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1. Método de selección
Hay muchos parámetros que deben tenerse en cuenta al seleccionar un acumulador de energía, los más importantes de los cuales son los siguientes:
1) Presión mínima P1 y presión máxima P2 – presión de trabajo.
Por motivos de seguridad, el valor de P2 debe ser inferior o igual a la presión máxima de funcionamiento especificada por el acumulador seleccionado.
2) El volumen de líquido que se puede almacenar o utilizar, ΔV.
Para determinar con precisión el tamaño del acumulador, se necesitan estos datos además de las presiones máxima y mínima.
3) Métodos y aplicaciones
Es importante determinar si el gas en operación se encuentra en estado isotérmico o adiabático.
Por ejemplo, si la compresión (o expansión) se produce lentamente (aproximadamente 3 minutos), el gas mantiene una temperatura prácticamente constante; este estado es isotérmico. (Ejemplos: estabilidad de presión, compensación de volumen, contrapesos, líneas de lubricación). En otros casos (almacenamiento de energía, amortiguación de pulsaciones, amortiguación de impactos, etc.), debido a la alta velocidad de transmisión, el intercambio de calor es insignificante; por lo tanto, este estado es adiabático. Cuando el tiempo de compresión o expansión es inferior a 3 minutos, esta condición adiabática existirá como precursora.
4) Temperatura de funcionamiento
La temperatura de funcionamiento determina la elección del material de la cápsula y del material de la carcasa de acero, y también afecta a la presión de carga inicial, así como al volumen del acumulador.
5) Tipos de líquidos
Esto determinará la elección de los materiales.
6) Requiere un caudal elevado.
El volumen Vo y las especificaciones del conector están relacionados con la velocidad de reacción.
7) Lugar de uso
Es importante comprender dónde se utilizará el dispositivo de almacenamiento de energía para garantizar que el diseño cumpla con los requisitos de los parámetros locales de diseño y prueba.
En función de la información anterior, se puede seleccionar un dispositivo de almacenamiento de energía adecuado para el propósito específico requerido.
2. Presión de preinflado
Seleccionar la presión de precarga correcta es fundamental para lograr una eficiencia óptima y una vida útil máxima del acumulador y sus componentes. Teóricamente, el almacenamiento (o liberación) máximo de líquido se logra cuando la presión de precarga Po es lo más cercana posible a la presión mínima de operación.
En las aplicaciones prácticas, se debe proporcionar un factor de seguridad. Para evitar que la válvula se cierre durante el funcionamiento, este valor (a menos que se especifique lo contrario) es:
Los valores límite de Po son: Po = 0,9P1, Po min ≥ 0,25 × P2, Po max ≤ 0,9P1
Los valores especiales se utilizan para:
Ø Pistón acumulador Po=0,95-0,97 P1
O bien Po = P1 - (2 a 5 bar)
Ø Amortiguación de pulsaciones y reducción de vibraciones Po=0,6-0,75 Pm o Po=0,8P1
Donde: Pm = presión media de trabajo
Ø Amortiguador líquido
Po=0,6-0,9Pm
Donde: Pm = Presión media de trabajo en estado de flujo libre
Ø Acumulador + Cilindro de gas auxiliar
Po=0,95-0,97P1
El valor Po se aplica a la temperatura máxima de funcionamiento requerida por el usuario.
El acumulador se prueba o precarga normalmente a una temperatura diferente de la temperatura de funcionamiento T2. Por lo tanto, el valor de Po a la temperatura de prueba Tc se convierte en:
Poc=Después 
Si Tc = 20℃, entonces: Po(20℃) = Po
Nota: La presión de precarga del acumulador se alcanza directamente en fábrica a una temperatura de 20 °C. El gas de carga es nitrógeno.
3. Principio de cálculo
La compresión y expansión del gas dentro del acumulador se basan en la ley de Boyle-Mariotte sobre los cambios de estado en un gas ideal:
Po×Von=P1×V1n= P2×V2n
El diagrama PV de la figura 12 ilustra la relación "presión-volumen" del acumulador.
En la figura: Volumen de nitrógeno precargado (litros) cuando Vo = presión Po
Este es el volumen máximo de gas que puede almacenar el acumulador, que es igual o ligeramente inferior a su capacidad nominal.
