Acumuladores hidráulicos: tipos, función y seguridad (con simulador)

¡Bienvenidos nuevamente al blog de Welectronic! En las publicaciones anteriores del curso de hidráulica estudiamos los fundamentos de presión, caudal y potencia (publicación 73), las bombas (74), los cilindros (75), las válvulas (76), los circuitos (77), el aceite hidráulico (78), su filtración (79) y las mangueras (80); antes, en el bloque de neumática, aprendimos a controlar el aire. Hoy estudiamos el componente que guarda energía dentro del circuito y que, por eso mismo, es el que más sorprende a quien no lo conoce: el acumulador hidráulico. La hoja 27 de la serie trata de sus tipos, su función y su seguridad. Iremos paso a paso: cómo funciona un acumulador por dentro, qué le pasa al gas cuando entra el aceite, cómo se calcula cuánto aceite entrega, para qué se usa, cómo se inspecciona y se precarga, y sobre todo cómo se aísla y se descarga con seguridad. Al final tendrás un laboratorio interactivo, problemas resueltos y ejercicios propuestos.

Qué vas a aprender

• Por qué un acumulador necesita un gas y cómo la compresibilidad del nitrógeno convierte presión en energía almacenada.
• Las diferencias entre los acumuladores de vejiga, pistón y diafragma, y los límites típicos de cada uno (relación P2/P0).
• Los cuatro estados de un acumulador (precargado, a presión mínima, a presión máxima y descargado) y cómo calcular el volumen útil con la ley de los gases.
• Las cinco aplicaciones de la ficha (suministro auxiliar, amortiguación de pulsaciones, compensación de fugas, emergencia y expansión térmica) y el golpe de ariete.
• Cómo inspeccionar y precargar con nitrógeno, y por qué la precarga cambia con la temperatura.
• Por qué nunca se usa oxígeno ni aire comprimido, y qué hay que saber del riesgo de explosión.
• La secuencia de aislamiento seguro, el bloque de seguridad y el peligro del "falso cero".
• Un laboratorio interactivo con dos mesas: dimensionado y precarga (con curva presión-volumen animada) y práctica de aislamiento seguro.

Mapa visual del tema

Léelo de izquierda a derecha y de arriba abajo: primero los tipos (cómo se separa el gas del aceite), después cómo almacena energía (en el gas, no en el aceite), para qué se aplica, cómo se precarga y dimensiona, cómo se inspecciona y, al final, cómo se aísla con seguridad. La idea central, la que más importa: el acumulador conserva su energía aunque la bomba esté parada y el manómetro del aceite marque cero. Todo el tema de seguridad nace de ahí.

1. Tipos de acumuladores

La ficha presenta tres diseños principales que "almacenan energía en forma de fluido bajo presión": el de vejiga (una vejiga flexible separa el gas del fluido; el gas se comprime al ingresar aceite), el de pistón (un pistón se desplaza dentro del cilindro al variar el volumen de aceite) y el de diafragma (un diafragma flexible aísla el gas del fluido y se deforma con la presión). Antes de compararlos conviene entender el principio común.

1.1 Por qué hace falta un gas: el aceite no se comprime

En la publicación 73 vimos que el aceite hidráulico es casi incompresible: su módulo de compresibilidad ronda los 14 000 bar (1,4 GPa), es decir, un 1 % de reducción de volumen exige unos 140 bar. Un depósito lleno solo de aceite no puede "guardar" nada útil: si le sacas un poco de aceite, la presión cae a cero de golpe. Para almacenar energía se necesita algo elástico, y el elemento elástico más práctico es un gas. Se usa nitrógeno porque es inerte y seco. Cuando la bomba empuja aceite al interior, el gas se comprime: la presión sube y la energía queda almacenada en el gas. Cuando el circuito pide aceite, el gas se expande y lo devuelve.

Por eso todos los acumuladores de gas tienen dos lados separados por un elemento móvil o flexible: el lado gas (con una válvula de precarga por donde se carga el nitrógeno) y el lado aceite (con la conexión al circuito). Lo que cambia entre un tipo y otro es cómo se separa el gas del aceite.

1.2 Los tres tipos, comparados

Los valores de la tabla son típicos de catálogo y se usan para orientar la selección; los límites reales (presión máxima admisible, relación P2/P0, temperatura) están en la placa y en la hoja del fabricante. Si quieres leer la placa: indica el volumen en litros, la presión máxima admisible PS en bar, el rango de temperatura, el gas a usar, el número de serie y el año de fabricación.

1.3 Variables que usaremos en todo el tema

Atención: en la interfaz de los manómetros usamos presión manométrica (bar sobre la atmósfera), pero las leyes del gas exigen presión absoluta (manométrica + 1,013 bar). Es una fuente clásica de errores de cálculo y la usaremos con cuidado.

