Reguladores de presión

Reguladores de presión - Principios de diseño, tipos y aplicaciones

Un regulador de presión

Figura 1: Un regulador de presión

Un regulador de presión es un dispositivo que controla la presión de líquidos o gases reduciendo una presión de entrada elevada a una presión de salida inferior. Produce una presión de salida constante incluso cuando se producen fluctuaciones en la presión de entrada.

Los reguladores de presión, en diversas formas, son adecuados para muchas aplicaciones domésticas e industriales, como la regulación del propano en parrillas de gas, la regulación del oxígeno en equipos sanitarios, el suministro de aire comprimido en aplicaciones industriales y la regulación del combustible en motores de automoción y aplicaciones aeroespaciales. El principal aspecto común a todas estas aplicaciones es el control de la presión: de una mayor presión de entrada a una menor presión de salida. Este artículo examina con más detalle los tipos de reguladores de presión, sus aplicaciones y lo que hay que tener en cuenta a la hora de elegir entre ellos.

Índice de contenidos

Vea nuestra selección en línea de filtros, reguladores y lubricadores

Componentes del regulador de presión

Una presión regular típica consta de los siguientes elementos:

  • Un elemento sensor como un diafragma, un pistón o una membrana (Figura 2 etiquetada A).
  • Un elemento de carga que aplica la fuerza necesaria al elemento reductor, como un muelle, un actuador de pistón o un actuador de diafragma (Figura 2 etiquetada C).
  • Una entrada (Figura 2 etiquetada B) y una salida (Figura 2 etiquetada E).
  • Un elemento reductor de presión, como una válvula de asiento (figura 2 etiquetada E).
Representación esquemática de un regulador de presión monoetapa típico con membrana (A), entrada (B), maneta para el ajuste manual de la presión (C), salida (D) y válvula de asiento (E).

Figura 2: Representación esquemática de un regulador de presión monoetapa típico con membrana (A), entrada (B), maneta para el ajuste manual de la presión (C), salida (D) y válvula de asiento (E).

Elemento reductor de presión

Una válvula de asiento accionada por resorte es un elemento reductor de presión estándar en un regulador de presión. Las válvulas de asiento tienen juntas elastoméricas para aplicaciones normales y juntas termoplásticas para aplicaciones de alta presión. La junta sella la válvula contra cualquier fuga de gas o fluido. La fuerza del muelle controla la válvula de asiento abriéndola para que el fluido pase de la entrada a la salida. Al aumentar la presión de salida, la válvula de asiento se cierra debido a la fuerza del elemento sensor, que vence a la fuerza del muelle sobre el asiento.

Elemento de carga

El elemento de carga controla el elemento sensor que abre la válvula. La cantidad de fuerza del muelle es ajustable, lo que determina la cantidad de presión de salida obtenida.

El elemento sensor

Los pistones son adecuados para altas presiones, aplicaciones robustas y aplicaciones para las que se aceptan tolerancias más amplias en la presión de salida. Los pistones tienden a ser lentos debido a la fricción entre la junta del piñón y el cuerpo del regulador.

Para una mayor precisión, es adecuado un elemento sensor de tipo diafragma. Los diafragmas suelen tener menor fricción que los diseños de tipo pistón. También proporcionan una mayor área de detección para un tamaño de regulador dado. Están hechos de elastómero o de un material tipo disco fino sensible a los cambios de presión.

Tipos de reguladores de presión

Los reguladores de presión tienen las siguientes categorías:

  • Accionamiento directo o automático
  • Accionamiento por piloto

Reguladores de mando directo

Los reguladores de accionamiento directo (figura 2) son los más sencillos. Suelen funcionar a presiones de ajuste más bajas, inferiores a 0,07 bar (1 psi), y pueden tener mayor precisión. A presiones más altas, de hasta 35 bar (500 psi), pueden tener niveles de precisión del 10-20%.

Los reguladores de acción directa son autónomos: no necesitan una línea de detección externa en la salida para funcionar eficazmente. Constan de una válvula accionada por resorte que un conjunto de diafragma controla directamente. La energía o la presión del medio que fluye actúa para activar el diafragma. La creciente presión aguas abajo actúa sobre la membrana, que cierra el obturador de la válvula comprimiendo el muelle. Al disminuir la presión aguas abajo, la fuerza del muelle se hace mayor que la fuerza del medio, actuando sobre la membrana y abriendo la válvula.

