¿Cómo minimizar el droop en los reguladores de presión?

En sistemas de fluidos industriales, es importante controlar la presión de manera fiable. Usar reguladores de alta presión para que la presión aguas abajo sea adecuada, evitará variaciones en el caudal del sistema, especialmente si es muy alto. Sin embargo, se necesitan elementos externos en el sistema para que la presión se mantenga controlada y se reduzca un problema típico, conocido como droop.

Lo que deben saber acerca del droop

Se trata de una caída de la presión de salida, debido a incrementos en el caudal aguas abajo. Aquí entra un concepto muy importante: la curva de caudal. Este último se usa para definir el rango de presión de salida de los reguladores de presión (que son importantes para las industrias) con base en diferentes caudales del sistema. Se crea por medio de ensayos y es una representación del verdadero rendimiento de los reguladores conforme ciertos parámetros de sistema.

En la representación, el caudal aguas abajo es el eje horizontal y la presión de salida el eje vertical. El mantenimiento de las presiones constantes de los reguladores de alta presión, inclusive con variaciones del caudal, se indica en la parte más horizontal de la curva. La total apertura de los reguladores y su incapacidad de mantener constante la presión está indicada en la parte derecha de la curva.

En la zona desde donde hay una caída rápida de la presión hasta su proximidad al punto cero, el control se pierde y el obturador se encuentra muy cerca de su límite. Aquí, los reguladores de presión funcionarán más como un agujero restrictivo y menos como un controlador de la presión.

Si bien los reguladores presentan algo de droop, es posible minimizar el problema con algunas acciones. La adquisición de un regulador adecuado a los sistemas de alta presión hará que las curvas de caudal sean más planas. A continuación, mencionaremos algunas opciones para disminuir el droop.

Regulador de muelle

Se trata del regulador más común. Posee un muelle que ejerce fuerza sobre un pistón o diafragma para que el obturador se mueva y se acerque o aleje del orificio. De esta manera, se controla presión aguas abajo. Presenta excelente rendimiento en procesos generales y para disminuir el droop. En este caso, si incrementa la demanda de caudal, el obturador y el asiento se alejan para que haya mayor caudal, lo que reduce tanto el punto de ajuste como la fuerza de carga del dispositivo.

Al variar la demanda del caudal, el nivel del droop es dependiente de la relación de carga del muelle y, en ocasiones, se requieren constantes ajustes de la presión de consigna para la máxima precisión posible. La curva del caudal puede aplanarse para mejorar el droop con un regulador pilotado. Las siguientes opciones muestran cómo se reduce al combinarse reguladores pilotados con otros elementos y configuraciones.

Regulador reductor pilotado con regulador piloto

Se trata de una configuración las variaciones de presión accionan el regulador pilotado para que la presión se mantenga constante en la cámara de este. En el caso del regulador piloto, controla el gas suministrado a la cámara del dispositivo pilotado. Un lazo de salida alivia las presiones excesivas en la cámara.

La distancia entre el asiento y el obturador aumenta para aumentar el caudal al incrementar su demanda. A diferencia del tipo anterior, no se relaja la fuerza de carga del muelle, sino que hay una flexión hacia abajo del diafragma, que incrementa el volumen de la cámara de pilotaje y se reduce un poco la presión en esta. El descenso de la presión es notado por el regulador piloto y se abre para que entre más gas a la cámara y se mantenga la presión prevista.

El obturador y asiento se aproximan al bajar la demanda de caudal, lo que empuja el diafragma hacia la cámara e incrementa la presión de forma ligera, esta última se ventea aguas abajo del dispositivo mediante el lazo de salida.  El control de la presión de esta opción es más dinámico y, si bien hay algo de droop, la curva de caudal es plana, lo que significa que los reguladores de alta presión mantienen la presión de ajuste de forma precisa en un amplio rango de caudales.

Conexión de regulador pilotado y línea externa de retroalimentación

Esta opción brinda mejor compensación de las caídas de presión aguas abajo y una mayor precisión que el tipo anterior. El regulador recibe la retroalimentación externa al conectar un tubo que retorna desde la línea aguas abajo hasta la zona sensible del dispositivo pilotado.

La presión es dirigida por la línea de retroalimentación externa hasta la zona sensible del punto del sistema aguas abajo para que reaccione el regulador a las variaciones en la presión en dicho punto. Si bien la curva de caudal de esta opción es más plana que las otras alternativas, aún hay algo de droop.

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