1.4 Otros diseños que la ficha no muestra

La ficha dice "existen tres diseños principales", y eso es cierto para los acumuladores de gas más usados. Pero existen también acumuladores de fuelle metálico (un fuelle de acero separa gas y aceite; muy estanco al gas, usado en aplicaciones especiales y fluidos agresivos), y los antiguos acumuladores de peso (una masa que carga un pistón) y de resorte; hoy casi no se usan para almacenar energía en equipos industriales. Los de gas siguen siendo la norma.

Corrección técnica 1 (tipos): La ficha afirma que el diafragma "se deforma con la presión para almacenar energía". Con rigor, el diafragma (como la vejiga o el pistón) no almacena la energía: solo separa gas y aceite. La energía se almacena en el gas comprimido. Además, "tres diseños" son los principales de gas, no los únicos: existen los de fuelle metálico, y los límites de presión y de relación P2/P0 dependen del tipo y del fabricante.

2. Almacenamiento de energía

La ficha explica el ciclo con dos imágenes: durante la operación la bomba carga el acumulador (el aceite entra y el gas se comprime); con la bomba detenida el acumulador puede entregar energía al sistema. Añade que la energía "puede permanecer almacenada por largos periodos, considerando la presión residual". Veamos esto con números.

2.1 Los cuatro estados de un acumulador

Tomemos un acumulador de 10 L, precargado con nitrógeno a 108 bar, en un sistema que trabaja entre P₁ = 120 bar y P₂ = 200 bar. La precarga es el 90 % de P₁ (108/120), el valor habitual para almacenar energía.

1. Estado A, precargado sin aceite. El separador está en el fondo (la vejiga ocupa todo el recipiente): gas = 10 L a 108 bar. La presión del aceite es 0 bar. La vejiga está "apoyada" en la conexión de aceite y una pequeña válvula (de seta) evita que se extruya por ella.
2. Estado B, a P₁ = 120 bar. Cuando la presión del circuito supera los 108 bar, el aceite empieza a entrar. A 120 bar el gas ocupa 9,28 L y han entrado 0,72 L de aceite. Por debajo de P₁ no se aprovecha nada del acumulador: queda una reserva de seguridad.
3. Estado C, a P₂ = 200 bar. El gas se comprime a 6,46 L y hay 3,54 L de aceite. El volumen útil es la diferencia: ΔV = 9,28 − 6,46 = 2,82 L.
4. Estado D, aceite en 0 bar. Si descargamos el aceite al tanque, la vejiga se vuelve a expandir hasta el fondo: gas = 10 L a 108 bar. El manómetro del aceite marca 0, pero el nitrógeno sigue a 108 bar. Este estado es el que importa para la seguridad (sección 5).

2.2 La ley del gas: cuánto aceite entrega

El gas se comporta como una transformación politrópica: P·Vⁿ = constante. Con presiones absolutas, el volumen de gas a una presión P es:

V(P) = V₀ · (P₀/P)^1/n  (para P > P₀; si P ≤ P₀ el gas ocupa todo V₀)

El volumen útil es la diferencia entre el gas a P₁ y a P₂:

ΔV = V₀ · [ (P₀/P₁)^1/n − (P₀/P₂)^1/n ]

Y, despejando, el tamaño necesario para entregar un ΔV dado:

V₀ = ΔV / [ (P₀/P₁)^1/n − (P₀/P₂)^1/n ]

El exponente n depende de la rapidez: si el ciclo es lento (más de unos 3 minutos), el gas intercambia calor con el entorno y se aproxima a una transformación isotérmica (n = 1); si es rápido (menos de un minuto), no da tiempo a intercambiar calor y se acerca a la adiabática (n = 1,4 para el nitrógeno). En descargas rápidas el gas se enfría al expandirse, su presión baja antes y el acumulador entrega menos aceite.

2.3 Ejemplo numérico paso a paso

1. Pasa a absolutas: P₀ = 108 + 1,013 = 109,013 bar; P₁ = 121,013 bar; P₂ = 201,013 bar.
2. Gas a P₁ (n = 1,4): V = 10 · (109,013/121,013)^1/1,4 = 9,28 L.
3. Gas a P₂: V = 10 · (109,013/201,013)^1/1,4 = 6,46 L.
4. Volumen útil: ΔV = 9,28 − 6,46 = 2,82 L, es decir, el 28 % del acumulador. Con descarga lenta (n = 1) sería 3,59 L.
5. Regla práctica: con las condiciones típicas, el volumen útil ronda entre el 25 y el 40 % del volumen nominal. Quien compra un acumulador "de 10 L" para obtener 10 L de aceite se equivoca por mucho.

2.4 La energía almacenada

La energía que el gas puede entregar entre P₂ y P₁ es el trabajo de expansión: para n ≠ 1, W = (P₂V₂ − P₁V₁)/(n − 1); para n = 1, W = P₂V₂·ln(P₂/P₁). En nuestro ejemplo, con n = 1,4 son unos 43,8 kJ (con n = 1: 55,3 kJ). Para tener una idea: 43,8 kJ equivalen a levantar una carga de 1 tonelada unos 4,5 m. No parece mucho, pero se libera en segundos y en un volumen pequeño: por eso un acumulador mal manejado es peligroso.

