Buccma Accumulator (Tianjin) Co., Ltd.
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Escolha de Acumuladores

1. Método de Seleção
Na escolha de um acumulador está envolvida uma série de parâmetros, dos quais os mais importantes são os abaixo descritos.

a. Pressão de Funcionamento: P1 and P2
P1 significa pressão de gás à pressão hidráulica mínima, enquanto P2 significa pressão de gás à pressão hidráulica máxima. Por motivos de segurança, P2 deve ser inferior ou igual à pressão máxima de funcionamento do acumulador.

b. Quantidade de Fluido Funcional: ΔV
Este parâmetro indica a quantidade de fluido que pode ser armazenada ou libertada, e é necessário para determinar as dimensões do acumulador.

c. Área de Aplicação
É fundamental conhecer em que estado o gás se encontra durante o funcionamento, isotérmico ou adiabático.

Se o processo de compressão ou expansão for conduzido devagar, em 3 ou mais mintuos, o gás manterá a sua temperatura em valores relativamente constantes, e este é o estado isotérmico. Os processos mais comuns incluem estabilização da pressão, compensação de volume, contrapeso, circuito de lubrificação, etc.

Em outras circunstâncias, como armazenamento de energia, amortecimento de pulsação, absorção de choques e outras, a troca de calor é insignificante pela elevada velocidade de transferência, portanto o gás está em estado adiabático. Mais ainda, o processo adiabático é o predominante quando a compressão e expansão ocorrem em menos de 3 minutos.

d. Temperatura de Funcionamento
A temperatura de funcionamento determina que tipos de materiais podem ser aplicados em bexigas e revestimentos de aço, e tem igualmente influência na pressão de pré-carregamento e no volume do acumulador.

e. Tipo de Fluido
Fluidos diferentes requerem matérias-primas diferentes.

f. Taxa de Fluxo Máxima Requerida
O volume V0 e as dimensões da ligação estão relacionados com a velocidade de resposta.

g. Ambiente de Funcionamento
É importante conhecer o destino do acumulador, para criar um acumulador que responda aos requisitos técnicos desse mesmo ambiente.

Com base no anterior, é possível selecionar o acumulador mais adequado à sua utilização.

2. Pressão de Pré-carregamento de Gás: P0
Para obter eficiência ideal e máxima longevidade do acumulador e seus componentes, a pressão de pré-carregamento de gás deve ser corretamente selecionada. Em teoria, quando a pressão de pré-carregamento de gás P0 é tão próxima quanto possível à pressão mínima de funcionamento P1, obtem-se o máximo armazenamento de fluido ou quantidade libertada.

Para a utilização deve ser especificado um fator de segurança, e o seu valor deverá estar de acordo com a seguinte equação, salvo se diferentemente definido para evitar o fecho do orifício hidráulico durante o funcionamento: P0=0.9P1.

Os valores limite de P0 são: 0.25×P2≤P0≤0.9×P1.

Notar que existem valores especiais para diferentes aplicações, como definidos abaixo:
a. Acumulador de pistão: P0=0.95-0.97 P1 ou P0=P1-(2~5bar)
b. Amortecimento de pulsação e absorção de choque: P0=0.6-0.75 Pm ou P0=0.8P1 em que Pm significa pressão média de funcionamento
c. Amortecimento de choque de linha hidráulica: P0=0.6-0.9Pm em que Pm significa pressão média de funcionamento com fluxo livre
d. Acumulador + garrafa de gás adicional: P0=0.95-0.97P1

P0 é válido para a temperatura máxima de operação requerida pelo utilizador.

Normalmente o processo de verificação ou pré-carregamento de um acumulador é levado a cabo a uma temperatura diferente da temperatura de funcionamento T2, então P0 à temperatura de verificação Tc torna-se:

Por exemplo, para Tc=20℃, teremos P0(20℃)=Po

Nota: O acumulador é pré-carregado com nitrogénio a 20ºC diretamente na fábrica.

3. Princípio de Cálculo
A compressão e expansão do gás dentro do acumulador estão de acordo com a lei de Boyle-Mariotte que pode ser expressada como:
P0×V0n=P1×V1n= P2×V2n

A fig. 12 ilustra a relação P-V do gás, em que V0 se refere ao volume de pré-carregamento de nitrogénio em L à pressão P0. É o volume máximo de gás que pode ser armazenado no acumulador, e é igual ou ligeiramente inferior à capacidade nominal.

