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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.

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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Un acumulador puede considerarse como un elemento pasivo y de seguridad en un circuito hidráulico.

Como parte de un sistema, está sometido a estrés y todos sus elementos están propensos a sufrir desgaste y fatiga.  Por ello, es indispensable conocer sus partes por separado y la periodicidad recomendada de su cambio, ya que esto permite elaborar planes de mantenimiento preventivo y predictivo, que sean fiables y coherentes económicamente.

Aunque parezca información básica, muchos clientes que llevan tiempo en la industria nos han hecho preguntas sobre los recambios y el desgaste de las partes que pueda demandar un acumulador oleohidráulico a vejiga a lo largo de su vida útil.

En este artículo explicaremos solamente los acumuladores a vejiga ya que los de membrana y pistón, por su diseño constructivo, merecen un artículo detallado para cada uno.

Podemos dividir un acumulador de vejiga en 4 partes básicas:

El cuerpo:

Es el elemento más duradero y resistente del acumulador. Consiste en un recipiente a presión fabricado en su versión estándar en acero al carbono, pulido en su interior y con una capa de imprimación básica en su exterior. Su presión máxima estándar es de 330Bar, pero puede certificarse hasta 690Bar.

Pueden fabricarse en acero inoxidable o ser recubierto en su interior, por barnices sanitarios para aplicaciones alimentarias o Rilsan®, si se usan fluidos especiales.

Como recipiente a presión está sometido a la normativa europea de recipientes de presión (2014/68/EU), y debe ser sometido cada 10 años a la prueba hidrostática por una empresa certificadora debidamente inscrita en el Ministerio de Industria.

Normalmente el cuerpo no se cambia, ya que de no pasar la prueba hidrostática, es más viable cambiar el acumulador completo y reciclarlo.

La vejiga:

La vejiga es el elemento básico y el que más se fatiga del acumulador. Se fabrican en su versión estándar en Nitrilo (NBR) pero dependiendo de la aplicación,  pueden suministrarse en Butyl, Vitón (FKM) u otros elastómeros.

Si su presión de hinchado es la correcta, la temperatura del fluido se controla y la calidad de la filtración es aceptable, la vejiga puede durar muchos años y ejecutar millones de ciclos.

Lo recomendable es cambiarla de forma preventiva en el momento de efectuar la prueba hidrostática, ya que el acumulador debe desarmarse para ejecutar la misma y montar una vejiga usada aumenta las probabilidades de dañarla.

Válvula de hinchado:

La válvula de hinchado se suministra con la vejiga. Sin embargo hemos querido separarla como parte individual del acumulador porque es posible que se dañe de forma independiente.

Por lo general, la válvula se desenrosca del cuerpo de la vejiga y se puede examinar. En su interior tiene pequeñas juntas y muelles que pueden dañarse y ocasionar fugas de nitrógeno que pueden ser parciales (haciendo que el sistema funcione de forma incorrecta) o pérdida total del gas, en cuyo caso haría que se colapsara la vejiga y se rompiera.

Por ello, si la presión de carga se pierde de forma continua, pero no de forma total, es posible identificar un problema de válvula. La válvula se puede suministrar de forma independiente y para su cambio no es necesario desmontar el acumulador, solo debe descargarse de presión hidráulica y del gas de forma controlada y segura.

Válvula de Seta (Fluid port):

La válvula de seta es el elemento que evita que la vejiga salga del cuerpo del acumulador, ya que es una “seta” que es empujada por la vejiga y cierra herméticamente el interior del acumulador después de descargar el volumen de aceite del interior.

La válvula se puede cambiar completa o algunas de sus partes:

 Vástago (1) y Muelle (2): difícilmente falla, salvo por defecto de fabricación. Se puede suministrar, aunque por su precio, es preferible cambiar la válvula completa.

Juego de juntas (3) y anillo anti extrusión (4): son elementos, que se recomienda sustituir con cada cambio de vejiga, ya que de esta forma se aprovecha el coste de la mano de obra, y siempre es indispensable garantizar la estanqueidad del acumulador.

En algunos modelos y fabricantes, se incluye un tornillo de purga (5) de ½” o 3/8” y la junta metálica (6) que viene con el mismo: puede igualmente desgastarse con el tiempo y fugar, y por ello también es recomendable sustituirlo con el cambio de vejiga.

Hydren Equipos Industriales calcula y suministra y repara acumuladores olehidráulicos a vejiga, membrana y pistón, así como otros componentes hidráulicos y equipos de refrigeción industrial.

Nota importante: Un acumulador es un recipiente a presión y siempre debe manipularse por personal cualificado y debidamente instruido en la práctica y peligros que conlleva su manipulación.

