Un regulador de presión es una válvula que controla la presión de un fluido a un valor deseado, utilizando retroalimentación negativa de la presión controlada. Los reguladores se utilizan para gases y líquidos y pueden ser un dispositivo integral con un ajuste de presión, un restrictor y un sensor, todo en un solo cuerpo, o consistir en un sensor de presión, un controlador y una válvula de flujo separados.
Se encuentran dos tipos: El regulador reductor de presión y el regulador de contrapresión.
Ambos tipos de regulador utilizan retroalimentación de la presión regulada como entrada al mecanismo de control, y comúnmente son accionados por un diafragma o pistón cargado por resorte que reacciona a los cambios en la presión de retroalimentación para controlar la apertura de la válvula, y en ambos casos la válvula debe abrirse. sólo lo suficiente para mantener la presión regulada establecida. El mecanismo real puede ser muy similar en todos los aspectos excepto en la ubicación del grifo de presión de retroalimentación. [2] Como en otros mecanismos de control de retroalimentación, el nivel de amortiguación es importante para lograr un equilibrio entre una respuesta rápida a un cambio en la presión medida y la estabilidad de la salida. Una amortiguación insuficiente puede provocar oscilaciones oscilantes de la presión controlada, mientras que una fricción excesiva de las piezas móviles puede provocar histéresis .
La función principal de un regulador reductor de presión es hacer coincidir el flujo de gas a través del regulador con la demanda de fluido que se le impone, manteniendo al mismo tiempo una presión de salida suficientemente constante. Si el flujo de carga disminuye, entonces el flujo del regulador también debe disminuir. Si el flujo de carga aumenta, entonces el flujo del regulador debe aumentar para evitar que la presión controlada disminuya debido a una escasez de fluido en el sistema de presión. Es deseable que la presión controlada no varíe mucho del punto de ajuste para una amplia gama de caudales, pero también es deseable que el flujo a través del regulador sea estable y la presión regulada no esté sujeta a una oscilación excesiva. [ cita necesaria ]
Un regulador de presión incluye un elemento restrictivo , un elemento de carga y un elemento de medición :
En el regulador de una sola etapa que se muestra en la imagen, se utiliza un equilibrio de fuerza en el diafragma para controlar una válvula de asiento con el fin de regular la presión. Sin presión de entrada, el resorte sobre el diafragma lo empuja hacia abajo sobre la válvula de asiento, manteniéndola abierta. Una vez que se introduce la presión de entrada, el obturador abierto 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 hace que el obturador reduzca el flujo y finalmente detenga un mayor aumento de presión. Al ajustar el tornillo superior, se puede aumentar la presión hacia abajo sobre el diafragma, lo que requiere más presión en la cámara superior para mantener el equilibrio. De esta forma se controla la presión de salida del regulador. [ cita necesaria ]
El gas a alta presión del suministro ingresa al regulador a través del puerto de entrada. El manómetro de entrada indicará esta presión. Luego, el gas pasa a través del orificio de la válvula de control de presión normalmente abierto y la presión aguas abajo aumenta hasta que el diafragma de accionamiento de la válvula se desvía lo suficiente para cerrar la válvula, evitando que entre más gas en el lado de baja presión hasta que la presión vuelva a caer. El manómetro de salida indicará esta presión. [ cita necesaria ]
La presión de salida sobre el diafragma y la presión de entrada y la fuerza del resorte del vástago en la parte aguas arriba de la válvula mantienen el conjunto de diafragma/objeto en la posición cerrada contra la fuerza del resorte de carga del diafragma. Si la presión de suministro cae, la fuerza de cierre debida a la presión de suministro se reduce y la presión aguas abajo aumentará ligeramente para compensar. Por lo tanto, si la presión de suministro cae, la presión de salida aumentará, siempre que la presión de salida permanezca por debajo de la presión de suministro decreciente. Esta es la causa del vertido al final del tanque, donde el suministro lo proporciona un tanque de gas presurizado. [ cita necesaria ] El operador puede compensar este efecto ajustando la carga del resorte girando la perilla para restaurar la presión de salida al nivel deseado. Con un regulador de una sola etapa, cuando la presión de suministro disminuye, la presión de entrada más baja hace que la presión de salida aumente. Si la compresión del resorte de carga del diafragma no se ajusta para compensar, el asiento puede permanecer abierto y permitir que el tanque descargue rápidamente el contenido restante. [ cita necesaria ]
