Accumulatori Idrauli.. - Cm.unisa.it

ACCUMULATORI IDRAULICI
In generale, un accumulatore idraulico può accumulare liquido sotto pressione e restituirlo in
caso di necessità;
Riserva di liquido
IMPIEGHI 1/2
Nei circuiti idraulici per i quali le condizioni di esercizio richiedono, per brevi intervalli di tempo,
elevate portate di fluido. In questi casi, la pompa oleo-idraulica non viene scelta per la portata massima
richiesta per tali brevi periodi ma con portate medie. Quando, durante il ciclo di lavoro, la portata
richiesta dal circuito è inferiore alla portata effettiva della pompa, il fluido eccedente è utilizzato per
caricare un accumulatore da cui può essere prelevato quando è richiesta una portata superiore a quella
effettiva della pompa.
Accumulazione di energia
Quando occorrono velocità molto alte per tempi brevissimi, come nelle macchine ad iniezione.
Apparecchio di emergenza
In caso di avaria del sistema, ad esempio della pompa, permette di portare a termine una fase di lavoro già in
iniziata.

Ripristino dei trafilamenti
ACCUMULATORI IDRAULICI
IMPIEGHI 2/2
Si compensano le perdite di liquido idraulico dovute ai trafilamenti per cui la pressione è mantenuta per
un tempo maggiore.
Compensatore di dilatazione
Per evitare che variazioni di temperatura dell’olio del circuito provochino variazioni di pressione.
Smorzatore di punte di pressione
Per ridurre le onde di pressione generate dal colpo d’ariete nel caso di brusche aperture o chiusure di
valvole o di organi d’intercettazione.
Smorzatore di pulsazioni
Per avere un flusso costante esente dalle pulsazioni che, date le caratteristiche delle pompe, sono
sempre presenti.
Ammortizzatore
In molte applicazioni sostituiscono gli ammortizzatori tradizionali.

1) Accumulatore a peso
2) Accumulatore a molla
3) Accumulatore a pistone
4) Accumulatore a sacca
5) Accumulatore a membrana
ACCUMULATORI IDRAULICI
TIPOLOGIE DI ACCUMULATORI
NOTA: il gas impiegato è l’azoto che, essendo un gas inerte, non innesca fenomeni di esplosione

ACCUMULATORI IDRAULICI
ACCUMULATORI A SACCA
Gli accumulatori a sacca, caratterizzati da perfetta tenuta, rapida risposta e funzionamento quasi privo
d’inerzia, sono i più impiegati. Il liquido e il gas sono separati mediante una sacca elastica ermetica al
cui interno è contenuto il gas (p0).
p0 = pressione del gas
Un accumulatore a sacca è costituito da:
Un recipiente di acciaio 1 che può essere montato e fissato, mediante un attacco 2, su di un ramo del circuito;
una valvola a fungo 3, che in posizione di riposo, è mantenuta sollevata da una molla; una sacca 4; una valvola
5 per il riempimento della sacca con gas.

ACCUMULATORI IDRAULICI
ACCUMULATORI A SACCA
Quando la sacca è precaricata con gas (b), essa occupa tutto il volume del recipiente in acciaio e chiude
la valvola a fungo che protegge da danneggiamenti poiché impedisce il suo trafilamento nella tubazione;
Quando nel circuito la pressione raggiunge la precarica del gas (c), il liquido fluisce nell’accumulatore
attraverso la valvola a fungo e l’azoto contenuto nella sacca viene compresso; il volume di gas si riduce
di una quantità pari a quella del liquido assorbito. Con il prelievo del liquido, la sacca si dilata (d).