Si tiene alguna pregunta o requiere más información, Contáctenos y con gusto le atenderemos.

Continuando con el artículo anterior, analizamos otros factores que influyen en la decisión sobre el tipo de acumulador que se adapta mejor a la aplicación industrial que lo requiere:

La viscosidad

Los acumuladores de vejiga y de membrana pueden trabajar prácticamente con cualquier tipo de fluido, incluyendo aquellos con poca capacidad de lubrificación.
Las juntas interiores del acumulador de pistón requieren siempre estar bien lubricadas. Trabajar con un fluido de poca capacidad de lubricación puede ocasionar desgaste en las  juntas en poco tiempo, dando origen a fugas en los acumuladores de pistón.

Temperatura de trabajo

Para cumplir condiciones extremas de temperatura, desde el punto de vista de diseño, los acumuladores de pistón suelen ser más versátiles. Un acumulador de pistón se puede fabricar de una variedad de materiales, algunos de los cuales tienen muy buenas características a temperaturas extremas.

También puede ser más fácil y económico cambiar un kit de juntas a un tipo especial, que utilizar y fabricar una vejiga especial.

En acumuladores a vejiga, para trabajar en temperaturas fuera del rango «normal» -20 ° C a + 80 ° C, se debe considerar tanto el recipiente a presión como los elastómeros.

El material de la vejiga se puede cambiar para que el acumulador trabaje en temperaturas extremadamente bajas y altas, pero las carcasas del acumulador se fabrican de acuerdo a regulaciones específicas. Para alcanzar temperaturas fuera de este rango se puede requerir una recertificación o, al menos, nuevos cálculos para la presión nominal de la carcasa.

Instalación

Cualquiera de los 3 tipos de acumuladores pueden ser instalados tanto horizontal como verticalmente. En algunas aplicaciones, solo los acumuladores a vejiga, al ser instalados horizontalmente pueden reducir su eficiencia volumétrica.

Seguridad

Teóricamente es posible desarmar un acumulador a pistón con carga; pero, aunque sea a baja presión, esta acción es extremadamente peligrosa. Los acumuladores de membrana no pueden desarmarse ya que son soldados y los de vejiga son de acero forjado. Sin embargo se debe tener especial cuidado en la extracción de válvula de hinchado en estos 2 últimos.

Coste

Generalmente el coste de cualquier parte mecánica es función directa de su peso y de la cantidad de trabajo manual o automatizado invertido en su manufactura. También de la cantidad de unidades fabricadas por lote. Tomando en cuenta estas premisas, los acumuladores de membrana y vejiga en comparación a los de pistón suelen ser más económicos.

Después de analizar los tres tipos más habituales de acumuladores, podemos concluir que no existe un tipo que predomine en diseño, funcionalidad y accesibilidad sobre los demás. La decisión, por tanto, se debe tomar analizando el entorno en términos de funcionamiento, presupuesto y diseño integral del sistema, así como las características de aplicación específica que se requiere diseñar.

La existencia de tres tipos de acumuladores hidráulicos nos indica que no todas las ventajas se concentran en un solo tipo de acumulador, sino que, factores como la aplicación, el tipo de fluido y la ubicación del mismo, nos llevan a decantarnos por un tipo u otro.

A continuación, hacemos un análisis de los factores que influyen en una correcta decisión a la hora de instalar un tipo específico de acumulador.

Tipo de aplicación

El primer factor a considerar, es para qué necesitamos el acumulador. Si  la aplicación es para golpes de ariete del circuito hidráulico, cualquiera de los 3 tipos es adecuado. Para cada caso habría que calcular para decidir en función de la magnitud, frecuencia y velocidad de la pulsación.

Por otro lado, si la pulsación es de frecuencia constante y no muy elevada en magnitud, los acumuladores a vejiga o membrana con baja presión de hinchado trabajan mejor. El acumulador de pistón se desaconseja.

Si lo que se busca en compensar la expansión térmica en un circuito hidráulico, los acumuladores a vejiga y membrana, al no tener ninguna fricción entre materiales internos, son mucho más aconsejables que el acumulador de pistón.

Para la utilización de acumulador como reserva de energía, cualquiera de los 3 tipos funcionaría. Sin embrago, en este caso es más aconsejable un acumulador de pistón, ya que se podría incorporar un sensor de nivel y obtener información de su desempeño.

Desempeño

El tiempo de reacción en la maniobra hidráulica, suele ser más dilatado en los acumuladores de pistón por el hecho físico de que el separador entre la presión de gas y el fluido es un pistón. Aunque dicho pistón suele fabricarse en aluminio ligero, siempre existirá una masa, mientras que en los acumuladores de vejiga o membrana el separador es  un simple elastómero haciendo que la respuesta sea más inmediata.