Os significados dos símbolos da fig. 12 são:
V1: Volume de nitrogénio em L à pressão P1
V2: Volume de nitrogénio em L à pressão P2
ΔV: Volume de líquido libertado ou armazenado em L
P0: Pressão de pré-carregamento em bar
P1: Pressão mínima de funcionamento em bar
P2: Pressão máxima de funcionamento em bar
n: Expoente politrópico

Como funcionalidade relacionada com a pressão, a curva P-V é influenciada pelo expoente politrópico n, e os valores típicos para n são os abaixo definidos.
a. n=1: Se a compressão e expansão do gás nitrogénio forem conduzidas de forma lenta, todo o processo de troca de calor será conduzido entre o gás e o ambiente, indicando que não existe mudança de temperatura. Este é o processo isotérmico.
b. n=1.4: Se os comportamentos acima forem tão súbitos que não ocorra troca de calor, então trata-se do processo adiabático.

Estas condições são teóricas e não práticas. Contudo, tem sido provado que quando o acumulador funciona como compensador de volume, fugas ou pressão, este processo é isotérmico, enquanto que em outras aplicações, como unidade de armazenamento de energia, amortecimento de pulsação, reserva para funcionamento de emergência, absorção de choque hidráulico, mola hidráulica, é do tipo adiabático.

Sendo necessário um cálculo mais preciso, é possível utilizar valores intermédios de n, e n é uma função de t, como demonstrado na fig. 13, em que t significa o tempo de expansão ou compressão.

Nota: Em todos os cálculos, as pressões são em bar e as temperaturas são em K.

P-V Curve                                                                                                     n-t Curve

4. Cálculo de Volume (Isotérmico)
Quando n=1, a lei de Boyle-Mariotte pode ser simplificada como:
P0×V0=P1×V1= P2×V2
Portanto, V1=

e a diferença de volume entre as pressões mínima e máxima de funcionamento representam a quantidade de fluido armazenado.

Então, a diferença de volume pode ser expressada como:

E o volume do acumulador pode ser ilustrado como:

Face a esta equação, percebemos que o volume do acumulador aumenta quando ΔV aumenta, quando P0 diminui, e quando a diferença entre as duas temperaturas de funcionamento (P1 and P2) diminui.

5. Compensação de Volume (Isotérmico)
Um exemplo típico de cálculo de volume em condições isotérmicas, quando um acumulador funciona como compensador de volume, e é esta a equação:
ΔV=VT×(T2-T1)×(β-3α), em que
VT: Volume da tubagem em L
T2: Temperatura máx. em ℃
T1: Temperatura mín. em ℃
β: Coeficiente de expansão cúbica de fluido em 1/℃
α: Coeficiente de expansão linear da tubagem em 1/℃
P1: Pressão de funcionamento mín. permitida em bar
P2: Pressão de funcionamento máx. permitida em bar

O volume de gás necessário pode ser expressado como:

6. Compensação de Fugas (Isotérmico)
O volume do acumulador é especificado como:
ΔV=Q1×t
P0=0.9×P1
P1: Pressão de funcionamento mín. permitida em bar
P2: Pressão de funcionamento máx. permitida em bar

7. Cálculo de Volume (Adiabático)
Comecemos pela fórmula básica:
P0×V0n=P1×V1n= P2×V2n

Tal como para as condições isotérmicas, podemos deduzir a seguinte equação que é válida tanto para compressão como para expansão em condições adiabáticas:

O volme do acumulador é afetado tanto pela pressão como pela temperatura de funcionamento.

Parte 1: Temperatura
Durante o funcionamento, a temperatura de funcionamento mudará significativamente, o que deve ser tido em consideração aquando do cálculo do volume. Aqui está a sua relação:

Em que
T2: t2(℃)+273=temperatura máx. de funcionamento em K
T1: t1(℃)+273=temperatura mín. de funcionamento em K
VO: Volume calculado ignorando variação térmica em L
VOT: Volume real para variação térmica em L

Parte 2: Pressão (Fator de Correção de Alta Pressão)
Sob alta pressão, as propriedades do gás nitrogénio estão longe do seu estado ideal. Contudo, as fórmulas anteriores são para gás em estado idela, pelo que este facto deve ser tido em conta quando a pressão de funcionamento for igual ou superior a 200bar, independentemente do estado isotérmico ou adiabático.

