Acumulador de diafragma hidráulico de alta presión: guía de selección, dimensionamiento y suministro

Un circuito de sujeción de 315 barras en una máquina de fundición a presión tiene que mantener la fuerza durante aproximadamente dos segundos después de que se detiene la bomba. Un acumulador de diafragma de un litro cubre esa tarea con una precarga que se mantiene dentro de un pequeño porcentaje de su valor establecido durante meses. El mismo trabajo en una unidad de vejiga de cuatro litros cuesta más, ocupa tres veces más espacio y necesita ser rellenado con más frecuencia.

Esa es la respuesta corta. Por encima de aproximadamente 200 bar, con un volumen de aceite pequeño y la necesidad de una precarga estable entre los intervalos de servicio, un acumulador de diafragma hidráulico de alta presión suele ser la elección correcta. Si necesita más de dos litros de aceite utilizable de una sola unidad, o el costo por litro importa más que la respuesta y la retención de gas, un diseño de vejiga o pistón le resultará más útil. El resto de este artículo cubre cómo se comporta el diseño del diafragma bajo presión, cómo dimensionarlo y precargarlo, y qué detalles causan la mayoría de las fallas en el campo.

Cómo funciona un acumulador de diafragma de alta presión

Un acumulador de membrana es un recipiente a presión dividido en dos cámaras mediante una membrana flexible sujeta entre las mitades de la carcasa. Un lado contiene precarga de nitrógeno; el otro se conecta al circuito a través del puerto de aceite. Cuando la presión del circuito aumenta por encima de la precarga, el aceite entra y levanta el diafragma, comprimiendo el gas. Cuando la presión cae, el gas se expande y empuja el petróleo hacia afuera.

Dos propiedades importan por encima de 200 bar. El diafragma es una pieza liviana sujeta con casi ninguna masa en movimiento, por lo que responde en milisegundos, lo cual es útil para picos de presión y pulsaciones de la bomba. Y como el gas y el petróleo nunca comparten una cámara, el nitrógeno no puede disolverse en el fluido y el fluido no puede formar espuma en el lado del gas.

Los acumuladores de vejiga siguen el mismo principio, pero la vejiga flota libremente dentro del caparazón. A alta presión, se puede extruir hacia el puerto de aceite, girar en ciclos rápidos o apretar contra la pared. Un diafragma sujeto no puede migrar y el disco perforado detrás del puerto de aceite lo sostiene contra la extrusión. Debido a que el diafragma está fijo en su borde, la unidad también se puede montar vertical, horizontal o en ángulo, lo que a menudo resuelve la cuestión en patines y equipos móviles donde no hay espacio para la pata abatible vertical de una vejiga.

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Lo que realmente cubre una clasificación de alta presión

Los acumuladores de diafragma se ofrecen habitualmente con una presión máxima de trabajo de 200, 250 y 350 bar. Esa cifra es un máximo nominal, no un valor de prueba: una carcasa de 350 bar debe someterse a una prueba de prueba a 1,5 veces la presión nominal, y el diseño debe ser rastreable según un código de recipientes a presión. En China, eso significa una Licencia de fabricación de equipos especiales para recipientes a presión, donde la A2 cubre recipientes de alta presión; Las exportaciones a Europa requieren una evaluación PED y el marcado CE.

• Placa de soporte. El diafragma necesita un soporte perforado en el lado del aceite para que no pueda ser empujado hacia el puerto durante la descarga completa. Sin él, el diafragma falla por extrusión en lugar de por fatiga.
• Compuesto de diafragma. El NBR cubre el aceite mineral entre -20 y 80 grados Celsius, el HNBR lo extiende hasta aproximadamente 120, el FKM alcanza los 150 pero sólo es adecuado para algunos fluidos, y el EPDM es habitual para éster de fosfato y glicol. El compuesto incorrecto puede fallar en semanas.
• Deriva de precarga con temperatura. Una unidad cargada a 180 bar a 20 grados Celsius lee aproximadamente 210 bar a 60. Un dimensionamiento que ignora esto cambia el rango de trabajo y puede levantar una válvula de alivio.

Solicite el certificado de material y el registro de prueba de presión. Un acumulador de membrana es un recipiente a presión y la documentación forma parte del producto.

Dimensionamiento y Precarga: Los Números que Deciden la Unidad

Cuatro entradas impulsan la selección:

1. P2, la presión más alta que verá el circuito, incluido el aumento.
2. P1, la presión más baja a la que el acumulador aún debe suministrar aceite.
3. Delta V, el volumen de aceite necesario para una descarga, ya sea un ciclo de sujeción, una hora de compensación de fugas o el volumen necesario para cerrar una válvula después de que se detiene la bomba.
4. Tiempo de ciclo, que decide si el nitrógeno se comporta de forma isotérmica o adiabática.

Establecer la precarga P0 entre 0,8 y 0,9 veces P1, y nunca por encima de 0,9 veces el máximo nominal. La cifra siempre se indica en 20 grados centígrados.

El volumen utilizable sigue la relación politrópica estándar, con n en 1,0 para un ciclo isotérmico lento y aproximadamente 1,4 para uno rápido. Tome una unidad de 1 litro precargada a 180 bar en un circuito que funcione entre 200 y 350 bar. El cálculo isotérmico da aproximadamente 0,39 litros de aceite utilizable; el cálculo adiabático da aproximadamente 0,14 litros. Para una descarga de 0,5 litros en dos segundos, la primera cifra sugiere una unidad de 1,5 litros y la segunda apunta a casi 3,5 litros. El dimensionamiento basándose únicamente en el resultado isotérmico es una de las razones más comunes por las que un acumulador de diafragma parece no mantener la presión, cuando en realidad era simplemente demasiado pequeño.

