Configuración del regulador de contrapresión:consejos para ingenieros de sistemas de muestreo

Configuración del regulador de contrapresión:consejos para ingenieros de sistemas de muestreo

Jon Kestner, director de productos

Los reguladores de contrapresión juegan un papel importante en el mantenimiento de la presión aguas arriba y en la protección de equipos sensibles en los sistemas de muestreo utilizados en muchas instalaciones industriales. Sin embargo, para hacer un uso adecuado de un regulador de contrapresión, los ingenieros del sistema de muestreo deben tener cuidado con algunos errores comunes en el diseño del sistema de muestreo. Estos incluyen:

• Pasando por alto la importancia de un dispositivo de restricción de flujo aguas arriba
• Permitir demasiado flujo a través del analizador
• Colocar un regulador reductor de presión en serie con un regulador de contrapresión sin resistencia de flujo entre los dos dispositivos

En esta publicación de blog, discutiremos las mejores prácticas para diseñar y construir un sistema de muestreo usando un regulador de contrapresión y cómo evitar estos errores comunes de diseño.

Configuración de un regulador de contrapresión

A diferencia de los reguladores reductores de presión, un regulador de contrapresión controla la presión de entrada (presión aguas arriba) y generalmente se instala al final de una línea. Por otro lado, un regulador reductor de presión controla la presión de salida (presión aguas abajo) y generalmente se instala al comienzo de una línea. Ambos tipos de reguladores funcionan para equilibrar las fuerzas resultantes de la presión del sistema con la fuerza de carga en el resorte creada al establecer la presión establecida.

Si este equilibrio se altera debido al aumento o disminución de la presión externa, la válvula o el asiento del regulador se acercarán o alejarán del asiento. Dependiendo de la naturaleza del movimiento de la válvula, esto permitirá que el flujo se mueva a través del orificio del regulador con mayor o menor facilidad hasta que el regulador restablezca el equilibrio.

La Figura 1 muestra una configuración típica de un regulador de contrapresión para un sistema de muestreo analítico. Cuando hay un flujo que no está siendo utilizado por el analizador (ver A en la figura 1), el trabajo del regulador es desviar ese flujo hacia una derivación. A medida que cambia la presión de la fuente, el regulador también cambia la cantidad de flujo desviado para garantizar que se mantenga una presión constante en la entrada del regulador y, por lo tanto, llegue un flujo constante al analizador.

Un regulador de contrapresión requiere alguna restricción de flujo (típicamente una válvula de aguja) aguas arriba para ayudar a controlar la presión de entrada (ver R1 en la figura 1). Si no hay restricción entre el regulador de contrapresión y el sistema (incluso una tubería larga podría tener una caída de presión mínima dentro de los sistemas de gas), el regulador de contrapresión se abrirá completamente en un intento de mover suficiente gas para dejar caer la corriente arriba. presión. Esto no será efectivo. Sin embargo, con una restricción, el aumento de la tasa de flujo dará como resultado una mayor caída de presión por encima de esa restricción, lo que ayudará a reducir la presión aguas abajo.

Un error que suelen cometer los diseñadores de sistemas de muestreo es omitir los restrictores de flujo, pensando que el regulador de contrapresión puede controlar directamente la presión aguas arriba. Pero sin el restrictor, cuando cambia el flujo del sistema, habría poco o ningún cambio en la presión. El regulador continuaría desperdiciando fluido de proceso en un intento por aumentar el flujo, ya que la presión de entrada que está tratando de controlar no mostraría ningún cambio. Esto puede resultar en que el regulador esté completamente abierto.

Permitir una gran cantidad de flujo a través del restrictor del analizador (ver R2 en la figura 1) es otro error de diseño porque puede hacer que la presión de entrada del regulador caiga por debajo de su presión establecida. Esto puede resultar en que el regulador se cierre por completo, restringiendo el flujo de ventilación. Para un mejor control, el restrictor de flujo aguas arriba (R1) debe dimensionarse para permitir que pase algo de flujo a través del regulador, incluso con el caudal máximo del analizador.

