Como funciona um regulador de pressão? Explicação de estágio único versus dois estágios

Um cilindro de nitrogênio de 200 bar conectado diretamente a um cromatógrafo a gás é uma receita para leituras erráticas e sobrepressão insegura. Um regulador de pressão fica entre a alimentação e o processo, reduzindo a alta pressão de entrada para uma pressão de saída mais baixa e estável. Ele faz isso automaticamente, sem eletricidade, equilibrando a força de uma mola ajustável contra a força criada pela pressão a jusante em um diafragma ou pistão.

O que um regulador de pressão realmente faz

Um regulador de pressão é uma válvula de controle independente que usa a pressão a jusante como sinal de feedback. Cada regulador de operação direta possui três elementos funcionais:

• Um elemento de carga, geralmente um botão de ajuste que atua sobre uma mola, define a pressão de saída desejada.
• Um elemento sensor, normalmente um diafragma ou pistão, sente a pressão a jusante perto da saída do regulador.
• Um elemento redutor, formado por uma sede de válvula e um gatilho, abre e fecha o caminho do fluxo para adicionar ou interromper o fluxo de gás.

Quando a pressão de saída cai, o elemento sensor abre o gatilho. Quando a pressão de saída aumenta, o elemento sensor permite que o gatilho feche. O regulador modula o fluxo continuamente para manter o ponto de ajuste.

O Princípio de Funcionamento: Força da Mola vs. Força de Pressão

A melhor maneira de entender um regulador é modelá-lo como um equilíbrio de forças. O botão de ajuste comprime uma mola que empurra o diafragma para baixo. A pressão do gás a jusante sobe no mesmo diafragma. A diferença entre essas duas forças controla a posição do gatilho.

Operação passo a passo

1. Gire o botão de ajuste para comprimir a mola e definir a força desejada no diafragma.
2. Sem demanda a jusante, o gatilho assenta contra a sede da válvula e o fluxo para a uma pressão ligeiramente acima do ponto de ajuste, chamado de travamento.
3. Quando uma válvula a jusante abre, a pressão de saída cai ligeiramente; a força da mola agora é maior que a força ascendente do diafragma, então o gatilho levanta.
4. O gás flui através da sede da válvula até que a pressão a jusante retorne ao ponto de ajuste.
5. Quando a demanda diminui, a pressão de saída aumenta ligeiramente, o diafragma se move para cima e o gatilho acelera de volta.
6. O regulador atinge um equilíbrio estável onde a força da mola é igual à força de pressão, enquanto o gatilho permanece ligeiramente aberto para corresponder à demanda de fluxo.

Este é o controle proporcional. Exceto no travamento, o gatilho não está totalmente aberto ou totalmente fechado. Ele mantém uma posição de estrangulamento que fornece fluxo suficiente para manter a pressão a jusante no valor selecionado.

Reguladores de estágio único versus reguladores de dois estágios

Os reguladores de estágio único realizam toda a redução de pressão em uma única etapa. Sua pressão de saída é razoavelmente estável, mas pode mudar quando a pressão de entrada muda, um efeito chamado efeito de pressão de alimentação. Os reguladores de dois estágios usam um primeiro estágio para reduzir a pressão do cilindro para um nível intermediário e, em seguida, um segundo estágio realiza a regulação final. Isto torna a pressão de saída quase independente da pressão do cilindro, o que é útil para instrumentos sensíveis e cilindros de alta pressão.

Para muitos sistemas de painel de aço inoxidável, um regulador de estágio único para serviço médio, como o Regulador de pressão de aço inoxidável de tamanho médio série R57 oferece um equilíbrio prático entre capacidade e controle de fluxo.

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Quando o seu processo requer estabilidade em dois estágios e indicação visual do fluxo, o Regulador tipo medidor de vazão de dois estágios da série R19T combina redução de pressão final com um medidor de vazão em uma unidade.

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Reguladores de contrapressão e outras variações

Um regulador redutor de pressão controla a pressão a jusante. Um regulador de contrapressão controla a pressão a montante abrindo um caminho de alívio quando a pressão de entrada excede o ponto de ajuste. Os reguladores de contrapressão são usados ​​em sistemas de mistura de gases, fornecimento de vapor químico e aplicações de pulverização onde uma pressão constante deve ser mantida à frente de uma válvula ou filtro.

Em um sistema de gás de aço inoxidável, um regulador de contrapressão de aço inoxidável dedicado, como o Regulador de contrapressão em aço inoxidável série SR7 aplica o mesmo princípio de equilíbrio de força ao contrário: a mola mantém a válvula fechada até que a pressão a montante a supere.

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Para fluxos de processo muito grandes, os reguladores operados por piloto utilizam um pequeno regulador piloto para amplificar o sinal de detecção. Eles são menos comuns em tubos de instrumentação compactos, mas tornam-se valiosos quando a capacidade de fluxo necessária aumenta.

Selecionando um regulador para seu sistema de gás

Comece com o fluido, faixa de pressão e fluxo. Para serviços corrosivos, de alta pureza ou de hidrogênio, o aço inoxidável 316L é um padrão robusto. Verifique a classificação da pressão de entrada, a faixa de pressão de saída e a capacidade de vazão no ponto de ajuste operacional. Considere também o tipo de conexão: conexões de tubo de compressão, vedações faciais de videocassete ou extremidades soldadas. Para uma linha completa de reguladores de pressão em aço inoxidável, revise o Gama de reguladores de pressão em aço inoxidável NB-KSL .

Os dois números de desempenho que mais importam são queda e travamento. Droop é o declínio na pressão de saída à medida que o fluxo aumenta. Lock-up é o aumento acima do ponto de ajuste quando o fluxo para. Um regulador bem projetado mantém ambos pequenos, e um projeto de dois estágios geralmente oferece melhor desempenho quando a pressão de entrada muda amplamente.

Critérios de seleção comuns

• Pressão máxima de entrada e faixa de pressão de saída
• Taxa de fluxo necessária na pressão operacional
• Compatibilidade de fluidos com o diafragma, sede e materiais do corpo
• Faixa de temperatura operacional e condições ambientais
• Tipo de conexão e tubulação ou tamanho da tubulação
• Precisão necessária, incluindo queda e travamento aceitáveis

Se esta for uma instalação nova, siga a seta de direção do fluxo, prenda a tubulação de entrada e evite montar o regulador próximo a vibrações fortes. NB-KSL instruções de instalação explicar detalhadamente as recomendações de torque, alinhamento e teste de vazamento.

Compreender como funciona um regulador de pressão envolve principalmente compreender o equilíbrio de forças. Depois de rastrear a força da mola em relação à força do diafragma, você poderá prever por que um regulador abre sob demanda, fecha em um beco sem saída e se comporta de maneira diferente em configurações de estágio único e de dois estágios. Escolha o material e o tipo de conexão corretos, respeite os limites de vazão e o regulador manterá seu sistema de gás sob controle silenciosamente.