2.5 Para que descargue "al sistema", el circuito debe permitirlo

La ficha muestra la bomba detenida y el acumulador entregando energía. Para que esa energía vaya hacia el actuador y no regrese por la bomba, la línea necesita una válvula antirretorno entre la bomba y el acumulador (como en el esquema del bloque de seguridad de la sección 5). Sin ella, el aceite sale por la bomba (que gira al revés) o por la válvula de alivio. Y cuando el acumulador se utiliza para seguridad, la descarga hacia el actuador se controla con una válvula de maniobra de apertura segura.

Corrección técnica 2 (almacenamiento): La ficha dice que el acumulador "almacena energía potencial cuando el sistema está presurizado". Conviene precisar: la energía está en el gas comprimido, y la precarga del gas no desaparece cuando el aceite llega a 0 bar. "Considerando la presión residual" debe entenderse así: aunque el lado aceite se haya descargado (por una fuga interna o por una válvula), el lado gas conserva su presión de precarga durante años. Además, la ficha no menciona la válvula antirretorno y la válvula de descarga que el circuito necesita.

3. Aplicaciones

La ficha enumera cinco aplicaciones. Cada una usa el acumulador de forma distinta, y cambia la precarga, el tamaño y el sitio de instalación.

Los porcentajes son puntos de partida de catálogo; siempre prevalecen la hoja del fabricante y el esquema del fabricante de la máquina.

3.1 Suministro auxiliar de energía

Muchas máquinas necesitan un caudal alto durante poco tiempo y un caudal pequeño el resto del ciclo: una prensa que cierra rápido y después sostiene, un inyector de plástico, una grúa que eleva por tramos. En lugar de dimensionar la bomba para el caudal pico, se instala una bomba para el caudal medio y un acumulador que aporta la diferencia. La bomba pequeña carga el acumulador mientras el actuador no consume, y entre ambos cubren el pico. El resultado: una bomba y un motor menores, menos calor y menor consumo, a cambio de un recipiente a presión más. El cálculo es el de la sección 2: se determina el ΔV que falta en el pico y se obtiene el V₀.

3.2 Amortiguación de pulsaciones

Una bomba de pistones o de engranajes no entrega un caudal perfectamente constante: cada pistón (o diente) manda un pulso. Una bomba de 9 pistones a 1500 rpm genera pulsos con una frecuencia de 9 × 1500/60 = 225 Hz. Esas ondas se transmiten por las tuberías, fatigan las mangueras, aflojan racores, hacen vibrar los manómetros y producen ruido. Un acumulador pequeño, con la precarga a un 60–80 % de la presión media y colocado muy cerca de la salida de la bomba, absorbe cada pulso y devuelve el volumen en el valle. Como el volumen que se mueve en cada pulso es muy pequeño (decenas de mililitros), se usan acumuladores de diafragma o de vejiga pequeños. Por ejemplo, un diafragma de 1 L precargado a 105 bar, trabajando entre 140 y 160 bar, entrega unos 74 mL por oscilación: muy superior al pulso de la mayoría de las bombas pequeñas. Sin válvula de cierre intermedia (o bien con una de apertura segura), para que no se quede aislado sin que nadie lo note.

3.3 Compensación de fugas

Cuando una prensa o un sistema de sujeción debe mantener una fuerza durante minutos, las pequeñas fugas internas de las válvulas y los sellos hacen caer la presión. En lugar de dejar la bomba funcionando a plena carga (y calentando aceite), se la para y se deja que el acumulador compense la fuga. Con un acumulador cuyo volumen útil sea de, por ejemplo, 0,5 L y una fuga de 0,02 L/min, la presión se sostiene durante 0,5/0,02 = 25 min antes de que un presostato vuelva a arrancar la bomba. Es la aplicación más tranquila... y por eso muchas veces se olvida que ese circuito sigue cargado cuando la máquina está "parada".

3.4 Emergencia y seguridad

Si falla la bomba o la energía eléctrica, el acumulador permite completar un movimiento controlado: bajar una carga, abrir o cerrar una compuerta, retraer un cilindro, cerrar una válvula de seguridad. Se dimensiona con el volumen del cilindro a mover más un margen, y con la presión que la carga exige al final de la carrera (no solo al principio). La válvula que libera el aceite del acumulador al actuador debe ser de acción segura (por ejemplo, de resorte, que se abre cuando se pierde la energía eléctrica). Esta aplicación requiere comprobar periódicamente que el acumulador realmente entrega el volumen que se espera.

3.5 Expansión térmica

El aceite mineral se dilata con la temperatura (coeficiente típico de unos 7×10⁻⁴ por kelvin). Si un tramo de circuito queda cerrado entre dos válvulas y se calienta 30 K, su volumen quiere crecer un 2,1 %. Como el aceite apenas se comprime (módulo ≈ 14 000 bar), esa dilatación impedida produce un aumento de presión del orden de 294 bar (estimación): suficiente para reventar mangueras o dañar sellos. Un acumulador pequeño en ese tramo absorbe la dilatación; y siempre debe haber una válvula de alivio como último recurso.

