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Regulador de presión

Cilindros de oxígeno y gas MAPP con reguladores de presión de dos etapas. Diagrama esquemático del regulador reductor de presión (A) y del regulador de contrapresión (B). Los di...

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Cilindros de oxígeno y gas MAPP con reguladores de presión de dos etapas.
Diagrama esquemático del regulador reductor de presión (A) y del regulador de contrapresión (B). Los diagramas superiores muestran el estado normal de las válvulas: normalmente abiertas para los reductores de presión y normalmente cerradas para las válvulas de contrapresión.
Diagramas que representan reguladores de presión y de contrapresión. La diferencia conceptual radica principalmente en el lado desde el que se toma la retroalimentación.

Un regulador de presión es una válvula que controla la presión de un fluido a un valor deseado, mediante la retroalimentación negativa de la presión controlada. Los reguladores se utilizan para gases y líquidos, y pueden ser un dispositivo integral con ajuste de presión, limitador y sensor en una sola unidad, o bien constar de un sensor de presión, un controlador y una válvula de flujo independientes.

Se encuentran dos tipos: el regulador reductor de presión y el regulador de contrapresión.

  • Un regulador reductor de presión es una válvula de control que reduce la presión de entrada de un fluido a un valor deseado en su salida. Es una válvula normalmente abierta y se instala aguas arriba de equipos sensibles a la presión. [ 1 ]
  • Un regulador de contrapresión , válvula de contrapresión , válvula de mantenimiento de presión o regulador de mantenimiento de presión es una válvula de control que mantiene la presión establecida en su lado de entrada abriéndose para permitir el flujo cuando la presión de entrada excede el valor establecido. Se diferencia de una válvula de alivio de sobrepresión en que la válvula de sobrepresión solo está diseñada para abrirse cuando la presión contenida es excesiva y no se requiere para mantener constante la presión aguas arriba. Se diferencian de los reguladores reductores de presión en que el regulador reductor de presión controla la presión aguas abajo y es insensible a la presión aguas arriba. [ 2 ] Es una válvula normalmente cerrada que puede instalarse en paralelo con equipos sensibles o después de los equipos sensibles para proporcionar una obstrucción al flujo y, por lo tanto, mantener la presión aguas arriba. [ 1 ]

Ambos tipos de regulador utilizan la retroalimentación de la presión regulada como entrada al mecanismo de control y suelen ser accionados por un diafragma o pistón con resorte que reacciona a los cambios en la presión de retroalimentación para controlar la apertura de la válvula. En ambos casos, la válvula debe abrirse solo lo suficiente para mantener la presión regulada establecida. El mecanismo real puede ser muy similar en todos los aspectos excepto en la ubicación de la toma de presión de retroalimentación. [ 2 ] Como en otros mecanismos de control de retroalimentación, el nivel de amortiguación es importante para lograr un equilibrio entre la respuesta rápida a un cambio en la presión medida y la estabilidad de la salida. Una amortiguación insuficiente puede provocar oscilaciones de la presión controlada, mientras que una fricción excesiva de las piezas móviles puede causar histéresis .

regulador reductor de presión

Operación

La función principal de un regulador reductor de presión es ajustar el flujo de gas a través del regulador a la demanda de fluido, manteniendo una presión de salida suficientemente constante. Si el flujo de carga disminuye, el flujo del regulador también debe disminuir. Si el flujo de carga aumenta, el flujo del regulador debe aumentar para evitar que la presión controlada disminuya debido a la escasez de fluido en el sistema de presión. Es deseable que la presión controlada no varíe significativamente del punto de ajuste para un amplio rango de caudales, pero también es deseable que el flujo a través del regulador sea estable y que la presión regulada no esté sujeta a oscilaciones excesivas.

Un regulador de presión incluye un elemento restrictor , un elemento de carga y un elemento de medición :

  • El elemento restrictor es una válvula que puede proporcionar una restricción variable al flujo, como por ejemplo una válvula de globo , una válvula de mariposa , una válvula de asiento , etc.
  • El elemento de carga es una pieza que aplica la fuerza necesaria al elemento restrictor. Esta carga puede proporcionarse mediante un peso, un resorte, un actuador de pistón o un actuador de diafragma combinado con un resorte.
  • El elemento de medición determina cuándo el caudal de entrada es igual al de salida. El diafragma se utiliza a menudo como elemento de medición; también puede funcionar como elemento combinado.