Reguladores pilotados

Los reguladores pilotados proporcionan un control preciso de la presión para condiciones asociadas con el gas de botellas o pequeños tanques de almacenamiento, como:

  • variación significativa de los caudales
  • fluctuaciones de la presión de entrada
  • condiciones de presión de entrada decreciente

Este tipo de regulador suele ser un dispositivo de una o dos etapas. Un regulador de una etapa es ideal para una reducción relativamente pequeña de la presión. No es adecuado para sistemas con grandes fluctuaciones en la presión de entrada o los caudales.

Un regulador de doble etapa (figura 3) es el regulador pilotado más común. La primera etapa consiste en un piloto accionado por resorte que controla la presión en el diafragma de la válvula reguladora principal. Al aumentar la presión, el muelle se comprime y la válvula piloto se abre, creando un diferencial de presión entre el lado de entrada de la válvula reguladora principal y la válvula de salida. Este diferencial de presión acciona la válvula de funcionamiento principal, y el flujo se produce a una presión reducida a través de la válvula de salida. Mientras la presión del fluido en el piloto accionado por muelle sea baja, no hay caudal aguas abajo.

Los reguladores pilotados de doble etapa regulan con precisión una amplia gama de presiones y capacidades. Estos reguladores sólo son aplicables con fluidos o gases limpios, ya que los pequeños conductos y puertos pueden obstruirse. Esta disposición da lugar a una presión de salida estable y sostenida de la segunda etapa a pesar de las caídas de presión en la primera etapa.

Representación esquemática de un regulador de presión de dos etapas con membranas (A), entrada (B), una válvula de presión ajustada en fábrica (C), una manivela para el ajuste manual de la presión (D), salida (E) y válvulas de asiento (F).

Figura 3: Representación esquemática de un regulador de presión de dos etapas con membranas (A), entrada (B), una válvula de presión ajustada en fábrica (C), una manivela para el ajuste manual de la presión (D), salida (E) y válvulas de asiento (F).

Aplicaciones de los reguladores de presión

Además de reducir la presión de entrada, un regulador de presión puede desempeñar otras funciones:

Reguladores de contrapresión y válvulas de alivio de presión

Una válvula limitadora de presión limita la presión del sistema a un máximo prescrito. Desvía una parte o toda la cantidad de líquido o gas de la bomba al depósito cuando la presión alcanza la presión establecida. Un regulador de contrapresión mantiene una presión de entrada deseada mediante la variación del caudal de líquido o gas en respuesta a un cambio en la presión de entrada.

Válvulas de conmutación de presión

Las válvulas de conmutación de presión son para sistemas lógicos neumáticos. Estas válvulas son de 2/2 vías o de 3/2 vías.

Regulador de aire

Los reguladores de aire, o reguladores de compresor de aire, se conectan a un compresor de aire para regular el ajuste de presión. El regulador de aire no puede aumentar la presión del depósito de aire; sólo puede reducir la presión o devolverla al ajuste de presión del depósito. Por lo tanto, un regulador de aire permite que un compresor de aire admita varias herramientas neumáticas con diferentes requisitos de presión. Lo único que se necesita es que la salida de presión del depósito de aire pueda soportar la herramienta neumática con mayor necesidad de presión.

Regulador de aire de baja presión

Los reguladores de aire de baja presión son adecuados para sistemas de baja presión. Estos reguladores de aire utilizan diafragmas relativamente grandes. El gran diafragma aumenta la superficie de contacto del aire de entrada, lo que permite que los medios de baja presión abran el diafragma. Además, el gran diafragma admite sistemas que requieren grandes caudales.

Regulador de vacío

Los reguladores de vacío controlan el vacío. Mantiene un vacío constante a la entrada del regulador con un vacío mayor a la salida.