3.6 Un uso que la ficha no menciona: el golpe de ariete

Cuando una válvula cierra rápido una línea con aceite en movimiento, la energía cinética se convierte en una onda de sobrepresión (golpe de ariete). Una estimación de Joukowsky es ΔP ≈ ρ · a · Δv: con ρ = 870 kg/m³, velocidad de la onda a ≈ 1000 m/s (valor típico de tubería de acero con aceite) y una velocidad del aceite de 3 m/s, ΔP ≈ 26 bar sobre la presión de trabajo. Un acumulador cercano a la válvula, con precarga de 60–90 % de la presión de trabajo (según el fabricante), amortigua ese pico.

Corrección técnica 3 (aplicaciones): La ficha presenta las cinco aplicaciones sin cifras. Conviene recordar que cada una tiene su criterio de precarga y de tamaño (la misma precarga no sirve para almacenar energía que para amortiguar pulsaciones), que la expansión térmica se resuelve con un acumulador pero también exige una válvula de alivio, y que falta el golpe de ariete, una de las aplicaciones más frecuentes. En emergencia, la válvula de liberación debe ser de acción segura.

4. Inspección y precarga

Esta sección de la ficha tiene cuatro mensajes: (1) verificar el estado externo (corrosión, golpes, fugas, fijaciones); (2) la precarga se hace con el acumulador sin presión hidráulica; (3) usar solo nitrógeno según especificación del fabricante y nunca oxígeno ni aire comprimido; (4) la precarga puede permanecer: no desmontar sin el procedimiento específico del fabricante. Los desarrollamos uno por uno.

4.1 La inspección externa, paso a paso

1. Placa: legible y coincidente con el esquema (volumen, PS, gas). Una placa ilegible o ausente es motivo de retirada.
2. Cuerpo: busca corrosión (sobre todo en la base, donde se acumula humedad), abolladuras o golpes y marcas de calor o de soldadura cercana. Un golpe profundo reduce la resistencia del recipiente a presión.
3. Conexiones y válvula de gas: aceite en la conexión (fuga), tapa protectora de la válvula de gas puesta y sin daños, núcleo de la válvula sin fugas (se comprueba con agua jabonosa).
4. Fijaciones: abrazaderas y soportes firmes, sin holguras ni vibración; el acumulador no debe ir sostenido solo por sus tuberías.
5. Tuberías y mangueras conectadas: sin tensión ni roce (ver la publicación 80).
6. Protecciones: bloque de seguridad con válvulas accesibles, señal visible de "contiene gas a presión", y válvulas de alivio con su sello de tarado.

4.2 Por qué la precarga se mide sin presión hidráulica

La precarga es la presión del gas cuando el separador está apoyado en el fondo (estado A). Si hay aceite a presión dentro, el gas ya está comprimido y el manómetro del kit marcaría la presión del circuito, no la precarga. Por eso la ficha pide que la precarga se haga sin presión hidráulica. Hay un detalle más fino: si se mide con un poco de aceite dentro, el valor leído es más alto que la precarga real y el acumulador queda mal cargado.

4.3 Cómo se mide y se ajusta la precarga (procedimiento tipo)

1. Aísla y descarga el lado aceite (sección 5) y verifica 0 bar en el manómetro del acumulador.
2. Retira la tapa protectora de la válvula de gas y afloja la tuerca de la válvula con la llave indicada.
3. Conecta el kit de carga y medición del fabricante (manguera, manómetro y regulador de la botella) con la válvula del kit cerrada.
4. Abre despacio la válvula de gas del acumulador y lee el manómetro. Esa es la precarga actual.
5. Si hay que subirla, abre despacio la válvula de la botella de nitrógeno y carga poco a poco, deteniéndote a menudo para estabilizar. Si hay que bajarla, purga con la válvula del kit, en un lugar ventilado.
6. Espera unos minutos a que el gas recupere la temperatura ambiente y confirma el valor. Anota presión y temperatura.
7. Cierra la válvula de gas, purga el kit, retira el kit, comprueba con agua jabonosa que no hay fuga, coloca el tapón y la tapa.

Nunca se supera la presión máxima admisible PS del acumulador con el nitrógeno; la botella tiene mucha más presión que el recipiente, y el regulador del kit es la protección.

4.4 La precarga cambia con la temperatura

El nitrógeno encerrado se comporta casi como un gas ideal a volumen constante: p_abs(T) = p_abs(20 °C) · (T + 273,15)/293,15. Un acumulador cargado a 100 bar a 20 °C marcará 113,8 bar a 60 °C y 93,1 bar a 0 °C sin que haya entrado ni salido gas. De ahí tres consecuencias prácticas:

• Mide siempre con el acumulador a una temperatura estable y conocida, y anota la temperatura junto a la lectura.
• Si cargas con la máquina caliente (60 °C) a 100 bar, al enfriarse a 20 °C quedará en 87,9 bar: 12,1 bar corto. Hay que corregir el valor objetivo a la temperatura de carga.
• Una variación de la lectura de un día a otro no es necesariamente una fuga: puede ser clima. Se compara a igual temperatura.