ACCUMULATORI IDRAULICI
VALVOLA DI SICUREZZA E SCARICO PER GLI ACCUMULATORI
L’accumulatore deve essere dotato di un manometro, per l’indicazione della pressione di
esercizio; inoltre, deve essere dotato di una valvola di sicurezza e di un rubinetto d’esclusione, il
più vicino possibile all’accumulatore.
1) Accumulatore;
2) Raccordo;
3) Blocco;
4) Valvola di scarico
5) Limitatore di pressione;
6) Ingresso P;
7) Presa per manometro;
8) Scarico manuale;
9) Rubinetto di esclusione.
L’unità comprendente il manometro, la valvola di sicurezza e di esclusione prende il nome di blocco di
sicurezza dell’accumulatore. A volte nei disegni dei circuiti si rappresenta il solo simbolo
dell’accumulatore poiché il blocco di sicurezza lo si dà per sottinteso.

ACCUMULATORI IDRAULICI
VALVOLA DI SICUREZZA E SCARICO PER GLI ACCUMULATORI
La valvola di sicurezza degli accumulatori è una valvola a pistone bilanciato che impedisce il
superamento della massima pressione d’esercizio; tale valvola scarica, a bassa pressione, la portata in
serbatoio quando il fluido raggiunge nell’accumulatore il valore di pressione massimo ammesso.
Il pistone 2 è mantenuto nella sua sede dalla
debole spinta della molla 5. In tale posizione
il pistone 2 è idraulicamente bilanciato e
rimane premuto contro la sua sede fintanto
che sono uguali le pressioni dell’entrata e
della camera 4, che comunica con l’entrata
attraverso il foro 3. La portata della pompa si
dirige perciò nell’accumulatore attraverso la
valvola di ritegno 12.
Una valvola di ritegno incorporata, impedisce il flusso inverso proveniente dall’accumulatore. La
valvola si compone di tre parti: il corpo, contenente il pistone equilibrato mantenuto in sede da una
leggera molla; la sezione pilota che comanda idraulicamente lo spostamento del pistone equilibrato; la
valvola di ritegno contenuta in una parte del corpo.

ACCUMULATORI IDRAULICI
VALVOLA DI SICUREZZA E SCARICO PER GLI ACCUMULATORI
Se nel circuito, la pressione della camera 8 raggiunge un valore tale da vincere la spinta della molla 6, la
spina conica 7 si sposta dalla sua sede e l’olio della camera 4 si scarica in serbatoio attraverso il foro
assiale 1 del pistone 2. In tali condizioni il pistone 2 non è più idraulicamente bilanciato e si alza
permettendo alla portata di scaricarsi in serbatoio.
La valvola di ritegno 12, spinta dalla molla
11, si richiude e la pressione esistente nel
circuito raggiunge la camera 10 attraverso
il foro radiale esistente nella medesima
valvola di ritegno 12. Tale pressione agisce
sul pistoncino 9 che mantiene la spina
conica 7 in posizione aperta. Quando la
pressione del sistema, e quindi della
camera 10, scende del 15% al di sotto del
valore di apertura della valvola, la molla 6
riporta la spina conica 7 contro la sua sede
vincendo la spinta della pressione sul
pistone 9. La pressione in 4 aumenta ed il
pistone 1, essendo idraulicamente
bilanciato, spinto dalla molla 5 si richiude.

VOLUMI
ACCUMULATORI IDRAULICI
Vu = volume utile (è il volume di fluido realmente utilizzabile);
Vt = volume totale o nominale (è il volume massimo che la sacca può occupare entro il recipiente
quando è precericata con il gas).
PRESSIONI
La pressione di precarica (p0) risulta pari a p0= 0.7 ÷ 0.9 p1
NOTA: con p0 = 0.9 p1 si ottiene un accumulatore di dimensioni minori di quello che si otterrebbe con
p0 = 0.7 p1
DATI CARATTERISTICI DEGLI ACCUMULATORI
p0 = pressione assoluta di precarica (pressione del gas azoto entro la sacca ad accumulatore a vuoto);
p1 = pressione assoluta minima dell’accumulatore (a tale pressione corrisponde il volume V1);
p2 = massima pressione assoluta dell’accumulatore (rappresenta il valore di taratura della valvola di
sovrappressione e corrisponde al volume della sacca V2).
NOTA: quanto minore è la differenza di pressione tra p2 e p1, tanto maggiore diventa il volume totale
dell’accumulatore riferito ad un volume utile prefissato.

