Un acumulador hidráulico es un depósito de almacenamiento de presión en el que un fluido hidráulico incompresible se mantiene bajo presión que es aplicada por una fuente externa de energía mecánica . La fuente externa puede ser un motor, un resorte , un peso elevado o un gas comprimido . [nota 1] Un acumulador permite a un sistema hidráulico hacer frente a las demandas extremas utilizando una bomba menos potente, responder más rápidamente a una demanda temporal y suavizar las pulsaciones. Es un tipo de dispositivo de almacenamiento de energía .
Los acumuladores de gas comprimido, también llamados acumuladores hidroneumáticos, son con mucho el tipo más común.
Tipos de acumuladores [ editar ]
Torres [ editar ]
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Los primeros acumuladores para la maquinaria de muelle hidráulico de Armstrong fueron simples torres de agua elevadas . El agua se bombeaba a un tanque en la parte superior de estas torres mediante bombas de vapor. Cuando la maquinaria del muelle requería energía hidráulica, la carga hidrostática de la altura del agua sobre el suelo proporcionaba la presión necesaria.
Estos simples acumuladores eran extremadamente altos. Por ejemplo, Grimsby Dock Tower , construida en 1852, tiene 309 pies (94 m) de altura. Debido a su tamaño, eran costosos, por lo que se construyeron durante menos de una década. Casi al mismo tiempo, John Fowler estaba trabajando en la construcción del muelle del ferry en la cercana New Holland, pero no podía usar una potencia hidráulica similar ya que las malas condiciones del terreno no permitían construir una torre de acumuladores alta. Cuando se inauguró Grimsby, ya estaba obsoleto, ya que Armstrong había desarrollado el acumulador ponderado más complejo, pero mucho más pequeño, para su uso en New Holland. [1] En 1892, la función original de la torre Grimsby fue reemplazada, siguiendo el consejo de Fowler, por un acumulador ponderado más pequeño en un muelle adyacente, aunque la torre permanece hasta el día de hoy como un hito muy conocido.
Otra torre superviviente se encuentra junto a East Float en Birkenhead , Inglaterra.
Peso aumentado [ editar ]
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Un acumulador de peso elevado consta de un cilindro vertical que contiene fluido conectado a la línea hidráulica. El cilindro está cerrado por un pistón sobre el que se colocan una serie de pesos que ejercen una fuerza hacia abajo sobre el pistón y, por lo tanto, presurizan el fluido en el cilindro. A diferencia de los acumuladores de resorte y de gas comprimido, este tipo proporciona una presión casi constante, independientemente del volumen de líquido en el cilindro, hasta que se vacía. (La presión disminuirá un poco a medida que se vacía el cilindro debido a la disminución de peso del líquido restante).
Un ejemplo práctico de este tipo de acumulador se puede encontrar en la casa del motor hidráulico, Bristol Harbour . [2] El acumulador original de 1887 está colocado en su torre, se agregó un acumulador externo en 1954 y este sistema se utilizó hasta 2010 para alimentar las compuertas de la esclusa de Cumberland Basin (Bristol) . El agua se bombea desde el puerto a un tanque colector y luego se alimenta por gravedad a las bombas. La presión de trabajo es de 750 psi (5,2 MPa o 52 bar ) que se utilizó para alimentar las grúas, puentes y esclusas del puerto de Bristol . [ cita requerida ]
El mecanismo de funcionamiento original de Tower Bridge , Londres , también utilizaba este tipo de acumulador. Aunque ya no está en uso, dos de los seis acumuladores todavía se pueden ver in situ en el museo del puente. [ investigación original? ]
Regent's Canal Dock, ahora llamado Limehouse Basin, tiene los restos de un acumulador hidráulico, que data de 1869, un fragmento de la instalación de este tipo que queda más antigua en el mundo, la segunda en el muelle, que se instaló más tarde que la de Poplar Dock , originalmente listada. incorrectamente como caja de señales para London and Blackwall Railway , cuando se identificó correctamente, fue restaurada como atracción turística por la ahora desaparecida London Docklands Development Corporation . [se necesita aclaración ] Ahora propiedad de Canal & River Trust , está abierto para grupos grandes que lo soliciten en la Oficina del Dockmaster en la cuenca y en las tardes deLondon Open House Weekend , que se celebra el tercer fin de semana de septiembre de cada año. [3]
Londres tenía un extenso sistema público de energía hidráulica desde mediados del siglo XIX que finalmente cerró en la década de 1970 con 5 centrales hidráulicas, operadas por la London Hydraulic Power Company . Los astilleros y muelles de mercancías por ferrocarril a menudo tenían su propio sistema separado. [ cita requerida ]
Acumulador lleno de aire [ editar ]
Una forma simple de acumulador es un volumen cerrado, lleno de aire. Una sección vertical de tubería, a menudo de mayor diámetro, puede ser suficiente y se llena de aire, atrapado a medida que se llena la tubería.