En el regulador de una sola etapa que se muestra en la imagen, se utiliza un equilibrio de fuerzas en el diafragma para controlar una válvula de asiento y así regular la presión. Sin presión de entrada, el resorte situado sobre el diafragma lo empuja hacia abajo, manteniendo la válvula abierta. Al introducirse la presión de entrada, la válvula abierta permite el flujo hacia el diafragma y la presión en la cámara superior aumenta, hasta que el diafragma se empuja hacia arriba contra el resorte, lo que provoca que la válvula reduzca el flujo y, finalmente, detenga el aumento de presión. Ajustando el tornillo superior, se puede aumentar la presión descendente sobre el diafragma, lo que requiere mayor presión en la cámara superior para mantener el equilibrio. De esta manera, se controla la presión de salida del regulador.

Esta operación se describe mediante la siguiente ecuación: F=(PAGi−PAGo)s+PAGoS+F,{\displaystyle F=(P_{\text{i}}-P_{\text{o}})s+P_{\text{o}}S+f,} dónde

F{\displaystyle F}– fuerza del resorte del diafragma,
F{\displaystyle f}– fuerza del resorte de la válvula,
PAGi{\displaystyle P_{\text{i}}}– presión de entrada,
PAGo{\displaystyle P_{\text{o}}}– presión de salida,
s{\displaystyle s}– área de válvulas,
S{\displaystyle S}– área del diafragma.

Regulador de una sola etapa

Regulador de presión de una sola etapa

El gas a alta presión procedente del suministro entra en el regulador a través del puerto de entrada. El manómetro de entrada indica esta presión. A continuación, el gas pasa por el orificio de la válvula de control de presión, normalmente abierta, y la presión aguas abajo aumenta hasta que el diafragma de accionamiento de la válvula se desvía lo suficiente como para cerrarla, impidiendo que entre más gas en el lado de baja presión hasta que esta vuelva a descender. El manómetro de salida indica esta presión.

La presión de salida sobre el diafragma y la presión de entrada, junto con la fuerza del resorte de la válvula en la parte aguas arriba, mantienen el conjunto diafragma/válvula en la posición cerrada, contrarrestando la fuerza del resorte de carga del diafragma. Si la presión de suministro disminuye, la fuerza de cierre debida a dicha presión se reduce y la presión aguas abajo aumenta ligeramente para compensar. Por lo tanto, si la presión de suministro disminuye, la presión de salida aumenta, siempre que esta última se mantenga por debajo de la presión de suministro descendente. Esta es la causa del vaciado del tanque cuando el suministro proviene de un tanque de gas presurizado. El operador puede compensar este efecto ajustando la carga del resorte mediante la perilla para restablecer la presión de salida al nivel deseado. Con un regulador de una sola etapa, cuando la presión de suministro disminuye, la menor presión de entrada provoca un aumento de la presión de salida. Si no se ajusta la compresión del resorte de carga del diafragma para compensar, la válvula puede permanecer abierta y permitir que el tanque vacíe rápidamente su contenido restante.

Regulador de doble etapa

Regulador de presión de dos etapas

Los reguladores de dos etapas constan de dos reguladores conectados en serie en la misma carcasa que reducen la presión progresivamente en dos pasos, en lugar de uno. La primera etapa, preajustada, reduce la presión del gas de suministro a un nivel intermedio; el gas a esa presión pasa a la segunda etapa. El gas sale de la segunda etapa a una presión (presión de trabajo) que el usuario ajusta mediante la perilla de control de presión en el resorte de carga del diafragma. Los reguladores de dos etapas pueden tener dos válvulas de seguridad, de modo que si se produce un exceso de presión entre etapas debido a una fuga en el asiento de la válvula de la primera etapa, el aumento de presión no sobrecargará la estructura ni provocará una explosión.

Un regulador monoetapa desequilibrado puede requerir ajustes frecuentes. A medida que disminuye la presión de suministro, la presión de salida puede variar, lo que obliga a ajustarlo. En el regulador de dos etapas, la compensación ante cualquier caída en la presión de suministro es mejor.

