Guías para comprender y mantener los acumuladores hidráulicos

Jack Weeks, GPM Consultoría Hidráulica. Traducción por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América

Los acumuladores hidráulicos se encuentran en casi todas las plantas industriales. La mayoría de las instalaciones tienen varios de ellos, pero a menudo no los comprenden. Los acumuladores pueden ser los componentes hidráulicos más peligrosos del molino, no porque sean inherentemente peligrosos, sino por la falta de comprensión. Todos los acumuladores hidráulicos, independientemente de su propósito, almacenan energía y, por lo tanto, deben tratarse con cierto respeto.

Funciones del acumulador

Un acumulador hidráulico se usa para uno de dos propósitos: ya sea para agregar volumen al sistema a un ritmo muy rápido o para absorber impactos. La función que realizará depende de su precarga. Si se va a usar el acumulador para agregar volumen al sistema, su precarga debe estar un poco por debajo de la presión máxima del sistema para que el aceite pueda ingresar. Si el acumulador se utilizará para absorber impactos, debe precargarse cerca de la presión máxima del sistema para que haya poco o nada de aceite en él.

Precarga de un acumulador

Normalmente, un acumulador está precargado con nitrógeno seco. El nitrógeno no reacciona desfavorablemente con el aceite hidráulico bajo presión y, dado que compone casi el 78 por ciento de la atmósfera terrestre, es el gas menos costoso que se puede usar de manera segura. El siguiente gas inerte más abundante es el argón, que constituye menos del 1 por ciento de la atmósfera terrestre.

Bajo ninguna circunstancia se debe precargar un acumulador con oxígeno o aire. Si el oxígeno o el aire comprimido encuentran incluso una pequeña cantidad de cualquier hidrocarburo, pueden reaccionar violentamente y provocar una explosión, un incendio, lesiones personales y daños a las instalaciones. Un acumulador debe llevar una etiqueta de seguridad que advierta contra la precarga con cualquier gas que no sea nitrógeno. Los acumuladores nuevos vienen con esas etiquetas adhesivas, pero a menudo están rayadas o pintadas.

Se debe usar una plataforma de carga para precargar un acumulador. La precarga debe realizarse sin aceite en el acumulador. Libere cualquier presión en la entrada del acumulador. La mayoría de los acumuladores tienen una válvula de descarga que se puede abrir para drenar el aceite al tanque. Atornille la plataforma de carga en la válvula Schrader del acumulador y gire la manija del control de gas en el sentido de las agujas del reloj para presionar el pasador. La precarga actual se puede leer en la plataforma de carga.

Figura 1. Se debe usar una plataforma de carga para precargar un acumulador.

Si la precarga es demasiado alta, se puede abrir una válvula de purga en la plataforma de carga para liberar nitrógeno a la atmósfera hasta que la precarga caiga al nivel recomendado. Si la precarga es demasiado baja, la plataforma de carga viene con una manguera para conectarla a una botella de nitrógeno. Con la botella de nitrógeno conectada, abra la válvula de la botella y agregue nitrógeno lentamente hasta que la precarga alcance el nivel deseado.

La precarga correcta varía según la aplicación y el tipo de acumulador. La mayoría de los acumuladores son del tipo vejiga, pistón o diafragma. Siga las recomendaciones del fabricante del equipo original (OEM), si están disponibles. De lo contrario, se puede estimar la precarga correcta.

Cuando se usa un acumulador para fines de agregar volumen, como para aplicar un freno en caso de un corte de energía, para complementar la salida de una bomba o para mantener una presión constante en el sistema, la mayoría de los fabricantes recomiendan que se precargue un acumulador de vejiga para 80 por ciento de la presión mínima aceptable y un acumulador de pistón a 100 libras por pulgada cuadrada (psi) por debajo de la presión mínima. Desafortunadamente, en muchos casos, la presión de precarga del OEM no está disponible y se desconoce la presión mínima aceptable. Cuando este es el caso, la precarga al 50 por ciento de la presión máxima del sistema generalmente produce un resultado aceptable.

La causa más común de una falla del acumulador es una precarga demasiado alta. Si la precarga es más alta de lo que debería ser, la vejiga en un acumulador de vejiga golpeará el ensamblaje del asiento durante cada ciclo, lo que provocará un corte en la vejiga o un desgaste excesivo por tensión del resorte en el asiento. En los acumuladores de pistón, una precarga demasiado alta puede dañar el pistón y evitar que toque fondo en cada ciclo. Una precarga demasiado baja (o un aumento en la presión del sistema sin un aumento compensatorio en la precarga) también puede provocar problemas de funcionamiento, como velocidad reducida y paradas. Incluso puede provocar daños en el acumulador.

Figura 2. Si la precarga es demasiado alta, la vejiga en un acumulador de vejiga puede golpear el conjunto de la válvula de resorte, lo que puede causar una rotura en la vejiga o un desgaste excesivo del resorte de la válvula.