Dichos acumuladores normalmente no tienen la capacidad suficiente para ser útiles para almacenar energía significativa, ya que no se pueden precargar con gas a alta presión, pero pueden actuar como un amortiguador para absorber las fluctuaciones de presión. Se utilizan para suavizar el suministro de bombas de pistón. Otro uso es como amortiguador para amortiguar el golpe de ariete , esta aplicación es una parte integral de la mayoría de las bombas de ariete . La pérdida de aire resultará en una pérdida de efectividad, si el aire se pierde con el tiempo, el diseño debe incluir alguna forma de renovarlo.
Acumulador cerrado de gas comprimido (o cargado de gas) [ editar ]
Un acumulador de gas comprimido consta de un cilindro con dos cámaras separadas por un diafragma elástico, una vejiga totalmente cerrada o un pistón flotante. Una cámara contiene el fluido y está conectada a la línea hidráulica. La otra cámara contiene un gas inerte (típicamente nitrógeno ), generalmente bajo presión, que proporciona la fuerza de compresión sobre el fluido hidráulico. Se utiliza gas inerte porque el oxígeno y el aceite pueden formar una mezcla explosiva cuando se combinan a alta presión. A medida que cambia el volumen del gas comprimido, la presión del gas (y la presión sobre el fluido) cambia inversamente.
Para el uso del sistema de agua a baja presión, el agua generalmente llena una vejiga de goma dentro del tanque (en la imagen), evitando el contacto con el tanque que de otra manera necesitaría ser resistente a la corrosión. Unidades diseñadas para aplicaciones de alta presión como hidráulicasLos sistemas suelen estar precargados a una presión muy alta (que se acerca a la presión de funcionamiento del sistema) y están diseñados para evitar que la vejiga o la membrana se dañen por esta presión interna cuando la presión del sistema es baja. Para los tipos de vejiga, esto generalmente requiere que la vejiga se llene con el gas de modo que cuando la presión del sistema sea cero, la vejiga se expanda completamente en lugar de ser aplastada por la carga de gas. Para evitar que la vejiga salga del dispositivo cuando la presión del sistema es baja, normalmente hay una placa antiextrusión unida a la vejiga que presiona y sella la entrada, o una placa con resorte en la entrada que se cierra cuando el la vejiga presiona contra ella.
Es posible aumentar el volumen de gas del acumulador acoplando una botella de gas al lado de gas del acumulador. Para el mismo cambio en la presión del sistema, esto dará como resultado que se use una porción mayor del volumen del acumulador. Si la presión no varía en un rango muy amplio, esta puede ser una forma rentable de reducir el tamaño del acumulador necesario. Si el acumulador no es del tipo de pistón, se debe tener cuidado de que la vejiga o la membrana no se dañen en ninguna situación de sobrepresión esperada, muchos acumuladores de vejiga no pueden tolerar que la vejiga se aplaste bajo presión.
Jean Mercier [4] inventó un acumulador de gas comprimido para su uso en hélices de paso variable .
Tipo de resorte [ editar ]
Un acumulador de tipo resorte es similar en funcionamiento al acumulador de gas anterior, excepto que se utiliza un resorte pesado (o resortes) para proporcionar la fuerza de compresión. Según la ley de Hooke, la magnitud de la fuerza ejercida por un resorte es linealmente proporcional a su cambio de longitud. Por lo tanto, a medida que el resorte se comprime, la fuerza que ejerce sobre el fluido aumenta linealmente.