Aplicaciones

Reguladores reductores de presión

Compresores de aire

Los compresores de aire se utilizan en entornos industriales, comerciales y talleres domésticos para realizar diversas tareas, como limpiar objetos con aire comprimido, alimentar herramientas neumáticas e inflar neumáticos, balones, etc. Los reguladores se utilizan a menudo para ajustar la presión de salida del depósito de aire comprimido según las necesidades de cada tarea. Cuando se utiliza un compresor grande para suministrar aire comprimido para múltiples usos (lo que se conoce como "aire de taller" si se trata de una instalación permanente de tuberías en todo un edificio), se utilizan reguladores adicionales para garantizar que cada herramienta o función reciba la presión necesaria. Esto es importante porque algunas herramientas neumáticas o usos del aire comprimido requieren presiones que pueden dañar otras herramientas o materiales.

Aeronave

Los reguladores de presión se encuentran en la presurización de cabinas de aeronaves, el control de presión del sello de la cubierta, los sistemas de agua potable y la presurización de guías de onda. [ 3 ]

Aeroespacial

Los reguladores de presión aeroespaciales tienen aplicaciones en el control de presurización de propulsión para sistemas de control de reacción (RCS) y sistemas de control de actitud (ACS), donde se presentan vibraciones elevadas, grandes temperaturas extremas y fluidos corrosivos. [ 4 ]

Cocinando

Los recipientes a presión permiten cocinar los alimentos mucho más rápido que a presión atmosférica, ya que la mayor presión eleva el punto de ebullición del contenido. Todas las ollas a presión modernas cuentan con una válvula reguladora de presión y una válvula de alivio de presión como mecanismo de seguridad para evitar explosiones en caso de que la válvula reguladora no libere la presión adecuadamente. Algunos modelos antiguos carecen de válvula de seguridad. La mayoría de las ollas a presión domésticas están diseñadas para mantener una presión baja y una alta. Estas presiones suelen oscilar entre 7 y 15 libras por pulgada cuadrada (0,48 a 1,03 bares) . Casi todas las ollas a presión domésticas emplean un regulador de presión de una sola etapa muy sencillo. Los modelos antiguos simplemente utilizan un pequeño peso sobre una abertura que se eleva con la presión excesiva para permitir la salida del vapor. Los modelos más recientes suelen incorporar una válvula con resorte que se eleva y permite la salida de la presión a medida que aumenta la presión en el recipiente. Algunas ollas a presión tienen un ajuste de liberación rápida en la válvula reguladora de presión que reduce la tensión del resorte para permitir que la presión escape de forma rápida pero segura. Las cocinas comerciales también utilizan ollas a presión, en algunos casos ollas a presión de aceite para freír rápidamente comida rápida. Este tipo de recipientes a presión también se pueden usar como autoclaves para esterilizar pequeñas cantidades de equipo y en la conservación casera de alimentos. 

Reducción de la presión del agua

Regulador de presión para el suministro de agua doméstica. La presión de salida se ajusta con el volante azul y se muestra en la escala vertical.

Una válvula reguladora de presión de agua limita el caudal de entrada modificando dinámicamente su apertura. De esta forma, cuando la presión exterior es baja, la válvula se abre completamente, y cuando la presión exterior es alta, se cierra. En ausencia de presión, donde el agua podría fluir en sentido contrario, el flujo no se ve impedido. Una válvula reguladora de presión de agua no funciona como una válvula de retención .

Se utilizan para evitar daños en electrodomésticos o tuberías en aplicaciones donde la presión del agua al final de la línea es demasiado alta.

Soldadura y corte

Los procesos de soldadura y corte oxiacetilénicos requieren gases a presiones específicas, y los reguladores se utilizan generalmente para reducir la alta presión de los cilindros de almacenamiento a la necesaria para el corte y la soldadura. Los reguladores de oxígeno y gas combustible suelen tener dos etapas. La primera etapa libera el gas del cilindro a una presión constante, aunque la presión en el cilindro disminuya a medida que se libera el gas. La segunda etapa controla la reducción de presión desde la presión intermedia hasta la baja. El caudal final se puede ajustar en la antorcha. El conjunto del regulador suele tener dos manómetros: uno que indica la presión del cilindro y otro que indica la presión de suministro. La soldadura por arco con gas inerte también utiliza gas almacenado a alta presión suministrado mediante un regulador. Puede haber un caudalímetro calibrado para el gas específico.

