The Basics of Pressure Regulators

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Reguladores de Pressão são encontrados em muitas aplicações domésticas e industriais comuns. Por exemplo, os reguladores de pressão são utilizados em grelhas de gás para regular o propano, em fornos de aquecimento doméstico para regular gases naturais, em equipamentos médicos e dentários para regular oxigénio e gases de anestesia, em sistemas de automação pneumática para regular ar comprimido, em motores para regular combustível e em células de combustível para regular hidrogénio. Como esta lista parcial demonstra, existem numerosas aplicações para reguladores, mas em cada um deles, o regulador de pressão tem a mesma função. Os reguladores de pressão reduzem uma pressão de alimentação (ou de entrada) para uma pressão de saída inferior e trabalham para manter esta pressão de saída apesar das flutuações na pressão de entrada. A redução da pressão de entrada para uma pressão de saída mais baixa é a característica chave dos reguladores de pressão.

Ao escolher um regulador de pressão muitos fatores devem ser considerados. Considerações importantes incluem: faixas de pressão de operação para a entrada e saída, requisitos de fluxo, o fluido (é um gás, um líquido, tóxico ou inflamável?), faixa de temperatura operacional esperada, seleção de material para os componentes do regulador incluindo vedações, bem como restrições de tamanho e peso.

Materiais usados nos reguladores de pressão

Uma ampla gama de materiais está disponível para lidar com vários fluidos e ambientes operacionais. Os materiais comuns dos componentes dos reguladores incluem latão, plástico e alumínio. Vários graus de aço inoxidável (como 303, 304 e 316) também estão disponíveis. As molas utilizadas no interior do regulador são normalmente feitas de fio de música (aço carbono) ou aço inoxidável.

Brass é adequado para a maioria das aplicações comuns e é geralmente econômico. O alumínio é frequentemente especificado quando o peso é uma consideração. O plástico é considerado quando o baixo custo é a principal preocupação ou quando é necessário deitar fora um item. Aços inoxidáveis são frequentemente escolhidos para uso com fluidos corrosivos, uso em ambientes corrosivos, quando a limpeza do fluido é uma consideração ou quando as temperaturas de operação serão altas.

Equalmente importante é a compatibilidade do material de vedação com o fluido e com a faixa de temperatura de operação. O Buna-n é um material de vedação típico. Os selos opcionais são oferecidos por alguns fabricantes e estes incluem: Fluorocarbono, EPDM, Silicone e Perfluoroelastômero.

Fluido usado (gás, líquido, tóxico ou inflamável)

As propriedades químicas do fluido devem ser consideradas antes de determinar os melhores materiais para a sua aplicação. Cada fluido terá suas próprias características únicas, portanto, deve-se ter cuidado para selecionar o corpo apropriado e os materiais de vedação que entrarão em contato com o fluido. As partes do regulador em contato com o fluido são conhecidas como componentes “molhados”.

É também importante determinar se o fluido é inflamável, tóxico, explosivo ou perigoso na natureza. Um regulador não aliviador é preferível para uso com gases perigosos, explosivos ou caros, porque o projeto não libera a pressão excessiva a jusante na atmosfera. Em contraste com um regulador não aliviador, um regulador aliviador (também conhecido como auto aliviador) é projetado para ventilar o excesso de pressão a jusante para a atmosfera. Normalmente existe um orifício de ventilação na lateral do corpo do regulador para este fim. Em alguns projetos especiais, a porta de respiro pode ser rosqueada e qualquer excesso de pressão pode ser ventilado do corpo do regulador através da tubulação e esgotado em uma área segura. Se este tipo de projeto for selecionado, o excesso de fluido deve ser ventilado adequadamente e de acordo com todas as normas de segurança.

Temperatura

Os materiais selecionados para o regulador de pressão não só precisam ser compatíveis com o fluido, mas também devem ser capazes de funcionar corretamente à temperatura de operação esperada. A principal preocupação é se o elastômero escolhido funcionará ou não adequadamente em toda a faixa de temperatura esperada. Além disso, a temperatura de operação pode afetar a capacidade de vazão e/ou o caudal da mola em aplicações extremas.

Pressão de operação

As pressões de entrada e saída são fatores importantes a considerar antes de escolher o melhor regulador. As questões importantes a serem respondidas são: Qual é o intervalo de flutuação na pressão de entrada? Qual é a pressão de saída necessária? Qual é a variação permitida na pressão de saída?