Tipo fuelle metálico [ editar ]
Los acumuladores de fuelle metálico funcionan de manera similar al tipo de gas comprimido, excepto que el diafragma elástico o pistón flotante se reemplaza por un fuelle metálico soldado herméticamente sellado. El fluido puede ser interno o externo al fuelle. Las ventajas del tipo de fuelle metálico incluyen una tasa de resorte excepcionalmente baja, lo que permite que la carga de gas haga todo el trabajo con un pequeño cambio en la presión de lleno a vacío, una carrera larga que permite un uso eficiente del volumen de la carcasa y se pueden construir los fuelles. para ser resistente a una sobrepresión significativa que aplastaría un separador de vejiga. El acumulador de fuelle de metal soldado proporciona un nivel excepcionalmente alto de rendimiento del acumulador y se puede producir con un amplio espectro de aleaciones, lo que da como resultado una amplia gama de compatibilidad de fluidos. Otras ventajas de este tipo son que no enfrenta problemas con el funcionamiento a alta presión, puede construirse para ser resistente a temperaturas muy altas o bajas o ciertos productos químicos agresivos, y puede ser significativamente más duradero en algunas situaciones.Los fuelles de metal tienden a ser significativamente más costosos de producir que otros tipos comunes.
Funcionamiento de un acumulador [ editar ]
En los sistemas hidráulicos modernos, a menudo móviles, el artículo preferido es un acumulador de gas, pero los sistemas simples pueden tener un resorte. Puede haber más de un acumulador en un sistema. El tipo exacto y la ubicación de cada uno puede ser un compromiso [ aclaración necesaria ] debido a sus efectos y los costos de fabricación.
Un acumulador se coloca cerca de la bomba con una válvula de retención que evita el flujo de regreso a la bomba. En el caso de las bombas de pistón, este acumulador se coloca en la ubicación ideal para absorber las pulsaciones de energía de la bomba de pistones múltiples . [ cita requerida ] También ayuda a proteger el sistema del golpe de fluido . Esto protege los componentes del sistema, particularmente las tuberías, de ambas fuerzas potencialmente destructivas.
Un beneficio adicional es la energía adicional que se puede almacenar mientras la bomba está sujeta a baja demanda. El diseñador puede utilizar una bomba de menor capacidad. Las grandes excursiones de los componentes del sistema, como el tren de aterrizaje de un avión grande, que requieren un volumen considerable de fluido, también pueden beneficiarse de uno o más acumuladores. Estos a menudo se colocan cerca de la demanda para ayudar a superar las restricciones y el arrastre de los tramos largos de tuberías. La salida de energía de un acumulador de descarga es mucho mayor, durante un corto período de tiempo, de lo que podrían generar incluso bombas grandes.
Un acumulador puede mantener la presión en un sistema durante períodos en los que hay pequeñas fugas sin que la bomba se encienda y apague constantemente. Cuando los cambios de temperatura provocan variaciones de presión, el acumulador ayuda a absorberlos. Su tamaño ayuda a absorber el fluido que de otro modo podría estar bloqueado en un pequeño sistema fijo sin espacio para la expansión debido a la disposición de las válvulas.
La precarga de gas en un acumulador se establece de manera que la cámara de separación, el diafragma o el pistón no alcance ni golpee ninguno de los extremos del cilindro de operación. La precarga de diseño normalmente asegura que las partes móviles no ensucian los extremos ni bloquean los conductos de fluido. Un mantenimiento deficiente de la precarga puede destruir un acumulador en funcionamiento. Un acumulador diseñado y mantenido correctamente debería funcionar sin problemas durante años. [ cita requerida ]
Ver también [ editar ]
- Acumulador (energía)
- Tanque de expansión
Notas [ editar ]
- ^ Aunque en general se considera que los líquidos son prácticamente incompresibles, los gases pueden comprimirse y este gas comprimido es un almacenamiento de energía conveniente.
Referencias [ editar ]
- ^ Pugh, B. (1980). La era hidráulica . Publicaciones de ingeniería mecánica. págs. 3–4. ISBN 978-0-85298-447-5.
- ^ "casa del motor hidráulico" . historicengland.org.uk . Consultado el 18 de agosto de 2006 .
- ^ Marchant, Hugo. "Lavabo de Limehouse" . Guía del visitante de Londres . Consultado el 15 de octubre de 2016 .
- ^ Mercier, Jean (26 de marzo de 1957). "Dispositivo de presión" . Oficina de Patentes y Marcas de EE. UU.
Enlaces externos [ editar ]
 | Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Acumuladores hidráulicos . |
- Acumulador de vejiga y aplicaciones
- Aplicaciones y compatibilidad del acumulador
- Calculadora de tamaño de acumuladores en línea
- Cómo reparar un acumulador hidráulico -
- Cálculo en línea de un acumulador hidráulico
- Imágenes de video de una torre de acumuladores hidráulicos