El factor de compresión (FC): en los acumuladores de vejiga no puede ser mayor de 4:1 ya que más allá de este valor, la vejiga colapsaría hasta dañarse. En el caso de los acumuladores de membrana, por su tipo de construcción el FC puede elevarse hasta 8:1 permitiendo otro tipo de aplicaciones.

Los acumuladores a pistón, en teoría, y a diferencia de los otros tipos anteriores pueden operar a cualquier ratio, sin embargo no es práctico operar a un FC mayor de 10:1. El FC máximo sucede también cuando se pierde la carga del acumulador, en este caso el pistón se puede recargar sin estar dañado. No es el caso de los otros tipos de acumulador.

El caudal máximo de restitución: El tamaño de la boca de conexión hidráulica obviamente influye en el caudal máximo de restitución, pero no es el único factor. Para obtener restituciones rápidas en los acumuladores de vejiga, es necesario seleccionar bocas de hasta 4” rebajando la presión máxima de trabajo o válvulas de seta (high flow) con su respectivo coste, si se requiere obtener caudales de hasta 2000 lts/min.

El acumulador de pistón permite construcciones de mayor diámetro y utilización de juntas de alta velocidad, aparte de conexiones mayores para lograr restituciones de caudal aún más elevadas en construcciones estándar.

La tolerancia a la contaminación: Los acumuladores de vejiga o membrana tiene una relativa buena tolerancia a la contaminación. Aun cuando partículas indeseables pueden dañar los elastómeros, generalmente resisten en cierto grado a estos problemas. Por el contrario, los acumuladores de pistón son extremadamente vulnerables a partículas que ingresen al interior, ya que podrían dañar las juntas y rayar las paredes del acumulador, causando daños irreparables o costosos de reparar.

Fiabilidad

En el caso de una fuga de gas, el acumulador de pistón puede ser recargado sin que sufra ningún daño. Sin embargo, al acumulador de vejiga se le debe sustituir la misma ya que, con toda probabilidad, estará dañada en caso de una fuga de gas. Así mismo, el acumulador de membrana es irreparable en caso de que su membrana se dañe.

El acumulador de pistón bajará su eficiencia en caso de fallo, ya sea porque las juntas se dañen o la pared interior esté rayada. Aunque con menor eficiencia, el acumulador seguirá trabajando, permitiendo una parada programada para su reparación. Los otros dos tipos de acumulador cambian de 100% a 0% en caso de fallo. Por ello se suelen colocar acumuladores de pistón en sistemas donde se busca una mayor seguridad en el desempeño.

En nuestro próximo artículo, analizaremos otros factores que influyen en la selección de los acumuladores hidráulicos, tales como: la viscosidad, la temperatura de trabajo, la instalación, la seguridad y el coste.

En el próximo artículo, analizaremos más factores que influyen a la hora de decidir el aumulador adecuado para nuestro proyecto industrial.

Los actuadores rotativos son elementos hidráulicos cuya función es la de convertir la presión hidráulica de un fluido en potencia rotativa, y desarrollar un torque instantáneo.

Los actuadores rotativos constan de una cámara cilíndrica que incluye, en su construcción más estándar, una barrera estacionaria y un eje central con una paleta (simple) o dos paletas (dobles) acopladas a él.

La potencia se obtiene al aplicar la presión hidráulica sobre el área total de las paletas, que al desplazarse, hacen girar el eje del actuador. El torque que desarrolla un actuador depende del área de la paleta y de la presión hidráulica a la que es sometida la cámara.

Aunque la barrera estacionaria limita el dar una revolución completa, el movimiento, ya sea en un sentido u otro, puede ser controlado por válvulas direccionales (A).

La velocidad, al igual que cualquier elemento dinámico oleo hidráulico depende del caudal que circule por el actuador y que se regula normalmente con válvulas estranguladoras (B).

El fluido utilizado en los actuadores rotativos puede ser tanto aceite (oleohidráulico) como aire (neumático), emulsiones o aceites sintéticos.

Los actuadores rotativos pueden montarse de forma vertical, horizontal o inclinada. Sin embargo, hay que tomar en cuenta que son elementos sometidos a pares de torsión extremadamente altos y la fijación debe ser estudiada en función de las fuerzas actuantes.