4.5 Nitrógeno sí; oxígeno y aire comprimido, nunca

Es la advertencia más importante de la ficha, y conviene entender por qué. En el acumulador siempre hay vapores de aceite y una película de aceite en el lado gas. Si el gas de precarga contiene oxígeno (como el aire comprimido, con un 21 %) o es oxígeno puro, y se comprime rápidamente (en el llenado, o durante un ciclo de compresión), el gas se calienta (compresión adiabática) y puede superar la temperatura de autoignición del aceite. El resultado es una combustión explosiva dentro del recipiente (el llamado efecto diésel): el recipiente puede romperse y lanzar fragmentos. Con oxígeno puro el riesgo es aún mayor porque el aceite y muchos materiales arden con facilidad. El nitrógeno no sostiene la combustión, no oxida las piezas ni degrada el caucho de la vejiga.

• Usa nitrógeno seco, de calidad industrial, con regulador y manómetro propios.
• No uses botellas sin identificar ni adaptadores improvisados; el color y la etiqueta de la botella identifican el gas (varían por país: verifica la norma local).
• No uses aire de taller "para salir del paso", ni siquiera como medida temporal.
• Cuida la ventilación: el nitrógeno no se huele ni se ve, y desplaza el oxígeno del ambiente (ver el problema 4).

4.6 Cuando algo falla: el mapa de fallas

La mayoría de las fallas se diagnostican con tres datos: la precarga medida, la temperatura de la medición y el aspecto del aceite en la válvula de gas. Si al abrir la válvula de gas sale aceite, la vejiga o el diafragma se han roto: no se sigue operando, porque el acumulador ya no cumple su función y su lado gas está contaminado de aceite (con riesgo de efecto diésel). Si la precarga baja poco a poco, sospecha del núcleo de la válvula; si baja rápido, del separador o de los sellos.

4.7 ¿Cada cuánto se revisa?

Los fabricantes suelen recomendar una primera comprobación de precarga poco después de la puesta en marcha (la vejiga nueva "se asienta" y permea un poco de gas) y luego intervalos crecientes: por ejemplo, mensual al principio y después semestral o anual, más corto con temperatura alta o muchos ciclos. Es un criterio a validar con el fabricante y con la normativa local: en muchos países el acumulador es un recipiente a presión sujeto a inspecciones periódicas, con registro de las pruebas.

Corrección técnica 4 (inspección y precarga): La ficha dice "la precarga de gas puede permanecer". Debe leerse como "la precarga de gas permanece": es el estado normal del acumulador, no una posibilidad. Además, "inspección regular" debe concretarse en comprobar la precarga medida a temperatura conocida, anotarla y compararla con la anterior; la precarga se ajusta con el kit del fabricante, lentamente y sin superar la presión máxima admisible, y "solo nitrógeno" significa nitrógeno seco y con regulador.

5. Aislamiento seguro

La ficha propone cinco pasos: 1. parar y aislar las fuentes de energía; 2. bloquear y señalizar; 3. soportar cargas y descargar la presión hidráulica por el circuito previsto; 4. verificar el aislamiento y la ausencia de presión hidráulica; 5. intervenir según procedimiento. Es la secuencia clásica de bloqueo y etiquetado (LOTO), adaptada a la hidráulica. Veamos qué hay detrás de cada paso.

5.1 Los cinco pasos, explicados

1. Parar y aislar las fuentes de energía. Se detiene el motor y se abren los interruptores eléctricos. Se aíslan todas las fuentes: eléctrica, hidráulica (válvulas de la bomba), neumática si la hay y la energía almacenada (acumuladores, cargas elevadas, resortes). Parar la bomba no baja la presión: el circuito sigue cargado.
2. Bloquear y señalizar. Cada persona que interviene pone su candado y su etiqueta ("NO OPERAR") en el seccionador, en las válvulas de cierre y en el arrancador. El bloqueo evita que otra persona reponga la energía por error.
3. Soportar cargas y descargar la presión hidráulica por el circuito previsto. Primero se soportan mecánicamente las cargas (cilindros bajo carga, platos, brazos) con calzos, pasadores o topes. Después se descarga el aceite, lentamente, por la válvula de descarga del bloque de seguridad hacia el tanque. Una descarga brusca puede causar un movimiento inesperado y un chorro caliente.
4. Verificar el aislamiento y la ausencia de presión. Se comprueba en el manómetro del propio acumulador (no solo en el del circuito) que la presión hidráulica es 0 bar. Se prueba además a aflojar con cuidado un racor de purga, con cartón y protección, antes de abrir una línea.
5. Intervenir según procedimiento. Con la energía hidráulica nula y la máquina bloqueada, se hace el trabajo. Si hay que retirar el acumulador, además hay que descargar el gas (sección 5.4).

