Regulador de Presión
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Regulador de Presión. Es un equipo de control de flujo diseñado para mantener una presión constante aguas abajo de ellos, independientemente de las variaciones de presión a la entrada o los cambios de requerimientos de flujo. La “carcaza” y los mecanismos internos que componen un regulador, automáticamente controlan o limitan las variaciones de presión a un valor previamente establecido.
Sumario
Funcionamiento
Un regulador básicamente es una válvula de recorrido ajustable conectada mecánicamente a un diafragma. El diafragma se equilibra con la presión de salida o presión de entrega y por una fuerza aplicada del lado contrario, a la cara que tiene contacto con la presión de salida. La fuerza aplicada del lado opuesto al diafragma puede ser suministrada por un resorte, un peso o presión aportada por otro instrumento denominado piloto. El piloto es, por lo general, otro regulador más pequeño o un equipo de control de presión.
Elementos que componen un Regulador de Presión
En esencia un regulador esta compuesto por tres elementos:
- Elemento de Carga: Resorte, gas comprimido o gas regulado suministrado por un piloto.
Tipos
- Reguladores Auto-Operados
Los reguladores auto-operados disponen de menos partes móviles. La particularidad de contar con un resorte como único ajuste en la presión de entrega le confiere una ventaja en las labores de operación y mantenimiento, sin embargo esta simplicidad presenta desventajas operativas:
- Desbalance: Al incrementar la fuerza del resorte se aumenta el nivel de presión a la salida.
Un cambio en la presión de entrada también afecta la presión de salida. Ello se debe a la relación existente entre el área del diafragma y el área tapón-orificio. (Por ejemplo una variación de 100 psig. en la presión de entrada, en un regulador cuya relación área diafragma/área tapón-orificio sea de 100:1, significa una variación en la presión de entrega de 1 psig).
- Decaimiento de presión: Es el cambio en la presión de salida por efecto del desplazamiento del vástago. En equilibrio,
cuando el regulador está cerrado, el resorte imprime una fuerza de acuerdo a la Ley de Hooke . A medida que el vástago de la válvula se desplaza, el resorte se deforma, modificando la fuerza que transmite al diafragma. Los cambios en la fuerza que imprime el resorte, implican a su vez cambios en la presión de salida. Si la fuerza del resorte a lo largo del recorrido del vástago permaneciera constante, no se presentaría el efecto de decaimiento de presión. Este efecto es de particular relevancia en servicios de alta presión donde se requieren resortes de alta resistencia. En estos casos el fabricante ofrece una variedad de rangos, donde debemos seleccionar aquel que implique menos deflección del resorte para el nivel de presión de entrega a regular.
- Error de medición: De acuerdo a las características internas del regulador, existe una determinada caída de presión a lo
largo del recorrido del fluido por los ductos internos del equipo. Esta caída interna de presión se incrementa a medida que crece el caudal que fluye por el regulador. Los cambios internos de presión, por efecto del flujo, causan inexactitudes en la medición de la presión de salida por parte del diafragma, variando la presión de ajuste del regulador.
- Recuperación de Presión: Cuando un regulador abre completamente, requiere de una fuerza adicional que devuelva el
vástago a su posición original o de cierre hermético. Esa fuerza adicional es suministrada por la presión de entrada y por otro resorte (reten). En ambos casos la fuerza de retorno implica una fuerza de entrada adicional que afecta la presión de salida. El efecto es importante cuando el requerimiento de flujo es inestable y no se desean cambios en la variación de la presión de entrega.
Reguladores Pilotados
Los reguladores pilotados están conformados por un pequeño regulador, o piloto, que es utilizado como control del regulador principal . El piloto, amplificador o multiplicador tiene la habilidad de traducir los pequeños cambios en la presión aguas abajo, en grandes cambios aplicados sobre el instrumento de medida (diafragma). El incremento relativo en la presión de salida del piloto versus el cambio en la presión de entrega del regulador principal se le denomina ganancia. (Por ejemplo, si el cambio de 1psig. en la presión de ajuste del regulador principal significa un cambio de 10 psig en la presión de salida del piloto, quiere decir que el piloto tiene una ganancia de 10).El fenómeno de ganancia le confiere al regulador pilotado su exactitud. (Por ejemplo, un regulador que tenga un decaimiento de presión del 10 psig, con apertura completa, si se le adiciona un piloto con una ganancia de 20, el decaimiento se convierte en 10/20 = 0,5 psig.). Una alta ganancia del piloto permite el movimiento rápido del vástago, desde el nivel de completamente cerrado a completamente abierto, con el mínimo cambio de presión aguas abajo; permitiendo una regulación más precisa dentro del margen de flujo. El incremento en la sensibilidad del piloto y la reducción del decaimiento de presión es una ventaja relativa. La ganancia del piloto incrementa sensibilidad, causando el incremento de la ganancia de todo el sistema. Esto puede causar inestabilidad en lazos de regulación o regulaciones en serie, manifestándose como fluctuaciones periódicas o golpeteo al más mínimo cambio de presión en el sistema. Una ganancia muy pequeña resulta en una respuesta lenta del regulador, la cual se manifiesta como variaciones por defecto o exceso de la presión de entrega. Para garantizar una correcta operación, el piloto debe ser configurado y seleccionado acorde con el regulador principal. Las conexiones y elementos de medición de presión deben tener un arreglo que permita el control y ajuste de la presión de entrega adecuadamente, es decir, se debe contemplar la instalación de orificios o válvulas de aguja, así como válvulas de alivio o de cierre rápido. Los primeros permitirán la puesta a punto en campo del equipo y los segundos protegerán el sistema en caso de fallas. El piloto, por lo general, es un regulador pequeño y económico, comparado con el regulador principal. Esto permite una gran flexibilidad para ajustar parámetros que afectan el desempeño del sistema. Modificando el piloto se puede adaptar el regulador principal a las condiciones específicas de nuestro proceso. (Por ejemplo, la sensibilidad puede ser ajustada cambiando el orificio del piloto, el resorte del piloto, el diafragma, las conexiones o tubos que sensan la presión e incluso hacer cambios en el regulador principal acorde con los cambios del piloto). Existen muchas opciones y arreglos en reguladores pilotados y al manejar sistemas de regulación en serie o paralelo, la gama de alternativas para eliminar cualquier problema o desajuste es bastante amplia.
