acumulador hidráulico

Los primeros acumuladores para la maquinaria hidráulica de los muelles de William Armstrong eran sencillas torres de agua elevadas . El agua se bombeaba a un depósito situado en la parte superior de estas torres mediante bombas de vapor. Cuando la maquinaria de los muelles requería energía hidráulica, la altura del agua sobre el nivel del suelo proporcionaba la presión necesaria.

Estos sencillos acumuladores eran extremadamente altos. Por ejemplo, la Torre del Muelle de Grimsby , construida en 1852, tiene 94 metros (309 pies) de altura. Debido a su tamaño, eran costosos, por lo que su construcción duró menos de una década. Casi al mismo tiempo, John Fowler trabajaba en la construcción del muelle del ferry en la cercana New Holland , pero no pudo utilizar una energía hidráulica similar, ya que las malas condiciones del terreno no permitían la construcción de una torre acumuladora alta. Para cuando se inauguró Grimsby, ya estaba obsoleta, pues Armstrong había desarrollado el acumulador de peso, más complejo pero mucho más pequeño, para su uso en New Holland. ^{[ 1 ]} En 1892, la función de la torre original de Grimsby fue reemplazada, por consejo de Fowler, por un acumulador de peso más pequeño en un muelle adyacente, aunque la torre permanece hasta el día de hoy como un punto de referencia muy conocido. 

Otras torres que aún se conservan incluyen una adyacente a East Float en Birkenhead , Inglaterra, y otra ubicada en Bramley-Moore Dock, Liverpool, Inglaterra. Esta última torre será renovada como parte de los planes para el desarrollo propuesto del área asociada con la construcción de un nuevo estadio de fútbol para el Everton FC.

Un acumulador de peso elevado consta de un cilindro vertical que contiene fluido y está conectado a la línea hidráulica. El cilindro se cierra mediante un pistón sobre el cual se colocan una serie de contrapesos que ejercen una fuerza hacia abajo, presurizando así el fluido en su interior. A diferencia de los acumuladores de gas comprimido y de resorte, este tipo proporciona una presión prácticamente constante, independientemente del volumen de fluido en el cilindro, hasta que este se vacía. (La presión disminuirá ligeramente a medida que el cilindro se vacía debido a la disminución del peso del fluido restante).

Un ejemplo funcional de este tipo de acumulador se puede encontrar en la casa de máquinas hidráulicas del puerto de Bristol . ^{[ 2 ]} El acumulador original de 1887 está en su lugar 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 de cabecera 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 utilizaba para alimentar las grúas, puentes y esclusas del puerto de Bristol .

El mecanismo de funcionamiento original del Tower Bridge de Londres también utilizaba este tipo de acumulador. Aunque ya no se utilizan, dos de los seis acumuladores aún pueden verse in situ en el museo del puente. ^{[ 3 ]}

El Regent's Canal Dock, ahora llamado Limehouse Basin, conserva los restos de un acumulador hidráulico de 1869, un fragmento de la instalación de este tipo más antigua que se conserva en el mundo, la segunda en el muelle, instalada posteriormente a la de Poplar Dock . Originalmente catalogado erróneamente como una caseta de señales del London and Blackwall Railway , una vez identificado correctamente, fue restaurado como atracción turística por la ya desaparecida London Docklands Development Corporation . Actualmente propiedad del Canal & River Trust , está abierto a grupos grandes previa solicitud en la oficina del Dockmaster en la dársena y durante las dos tardes del London Open House Weekend , que se celebra el tercer fin de semana de septiembre de cada año. ^{[ 4 ]}

Londres contó con 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 depósitos de mercancías ferroviarios y los muelles a menudo tenían su propio sistema independiente.

Un acumulador sencillo consiste en un volumen cerrado lleno de aire. Un tramo vertical de tubería, a menudo de mayor diámetro, puede ser suficiente y se llena de aire, que queda atrapado a medida que la tubería se llena.