Requisitos de fluxo

Qual é a vazão máxima que a aplicação requer? Qual é a variação do caudal? Os requisitos de portabilidade também são uma consideração importante.

Tamanho &Peso

Em muitas aplicações de alta tecnologia o espaço é limitado e o peso é um fator. Alguns fabricantes são especializados em componentes em miniatura e devem ser consultados. A seleção do material, particularmente os componentes do corpo do regulador, terá impacto sobre o peso. Também considere cuidadosamente os tamanhos da porta (rosca), estilos de ajuste e opções de montagem, pois estes influenciarão o tamanho e peso.

Reguladores de pressão em operação

Um regulador de pressão é composto de três elementos funcionais

1. ) Um elemento redutor ou restritivo da pressão. Muitas vezes esta é uma válvula de gatilho com mola.
2. ) Um elemento de detecção. Tipicamente um diafragma ou pistão.
3. ) Um elemento de força de referência. Mais comumente uma mola.

Em funcionamento, a força de referência gerada pela mola abre a válvula. A abertura da válvula aplica pressão ao elemento sensor que, por sua vez, fecha a válvula até que ela esteja aberta o suficiente para manter a pressão de ajuste. O esquema simplificado “Esquema do Regulador de Pressão” ilustra esta disposição de equilíbrio de forças. (veja abaixo)

(1) Elemento Redutor de Pressão (válvula “poppet”)

Os reguladores empregam normalmente uma válvula “poppet” com mola como um elemento restritivo. O gatilho inclui uma vedação elastomérica ou, em alguns projetos de alta pressão, uma vedação termoplástica, que é configurada para fazer uma vedação na sede de uma válvula. Quando a força da mola afasta a vedação da sede da válvula, o fluido pode fluir da entrada do regulador para a saída. Quando a pressão de saída aumenta, a força gerada pelo elemento sensor resiste à força da mola e a válvula é fechada. Estas duas forças atingem um ponto de equilíbrio no ponto de regulação do regulador de pressão. Quando a pressão a jusante cai abaixo do set-point, a mola empurra o poppet para longe da sede da válvula e o fluido adicional é permitido fluir da entrada para a saída até que o equilíbrio da força seja restaurado.

(2) Elemento sensor (pistão ou diafragma)

Estudos estilo pistão são frequentemente utilizados quando são necessárias pressões de saída mais elevadas, quando a robustez é uma preocupação ou quando a pressão de saída não tem de ser mantida a uma tolerância apertada. Os projetos de pistão tendem a ser lentos, em comparação com os projetos de diafragma, devido ao atrito entre a vedação do pistão e o corpo do regulador.

Em aplicações de baixa pressão, ou quando é necessária alta precisão, o estilo de diafragma é preferido. Os reguladores de diafragma empregam um elemento em forma de disco fino que é usado para sentir as mudanças de pressão. Eles são normalmente feitos de um elastômero, entretanto, o metal fino enrolado é usado em aplicações especiais. Os diafragmas eliminam essencialmente o atrito inerente aos desenhos estilo pistão. Adicionalmente, para um determinado tamanho de regulador, é muitas vezes possível fornecer uma área de detecção maior com um desenho de diafragma do que seria possível se um desenho estilo pistão fosse empregado.

(3) O Elemento de Força de Referência (mola)

O elemento de força de referência é geralmente uma mola mecânica. Esta mola exerce uma força sobre o elemento sensor e age para abrir a válvula. A maioria dos reguladores são projetados com um ajuste que permite ao usuário ajustar o set-point da pressão de saída alterando a força exercida pela mola de referência.

A Precisão e Capacidade do Regulador

A precisão de um regulador de pressão é determinada pelo gráfico de pressão de saída versus vazão. O gráfico resultante mostra a queda na pressão de saída à medida que a vazão aumenta. Este fenômeno é conhecido como droop. A precisão do regulador de pressão é definida como a quantidade de estatismo que o dispositivo exibe em uma faixa de vazões; menos estatismo é igual a maior precisão. As curvas de pressão versus fluxo fornecidas no gráfico “Direct Acting Pressure Regulator Operating Map”, indicam a capacidade de regulação útil do regulador. Ao selecionar um regulador, os engenheiros devem examinar as curvas de pressão versus fluxo para garantir que o regulador possa atender os requisitos de desempenho necessários para a aplicação proposta.