Para configurar un sistema funcional como el que se muestra en la figura 1, los diseñadores del sistema deben comenzar cerrando R2, ajustando R1 para permitir el flujo de derivación suficiente para el tiempo de respuesta de análisis deseado y luego ajustando R2 para el flujo de analizador deseado. El flujo de derivación debería caer automáticamente en la misma cantidad. Si es necesario, abra lentamente R1 hasta que el flujo de derivación sea al menos tan rápido como el flujo de ventilación del analizador. Esto permitirá que el regulador controle su presión de entrada cuando cambie la presión de la fuente. Si espera que la presión de la fuente cambie ampliamente, ajuste R1 para generar una pequeña cantidad de flujo de desvío a la presión de fuente más baja anticipada.

Con la presión controlada por el regulador de contrapresión en combinación con los restrictores de flujo R1 y R2, podemos controlar el flujo hacia el analizador y hacia la línea de ventilación.

Dado que estos tres componentes controlan el flujo al analizador y el flujo de derivación, no se necesita una válvula de aguja u otro dispositivo restrictivo en la línea de ventilación de derivación. Sin embargo, un medidor de flujo de derivación sin válvula de aguja es útil para confirmar que el regulador está pasando algo de flujo y está controlando su presión de entrada.

Uso de reguladores reductores de presión y de contrapresión en serie

Como se muestra en la figura 2, otro error de diseño ocurre cuando se coloca un regulador de contrapresión inmediatamente después de un regulador reductor de presión. Dado que dos reguladores no pueden controlar la misma presión, uno de ellos debe perder.

Para demostrar esta pérdida, considere dos situaciones. Primero, si el punto de ajuste del regulador de contrapresión es más alto que la presión que ingresa desde el regulador de aguas arriba, permanecerá cerrado ya que no hay suficiente fuerza para levantar la válvula de contrapresión del asiento y permitir el flujo a través del regulador. regulador de contrapresión. En este escenario, no habrá flujo de derivación, ya que el regulador de contrapresión permanecerá cerrado.

En la segunda situación, el punto de ajuste del regulador de contrapresión es más bajo. Dado que ahora aumenta el flujo, la presión de suministro del regulador reductor de presión disminuirá a la velocidad de la curva de caída del regulador aguas arriba. El caudal aumenta drásticamente, empujando el regulador de contrapresión hacia arriba en su curva de acumulación y aumentando su presión de entrada.

El resultado de este aumento depende de la configuración de los dos reguladores:

• Si las dos configuraciones están cerca, la tasa de flujo aumentará hasta que la presión de caída del primer regulador coincida con la presión de acumulación en el segundo. Pero esto da como resultado una tasa de flujo muy alta.
• Si las dos configuraciones están más separadas, la tasa de flujo aumentará hasta que el regulador ya no esté en control. Un regulador controlará la presión y el otro se convertirá en un limitador de flujo.

La tasa de flujo de desvío depende de la diferencia entre los dos puntos de ajuste. Aumenta hasta que los reguladores “declaran una tregua”. Cuando cambia la presión aguas arriba o varía el flujo hacia el analizador, los dos reguladores intentan mantener una presión intermedia entre sus puntos de ajuste, pero con resultados inciertos. Esto se ilustra en la figura 3.

Esto no significa que los dos reguladores no puedan funcionar en serie, pero la única manera de que esto ocurra con éxito es tener un limitador de flujo entre ellos. La figura 4 muestra este escenario en el que, con los ajustes correctos, ambos reguladores funcionan como deberían y la presión es constante en cada extremo de los dos restrictores. La consistencia de esta presión permite que el flujo sea estable y protege al analizador de variaciones en la fuente y la presión de ventilación.

Un sistema que funcione correctamente

Para garantizar el correcto funcionamiento de un regulador de contrapresión, el sistema de muestreo debe diseñarse cuidadosamente para asegurarse de que el regulador esté haciendo su trabajo de controlar la presión. Una presión demasiado alta o demasiado baja puede causar daños o retrasos en el sistema.

Si tiene preguntas sobre cómo configurar los reguladores en sus sistemas de muestreo, podemos ayudarlo. Los ingenieros de campo de Swagelok pueden visitar sus instalaciones para evaluar su sistema de muestreo, asesorar sobre el diseño o solucionar problemas. Alternativamente, puede aprender todo sobre el diseño y el uso del sistema de muestreo a través de nuestros cursos de capacitación Sistema de muestreo del analizador de procesos (PASS) o Solución de problemas y mantenimiento del sistema de muestreo (SSM).