O volume real pode ser expressado como:
VOT=VO×Ci× (isotérmico)
VOT=VO×Ca× (adiabático)

Fator de Correção em Condições Isotérmicas Fator de Correção em Condições Adiabáticas

8. Reserva para Funcionamento de Emergência
Situação típica quando o armazenamento é baixo (isotérmico) e a libertação é rápida (adiabático) e o volume de gás é dado por:

Enquanto que o volume armazendado é dado por:

Em que
n=1.4 (coeficiente adiabático para a fase rápida de libertação)
nc=1-1.4 (coeficiente politrópico para a fase lenta de armazenamento)

Este valor é uma função temporal, e pode ser derivada da fig. 13. Na maioria dos casos, nc pode assumir-se como 1, e o cálculo é simplificado sem afetar o resultado.

9. Compensação de Pulsação
O cálculo típico é em condições adiabáticas devido à velocidade alta de armazenamento e libertação. Durante o cálculo, notar que ΔV está relacionado com o tipo e capacidade da bomba.

E o volume pode ser calculado da seguinte forma:

Em que
q: deslocação da bomba (L) = A×C (área do pistão × batida) = Q/N (taxa de fluxo/batidas)
P: Pressão funcional média da bomba (bar)
P1=P-X (bar)
P2=P+X (bar)
α: Pulsação remanescente (±%)
K: Um coeficiente relacionado com o número de pistões e a ação da bomba, devendo ser considerados os dados seguintes:
         Tipo de bomba         K
1 pistão, ação simples 0.69
1 pistão, ação dupla 0.29
2 pistões, ação simples 0.29
2 pistões, ação dupla 0.17
3 pistões, ação simples 0.12
3 pistões, ação dupla 0.07
4 pistões, ação simples 0.13
4 pistões, ação dupla 0.07
5 pistões, ação simples 0.07
5 pistões, ação dupla 0.023
6 pistões, ação simples 0.07
7 pistões, ação dupla 0.023

10. Shock Absorbance in Hydraulic Line
Choque hidráulico é um pico de pressão causado quando um líquido em movimento é bruscamente obrigado a parar ou mudar de direção. O nível de sobrepressão é indicado por ΔPmax, e ocorre quando a válvula é fechada. Adicionalmente, é afetado pelo comprimento do tubo, velocidade do fluxo, densidade do líquido, e o tempo de fecho da válvula demonstrado na fórmula abaixo:

O volume do acumulador necessário para reduzir e diminuir a pressão de choque para ΔP permitida é:

Em que
V0: Volume do acumulador (litros)
Q: Taxa de fluxo no tubo (m3/h)
L: Comprimento total da tubagem (m)
γ: Gravidade específica do líquido (kg/m3)
V: Velocidade de fluxo (m/s) = 1000Q/3.6S
S: Área da secção interna de tubo (mm2)=0.25×πd2
d: Diâmetro interno do tubo (mm)
ΔP: Sobrepressão permitida (bar)
P1: Pressão funcional por fluxo livre (bar absoluto)
P2: Pressão máx. permitida (bar absolutos)= P1+ΔP
t = Tempo de desaceleração (s) (tempo de fecho da válvula)

11. Acumulador + Garrafa de Gás Adicional (Transmissão)
Se a diferença de pressão entre P1 e P2 for pequena mas seja necessário muito líquido, V0 deve ser superior a ΔV. Nestas condições, é conveniente utilizar uma garrafa de gás adicional para aumentar a quantidade de nitrogénio.

O cálculo do volume está relacionado com a aplicação prática, sendo que deverá ser levado em conta se o processo é isotérmico ou adiabático. Igualmente, a influência da temperatura não deve ser neglicenciada. Para eficiência máxima, a pressão de pré-carga deve ter um valor superior.

Isto significa que o volume de fluido e a mudança de volume causada pela temperatura devem ser menos de 75 por cento do volume do acumulador.

O volume da garrafa de gás é determinado por:
VOB =VOT -VOA

Em que
VOA: Volume do acumulador
VOB: Capacidade adicional do cilindro