V1 = Volumen de gas nitrógeno a presión P1 (litros)
V2 = Volumen de gas nitrógeno a presión P2 (litros)
△V = Volumen de líquido descargado o almacenado (litros)
Po = Presión de nitrógeno de precarga (bares)
P1 = Presión mínima de trabajo (bares)
P2 = Presión máxima de trabajo (bares)
n = índice politrópico
En función de la presión, la curva de cambio de volumen está relacionada con potencias de n, y las potencias de nitrógeno se encuentran entre los siguientes límites:
Si la compresión y expansión del nitrógeno se producen muy lentamente, de manera que todo el proceso de intercambio de calor tiene lugar entre el gas y el medio circundante, se denomina isotérmico; este estado se denomina isotérmico.
n = 1,4 Si la velocidad de operación es tan rápida que no se produce intercambio de calor, el estado es adiabático.
Estos son estados teóricos, no estados reales.
Sin embargo, se puede determinar de manera razonable y precisa que cuando el acumulador se utiliza como compensador de volumen, compensador de fugas o compensador de lubricación y compensación de presión, el estado es isotérmico.
En otras aplicaciones, como dispositivos de almacenamiento de energía, amortiguadores de pulsaciones, fuentes de alimentación de emergencia, compensadores de presión dinámica, amortiguadores de impactos, resortes hidráulicos, etc., se debe determinar que la condición sea adiabática.
Para cálculos más precisos, se pueden usar valores intermedios de n, donde n es una función de t. Como se muestra en la curva de la Figura 13, n es una función del tiempo de dilatación o compresión.
Nota: En los cálculos, la presión se expresa en presión absoluta "bar"; la temperatura se expresa en "Kelvin".
4. Cálculo de volumen (isotérmico)
Cuando n = 1, la ley de Boyle-Mariotte se convierte en:
Po×Vo=P1×V1= P2×V2
Por lo tanto, V1 = Vo × 
; V2 = Vo × ;
La diferencia entre los volúmenes V1 (a la presión mínima de trabajo) y V2 (a la presión máxima de trabajo) proporciona la cantidad de líquido almacenado.
△V=V1－V2=Vo 
－Vo
Por lo tanto, △V = Vo( 
)
El volumen del acumulador será:
En= 
＝
Esto significa que cuando ΔV aumenta, Po disminuye y la diferencia entre las dos presiones de trabajo P1 y P2 disminuye, el volumen del acumulador aumenta.
5. Compensación volumétrica (isotérmica)
El uso de un acumulador para la compensación de volumen es un ejemplo típico de cálculos realizados en condiciones isotérmicas.
△V= VT×（T2－T1）×（β－3α）
En la fórmula:
VT = Volumen de la tubería (litros)
T2 = Temperatura máxima (°C)
T1 = Temperatura mínima (°C)
β = Coeficiente de expansión volumétrica del fluido (1/℃)
α = Coeficiente de dilatación lineal de la tubería (1/℃)
P1 = Presión mínima de trabajo admisible (bar)
P2 = Presión máxima de trabajo admisible (bar)
El volumen de gas necesario es:
En=
6. Compensación de fugas (isotérmica)
Cálculo del volumen del acumulador:
ΔV=Q1×t
Po=0,9×P1
P1 = Presión mínima de trabajo admisible (bar)
P2 = Presión máxima de trabajo admisible (bar)
En =
7. Cálculo de volumen (aislamiento)
Comience con las fórmulas básicas
Po×Von=P1×V1n= P2×V2n
De forma similar a los cálculos isotérmicos, obtenemos la siguiente fórmula para calcular el volumen en un estado adiabático:
ΔV = Vo 
= 0,7143
En =
Esta fórmula es válida en condiciones adiabáticas durante la fase de expansión o de compresión.
El volumen de un dispositivo de almacenamiento de energía se ve afectado no solo por la presión, sino también por la temperatura de funcionamiento.
El efecto de la temperatura
La temperatura de funcionamiento puede variar significativamente durante el funcionamiento, y esto debe tenerse en cuenta al calcular el volumen.
La relación entre temperatura y volumen es
VOT=VO 
； 
En la fórmula
T2 = t2 (°C) + 273 = Temperatura máxima de funcionamiento (°K)
T1 = t1(°C) + 273 = Temperatura mínima de funcionamiento (°K)
VO = Volumen (litros) calculado sin tener en cuenta los cambios de temperatura.
VOT = Volumen real (litros) después de tener en cuenta los cambios de temperatura.
Factor de corrección de alto voltaje
A alta presión, el nitrógeno industrial utilizado en el acumulador dista mucho de ser ideal, y la fórmula involucra gases ideales. Por lo tanto, este hecho debe tenerse en cuenta cuando la presión de trabajo P2≥200 bar, tanto en estado adiabático como isotérmico.