5.2 El bloque de seguridad

El bloque de seguridad es una pieza que se monta directamente sobre la conexión del acumulador y reúne las funciones que el aislamiento exige: ① válvula de cierre (separa el acumulador del circuito), ② válvula de alivio (protege el acumulador de sobrepresión, por ejemplo si queda aislado y se calienta), ③ válvula de descarga (lleva el aceite al tanque) y ④ conexión para manómetro. Muchas normas de seguridad hidráulica (como la ISO 4413) exigen medios para aislar y descargar los acumuladores; su presencia es lo que convierte la secuencia de la ficha en algo realizable.

5.3 El "falso cero": la trampa del manómetro del circuito

Imagina que la válvula de cierre del bloque de seguridad está cerrada, porque alguien la cerró para cambiar un filtro. Se descarga el circuito y su manómetro marca 0 bar. El acumulador, aislado, sigue a 180 bar. Si el técnico verifica solo en el manómetro del circuito, concluye "sin presión" y abre una línea que se conectaría al acumulador al abrir la válvula de cierre. Por eso el paso 4 exige verificar en el manómetro del propio acumulador, y por eso en el laboratorio de esta publicación hay un botón "Trampa" para practicarlo.

5.4 El gas sigue ahí: desmontar o abrir un acumulador

Con el lado aceite en 0 bar, el nitrógeno sigue a la precarga (estado D de la sección 2). Si se desconecta el acumulador "porque ya no tiene presión", el gas empuja con la fuerza de 108 bar sobre el área de la vejiga y las tapas: piezas pueden salir proyectadas. Antes de desmontar, el fabricante indica descargar el gas con el kit (abriendo la válvula de precarga poco a poco, en un lugar ventilado) y comprobar que la presión del gas es 0. Solo entonces se desmonta. Y nunca se hace nada de lo siguiente:

• Soldar, taladrar o mecanizar un acumulador (ni siquiera "vacío"): se pierde la certificación y se debilita el recipiente.
• Calentarlo con soplete o aplicarle llama; la presión del gas sube con la temperatura.
• Golpear la tuerca de la válvula con martillo o desmontarla con presión.
• Cargarlo con aire o con oxígeno.
• Tirar un acumulador a la chatarra sin descargar el gas ni marcarlo.

Corrección técnica 5 (aislamiento seguro): Los cinco pasos son correctos, pero hay que añadir tres precisiones críticas: (a) el paso 4 debe verificarse en el manómetro del acumulador, no solo en el del circuito (falso cero); (b) el cero hidráulico no elimina la energía del gas, por lo que la ficha debería añadir "descargar el gas con el procedimiento del fabricante antes de desmontar"; y (c) la descarga del paso 3 debe ser lenta y por una válvula prevista, nunca aflojando un racor, y con las cargas ya apoyadas.

6. Recomendación técnica

El cierre de la ficha dice: "seleccionar el tipo de acumulador adecuado para cada aplicación y seguir estrictamente las indicaciones del fabricante. Un programa de inspección y mantenimiento preventivo asegura confiabilidad y seguridad del sistema." Convirtámoslo en acciones.

6.1 Cómo elegir el acumulador: cinco decisiones

1. La función: ¿almacenar energía, amortiguar pulsaciones, compensar dilatación o absorber golpes? Define el tipo y la precarga.
2. El volumen útil ΔV que necesita el ciclo, con margen, y la rapidez de la descarga (n).
3. Las presiones: P₁ y P₂, la PS del acumulador (≥ la presión máxima con picos) y la relación P₂/P₀ permitida por el tipo.
4. El fluido y la temperatura: material del separador (NBR, FKM, otros) compatible con el aceite y con el intervalo de temperatura.
5. La instalación: posición, bloque de seguridad, accesibilidad para medir la precarga y espacio para desmontar.

6.2 Un plan de mantenimiento preventivo en cuatro niveles

1. Inventaría los acumuladores con volumen, PS, gas, precarga objetivo y ubicación.
2. Etiqueta cada uno con la precarga objetivo (y su temperatura de referencia), la fecha de la última medición y la fecha de la próxima.
3. Forma al personal que mide y descarga acumuladores; es un trabajo con riesgo.
4. Guarda el procedimiento del fabricante junto al acumulador o en el sistema de mantenimiento.
5. Registra las precargas medidas: la tendencia de pérdida anuncia una falla antes de que ocurra.

Corrección técnica 6 (recomendación): "Seleccionar el tipo adecuado" debe ir con datos de cálculo (ΔV, presiones, n, relación P₂/P₀), y "mantenimiento preventivo" debe incluir medición periódica de la precarga con registro, inspección reglamentaria del recipiente a presión según la norma local y formación del personal que descarga el gas. La ficha tampoco menciona la vida del separador (vejiga, diafragma, sellos), que se sustituye según el fabricante, no solo por falla.

