Como achatar uma curva de fluxo do regulador para reduzir a queda

Como achatar uma curva de fluxo do regulador para reduzir a queda

Jon Kestner

O controle de pressão consistente é essencial para a operação segura de sistemas de fluidos industriais. A manutenção de uma pressão a jusante confiável com um regulador pode ajudar a minimizar as mudanças na taxa de fluxo, especialmente em um sistema de alto fluxo. No entanto, para manter o controle de pressão e minimizar a queda, os componentes externos podem ser adições necessárias ao seu sistema de fluido.

O que é Droop?

A queda é definida como uma diminuição na pressão de saída à medida que o fluxo a jusante aumenta. O gráfico mostrado acima (Figura 1) é um exemplo de curva de fluxo. Uma curva de fluxo é uma ferramenta útil usada para estabelecer a faixa de pressões de saída que um regulador manterá com base em várias taxas de fluxo do sistema. As curvas de vazão são criadas através de testes de produtos e representam o desempenho real de um regulador para um determinado conjunto de parâmetros do sistema.

O eixo vertical exibe a pressão de saída com o eixo horizontal mostrando a vazão a jusante. A parte mais plana ou mais horizontal da curva indica onde um regulador preservará a pressão consistente - mesmo com mudanças substanciais no fluxo. A extremidade direita da curva indica onde o regulador estará totalmente aberto e incapaz de preservar uma pressão consistente. Dentro desta área - entre onde a pressão começa a diminuir rapidamente para onde se aproxima de zero - o gatilho está atingindo o limite de seu curso, resultando em uma perda de controle. Neste ponto, o regulador está agindo menos como um dispositivo de controle de pressão e mais como um orifício de restrição.

Embora todo regulador de redução de pressão exiba alguma queda, você pode tomar medidas para minimizar esse fenômeno. Curvas de fluxo mais planas podem ser alcançadas escolhendo a configuração correta do regulador para o seu sistema. Quatro opções diferentes para reduzir a queda são explicadas abaixo.

Opção A:um regulador simples com mola

O tipo mais comum de regulador de redução de pressão é um regulador de mola. Neste projeto, uma mola aplica força em um elemento sensor – um diafragma ou um pistão – que move o gatilho para mais perto ou mais longe do orifício, controlando a pressão a jusante. Usaremos o regulador de mola como nossa linha de base.

Um regulador de redução de pressão com mola oferece desempenho aceitável para aplicações gerais quando se trata de reduzir a inclinação. Nesta configuração, à medida que a demanda de fluxo do sistema aumenta, o gatilho do regulador se afasta do assento para permitir fluxo adicional que, por sua vez, permite que a mola de carregamento relaxe, diminuindo a força de carregamento e o ponto de ajuste do regulador. À medida que as demandas de fluxo mudam, a quantidade de queda depende da taxa da mola de carregamento e, em alguns casos, pode exigir ajustes manuais frequentes de volta à pressão de ajuste desejada se for necessário um alto grau de precisão.

Uma opção mais eficaz para melhorar as curvas de droop e achatar o fluxo é um regulador de redução de pressão carregado em domo. A força de carregamento dentro deste tipo de regulador não é controlada por uma mola, mas por gás pressurizado alojado em uma câmara de cúpula. O gás flexiona um diafragma, que afasta o gatilho do orifício e controla a pressão a jusante. As opções restantes abaixo explorarão como os reguladores carregados de domo, quando acoplados a vários componentes e modificações de projeto, podem oferecer desempenho aprimorado minimizando a queda.

Opção B:Regulador Carregado em Domo com Regulador Piloto

A opção B acopla um regulador de redução de pressão carregado em domo com um regulador piloto. Nesta configuração, o regulador carregado com domo responde às mudanças de pressão mantendo uma pressão constante na câmara do domo. O regulador piloto é usado para controlar o fornecimento de gás para a câmara de cúpula do regulador carregado de cúpula. Conforme mostrado acima na Figura 2, qualquer excesso de pressão na cúpula é aliviado através de um circuito de saída.