Otras aplicaciones

Los reguladores de presión también tienen las siguientes aplicaciones:

  • Hogar/Doméstico: Parrillas de gas, hornos de gas, ollas a presión, recipientes a presión y hornos de calefacción doméstica
  • Aire comprimido: Talleres industriales y comerciales para limpieza, accionamiento de herramientas neumáticas e inflado de neumáticos.
  • Aeroespacial: Motores de control de la presión de propulsión y conductos de combustible
  • Soldadura y corte: Suministrar gas a las presiones necesarias desde los cilindros de almacenamiento para la soldadura oxiacetilénica. Lea nuestro artículo sobre reguladores de soldadura para obtener más información.
  • Vehículos de gas: Suministrar gas a presión al motor
aeroespacialsoldaduraquemador de gas domésticoregulación del oxígeno con fines médicos

Figura 4: Ejemplos de aplicaciones de los reguladores de presión: aeroespacial, soldadura, quemadores de gas domésticos y regulación de oxígeno para fines médicos.

Criterios de selección de los reguladores de presión

Los reguladores de presión están disponibles en varios tamaños y construcciones. A continuación se ofrece una lista de consideraciones a tener en cuenta a la hora de elegir el regulador de presión adecuado para una aplicación:

  • Rango de presión de funcionamiento
  • Capacidad o caudal necesario
  • Naturaleza del medio (fluido o gas) transmitido
  • Rango de temperatura de funcionamiento
  • Requisitos de material
  • Precisión requerida

Rango de presión de funcionamiento

Los requisitos de una aplicación en cuanto a presiones de entrada y salida determinan el tipo de regulador que debe utilizarse:

  • El rango de presión de entrada que un regulador puede manejar con seguridad.
  • Los valores requeridos de la presión de salida.
  • La precisión requerida de la presión de salida.

Requisitos de capacidad o flujo

Evalúe los siguientes criterios:

  • El caudal máximo necesario.
  • La variación prevista del caudal.
  • Selección correcta del tamaño de la tubería.

Naturaleza del medio (líquido o gas)

Hay que tener cuidado con el tipo de medio del regulador:

  • Liquid/Gas
  • Composición química
  • Inflamabilidad/Naturaleza explosiva
  • Carácter peligroso/tóxico
  • Propiedades corrosivas

Rango de temperatura de funcionamiento

Los materiales de los reguladores de presión deben ser tales que puedan desempeñar eficazmente su función en un determinado intervalo de temperaturas de funcionamiento sin perder sus propiedades materiales. A continuación se indican los elastómeros para la estanqueidad de los reguladores:

  • Nitrilo (NBR) o neopreno (-40 °C a 82 °C)
  • Etileno propileno (EPDM) o perfluoroelastómero (FKM) para temperaturas más elevadas

Requisitos de material

Dependiendo del medio y de las condiciones de funcionamiento, existen diversos materiales para los componentes de los reguladores, como por ejemplo

  • Latón Común y económico
  • De plástico: Rentable y desechable
  • Aluminio: Consideraciones sobre el peso
  • Acero inoxidable: Entornos corrosivos, elevados requisitos de limpieza y altas temperaturas de funcionamiento.

La junta del regulador de presión debe ser compatible con la temperatura de funcionamiento y el medio. El tamaño y el peso del regulador de presión son consideraciones importantes. Hay que tener en cuenta el material, el tamaño del orificio necesario, los requisitos de ajuste y el tipo de montaje para seleccionar el tipo adecuado.

Precisión requerida

El valor de "droop" de un regulador de presión indica su precisión. La caída es la reducción de la presión de salida con un aumento del caudal de fluido. Para requisitos de precisión menores, puede ser aceptable una cantidad relativamente mayor de estatismo. Los reguladores de presión con mayor estatismo suelen ser más rentables. Para una mayor precisión, el tipo de construcción, el tamaño optimizado de la válvula y el diseño de varias etapas pueden reducir la cantidad de caída.

Preguntas frecuentes

¿Qué hace un regulador de presión?

Un regulador de presión acepta una presión de entrada y la reduce a una presión de salida constante. Es ajustable para una amplia gama de presiones superiores o iguales a la presión de salida.

¿Cuándo es necesario un regulador de presión?

Un regulador de presión es necesario siempre que la presión de la fuente sea superior a la presión máxima requerida. Por ejemplo, la presión procedente de un compresor de aire que va a una pistola de pintura.

¿Dónde se encuentra un regulador de presión?

Los reguladores están antes de los equipos sensibles. Un regulador de presión de agua se encuentra en el punto en el que la tubería principal de agua entra en las cañerías de una vivienda. Antes de la descarga del compresor hay un regulador de aire.

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