Los reguladores de dos etapas son dos reguladores en serie en una misma carcasa que funcionan para reducir la presión progresivamente en dos pasos en lugar de uno. La primera etapa, que está preestablecida, reduce la presión del gas de suministro a una etapa intermedia; el gas a esa presión pasa a la segunda etapa. El gas emerge de la segunda etapa a una presión (presión de trabajo) establecida por el usuario ajustando 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 hay exceso de presión entre las etapas debido a una fuga en el asiento de la válvula de la primera etapa, el aumento de presión no sobrecargará la estructura y provocará una explosión. [ cita necesaria ]
Un regulador de una sola etapa desequilibrado puede necesitar ajustes frecuentes. A medida que cae la presión de suministro, la presión de salida puede cambiar, lo que requiere un ajuste. En el regulador de dos etapas existe una compensación mejorada por cualquier caída en la presión de suministro. [ cita necesaria ]
Los compresores de aire se utilizan en entornos industriales, comerciales y de talleres domésticos para realizar una variedad de trabajos que incluyen limpiar cosas con soplado; utilizar herramientas neumáticas; e inflar cosas como llantas, pelotas, etc. Los reguladores a menudo se usan para ajustar la presión que sale de un receptor de aire (tanque) para que coincida con lo que se necesita para la tarea. A menudo, cuando se utiliza un compresor grande para suministrar aire comprimido para usos múltiples (a menudo denominado "aire de taller" si se construye como una instalación permanente de tuberías en todo un edificio), se utilizarán reguladores adicionales para garantizar que cada herramienta o función por separado recibe la presión que necesita. Esto es importante porque algunas herramientas neumáticas, o usos del aire comprimido, requieren presiones que pueden causar daños a otras herramientas o materiales. [ cita necesaria ]
Los reguladores de presión se encuentran en la presurización de cabinas de aviones, control de presión de sellado de cabinas, sistemas de agua potable y presurización de guías de ondas. [3]
Los reguladores de presión aeroespaciales tienen aplicaciones en el control de presión de propulsión para sistemas de control de reacción (RCS) y sistemas de control de actitud (ACS), donde están presentes altas vibraciones, grandes temperaturas extremas y fluidos corrosivos. [4]
Los recipientes presurizados se pueden utilizar para cocinar alimentos mucho más rápidamente que a presión atmosférica, ya que la presión más alta aumenta el punto de ebullición del contenido. Todas las ollas a presión modernas tendrán una válvula reguladora de presión y una válvula de alivio de presión como mecanismo de seguridad para evitar una explosión en caso de que la válvula reguladora de presión no libere la presión adecuadamente. Algunos modelos más antiguos carecen de válvula de liberación de seguridad [ cita requerida ] . La mayoría de los modelos de cocina casera están diseñados para mantener una configuración de presión alta y baja. Estos ajustes suelen ser de 7 a 15 libras por pulgada cuadrada (0,48 a 1,03 bar). Casi todas las unidades de cocina casera emplearán un regulador de presión de una sola etapa muy simple. Los modelos más antiguos simplemente usarán un pequeño peso encima de una abertura que se levantará mediante una presión excesiva para permitir que escape el exceso de vapor. Los modelos más nuevos generalmente incorporan una válvula accionada por resorte que se eleva y permite que la presión escape a medida que aumenta la presión en el recipiente. Algunas ollas a presión tendrán una configuración de liberación rápida en la válvula reguladora de presión que, esencialmente, reducirá la tensión del resorte para permitir que la presión escape a un ritmo rápido, pero aún seguro. Las cocinas comerciales también utilizan ollas a presión, y en algunos casos utilizan ollas a presión a base de aceite para freír rápidamente la comida rápida. Los recipientes a presión de este tipo también se pueden utilizar como autoclaves para esterilizar pequeños lotes de equipos y en operaciones de envasado casero. [ cita necesaria ]
Una válvula reguladora de presión de agua limita el flujo de entrada cambiando dinámicamente la apertura de la válvula de modo que cuando hay menos presión en el exterior, la válvula se abre completamente y demasiada presión en el exterior hace que la válvula se cierre. En una situación sin presión, donde el agua podría fluir hacia atrás, no se impedirá. Una válvula reguladora de presión de agua no funciona como válvula de retención. [ cita necesaria ] [ aclaración necesaria ]
Se utilizan en aplicaciones donde la presión del agua es demasiado alta al final de la línea para evitar daños a los electrodomésticos o tuberías.