À medida que a demanda de fluxo do sistema aumenta, o gatilho se afasta do assento para permitir o fluxo adicional. No entanto, ao contrário de um regulador com mola, não há mola de carga que possa relaxar. Em vez disso, o diafragma flexiona para baixo, expandindo a câmara do domo, diminuindo ligeiramente a pressão do domo. O regulador piloto detecta a queda na pressão da cúpula e responde abrindo para permitir a entrada de gás adicional na cúpula e mantendo a pressão de ajuste pretendida. Se a demanda de fluxo do sistema a jusante diminuir, o gatilho se aproximará do assento, empurrando o diafragma para cima na cúpula e aumentando ligeiramente a pressão na cúpula. Este excesso de pressão é liberado para o lado a jusante do regulador através do circuito de saída de controle dinâmico.

Figura 2:A configuração da Opção B apresenta um regulador carregado em domo com um regulador piloto e um circuito de saída de controle dinâmico para controlar a pressão do domo.

Se nos referirmos à Figura 1, essa configuração é representada como a curva de fluxo intitulada “Opção B”. Em comparação com a Opção A, a curva do regulador com mola de linha de base, o regulador carregado com domo e a configuração do regulador piloto oferecem um controle de pressão mais dinâmico. Embora ainda haja alguma queda, a curva de fluxo é mais plana - o que representa um regulador que pode manter com mais precisão uma pressão definida em uma ampla faixa de fluxos. Os reguladores padrão carregados de domo podem ser usados ​​em muitos sistemas sem se preocupar com quedas significativas de pressão de saída. No entanto, a queda pode ser ainda mais reduzida usando outras configurações explicadas abaixo.

Opção C:Linha de realimentação externa conectada a um regulador carregado em domo

Precisão adicional pode ser alcançada adicionando feedback externo a um regulador carregado de domo. O feedback externo é enviado ao regulador conectando um tubo da linha de processo a jusante de volta à área de detecção do regulador carregado com domo.

A linha de realimentação externa direciona a pressão de um ponto no sistema a jusante do regulador para a área de detecção do regulador. Isso permite que o regulador reaja às mudanças na pressão naquele ponto do sistema, em vez de apenas às mudanças na pressão dentro do regulador, como é o caso dos projetos de regulador com domo padrão.

Se nos referirmos à Figura 1, a Opção C é representada como a terceira curva de fluxo. A taxa de fluxo operacional se expande antes de atingir o ponto crítico de estrangulamento. Embora essa curva de fluxo seja mais plana do que as duas opções anteriores, ela ainda apresenta alguma queda.

Opção D:Linha de feedback externa conectada a um regulador piloto

Nossa opção final apresenta a melhor configuração para achatamento da curva de fluxo. Conforme mostrado acima na Figura 4, a linha de realimentação externa é conectada diretamente ao regulador piloto em vez do regulador carregado de domo. Isso permite que o regulador piloto faça ajustes altamente precisos na pressão na câmara do regulador carregado com domo com base na pressão real a jusante, permitindo que o regulador carregado com domo compense alterando sua pressão de saída.

À medida que as demandas de fluxo do sistema aumentam, a pressão mais baixa é direcionada de volta ao regulador piloto através da linha de feedback adicionada. O piloto reage a essa mudança na pressão aumentando a pressão no regulador carregado com domo, resultando na pressão de ajuste a jusante adequada. Nesta configuração, o circuito de feedback permite ajustes automáticos e contínuos para estabilizar o sistema para um desempenho otimizado. Isso é demonstrado na Figura 1 como a curva de fluxo final com uma leve queda e uma ampla faixa de fluxo.

Todos os reguladores apresentarão alguma queda. Dependendo do seu sistema, a queda pode ser aceitável. Mas quando é fundamental manter a pressão constante à medida que o fluxo muda, a configuração correta do regulador pode ajudar. Para obter mais informações sobre como selecionar a configuração correta do regulador de redução de pressão para seus sistemas de fluido, entre em contato com o centro de vendas e serviço local da Swagelok para uma avaliação especializada.