El valor real del volumen VOT se convierte en:
VOT = VO × Ci × 
(isotérmico)
VOT = VO × Ca × (adiabático)
Condición isotérmica
8. Almacenamiento de energía de emergencia
Por lo general, el almacenamiento se produce muy lentamente (isotérmico) mientras que la liberación es muy rápida (adiabática). El volumen de gas se obtiene mediante esta fórmula:
En =
La capacidad de almacenamiento se obtiene mediante esta fórmula:
ΔV = Vo
En la fórmula:
n = 1,4 Coeficiente adiabático (etapa de emisión rápida)
nc = coeficiente polivariado de 1 a 1,4 (etapa de emisión lenta)
Este valor es una función del tiempo, que se puede derivar de la curva de la Figura 13.
En la mayoría de los casos, podemos asumir que nc = 1, lo que simplifica el cálculo sin afectar el resultado.
9 Pulsaciones de absorción
Los cálculos típicos se realizan en condiciones adiabáticas de almacenamiento y descarga a alta velocidad.
Al realizar el cálculo, el volumen de líquido ΔV que se debe considerar está relacionado con el modelo de la bomba y el volumen de trabajo de la misma.
El volumen es:
En =
En la fórmula:
q = Volumen de funcionamiento de la bomba (litros)
=A×C(área del pistón×carrera)=Q/N(caudal/carrera)
P = Presión media de funcionamiento de la bomba (bar)
P1=PX(barra)
P2=P+X(barra)
α = Pulsación residual ± (%)
K = Este es un coeficiente que está relacionado con el número de pistones y el método de funcionamiento de la bomba.
Bomba modelo K
Un pistón, de simple efecto, 0,69
Un pistón, doble efecto, 0,29
Dos pistones, de simple efecto, 0,29
Dos pistones, de doble efecto, 0,17
3 pistones, de simple efecto, 0,12
3 pistones, doble efecto, 0,07
Cuatro pistones, de simple efecto, 0,13
4 pistones, doble efecto, 0,07
5 pistones, de simple efecto, 0,07
5 pistones, doble efecto, 0,023
Seis pistones, de simple efecto, 0,07
7 pistones, doble efecto, 0,023
10. Las tuberías hidráulicas absorben los impactos.
Un aumento o disminución rápida del volumen de un fluido que provoca un aumento rápido de la presión se denomina golpe de ariete.
El grado de sobrepresión se representa mediante ΔPmax, que se produce cuando se cierra una válvula en una tubería y se ve afectado por la longitud de la tubería, la velocidad del flujo, la densidad del fluido y el tiempo de cierre de la válvula. Se calcula mediante la siguiente fórmula:
ΔPmax(barra) =
Dentro de un rango específico de valores de ΔP, el volumen del acumulador necesario para reducir la presión de impacto viene dado por la siguiente fórmula:
En=
En la fórmula:
Vo = Volumen del acumulador (litros)
Q = Caudal en la tubería (m³/h)
L = Longitud total de la tubería (m)
γ = Densidad relativa del líquido (kg/m³)
V = Velocidad de flujo (m/s) = 1000Q / 3,6S
S = Área de la sección transversal interna de la tubería (mm²) = 0,25 × πd²
d = Diámetro interior de la tubería (mm)
ΔP = Sobrepresión admisible (bar)
P1 = Presión de trabajo en flujo libre (presión absoluta, bar)
P2 = Presión máxima admisible (presión absoluta, bar) = P1 + ΔP
t = tiempo de desaceleración (tiempo de cierre de la válvula) (s)
11. Acumulador + Cilindro de gas adicional (Transferencia)
Si la diferencia de presión entre P1 y P2 es pequeña pero se requiere una gran cantidad de líquido, el volumen sintetizado Vo debe ser mayor que ΔV.
En esta situación, aumentar la cantidad de nitrógeno en la bombona de gas es una medida muy conveniente.
El cálculo del volumen depende del método de aplicación y debe tener en cuenta si se trata de condiciones isotérmicas o adiabáticas.
Y el efecto de la temperatura. Para obtener la máxima eficiencia, se utiliza una presión de precarga más alta. Esto se determina mediante la siguiente fórmula: P0 = 0,95 - 0,97P1 
Esto significa que el volumen del líquido más el cambio de volumen causado por la temperatura debe ser inferior al 0,75 del volumen del acumulador. 
El volumen del cilindro de gas se determina en función de la diferencia.
VOB = VOT - VOA
En la fórmula:
VOA = Volumen del acumulador
VOB = Volumen del cilindro de gas adicional