Estos acumuladores no suelen tener la capacidad suficiente para almacenar energía significativa, ya que no se pueden precargar con gas a alta presión, pero pueden actuar como amortiguador para absorber las fluctuaciones de presión. Se utilizan para estabilizar el caudal de las bombas de pistón. Otro uso es como amortiguador para mitigar el golpe de ariete ; esta aplicación es fundamental en la mayoría de las bombas de ariete . La pérdida de aire conlleva una pérdida de eficacia. Si se produce una pérdida de aire con el tiempo, el diseño debe incluir algún sistema para reabastecer el acumulador.

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 (normalmente nitrógeno ), generalmente a presión, que ejerce la fuerza de compresión sobre el fluido hidráulico. Se utiliza gas inerte porque el oxígeno y el aceite pueden formar una mezcla explosiva al combinarse 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 sistemas de agua a baja presión, el agua suele llenar una vejiga de goma dentro del tanque (como se muestra en la imagen), evitando el contacto con el tanque, que de otro modo tendría que ser resistente a la corrosión. Las unidades diseñadas para aplicaciones de alta presión, como los sistemas hidráulicos , suelen estar precargadas a una presión muy alta (cercana a la presión de funcionamiento del sistema) y están diseñadas para evitar que la vejiga o membrana se dañe por esta presión interna cuando la presión del sistema es baja. En el caso de las vejigas, esto generalmente requiere que la vejiga se llene con gas para que, cuando la presión del sistema sea cero, la vejiga esté completamente expandida en lugar de ser comprimida por la carga de gas. Para evitar que la vejiga se salga del dispositivo cuando la presión del sistema es baja, normalmente se coloca una placa antiextrusión en la vejiga que presiona y sella la entrada, o una placa con resorte en la entrada que se cierra cuando la vejiga la presiona.

Es posible aumentar el volumen de gas del acumulador acoplando una botella de gas a su entrada. Para la misma variación de presión del sistema, esto resultará en una mayor utilización 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 de pistón, se debe tener cuidado de que la vejiga o membrana no se dañe en caso de sobrepresión, ya que muchos acumuladores de vejiga no toleran que esta se aplaste bajo presión.

Jean Mercier ^{[ 5 ]} inventó un acumulador de gas comprimido para su uso en hélices de paso variable .

Un acumulador de resorte funciona de forma similar al acumulador de gas descrito anteriormente, con la diferencia de que utiliza un resorte (o varios) de gran resistencia para generar la fuerza de compresión. Según la ley de Hooke, la magnitud de la fuerza ejercida por un resorte es directamente proporcional a su variación de longitud. Por lo tanto, a medida que el resorte se comprime, la fuerza que ejerce sobre el fluido aumenta linealmente.

Los acumuladores de fuelle metálico funcionan de forma similar a los de gas comprimido, con la diferencia de que el diafragma elástico o pistón flotante se sustituye por un fuelle metálico soldado y herméticamente sellado . El fluido puede estar dentro o fuera del fuelle. Las ventajas de este tipo incluyen una rigidez excepcionalmente baja, que permite que la carga de gas realice todo el trabajo con poca variación de presión entre el llenado y el vaciado; una carrera larga que permite un uso eficiente del volumen de la carcasa; y la posibilidad de fabricar el fuelle para que sea resistente a la sobrepresión que aplastaría un separador de tipo vejiga. El acumulador de fuelle metálico soldado ofrece un rendimiento excepcionalmente alto y puede fabricarse con una amplia gama de aleaciones, lo que resulta en una amplia compatibilidad con diversos fluidos. Otras ventajas de este tipo son que no presenta problemas con el funcionamiento a alta presión, puede fabricarse para que sea resistente a temperaturas muy altas o bajas o a ciertos productos químicos agresivos, y puede tener una mayor durabilidad en algunas situaciones. Los fuelles metálicos suelen ser mucho más costosos de producir que otros tipos comunes.