Gas propano/GLP

Todas las aplicaciones de propano y gas LP requieren el uso de un regulador. Debido a que las presiones en los tanques de propano pueden fluctuar significativamente con la temperatura, es necesario contar con reguladores para suministrar una presión constante a los aparatos conectados. Estos reguladores normalmente compensan presiones de tanque entre 30 y 200 psi (2,1 y 13,8 bar) y suelen suministrar 11 pulgadas de columna de agua 0,4 psi (28 mbar) para aplicaciones residenciales y 35 pulgadas de columna de agua 1,3 psi (90 mbar) para aplicaciones industriales. Los reguladores de propano difieren en tamaño y forma, presión de suministro y capacidad de ajuste, pero su propósito es proporcionar una presión de salida constante para los aparatos conectados. Los ajustes internacionales comunes para los reguladores de gas LP doméstico son 28 mbar para butano y 37 mbar para propano.          

Vehículos propulsados ​​por gasolina

Todos los motores de vehículos que funcionan con gas comprimido como combustible (motor de combustión interna o sistema de propulsión eléctrica con pila de combustible) requieren un regulador de presión para reducir la presión del gas almacenado ( GNC o hidrógeno ) de 700, 500, 350 o 200  bar (70, 50, 35 y 20  MPa) a la presión de funcionamiento .

Vehículos recreativos

Para vehículos recreativos con sistema de plomería, se requiere un regulador de presión para reducir la presión del suministro de agua externo conectado al sistema de plomería del vehículo, ya que este puede estar a una altura mucho mayor que la del camping, y la presión del agua depende de la altura de la columna de agua. Sin un regulador de presión, la intensa presión que se encuentra en algunos campings en zonas montañosas puede ser suficiente para reventar las tuberías de agua del vehículo recreativo o aflojar las juntas de plomería, provocando inundaciones. Los reguladores de presión para este propósito generalmente se venden como pequeños accesorios de rosca que se conectan en línea con las mangueras que se usan para conectar un vehículo recreativo al suministro de agua, las cuales casi siempre son compatibles con la rosca de las mangueras de jardín comunes .

suministro de gas respiratorio

Regulador de presión de dos manómetros conectado a la bombona de gas utilizada para el suministro de gas respirable.

Los reguladores de presión se utilizan con las botellas de buceo para el submarinismo . El tanque puede contener presiones superiores a 3000 psi (210 bar) , lo que podría causar un barotrauma mortal a una persona que lo respire directamente. Un regulador controlado por demanda proporciona un flujo de gas respiratorio a la presión ambiente (que varía según la profundidad en el agua). Los reguladores reductores de presión también se utilizan para suministrar gas respiratorio a buceadores con suministro desde la superficie [ 5 ] y a personas que utilizan equipos de respiración autónomos (SCBA) para rescate y trabajos con materiales peligrosos en tierra. La presión entre etapas para los SCBA a presión atmosférica normal generalmente se puede dejar constante en la configuración de fábrica, pero para los buceadores con suministro desde la superficie la controla el operador del panel de gas , según la profundidad del buceador y los requisitos de caudal. El oxígeno suplementario para vuelos a gran altitud en aeronaves no presurizadas y los gases medicinales también se dispensan comúnmente a través de reguladores reductores de presión desde almacenamiento a alta presión. [ 6 ] [ 7 ]  

