior de un acumulador

Principios físicos que intervienen en un acumulador

Para entender un poco más un acumulador oleohidráulico, diremos que es un sistema físico en el que relacionan directamente dos principios físicos aparentemente contradictorios: por una parte la ley de Boyle Mariott de los gases ideales,  y por otra, la ley de incompresibilidad de líquidos y sólidos.

La ley de Boyle Mariott:   Ella nos relaciona las magnitudes P;V;T (presión, volumen, temperatura) mediante lo que conocemos como la ley de los gases ideales, en la cual un gas en dos estados diferentes quedan relacionados por la ecuación:    
P1V1/T1 = P2V2/T2   

A temperatura constante  (T1 = T2) la relación se simplifica en una ley simple:
P1V1 = P2V2               

Si P1 > P2 entonces V1<<V2 para poder igualar la ecuación.

Si el gas aumenta su presión, disminuye el volumen de manera directa. Esta ley es solamente para casos ideales donde la Presión es mayor de 1atm. Pero el concepto es el mismo para presiones altas.

La incompresibilidad de los líquidos y sólidos:    Esta Ley se basa en que los fluidos líquidos se consideran incompresibles respecto de los gases, aunque realmente sí que o son, pero la presión es comparativamente tan grande que se dice que son incompresibles.

En el siguiente artículo, explicaremos con más detalle cómo actúan los acumuladores oleohidráulicos.

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