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Droop Definição

O termo “estatismo” é usado para descrever a queda na pressão de saída, abaixo do set-point original, à medida que o fluxo aumenta. O estatismo também pode ser causado por alterações significativas na pressão de entrada (a partir do valor quando a saída do regulador foi ajustada). medida que a pressão de entrada sobe a partir do ajuste inicial, a pressão de saída cai. Por outro lado, à medida que a pressão de entrada cai, a pressão de saída sobe. Como visto no gráfico “Mapa Operacional do Regulador de Pressão de Ação Direta”, este efeito é importante para um usuário porque mostra a capacidade de regulação útil de um regulador.

Tamanho Fantástico

Aumento do orifício da válvula pode aumentar a capacidade de fluxo do regulador. Isto pode ser benéfico se o seu projeto puder acomodar um regulador maior, porém tenha cuidado para não especificar demais. Um regulador com uma válvula superdimensionada, para as condições da aplicação pretendida, resultará numa maior sensibilidade à flutuação das pressões de entrada, e pode causar uma queda excessiva.

Pressão de bloqueio

“Pressão de bloqueio” é a pressão acima do set-point que é necessária para desligar completamente a válvula do regulador e assegurar que não há fluxo.

Histerese

Histerese pode ocorrer em sistemas mecânicos, tais como reguladores de pressão, devido a forças de fricção causadas por molas e vedações. Dê uma olhada no gráfico e você notará, para um determinado caudal, que a pressão de saída será maior com um caudal decrescente do que com um caudal crescente.

Regulador de estágio único

Reguladores de estágio único são uma excelente escolha para reduções relativamente pequenas na pressão. Por exemplo, os compressores de ar utilizados na maioria das fábricas geram pressões máximas na faixa de 100 a 150 psi. Esta pressão é canalizada através da fábrica, mas é frequentemente reduzida com um regulador de estágio único para diminuir as pressões (10 psi, 50 psi, 80 psi etc.) para operar máquinas automatizadas, bancadas de teste, máquinas ferramentas, equipamentos de teste de vazamento, atuadores lineares e outros dispositivos. Reguladores de pressão de estágio único normalmente não funcionam bem com grandes oscilações na pressão de entrada e/ou vazão.

Regulador de dois estágios (duplo estágio)

Um regulador de pressão de dois estágios é ideal para aplicações com grandes variações na vazão, flutuações significativas na pressão de entrada ou diminuição da pressão de entrada, como ocorre com gás fornecido de um pequeno tanque de armazenamento ou cilindro de gás.

Com a maioria dos reguladores de um único estágio, exceto aqueles que usam um projeto com compensação de pressão, uma grande queda na pressão de entrada causará um ligeiro aumento na pressão de saída. Isto acontece porque as forças que actuam sobre a válvula mudam, devido à grande queda de pressão, desde quando a pressão de saída foi inicialmente ajustada. Em um projeto de dois estágios, o segundo estágio não estará sujeito a essas grandes alterações na pressão de entrada, apenas à pequena alteração da pressão de saída do primeiro estágio. Esta disposição resulta em uma pressão de saída estável a partir do segundo estágio apesar das mudanças significativas na pressão fornecida ao primeiro estágio.

Regulador de três estágios

Um regulador de três estágios fornece uma pressão de saída estável semelhante a um regulador de dois estágios, mas com a capacidade adicional de lidar com uma pressão máxima de entrada significativamente maior. Por exemplo, o regulador de três estágios Beswick série PRD3HP é classificado para lidar com uma pressão de entrada de até 3.000 psi e fornecerá uma pressão de saída estável (na faixa de 0 a 30 psi), apesar das mudanças na pressão de alimentação. Um regulador de pressão pequeno e leve que pode manter uma baixa pressão de saída estável apesar de uma pressão de entrada que irá diminuir com o tempo a partir de uma pressão alta é um componente crítico em muitos projetos. Exemplos incluem instrumentos analíticos portáteis, células de combustível de hidrogênio, UAVs e dispositivos médicos alimentados por gás de alta pressão fornecido por um cartucho de gás ou um cilindro de armazenamento.

Agora que você escolheu o regulador que melhor se adapta à sua aplicação, é importante que o regulador seja instalado e ajustado adequadamente para garantir que ele funcione como pretendido.

