Acumulador de Diafragma para Máquinas de Mineração: Seleção, Dimensionamento e Manutenção

Uma perfuratriz hidráulica que atinge 2.500 vezes por minuto empurra um pulso de pressão em seu circuito a cada 24 milissegundos. A mangueira flexiona, as vedações se desgastam e a bomba vê a onda refletida. Os acumuladores de diafragma são comuns em máquinas de mineração por uma razão estrutural: o diafragma não tem vedação deslizante e quase não tem massa, de modo que o lado do gás reage em milissegundos após o primeiro aumento de pressão.

A conclusão primeiro. Para amortecimento de pulsação, absorção de choque e armazenamento de energia de pequeno volume em plataformas de perfuração, britadores e dumpers de carga, um acumulador de diafragma é geralmente mais adequado do que uma unidade de bexiga ou pistão. Deixa de ser a melhor resposta quando o volume de gás ultrapassa cerca de 4 litros ou quando a máquina deve armazenar vários litros de óleo utilizável para um cilindro grande. É aqui que fica esse limite, como dimensionar a unidade e o que verificar antes de um pedido de compra ser enviado.

Por que os acumuladores de diafragma são adequados para máquinas de mineração

Os ciclos de trabalho de mineração punem a hidráulica de três maneiras: picos de pressão provocados por impacto, ondulação contínua de alta frequência de bombas e rompedores, além de poeira, vibração e grandes oscilações de temperatura. Um acumulador de diafragma lida com todos os três sem as peças que normalmente falham primeiro.

• Sem vedação deslizante. O diafragma é preso em sua circunferência e simplesmente flexiona, de modo que não há anel de pistão passando no furo e nenhum caminho de desgaste por atrito.
• Resposta rápida. A massa em movimento é uma fina membrana de elastômero, proporcionando tempos de reação na faixa de milissegundos, o que é importante quando o evento de absorção dura de 20 a 50 milissegundos.
• Envelope compacto e uma peça de desgaste. As unidades de diafragma são curtas e leves para sua classificação de pressão, e o diafragma é o único consumível.
• Capacidade de pressão que corresponde ao circuito. As classificações típicas de 250 a 350 bar cobrem a maioria dos sistemas hidráulicos de mineração móveis e fixos.

A compensação é o volume. Um diafragma só pode desviar até certo ponto, de modo que os volumes de gás permanecem limitados e o volume de óleo utilizável é normalmente de um terço a metade do volume nominal de gás. A mesma lógica de seleção se aplica a outros equipamentos industriais pesados , mas a mineração é onde a alta pressão e a alta ciclagem se combinam.

As quatro tarefas que um acumulador de diafragma realiza em uma máquina de mineração

Seja preciso sobre qual trabalho a unidade realiza, pois a regra de pré-carga depende disso.

1. Amortecimento de pulsação. A jusante de uma bomba de pistão ou de um disjuntor, o acumulador nivela a ondulação que, de outra forma, fadigaria as mangueiras, os tubos do resfriador e os corpos das válvulas.
2. Absorção de choque. Quando uma caçamba atinge uma rocha ou uma lança para abruptamente, o óleo fica momentaneamente preso. O acumulador dá ao óleo um lugar para ir e corta o pico antes que ele chegue à bomba.
3. Armazenamento de energia. Em dumpers de carga e transporte, o nitrogênio armazenado pode alimentar um circuito piloto, liberar um freio acionado por mola ou auxiliar um cilindro enquanto a bomba o alcança.
4. Compensação de volume térmico. Num circuito fechado, o volume do óleo muda com a temperatura; o acumulador absorve essa mudança e mantém a pressão dentro da faixa permitida.

A Figura 1 mostra o mesmo circuito com e sem acumulador de diafragma sob carga de impacto cíclico.

Dimensionando um acumulador de diafragma para um ciclo de trabalho de mineração

Seis números orientam a seleção, e errar qualquer um deles significa que a unidade falha precocemente ou simplesmente não faz o trabalho.