7. Procedimientos paso a paso

7.1 Comprobar si un acumulador "cumple" su función (prueba sencilla)

1. Con la máquina en servicio y a temperatura normal, anota la presión mínima y máxima del ciclo en el manómetro del circuito.
2. Observa el tiempo que tarda el acumulador en descargar entre P₂ y P₁ con un consumo conocido, y compara con el valor de diseño.
3. Si el volumen entregado es muy bajo (se agota en segundos), sospecha de precarga baja; si la bomba cicla constantemente sin acumular, de precarga alta o de acumulador sin aceite.
4. Programa la medición de precarga con la máquina bloqueada y el aceite descargado (sección 4.3).

7.2 Retirar un acumulador para reemplazo (secuencia completa)

1. Sigue los cinco pasos de aislamiento (sección 5.1) hasta verificar 0 bar en el manómetro del acumulador.
2. Con el kit del fabricante, mide la precarga y regístrala (te dice qué estado tenía).
3. Descarga el gas abriendo despacio la válvula de gas; espera a que el manómetro del kit marque 0. Lugar ventilado.
4. Comprueba de nuevo que la presión interna es nula y afloja la conexión de aceite con cuidado (puede salir un poco de aceite).
5. Sostén el acumulador (puede pesar decenas de kilos), retira las abrazaderas y desmóntalo.
6. Instala el nuevo con juntas nuevas, comprueba su precarga antes de conectarlo (ya viene precargado con una precarga de transporte: ajústala a la de servicio).
7. Abre la válvula de cierre despacio, purga el aire del lado aceite y verifica que no hay fugas. Retira el bloqueo según el procedimiento.

8. Casos reales de planta

Aviso: los casos siguientes son ilustrativos: reúnen situaciones típicas de planta, redactadas para enseñar, y no corresponden a registros de una instalación concreta.

9. Errores comunes que conviene evitar

• Pensar que 0 bar en el manómetro significa acumulador descargado.
• Medir o cargar la precarga con aceite a presión dentro del acumulador.
• Cargar con aire o con oxígeno "por urgencia".
• Fijar la precarga mayor que P₁ (se pierde la reserva y el separador golpea el fondo en cada ciclo) o demasiado baja (la vejiga se aplasta contra el fondo en cada ciclo).
• Ignorar la relación P₂/P₀ del tipo de acumulador.
• Olvidar la temperatura al medir y al cargar.
• Dimensionar por el volumen nominal y no por el volumen útil.
• Quitar o dejar cerrada la válvula de seguridad o el bloque de seguridad.
• Soldar, taladrar o golpear un acumulador.
• Abrir una línea sin apoyar las cargas ni verificar el aceite en 0 bar en el manómetro del acumulador.
• Descartar un acumulador sin descargar su gas.

10. Resumen rápido (cheat-sheet)

Glosario breve

• Acumulador: recipiente que almacena aceite a presión comprimiendo un gas.
• Precarga (P₀): presión del nitrógeno con el lado aceite en 0 bar.
• Volumen útil (ΔV): aceite que entrega entre P₂ y P₁.
• PS: presión máxima admisible del recipiente (placa).
• Relación de presiones: P₂/P₀ en absolutas; limita la deformación del separador.
• Vejiga / diafragma / pistón: los tres separadores principales.
• Bloque de seguridad: válvulas de cierre, alivio, descarga y manómetro sobre el acumulador.
• Falso cero: manómetro del circuito en 0 con el acumulador aislado y cargado.
• Efecto diésel: combustión del aceite por compresión de un gas con oxígeno.
• LOTO: bloqueo y etiquetado de energías (lockout/tagout).
• Golpe de ariete: sobrepresión por el cierre brusco de una línea con aceite en movimiento.
• Kit de carga: manómetro, manguera y regulador que se conectan a la válvula de gas.

Normas y datos a validar

• Normas de referencia (consultar la última versión): EN 14359 (acumuladores de gas para sistemas de potencia de fluidos), la Directiva de Equipos a Presión 2014/68/UE (Europa), ASME Sección VIII (EE. UU.), ISO 4413 (requisitos de seguridad de sistemas hidráulicos), y la normativa local de recipientes a presión, que fija la inspección periódica.
• Las relaciones P₂/P₀ máximas (vejiga ≈ 4, diafragma ≈ 8, pistón ≈ 10) son valores típicos; cada fabricante y modelo fija las suyas.
• Los porcentajes de precarga (80–90 % de P₁ para almacenar; 60–80 % de la presión media para amortiguar) son criterios usuales de catálogo; para golpe de ariete y expansión térmica, consultar al fabricante.
• Los intervalos de medición de precarga y la vida del separador dependen del fabricante, de la temperatura y de los ciclos: validar antes de adoptarlos.
• El exponente n (1 a 1,4) es una simplificación; en cálculos finos se usan tablas o programas del fabricante.
• El módulo de compresibilidad del aceite (≈ 14 000 bar), el coeficiente de dilatación (7×10⁻⁴/K) y la velocidad de onda (≈ 1000 m/s) son valores típicos para estimaciones.
• El umbral de 19,5 % de oxígeno citado en el problema 4 es un criterio habitual de atmósfera deficiente en oxígeno (a validar con la norma de espacios confinados aplicable).
• El número impreso en la ficha (77) es el de la página del libro; en la serie del blog es la hoja 27.