Montaje, tuberías y accesorios

La instalación es sencilla, pero hay tres detalles que separan un trabajo confiable de uno problemático.

• Utilice un bloque de seguridad entre el acumulador y el circuito. Una válvula de bola combinada con válvula de alivio y tornillo de purga le permite aislar la unidad, liberar la presión atrapada y dar servicio al lado del gas de manera segura. Una válvula de bola de seguridad AQF cubre las tres funciones en un solo cuerpo.
• Nunca permita que la carcasa soporte cargas de tuberías. Monte con soportes o aros y utilice una manguera donde haya vibraciones; el recipiente es un límite de presión, no un miembro estructural.
• Mantenga la línea de conexión corta y de tamaño generoso. Un tubo largo y estrecho añade caída de presión y ralentiza la respuesta, lo que anula el propósito de amortiguar las pulsaciones.

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Carga y mantenimiento de rutina

Cargue con nitrógeno seco de al menos 99,99 por ciento de pureza. Nunca utilice oxígeno, aire comprimido ni ningún otro gas; el aire introduce humedad y el oxígeno más el aceite a presión suponen un riesgo de incendio dentro del recipiente.

Verificar la precarga con el circuito despresurizado y el acumulador aislado, tomar nota de la temperatura ambiente y corregir la lectura a 20 grados centígrados. Una revisión trimestral o cada 500 horas de funcionamiento es adecuada para la mayoría de los circuitos industriales. Las unidades de diafragma pierden muy poco gas cuando la válvula de carga está en buen estado, por lo que el núcleo de la válvula es el primer sospechoso cuando cae la presión.

Almacene dos piezas de servicio: el núcleo de la válvula de carga y el diafragma. Reemplazar un diafragma es un trabajo de banco con el dispositivo de sujeción adecuado, y volver a apretar las mitades de la carcasa según la figura del fabricante es tan importante como la pieza nueva.

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Lista de verificación de adquisiciones

Antes de realizar el pedido, confirme:

• Presión nominal y de prueba, tanto en la placa de identificación como en el registro de prueba.
• Documentación del recipiente a presión: licencia de fabricación, conformidad PED o CE, certificados de materiales con números de calor.
• El compuesto del diafragma se adapta a su fluido y temperatura, no solo al valor predeterminado del catálogo.
• Volumen efectivo en lugar de volumen nominal, además del tamaño del puerto, el estándar de rosca y la rosca de la válvula de carga.
• Datos de repuestos y ciclo de vida, con un tiempo de entrega en fábrica en lugar de una estimación de estantería del distribuidor.

Síntomas de campo y sus causas habituales.

• La precarga disminuye en unas semanas, pero la unidad aún retiene aceite: la causa suele ser el núcleo de la válvula de carga, no el diafragma.
• La presión disminuye rápidamente después de que la bomba se detiene: el diafragma se ha roto o ha sido extruido hacia el puerto.
• Más oscilación que antes en ciclos rápidos: la precarga es baja o la unidad se dimensionó según un cálculo isotérmico y está subdimensionada.
• Ruido y golpe de ariete: el acumulador está demasiado lejos de la válvula o el conducto de conexión es demasiado estrecho.

Preguntas frecuentes

¿Se puede precargar con aire un acumulador de membrana?

No. El aire transporta humedad que puede congelarse en la válvula de gas, y el oxígeno en contacto con el aceite bajo presión supone un riesgo de incendio. El nitrógeno seco es el único medio correcto.

¿Cómo configuro la precarga para un circuito que funciona entre 200 y 350 bar?

Entre 0,8 y 0,9 veces la presión mínima de trabajo, es decir, entre 160 y 180 bares medidos a 20 grados centígrados. Eso mantiene el diafragma libre del puerto de aceite en el extremo inferior y deja un volumen utilizable en el extremo superior.

¿Diafragma o vejiga?

El diafragma está sujeto por su borde y no puede migrar, lo que proporciona una mejor retención de gas, una respuesta más rápida y una orientación de montaje libre. La vejiga gana en volumen por unidad, a partir de 0,5 litros, mientras que las unidades de diafragma se detienen en unos 4 litros nominales.

Un acumulador de diafragma hidráulico de alta presión se gana su lugar en un conjunto reducido pero importante de funciones: volúmenes pequeños, alta presión, respuesta rápida y una precarga que permanece donde usted la establece. Hacerlo bien se reduce a cuatro números, una regla de precarga y una decisión honesta sobre si el ciclo es lento o rápido.

Fabricamos acumuladores de diafragma junto con los de vejiga y pistón en la ciudad de Xikou, Ningbo, con una capacidad anual de diafragma superior a 100.000 unidades, una licencia de fabricación de equipos especiales para recipientes a presión (A2) y el marcado CE para los mercados de exportación, en un taller de más de 5.000 metros cuadrados. Las ventas se realizan directamente desde la fábrica. Envíe su P1, P2, el volumen de aceite requerido y el tiempo del ciclo a través del pagina de contacto y analizaremos el tamaño con usted.