1. Pressão de trabalho mínima e máxima. Todo o resto deriva desses dois valores.
2. Pressão de pré-carga. Comece perto de 0,6 a 0,7 vezes a pressão média de trabalho para amortecimento de pulsação, 0,6 a 0,8 vezes a pressão mínima de trabalho para absorção de choque e perto de 0,9 vezes a pressão mínima de trabalho para armazenamento de energia. Confirme com os dados do fabricante antes de carregar.
3. Razão de pressão. A pressão máxima de trabalho dividida pela pressão de pré-carga define o quanto o diafragma flexiona; ficar abaixo de aproximadamente 4:1 protege a vida útil do diafragma.
4. Volume e fluxo de óleo. O volume de gás deve ser grande o suficiente para que o diafragma não seja pressionado contra a carcaça em cada ciclo.
5. Temperatura e fluido. O NBR cobre a maioria dos circuitos de óleo mineral até cerca de 80 °C, o HNBR e o FKM ampliam a faixa de temperatura e o EPDM é adequado para fluidos à base de água que dilatariam o NBR.
6. Acesso de montagem e serviço. A válvula de gás deve permanecer acessível para verificações de pré-carga depois que a máquina estiver montada.

Onde as compras dão errado

• O volume de gás é subdimensionado para a ondulação, então nada fica preso e a mangueira ainda falha.
• Pré-carga definida pelo tato: uma unidade sobrecarregada quase não armazena óleo, uma unidade subcarregada flexiona demais e rasga o diafragma.
• Elastômero escolhido apenas com base na temperatura, ignorando a química do fluido e o comportamento de permeação.
• Vasos de pressão não certificados, onde uma fatura mais baixa se torna um problema de seguro e conformidade.

Modos de falha e a manutenção que os evita

Os diafragmas raramente falham sozinhos. A ruptura é geralmente o último evento de uma cadeia que começou com um erro de pré-carga, fluido contaminado ou uma taxa de pressão excessivamente estendida. Classificar o que veio primeiro começa com o conhecimento o que um acumulador faz em um circuito hidráulico .

Uma rotina preventiva que funciona

• Verifique a pré-carga a cada 500 horas de operação ou trimestralmente, o que ocorrer primeiro.
• Se a pré-carga cair mais de 10% entre as verificações, teste a vazamento da válvula de gás em vez de simplesmente adicionar nitrogênio.
• Substitua o diafragma ao primeiro sinal de instabilidade de pressão e não no próximo desligamento programado.
• Mantenha a limpeza do fluido em ISO 4406 18/16/13 ou melhor. As unidades de diafragma toleram melhor a contaminação do que as unidades de pistão, mas ainda assim não gostam disso.

Kits de carregamento, hardware de montagem e pacote completo

Um acumulador de diafragma é tão bom quanto os acessórios ao seu redor e, em uma máquina de mineração, três itens decidem se a instalação permanecerá operacional.

O acumulador em si é um recipiente de pressão selado com um diafragma fixado e uma válvula de gás nitrogênio. Unidades na faixa de 0,075 a 4 litros cobrem a maioria das tarefas de rompedores, lanças e circuitos piloto em perfuração, britagem e manuseio de materiais.

Diafragma Accumulator Um acumulador de diafragma é um dispositivo mecânico que armazena e libera energia usando a Lei de Boyle (a compressibilidade dos gases). Sua estrutura central é um diafragma feito... Ver Produto →

A pré-carga não é uma tarefa única. Um kit de carga com o formato de rosca correto permite que as equipes de manutenção abasteçam a máquina com nitrogênio em vez de retirar a embarcação do circuito, o que é a diferença entre uma verificação de meia hora e uma parada de meio dia.