El oxígeno suplementario también puede dispensarse a través de un regulador que reduce la presión y suministra el gas a un caudal medido, para ser mezclado con el aire ambiente. [ 8 ] Una forma de producir un caudal másico constante a presión ambiente variable es utilizar un flujo estrangulado , donde el flujo a través del orificio de medición es sónico. Para un gas dado en flujo estrangulado, el caudal másico puede controlarse ajustando el tamaño del orificio o la presión aguas arriba. Para producir un flujo estrangulado en oxígeno, la relación de presión absoluta del gas aguas arriba y aguas abajo debe superar 1,893 a 20  °C. A presión atmosférica normal, esto requiere una presión aguas arriba de más de 1,013 × 1,893 = 1,918  bar. Una presión manométrica regulada nominal típica de un regulador de oxígeno médico es de 3,4 bar (50 psi) , para una presión absoluta de aproximadamente 4,4 bar y una relación de presión de alrededor de 4,4 sin contrapresión, por lo que tienen un flujo estrangulado en los orificios de medición para una presión aguas abajo (de salida) de hasta aproximadamente 2,3 bar absolutos. Este tipo de regulador comúnmente usa una placa de rotor con orificios calibrados y topes para mantenerla en su lugar cuando se selecciona el orificio correspondiente al caudal deseado. Este tipo de regulador también puede tener una o dos conexiones de salida no calibradas de la cámara de presión intermedia con sistema de seguridad de índice de diámetro (DISS) o conectores similares para suministrar gas a otros equipos, y la conexión de alta presión comúnmente es una abrazadera de yugo de sistema de seguridad de índice de pasador (PISS). [ 9 ] Se pueden usar mecanismos similares para el control del caudal para reguladores de aviación y montañismo.    

Industria minera

Dado que la presión en las tuberías de agua aumenta rápidamente con la profundidad, las operaciones mineras subterráneas requieren un sistema de agua bastante complejo con válvulas reductoras de presión. Estos dispositivos deben instalarse a intervalos verticales determinados, generalmente de 180 metros (600 pies ) . Sin dichas válvulas, las tuberías podrían reventar y la presión sería demasiado alta para el funcionamiento de los equipos. 

industria del gas natural

Quiosco regulador de presión de gas natural
Regulador de presión de gas natural industrial

Los reguladores de presión, también conocidos como reguladores de gas, se utilizan ampliamente en la industria del suministro de gas natural para controlar la presión. El gas natural se comprime a altas presiones para ser transmitido y distribuido por todo el país a través de grandes gasoductos, de hasta 42 pulgadas o 1,07  m de diámetro. [ 10 ] La presión de transmisión puede superar los 1000 psi (69 bar) y debe reducirse en varias etapas hasta alcanzar una presión utilizable para aplicaciones industriales, comerciales y residenciales. Un sistema de distribución puede comprender tres puntos principales de reducción de presión. La primera estación de reducción se ubica en las afueras de una zona urbana, donde la presión se reduce a la presión de distribución para abastecer toda el área de suministro. [ 10 ] No es conveniente ubicar gasoductos de alta presión en zonas urbanas debido al riesgo de daños y fugas de gas inflamable a alta presión. Los usuarios industriales pueden recibir el suministro a esta presión reducida. Este puede ser el lugar donde el gas natural inodoro se odoriza con mercaptano (en el Reino Unido, esto se realiza en la terminal de suministro de alta presión). La presión de distribución se reduce aún más en una estación reguladora de distrito, ubicada en varios puntos del área de suministro, a menos de 60 psig (4,13 barg ). La reducción final se produce en la ubicación del usuario final, véase la imagen. Generalmente, la reducción para el usuario final se realiza a presiones bajas que oscilan entre 0,25 y 5 psig (0,01 y 0,34 barg). [ 10 ] Algunas aplicaciones industriales pueden requerir una presión más alta.      

Reguladores de contrapresión

  • Mantener el control de presión aguas arriba en sistemas analíticos o de proceso [ 1 ]
  • Proteja los equipos sensibles de los daños causados ​​por la sobrepresión [ 1 ].
  • Reduzca la diferencia de presión sobre un componente que no tolera grandes diferencias de presión. [ 11 ]
  • Líneas de venta de gas [ 12 ]
  • Recipientes de producción (por ejemplo, separadores, calentadores o separadores de agua libre) [ 12 ]
  • Líneas de ventilación o de descarga [ 12 ]

Cámaras hiperbáricas

Cuando la caída de presión en el sistema de escape de un sistema de respiración incorporado es demasiado grande, típicamente en sistemas de saturación, se puede utilizar un regulador de contrapresión para reducir la caída de presión de escape a una presión más segura y manejable. [ 11 ] [ 13 ]