Muitos fabricantes recomendam a instalação de um filtro a montante do regulador (alguns reguladores têm um filtro incorporado) para evitar que a sujidade e as partículas contaminem a sede da válvula. O funcionamento de um regulador sem filtro pode resultar num vazamento para a porta de saída se a sede da válvula estiver contaminada com sujeira ou material estranho. Os gases regulamentados devem estar livres de óleos, graxas e outros contaminantes que possam sujar ou danificar os componentes da válvula ou atacar as vedações do regulador. Muitos usuários desconhecem que os gases fornecidos em cilindros e pequenos cartuchos de gás podem conter vestígios de óleos do processo de fabricação. A presença de óleo no gás muitas vezes não é aparente para o usuário e, portanto, este tópico deve ser discutido com seu fornecedor de gás antes de selecionar os materiais de vedação para o seu regulador. Além disso, os gases devem estar livres de umidade excessiva. Em aplicações de alta vazão, o gelo do regulador pode ocorrer se houver umidade.

Se o regulador de pressão for usado com oxigênio, esteja ciente de que esse oxigênio requer conhecimento especializado para o projeto seguro do sistema. Lubrificantes compatíveis com oxigênio devem ser especificados e a limpeza extra, para remover traços de óleos de corte à base de petróleo, é tipicamente especificada. Certifique-se de informar ao seu fornecedor de regulador que planeja usar o regulador em uma aplicação de oxigênio.

Não conecte os reguladores a uma fonte de suprimento com uma pressão máxima maior do que a pressão nominal de entrada do regulador. Os reguladores de pressão não são destinados a serem usados como dispositivos de desligamento. Quando o regulador não estiver em uso, a pressão de alimentação deve ser desligada.

Instalação

STEP 1
Begin ligando a fonte de pressão à porta de entrada e a linha de pressão regulada à porta de saída. Se as portas não estiverem marcadas, verifique com o fabricante para evitar ligações incorrectas. Em alguns modelos, podem ocorrer danos nos componentes internos se a pressão de alimentação for erroneamente fornecida ao orifício de saída.

STEP 2
Antes de ligar a pressão de alimentação ao regulador, retroceda o manípulo de controlo de regulação para restringir o fluxo através do regulador. Ligue gradualmente a pressão de alimentação de modo a não “chocar” o regulador com uma repentina descarga de fluido pressurizado. NOTA: Evite rodar o parafuso de ajuste completamente para dentro do regulador porque, em alguns modelos de regulador, a pressão total de alimentação será fornecida à porta de saída.

STEP 3
Configure o regulador de pressão para a pressão de saída desejada. Se o regulador em não-alívio, será mais fácil ajustar a pressão de saída se o fluido estiver fluindo ao invés de “sem fluxo” (sem fluxo). Se a pressão de saída medida exceder a pressão de saída desejada, respire o fluido do lado a jusante do regulador e baixe a pressão de saída girando o botão de ajuste. Nunca purgue o fluido desapertando os acessórios, pois pode resultar em lesões.

Com um regulador de estilo de alívio, o excesso de pressão será automaticamente purgado para a atmosfera a partir do lado a jusante do regulador quando o botão é rodado para baixar o ajuste da saída. Por este motivo, não utilize reguladores de estilo de alívio com fluidos inflamáveis ou perigosos. Certifique-se que o excesso de fluido é ventilado com segurança e de acordo com todos os regulamentos locais, estaduais e federais.

STEP 4
Para obter a pressão de saída desejada, faça os ajustes finais, aumentando lentamente a pressão de abaixo do ponto de ajuste desejado. Para obter a pressão de saída desejada, faça os ajustes finais, aumentando lentamente a pressão de abaixo do ponto de ajuste desejado. Se você ultrapassar o set point enquanto ajusta o regulador de pressão, recue a pressão ajustada para um ponto abaixo do set point. Então, novamente, aumente gradualmente a pressão até o ponto de ajuste desejado.

STEP 5
Cicla a pressão de alimentação ligada e desligada várias vezes enquanto monitoriza a pressão de saída para confirmar que o regulador está a voltar consistentemente ao ponto de ajuste desejado. Além disso, a pressão de saída também deve ser ligada e desligada para assegurar que o regulador de pressão retorne ao ponto de ajuste desejado. Repita a seqüência de ajuste da pressão se a pressão de saída não retornar ao ajuste desejado.

Beswick Engineering é especializada em miniaturas de conexões líquidas e pneumáticas, desconexões rápidas, válvulas e reguladores. Temos uma equipe de Engenheiros de Aplicação degressiva pronta para ajudá-lo com as suas perguntas. Projetos personalizados estão disponíveis mediante solicitação. Envie a sua consulta na nossa página Contacte-nos ou clique no ícone Live Chat no canto inferior direito da sua tela.