Kit de carregamento CQJ O kit de carga CQJ é uma ferramenta especializada para carregar, reabastecer, corrigir e verificar a pressão de carga de acumuladores em sistemas hidráulicos. Ver Produto →

O hardware de montagem é mais importante do que parece. Um suporte e uma braçadeira que seguram o vaso rigidamente mantêm a vibração longe da válvula de gás e da conexão da porta de óleo, onde começa uma grande parte dos vazamentos em campo.

Suporte acumulador Um suporte de acumulador é um dispositivo mecânico usado para fixar e apoiar um acumulador hidráulico. Ver Produto →

Verificações de aquisição antes do pedido ser enviado

Os acumuladores são vasos de pressão, portanto a papelada faz parte do produto. Cinco verificações cobrem a maior parte do risco.

1. Licença de fabricação. Procure uma licença de fabricação de recipientes de pressão que cubra o grau relevante, uma vez que os invólucros dos acumuladores de alta pressão se enquadram nesse escopo na maioria das jurisdições.
2. Certificação de mercado. A marcação CE ou uma declaração equivalente é um requisito básico quando a máquina é exportada.
3. Capacidade de produção. Confirme a produção em série para o tamanho solicitado e não a montagem única. A produção medida em dezenas de milhares de unidades por ano indica um processo repetível.
4. Registros de teste. Solicite dados de testes hidrostáticos e um certificado de pré-carga de nitrogênio por lote, não uma folha de dados genérica.
5. Rastreabilidade de materiais e elastômeros. A metalurgia das partes úmidas e o composto do diafragma devem ser documentados, especialmente para climas frios ou condições corrosivas.

Comprar direto do fabricante geralmente encurta o ciclo técnico e também o preço. Perguntas sobre pré-carga, seleção de elastômeros ou padrões de rosca chegam às pessoas que constroem a unidade em vez de passar por uma camada de negociação, e isso é importante quando uma máquina está desligada.

Perguntas frequentes

Qual é o tamanho do acumulador de diafragma que uma máquina de mineração precisa?

O tamanho acompanha o trabalho. Para amortecimento de pulsação em um circuito de disjuntor, combine o volume de gás com aproximadamente um quarto do fluxo da bomba por ciclo e, em seguida, confirme a ondulação que o circuito pode tolerar. Para absorção de choque, dimensione o volume de óleo retido durante o impacto. Se o volume de gás necessário exceder cerca de 4 litros, compare com uma unidade de bexiga ou pistão antes de iniciar.

Um acumulador de diafragma pode ser montado horizontalmente?

Sim. As unidades de diafragma são muito menos sensíveis à posição do que os tipos de pistão porque não há peso deslizante e nenhuma coluna de óleo pressionando a vedação. A montagem horizontal ou inclinada é normalmente aceitável; a restrição prática é manter a válvula de gás acessível.

Qual pré-carga é adequada para um rompedor hidráulico?

A maioria dos circuitos de disjuntores fica na faixa de pressão média de trabalho de 0,6 a 0,7 vezes para amortecimento de pulsação, ajustada de acordo com a recomendação do fabricante do disjuntor. Configure-o com um kit de carregamento calibrado, verifique novamente após a primeira semana e depois passe para o intervalo de rotina.

Como posso saber se o diafragma falhou?

Três sintomas aparecem primeiro: o nitrogênio escapando pela porta de petróleo e aparecendo como bolhas no reservatório, uma rápida perda de pré-carga entre as verificações e a ondulação de pressão retornando ao seu nível pré-instalação. Qualquer um deles justifica a retirada do aparelho da máquina.

Para máquinas de mineração, o acumulador de diafragma ganha seu lugar pela velocidade e simplicidade: sem vedação deslizante, resposta em milissegundos, uma única peça de desgaste e uma classificação de pressão que corresponde aos circuitos hidráulicos móveis. Escolha-o em termos de volume e serviço, defina a pré-carga corretamente, monte-o rigidamente e verifique a pré-carga de acordo com uma programação. Faça essas quatro coisas e as mangueiras, as vedações e a bomba durarão consideravelmente mais.