ACCUMULATORI IDRAULICI
RAPPORTO DI UTILIZZAZIONE DEGLI ACCUMULATORI
Il rapporto tra la pressione minima p1 e la massima p2 è detto rapporto di utilizzazione
dell’accumulatore. Negli accumulatori a sacca il rapporto di utilizzazione (la sacca non è sottoposta ad
eccessive variazioni di volume) è dato da:
p1/p2 = 0.71 da cui p2 = 1.4 p1
Fissata la pressione minima p1, la pressione massima p2 può essere compresa fra i valori minimi e
massimi:
p2 = 1.15 ÷ 1.5 p1
NOTA: con p2 prossimo a 1.5 p1 le dimensioni dell’accumulatore diminuiscono e la sacca è sottoposta
alla massima variazione di volume.
NOTA: con p2 prossimo a 1.15 p1 le dimensioni dell’accumulatore sono massime e la sacca è sottoposta
alle minime variazioni di volume.
NOTA: la pressione massima p2 si raggiunge ad accumulatore caricato.
NOTA: per avere una piccola variazione di pressione nel circuito è necessario che le due pressioni p1 e
p2 siano prossime in modo da produrre una piccola deformazione della sacca con conseguente piccola
variazione della pressione del gas.

ACCUMULATORI IDRAULICI
ESEMPI DI CIRCUITI CON ACCUMULATORE
Accumulatore a monte dei distributori.

ACCUMULATORI IDRAULICI
ESEMPI DI CIRCUITI CON ACCUMULATORE
Accumulatore a valle del distributore.

ACCUMULATORI IDRAULICI
IMPIEGO DELL’ACCUMULATORE COME RISERVA DI FLUIDO
Nei cicli di lavoro per i quali vi è la necessità di fornire grandi portate, ma solo per brevi periodi,
l’impiego di un accumulatore è utilissimo per il risparmio sia in termini di costo d’installazione (pompe
e motori più piccoli) che di costi di esercizio.
La portata della pompa deve
essere proporzionata in modo tale
da avere i seguenti volumi:
V1 + V2 ≤ V3 + V4
Quando, durante il ciclo di lavoro, la portata richiesta dal circuito è inferiore a quella effettiva della
pompa, il fluido eccedente è utilizzato per caricare un accumulatore da cui può essere prelevato quando
è richiesta una portata superiore a quella effettiva della pompa.

ACCUMULATORI IDRAULICI
CALCOLO DELL’ACCUMULATORE A SACCA PER RISERVA DI FLUIDO
L’impiego di un accumulatore, necessario per avere a disposizione una quantità di fluido di
riserva che permetta di far fronte a maggiori richieste temporanee di portata, consente di
utilizzare pompe con portate minori delle massime richieste, con conseguente risparmio di
potenza e serbatoi di minori dimensioni.
Per la ricerca dell’accumulatore è necessario conoscere:
il volume utile (Vu), cioè la quantità di fluido che deve essere immagazzinato;
il volume totale (Vt), cioè il volume che la sacca, precaricata col gas, occupa nel recipiente.

ACCUMULATORI IDRAULICI
RICERCA DEL VOLUME UTILE (Vu) 1/2
Per valutare il volume di fluido che deve essere accumulato si trovano:
L’area di ogni rettangolo rappresenta il volume di olio
necessario per ogni fase attiva. Senza l’impiego
dell’accumulatore occorrerebbe una pompa capace di
fornire il volume di olio massimo pari a1.45 L/s.
1. La durata complessiva del ciclo;
2. La durata delle fasi attive;
3. La portata per ogni fase attiva dei cilindri;
4. Il volume di olio necessario per attuare tutte
le fasi attive;
5. La portata media effettiva della pompa,
dividendo il volume di olio per il tempo ciclo
completo (comprendendo gli eventuali tempi
passivi);
6. Il volume di olio che la pompa fornisce nelle
fasi attive;
7. Il volume utile dell’accumulatore sottraendo
da quello necessario per le fasi attive, il
volume di olio fornito dalla pompa nelle
medesime fasi attive;
8. Il volume totale dell’accumulatore.

