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
- 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.
- 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. - 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