En general, es mejor cobrar de menos que de más. Sin embargo, un acumulador de vejiga que ha perdido toda o la mayor parte de su carga puede tener la vejiga aplastada en la parte superior de la carcasa y romperse por el conjunto de la válvula Schrader.

Figura 3. Si un acumulador de vejiga pierde su carga, la vejiga puede ser empujada hacia la parte superior de la carcasa y romperse por el conjunto de la válvula Schrader.

Agregar volumen

Los acumuladores de volumen tienen una línea de descarga para liberar la presión cada vez que se apaga el sistema. La precarga se puede verificar sin la plataforma de carga observando la caída del indicador cuando el sistema se apaga y la línea de descarga se abre. El indicador caerá lentamente porque la línea de descarga normalmente se reduce para evitar turbulencias en el depósito. Cuando el manómetro alcance la precarga actual del acumulador, descenderá inmediatamente a 0 psi.

Esta también es una buena manera de saber si una válvula de descarga automática se ha abierto como debería. Cuando el sistema se apaga, si el manómetro cae inmediatamente a 0 psi sin caer primero gradualmente, es probable que el manómetro esté aislado del acumulador y se desconozca si el acumulador se ha descargado.

Figura 4. Con el tiempo, el aceite fuga a través de los sellos del pistón en un acumulador de pistón, desplazando al nitrógeno.

Absorción de impacto

Cuando se utiliza un acumulador para la absorción de impactos, no es deseable que haya mucho aceite en el acumulador, si es que hay algo, durante el funcionamiento. El acumulador responderá más rápidamente a los picos de presión si el proceso de compresión ya ha comenzado. Por esta razón, generalmente se recomienda precargar los acumuladores de impacto a casi 100 psi por debajo de la presión de carga máxima del actuador que protege.

No es aconsejable utilizar un acumulador de pistón para absorber los impactos. Los acumuladores de vejiga y de diafragma responden mejor porque no tienen que superar la fricción estática del sello del pistón, y la masa del pistón no necesita acelerarse ni desacelerarse.

Figura 5. El montaje horizontal de un acumulador de pistón puede hacer que los sellos del pistón se desgasten más rápidamente.

El acumulador de pistón es como un cilindro hidráulico sin varilla. Está precargado con nitrógeno y sin aceite en el fondo. Cuando se presuriza el sistema, el nitrógeno se comprime a medida que el fondo del acumulador se llena de aceite. La presión de nitrógeno coincide con la presión del sistema, por lo que cualquier reducción en la presión del sistema hará que el acumulador descargue aceite al sistema. Por lo tanto, el acumulador complementará a la bomba durante partes del ciclo cuando el sistema exige más flujo del que puede proporcionar la bomba.

Con el tiempo, el aceite se desviará a través de los sellos del pistón, desplazando al nitrógeno en la parte superior. La primera indicación de esto es un aumento en la presión de precarga cuando no se ha agregado nitrógeno. Debido al aceite desviado en la parte superior, se reduce la carrera del pistón. La presión del sistema cae, se pueden notar paradas y el pistón puede dañarse al golpear repetidamente la parte inferior del acumulador.

El aceite se puede quitar de la parte superior del acumulador conectando la plataforma de carga y abriendo la válvula de purga con el sistema presurizado, eliminando todo el nitrógeno y el aceite. Cuando deja de salir aceite, el pistón está arriba. Entonces se puede apagar el sistema, abrir la válvula de descarga para drenar el aceite del fondo y restaurar la precarga, recuperando la capacidad disminuida del acumulador. Si nunca deja de salir aceite de la válvula de purga, el pistón está muy desgastado y debe ser reemplazado.

Montaje de un acumulador

Por lo general, es mejor montar los acumuladores en posición vertical con un soporte de montaje aproximadamente a dos tercios de la altura de la carcasa. Montar un acumulador de pistón horizontalmente provocará un desgaste más rápido de los sellos del pistón. Los acumuladores de vejiga también pueden dañarse si se montan horizontalmente. Además del desgaste desigual de la vejiga, el fluido puede quedar atrapado lejos de la salida si se forma una cavidad entre la vejiga y la carcasa. Los acumuladores de diafragma generalmente se pueden montar en cualquier posición.

Figura 6. Si un acumulador de vejiga se monta horizontalmente, se puede formar una cavidad entre la vejiga y la carcasa, lo que hace que el líquido quede atrapado.

Inspección de acumuladores

Los acumuladores hidráulicos deben inspeccionarse visualmente con cuidado al menos una vez al año, más a menudo en entornos hostiles al acero. Asegúrese de que no haya manchas de herrumbre o grietas en la pintura. Busque puntos de montaje sueltos, caucho desgastado y cualquier indicación de movimiento durante la operación. Revise todos los accesorios en busca de fugas. El acumulador debe retirarse del servicio al menos cada cinco años y someterse a una prueba hidráulica. Finalmente, nunca intente reparar la carcasa de un acumulador. Si hay alguna grieta, el caparazón debe desecharse y reemplazarse.