Recuperar cascos de buceo

La profundidad a la que se utilizan la mayoría de las mezclas respiratorias de heliox en el buceo con suministro de aire desde la superficie es generalmente de al menos 5 bar por encima de la presión atmosférica superficial, y el gas de escape del buceador debe pasar a través de una válvula de recuperación , que es una válvula de contrapresión activada por el aumento de presión en el casco del buceador por encima de la presión ambiente causado por la exhalación del buceador. [ 14 ] [ 15 ] La manguera de gas de recuperación que transporta el gas exhalado de vuelta a la superficie para su reciclaje no debe tener una diferencia de presión demasiado grande con respecto a la presión ambiente en el buceador. Un regulador de contrapresión adicional en esta línea permite un ajuste más preciso de la válvula de recuperación para un menor trabajo respiratorio a profundidades variables. [ 16 ]

Véase también

Referencias

  1. 1 2 3 4 "Regulador de presión vs. regulador de contrapresión: ¿Cuándo usar uno u otro... y cuándo usar ambos!" . plastomatic.com . Consultado el 19 de marzo de 2020 .
  2. 1 2 "Definición de regulador de contrapresión: ¿Qué hacen los reguladores de contrapresión?" . www.equilibar.com . Consultado el 19 de marzo de 2020 .>
  3. ↑ "Reguladores de presión de aeronaves" . www.valcor.com . Consultado el 19 de marzo de 2020 .
  4. ↑ "Reguladores de presión aeroespaciales" . www.valcor.com . Consultado el 19 de marzo de 2020 .
  5. ↑ Programa de Buceo de la NOAA (EE. UU.) (28 de febrero de 2001). Joiner, James T. (ed.). Manual de Buceo de la NOAA, Buceo para la Ciencia y la Tecnología (4.ª ed.). Silver Spring, Maryland: Administración Nacional Oceánica y Atmosférica, Oficina de Investigación Oceánica y Atmosférica, Programa Nacional de Investigación Submarina. ISBN  978-0-941332-70-5.CD-ROM preparado y distribuido por el Servicio Nacional de Información Técnica (NTIS) en colaboración con la NOAA y Best Publishing Company.
  6. ↑ "Oxígeno suplementario para aviación" . www.cfinotebook.net . Archivado del original el 19 de febrero de 2023. Consultado el 12 de julio de 2023 .
  7. ↑ "14 CFR § 25.1439 - Equipo de protección respiratoria" . www.law.cornell.edu . Consultado el 2 de agosto de 2023 .
  8. ↑ Tiep, B.; Carter, R. (2008). "Dispositivos y metodologías de conservación de oxígeno" . Enfermedad respiratoria crónica . 5 (2). crd.sagepub.com: 109– 114. doi : 10.1177/1479972308090691 . PMID 18539725. S2CID 6141420 .  
  9. ↑ "Manual de servicio: Mini regulador" (PDF) . www.floteco2.com . Consultado el 9 de agosto de 2023 .
  10. 1 2 3 Copp, DL (1967). Transmisión y distribución de gas . Londres: Walter King Ltd.
  11. 1 2 "Un sistema de respiración integrado, ligero y extremadamente robusto para cámaras hiperbáricas" (PDF) . Aberdeen, Escocia: C-Tecnics Ltd. Archivado del original (PDF) el 25 de septiembre de 2018. Recuperado el 25 de septiembre de 2018 .
  12. 1 2 3 Port, Jeff (21 de mayo de 2019). "Regulador de contrapresión vs. regulador reductor de presión: ¿Cuál es la diferencia?" . blog.kimray.com . Recuperado el 19 de marzo de 2020 .
  13. ↑ "Regulador de contrapresión Divex" . Consultado el 19 de marzo de 2020 .
  14. ↑ "Regulador de contrapresión para recuperación de gas" . Consultado el 19 de marzo de 2020 a través de patents.google.com.
  15. ↑ "Válvula de recuperación de gas del casco" . www.subspec.it . Archivado del original el 12 de agosto de 2020. Consultado el 19 de marzo de 2020 .
  16. ↑ "Reclaim Basic Set Up" (PDF) . www.subseasa.com . Consultado el 10 de marzo de 2020 .{{cite web}}: CS1 mantenimiento: estado de la URL ( enlace )