Los procesos de soldadura y corte con oxicombustible requieren gases a presiones específicas, y generalmente se utilizarán reguladores para reducir las altas presiones de los cilindros de almacenamiento a aquellas que se puedan utilizar para cortar y soldar. Los reguladores de oxígeno y gas combustible suelen tener dos etapas: la primera etapa del regulador libera el gas a una presión constante del cilindro a pesar de que la presión en el cilindro disminuye a medida que se libera el gas. La segunda etapa del regulador controla la reducción de presión desde la presión intermedia a la presión baja. El caudal final se puede ajustar en la antorcha. El conjunto regulador generalmente tiene dos manómetros, uno que indica la presión del cilindro y el otro que indica la presión de entrega. La soldadura por arco protegido con gas inerte también utiliza gas almacenado a alta presión proporcionado a través de un regulador. Es posible que haya un medidor de flujo calibrado para el gas específico. [ cita necesaria ]
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, deben estar presentes reguladores para suministrar una presión constante a los aparatos posteriores. Estos reguladores normalmente compensan las presiones del tanque entre 30 y 200 libras por pulgada cuadrada (2,1 a 13,8 bar) y comúnmente entregan una columna de agua de 11 pulgadas , 0,4 libras por pulgada cuadrada (28 mbar) para aplicaciones residenciales y 35 pulgadas de columna de agua, 1,3 libras por cuadrado. pulgadas (90 mbar) para aplicaciones industriales. Los reguladores de propano difieren en tamaño y forma, presión de entrega y capacidad de ajuste, pero son uniformes en su propósito de entregar una presión de salida constante para los requisitos posteriores. Las configuraciones internacionales comunes para los reguladores de gas LP domésticos son 28 mbar para butano y 37 mbar para propano.
Todos los motores de vehículos que funcionan con gas comprimido como combustible (motor de combustión interna o tren de potencia eléctrico de 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 (o 70, 50, 35 y 20 MPa) a la presión de funcionamiento. [ cita requerida ] )
Para vehículos recreativos con plomería, se requiere un regulador de presión para reducir la presión de un suministro de agua externo conectado a la plomería del vehículo, ya que el suministro puede estar a una altura mucho mayor que el campamento 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 campamentos en zonas montañosas puede ser suficiente para reventar las tuberías de agua de la caravana o derribar las juntas de plomería, provocando inundaciones. Los reguladores de presión para este propósito generalmente se venden como pequeños accesorios atornillables que se ajustan en línea con las mangueras utilizadas para conectar un vehículo recreativo al suministro de agua, que casi siempre son compatibles con la rosca de la manguera de jardín común . [ cita necesaria ]
Los reguladores de presión se utilizan con cilindros de buceo para buceo . El tanque puede contener presiones superiores a 3000 libras por pulgada cuadrada (210 bar), lo que podría provocar una lesión mortal por barotrauma a una persona que lo respire directamente. Un regulador controlado por demanda proporciona un flujo de gas respirable a la presión ambiental (que varía según la profundidad del agua). Los reguladores reductores de presión también se utilizan para suministrar gas respirable a buzos con suministro de superficie [5] y a personas que utilizan aparatos de respiración autónomos (SCBA) para trabajos de rescate y materiales peligrosos en tierra. La presión entre etapas para SCBA a presión atmosférica normal generalmente se puede dejar constante en la configuración de fábrica, pero para los buzos con suministro de superficie la controla el operador del panel de gas , dependiendo de los requisitos de profundidad y caudal del buzo. El oxígeno suplementario para vuelos a gran altitud en aviones sin presión y los gases medicinales también se suelen dispensar a través de reguladores reductores de presión desde un almacenamiento de alta presión. [6] [7]