ACCUMULATORI IDRAULICI
RICERCA DEL VOLUME UTILE (Vu) 2/2
Per sicurezza, la portata media effettiva della
pompa si aumenta del 15% e, fra le pompe in
commercio, si sceglie quella la cui portata effettiva
per eccesso è prossima a quella calcolata.
Dall’osservazione del diagramma si rileva che:
- La durata complessiva del ciclo è di 21 s;
- La durata delle fasi attive è di 13 s;
- Il volume di olio per attuare le fasi attive è di:
1.8 + 5.8 + 3 = 10.6 L;
- La portata media effettiva della pompa è data da:
Qe = 10.6/21 = 0.5 L/s
- Il volume di olio che fornisce la pompa
nelle fasi attive è di:
V = Qe * t = 0.5 * 13 = 6.5 L
- Il volume utile dell’accumulatore:
Vu = 10.6 – 6.5 = 4.1 L

ACCUMULATORI IDRAULICI
Il gas contenuto nella sacca dell’accumulatore segue la legge di Boyle-Mariotte:
con p (MPa) = pressione assoluta del gas;
V (m 3 ) = volume del gas
RICERCA DEL VOLUME TOTALE (Vt) 1/3
p*V n = cost
Se nel riempimento o svuotamento dell’accumulatore, la compressione o l’espansione della sacca
avviene lentamente, in modo da permettere un completo scambio di calore con l’esterno, si parla di
trasformazione isotermica. In tal caso la temperatura del gas nella sacca rimane costante con n = 1.
Se, invece, il riempimento o svuotamento della sacca avviene velocemente, in modo che non vi sia
alcuno scambio di calore con l’esterno, si parla di trasformazione adiabatica con n = 1.41.
L’equazione del gas diventa:
Nel caso degli accumulatori le trasformazioni stanno fra l’isotermica e l’adiabatica (trasformazioni
politropiche) e perciò l’esponente è compreso fra 1 e 1.41.

ACCUMULATORI IDRAULICI
RICERCA DEL VOLUME TOTALE (Vt) 2/3
Determinato il Vu, cioè la quantità di olio che deve essere accumulato, per calcolare il Vt, cioè il
volume massimo che occupa la sacca, precaricata con il gas, si considerano i tre stadi di pressione a cui
è sottoposta la sacca:
- p0 a cui corrisponde il volume della sacca Vt;
- p1 a cui corrisponde il volume della sacca V1;
- p2 a cui corrisponde il volume della sacca V2;
Si può scrivere perciò:
Uguagliando successivamente il secondo e il terzo membro al primo, si ricavano V1 e V2 la cui
differenza esprime il volume utile Vu, si ha pertanto:

Per cui:
ACCUMULATORI IDRAULICI
RICERCA DEL VOLUME TOTALE (Vt) 3/3
ed infine, il volume totale dell’accumulatore in funzione del suo volume utile sarà dato da:
L’esponente 1/n sarà pari a 1 se la trasformazione è isotermica e pari a 0.71 (reciproco di 1.41) se è
adiabatica.
E’ preferibile calcolare il volume totale ipotizzando che tutte le trasformazioni siano adiabatiche
poiché, risultando il recipiente di dimensioni maggiori rispetto a quello che si otterrebbe ipotizzando
le trasformazioni di tipo isotermico, si ha maggiore sicurezza di avere a disposizione la quantità di
olio necessario.
Nei casi in cui l’accumulatore debba essere utilizzato solo per mantenere la pressione o per
compensare eventuali perdite, le trasformazioni si ritengono di tipo isotermico.