Los actuadores rotativos pueden ser utilizados en gran cantidad de aplicaciones industriales, siendo las algunas de ellas:

• Maquinas herramienta por deformación (doblado de tubería)
• Maquinas móviles (mordazas por presión)
• Movimientos lineales por desgaste (sierras)
• Posicionamiento de elementos
• Apertura y cierre de válvulas de gran tamaño (compuertas de presas)

Hydren Equipos Industriales S.L. distribuye actuadores rotativos de la casa Micromatic LLC (ROTAC), de una sola paleta, de doble paleta, en 70Bar ó 210Bar, y en construcción estándar o acero inoxidable.

Para información, contáctenos en Hydren Oleohidráulica

Los acumuladores oleohidráulicos tienen diferentes aplicaciones, tanto en los sistemas móviles como estáticos.

Resultan ser un componente sencillo, útil, fiable y muchas veces indispensable a la hora de diseñar un circuito hidráulico, ya que el acumulador transferirá la presión y el caudal acumulado en su interior cuando el circuito lo requiera.

A continuación enumeramos las principales aplicaciones en las que comúnmente se utilizan:

Almacén de energía: Los acumuladores pueden almacenar energía potencial hidráulica y distribuirla de forma controlada cuando el circuito o el sistema del que forman parte así lo requiera, reduciendo en la mayoría de los casos la potencia instalada.
Atenuador de pulsaciones: Absorben los picos de presión producidos por las oscilaciones de bombas rotativas y de otros elementos que controlan presiones o limitan caudales, y que pueden causar inestabilidad en el circuito.

Amortiguador de pulsaciones: Absorben la energía que se conduce a través del fluido durante los picos de presión hidráulicos producidos por maniobras tales como: cierre de válvulas, cortes repentinos de caudal por averías o cortes de energía.

Supresión de carga: Suprimen golpes en sistemas hidráulicos en el levantamiento de pesos, tales como elevación de vehículos o en la operativa de los montacargas. Mantienen una suspensión real en equilibrio.

Compensación de fugas: Un acumulador puede restaurar la pérdida de energía y por tanto de potencia del circuito debido a fugas que podrían producirse en cualquier parte del circuito (juntas de la bomba, válvulas o sellos de los cilindros)

Transferencia de presión: Transfieren presión entre fluidos incompatibles sin ningún riesgo de mezcla entre ellos. Estos acumuladores reciben el nombre de “transfert” y son muy utilizados en las industrias químicas.

Estas, entre otras aplicaciones de los acumuladores oleohidráulicos, los convierten en un elemento importante dentro de diversos sistemas industriales, lo cual amerita la correcta selección de su capacidad y tipo.

Contáctenos para ampliar esta información o realizar cualquier consulta sobre acumuladores. Hydren calcula, suministra y repara acumuladores oleohidráulicos.

Para el correcto funcionamiento de los acumuladores oleohidráulicos, es importante mantener algunos parámetros que garantizan la vida útil de los elastómeros, así como del propio acumulador.

En el caso de los acumuladores a vejiga, es importante mantener un volumen de aceite aproximado del 10% entre la vejiga y la parte baja del acumulador en la situación 1 (V1/P1), situación que se produce en la presión mínima durante la maniobra hidráulica.

Para lograr este punto, la presión de hinchado (V0/P0), que siempre se ejecuta sin presión hidráulica, debe justarse a un máximo de 90% de la presión mínima (V1/P1).

En el punto de máxima presión, situación 2 (P2/V2), la vejiga se deforma en forma de trébol. En este caso el máximo ratio de compresión (P2/P0) se limita a 4. Es decir la presión de hinchado no debe exceder el 25% de la presión máxima del circuito.

En el caso de los acumuladores de membrana, el ratio de compresión (P2/P0) es mayor que en los de vejiga, llegando a poder ajustarse a 8. Las descargas de caudal para estos acumuladores son más reducidas.

La presión de hinchado que se recomienda, tanto para acumuladores a vejiga como de membrana, es un 90% de la presión mínima. Por encima de los ratios anteriormente descritos, (4 para vejiga y 8 para membrana) los elastómeros pueden verse seriamente comprometidos al tiempo que se reduce drásticamente el número de ciclos por fatiga.

Para cualquier acumulador con precarga, el ratio de compresibilidad P2/P0 aumenta a medida que se pierde carga.

Los acumuladores de pistón son un caso aparte, ya que al no haber elastómero que se dañe o fatigue, teóricamente pueden operar a cualquier ratio y el pistón puede recorrer toda la carrera sin mayores consecuencias.Sin embargo no se recomienda hacerlo a máximo ratio en operaciones diarias, ya que se deben evitar los golpes tanto superior como inferior durante las restituciones y descargas de caudal respectivamente.

Para ampliar esta información o consultar cualquier otro tema relacionado con acumuladores, puede contactarnos aquí.

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