También se puede dispensar oxígeno suplementario a través de un regulador que reduce la presión y suministra el gas a un caudal medido para mezclarlo con el aire ambiente. [8] Una forma de producir un flujo másico constante a presión ambiental variable es utilizar un flujo estrangulado , donde el flujo a través del orificio de medición es sónico. Para un gas dado en flujo obstruido, el caudal másico se puede controlar estableciendo el tamaño del orificio o la presión aguas arriba. Para producir un flujo estrangulado de oxígeno, la relación de presión absoluta del gas aguas arriba y aguas abajo debe exceder 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 nominal regulada típica de un regulador de oxígeno médico es de 3,4 bares (50 psi), para una presión absoluta de aproximadamente 4,4 bares y una relación de presión de aproximadamente 4,4 sin contrapresión, por lo que tendrán un flujo obstruido en los orificios de medición durante un tiempo. presión aguas abajo (salida) de hasta aproximadamente 2,3 bar absolutos. Este tipo de regulador comúnmente utiliza una placa de rotor con orificios calibrados y retenes para mantenerlo en su lugar cuando se selecciona el orificio correspondiente al caudal deseado. Este tipo de regulador también puede tener una o dos conexiones de toma 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 un sistema de seguridad de índice de pines (PISS). ) abrazadera de yugo. [9] Se pueden utilizar mecanismos similares para el control del caudal en reguladores de aviación y montañismo.
Como 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 en un cierto intervalo vertical, generalmente 600 pies (180 m). [ cita necesaria ] Sin tales válvulas, las tuberías podrían explotar y la presión sería demasiado grande para el funcionamiento del equipo.
Los reguladores de presión se utilizan ampliamente en la industria del gas natural. El gas natural se comprime a altas presiones para ser distribuido por todo el país a través de grandes ductos de transmisión. La presión de transmisión puede ser superior a 1000 libras por pulgada cuadrada (69 bar) y debe reducirse a través de varias etapas hasta una presión utilizable para aplicaciones industriales, comerciales y residenciales. Hay tres ubicaciones principales de reducción de presión en este sistema de distribución. La primera reducción se ubica en la puerta de la ciudad, mientras que la presión de transmisión se reduce a una presión de distribución para alimentar a toda la ciudad. Este es también el lugar donde el gas natural inodoro se odoriza con mercaptano. La presión de distribución se reduce aún más en una estación reguladora de distrito, ubicada en varios puntos de la ciudad, por debajo de 60 psig. El corte final se produciría en la ubicación de los usuarios finales. Generalmente, la reducción para el usuario final se lleva a presiones bajas que oscilan entre 0,25 psig y 5 psig. Algunas aplicaciones industriales pueden requerir una presión más alta. [ cita necesaria ]
Cuando la caída de presión en un sistema de escape del sistema de respiración incorporado es demasiado grande, generalmente en sistemas de saturación, se puede usar un regulador de contrapresión para reducir la caída de presión de escape a una presión más segura y manejable. [10] [12]
La profundidad a la que se utilizan la mayoría de las mezclas respirables de heliox en el buceo desde superficie es generalmente de al menos 5 bares por encima de la presión atmosférica de la superficie, y los gases de escape del buzo deben pasar a través de una válvula de recuperación , que es una válvula de contrapresión activada por el Aumento de la presión en el casco del buzo por encima de la presión ambiental causado por la exhalación del buzo. [13] [14] La manguera de gas de recuperación que lleva el gas exhalado de regreso a la superficie para su reciclaje no debe tener una diferencia de presión demasiado grande con respecto a la presión ambiental del 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. [15]