11. Laboratorio de acumuladores hidráulicos

El simulador tiene dos mesas. En la primera ajustas el tipo de separador, el volumen, la precarga, la temperatura, las presiones mínima y máxima y la velocidad de descarga; ves un corte del acumulador con el gas y el aceite, la curva presión-volumen con el volumen útil sombreado, la relación P2/P0 frente al límite del tipo, la energía entregable y mensajes sobre si la precarga está bien elegida. Puedes animar el ciclo de carga y descarga. En la segunda practicas los cinco pasos del aislamiento seguro sobre un circuito con acumulador a 180 bar, con una opción trampa (válvula de aislamiento cerrada) para ver el falso cero, y puedes intentar desmontar el acumulador y purgar el gas. Prueba esto:

• Carga el caso Almacenamiento (10 L, 120–200 bar): el volumen útil es 2,82 L (n = 1,4). Cambia la descarga a lenta (n = 1) y verás 3,59 L.
• Pasa a Precarga demasiado alta (125 bar con P₁ = 120): el acumulador se queda sin aceite antes de llegar a P₁ y el mensaje te explica por qué se pierde la reserva.
• Pasa a Relación P2/P0 excesiva (P₀ = 50, P₂ = 250: relación 4,92): supera el 4:1 de la vejiga; cambia el tipo a pistón y observa.
• Con Cargada en frío, trabaja a 70 °C, la precarga efectiva pasa de 108 a unos 127 bar: ya no es el 90 % de P₁.
• En la mesa 2, haz primero el paso 4 sin descargar; después activa la trampa y observa el falso cero; por último intenta Desmontar el acumulador antes de purgar el gas.

Qué hace el modelo: gas politrópico P·Vⁿ = cte con presiones absolutas (manométrica + 1,01325 bar); V(P) = V₀(P₀/P)^1/n para P > P₀; precarga con la temperatura por volumen constante respecto a una carga a 20 °C; ΔV = V(P₁) − V(P₂); energía W = (P₂V₂ − P₁V₁)/(n − 1) (n = 1: P₂V₂·ln(P₂/P₁)). No incluye fugas de gas, permeación, fricción del pistón ni transferencia de calor real. Los límites de relación P2/P0 son típicos. Es una herramienta didáctica: no sustituye el cálculo ni el procedimiento del fabricante.

Ejercicios

✅ 5 Problemas Resueltos

import math
ATM = 1.01325   # bar, presion atmosferica

def absoluta(p_manom):                  # bar manometrica -> bar absoluta
    return p_manom + ATM

def precarga_a_temperatura(p0_manom, t_carga, t_trabajo):
    """Precarga manometrica que aparece a t_trabajo si se cargo a t_carga (gas a volumen constante)."""
    return absoluta(p0_manom) * (t_trabajo + 273.15) / (t_carga + 273.15) - ATM

def volumen_util(v0, p0, p1, p2, n=1.4):
    """Litros que entrega entre p1 (minima) y p2 (maxima); presiones manometricas, p0 = precarga."""
    a0, a1, a2 = absoluta(p0), absoluta(p1), absoluta(p2)
    return v0 * ((a0 / a1) ** (1 / n) - (a0 / a2) ** (1 / n))

def volumen_requerido(dv, p0, p1, p2, n=1.4):
    """Tamano V0 (L) del acumulador para entregar dv litros."""
    a0, a1, a2 = absoluta(p0), absoluta(p1), absoluta(p2)
    return dv / ((a0 / a1) ** (1 / n) - (a0 / a2) ** (1 / n))

def relacion_presiones(p2, p0):
    return absoluta(p2) / absoluta(p0)

def energia_util(v0, p0, p1, p2, n=1.4):
    """Energia (J) que el gas cede al expandirse de p2 a p1."""
    a0, a1, a2 = absoluta(p0), absoluta(p1), absoluta(p2)
    v1 = v0 * (a0 / a1) ** (1 / n)
    v2 = v0 * (a0 / a2) ** (1 / n)
    if n == 1:
        return a2 * 1e5 * v2 / 1000 * math.log(a2 / a1)
    return (a2 * v2 - a1 * v1) * 1e5 / 1000 / (n - 1)

def nitrogeno_libre(v0, p0):
    """Litros de N2 a presion atmosferica contenidos a la precarga p0 (isotermo)."""
    return v0 * absoluta(p0) / ATM

assert round(precarga_a_temperatura(90, 20, 60), 1) == 102.4
assert round(volumen_util(10, 108, 120, 200), 2) == 2.82
assert round(volumen_util(10, 108, 120, 200, n=1), 2) == 3.59   # descarga lenta (isotermica)
assert round(volumen_requerido(4, 108, 120, 200), 1) == 14.2
assert round(relacion_presiones(250, 50), 2) == 4.92            # > 4:1: demasiado para una vejiga
assert round(energia_util(10, 108, 120, 200) / 1000, 1) == 43.8
assert round(nitrogeno_libre(10, 100)) == 997

🏋️ 5 Ejercicios Propuestos