Regolatore di pressione
Un regolatore di pressione è una valvola che controlla la pressione di un fluido a un valore desiderato, utilizzando un feedback negativo dalla pressione controllata. I regolatori sono utilizzati per gas e liquidi e possono essere un dispositivo integrale con un'impostazione della pressione, un limitatore e un sensore, tutti in un unico corpo, oppure possono essere costituiti da un sensore di pressione, un regolatore e una valvola di flusso separati.
Ne esistono di due tipi: il regolatore di riduzione della pressione e il regolatore di contropressione.
Un regolatore di riduzione della pressione è una valvola di controllo che riduce la pressione di ingresso di un fluido a un valore desiderato in uscita. È una valvola normalmente aperta e viene installata a monte di apparecchiature sensibili alla pressione.
Un regolatore di contropressione, valvola di contropressione, valvola di mantenimento della pressione o regolatore di mantenimento della pressione è una valvola di controllo che mantiene la pressione impostata sul suo lato di ingresso aprendosi per consentire il flusso quando la pressione di ingresso supera il valore impostato. Si differenzia da una valvola di sicurezza per sovrapressione in quanto la valvola di sovrapressione è destinata ad aprirsi solo quando la pressione contenuta è eccessiva e non è tenuta a mantenere costante la pressione a monte. Si differenziano dai regolatori di riduzione della pressione in quanto il regolatore di riduzione della pressione controlla la pressione a valle ed è insensibile alla pressione a monte.[2] È una valvola normalmente chiusa che può essere installata in parallelo con apparecchiature sensibili o dopo le apparecchiature sensibili per fornire un'ostruzione al flusso e quindi mantenere la pressione a monte.
Entrambi i tipi di regolatore utilizzano il feedback della pressione regolata come input al meccanismo di controllo e sono comunemente azionati da un diaframma o pistone caricato a molla che reagisce alle variazioni della pressione di feedback per controllare l'apertura della valvola e in entrambi i casi la valvola deve essere aperta solo quanto basta per mantenere la pressione regolata impostata. Il meccanismo effettivo può essere molto simile sotto tutti gli aspetti, eccetto per il posizionamento del rubinetto di pressione di feedback. Come in altri meccanismi di controllo del feedback, il livello di smorzamento è importante per ottenere un equilibrio tra una risposta rapida a una variazione della pressione misurata e la stabilità dell'output. Uno smorzamento insufficiente può portare a oscillazioni di pendolamento della pressione controllata, mentre un attrito eccessivo delle parti mobili può causare isteresi.
Riduttore di pressione
La funzione primaria di un regolatore di riduzione della pressione è quella di adattare il flusso di gas attraverso il regolatore alla domanda di fluido immesso su di esso, mantenendo al contempo una pressione di uscita sufficientemente costante. Se il flusso di carico diminuisce, allora anche il flusso del regolatore deve diminuire. Se il flusso di carico aumenta, allora il flusso del regolatore deve aumentare per evitare che la pressione controllata diminuisca a causa di una carenza di fluido nel sistema di pressione. È auspicabile che la pressione controllata non vari notevolmente dal punto di regolazione per un'ampia gamma di portate, ma è anche auspicabile che il flusso attraverso il regolatore sia stabile e che la pressione regolata non sia soggetta a oscillazioni eccessive.
Un regolatore di pressione comprende un elemento di restrizione, un elemento di caricamento e un elemento di misurazione:
L'elemento di restrizione è una valvola che può fornire una restrizione variabile al flusso, come una valvola a globo, una valvola a farfalla, una valvola a fungo, ecc.
L'elemento di carico è una parte che può applicare la forza necessaria all'elemento di restrizione. Questo carico può essere fornito da un peso, una molla, un attuatore a pistone o l'attuatore a diaframma in combinazione con una molla.
L'elemento di misura serve a determinare quando il flusso in ingresso è uguale al flusso in uscita. Il diaframma stesso è spesso utilizzato come elemento di misura; può fungere da elemento combinato.
Nel regolatore monostadio raffigurato, un bilanciamento di forza viene utilizzato sul diaframma per controllare una valvola a fungo al fine di regolare la pressione. In assenza di pressione di ingresso, la molla sopra il diaframma lo spinge verso il basso sulla valvola a fungo, mantenendola aperta. Una volta introdotta la pressione di ingresso, il fungo aperto consente il flusso al diaframma e la pressione nella camera superiore aumenta, finché il diaframma non viene spinto verso l'alto contro la molla, facendo sì che il fungo riduca il flusso, arrestando infine un ulteriore aumento di pressione. Regolando la vite superiore, la pressione verso il basso sul diaframma può essere aumentata, richiedendo più pressione nella camera superiore per mantenere l'equilibrio. In questo modo, la pressione di uscita del regolatore viene controllata.
Regolatore di pressione monostadio
Il gas ad alta pressione proveniente dall'alimentazione entra nel regolatore attraverso la porta di ingresso. Il manometro di ingresso indicherà questa pressione. Il gas passa quindi attraverso l'orifizio della valvola di controllo della pressione normalmente aperto e la pressione a valle aumenta finché il diaframma di azionamento della valvola non viene deviato a sufficienza da chiudere la valvola, impedendo a altro gas di entrare nel lato a bassa pressione finché la pressione non scende di nuovo. Il manometro di uscita indicherà questa pressione.
La pressione di uscita sul diaframma e la pressione di ingresso e la forza della molla a fungo sulla parte a monte della valvola mantengono il gruppo diaframma/a fungo in posizione chiusa contro la forza della molla di caricamento del diaframma. Se la pressione di alimentazione diminuisce, la forza di chiusura dovuta alla pressione di alimentazione viene ridotta e la pressione a valle aumenterà leggermente per compensare. Pertanto, se la pressione di alimentazione diminuisce, la pressione di uscita aumenterà, a condizione che la pressione di uscita rimanga al di sotto della pressione di alimentazione in calo. Questa è la causa dello scarico a fine serbatoio in cui l'alimentazione è fornita da un serbatoio di gas pressurizzato.[citazione necessaria] L'operatore può compensare questo effetto regolando il carico della molla ruotando la manopola per ripristinare la pressione di uscita al livello desiderato. Con un regolatore a stadio singolo, quando la pressione di alimentazione si abbassa, la pressione di ingresso inferiore fa salire la pressione di uscita. Se la compressione della molla di caricamento del diaframma non viene regolata per compensare, il fungo può rimanere aperto e consentire al serbatoio di scaricare rapidamente il contenuto rimanente.
Regolatore di pressione a due stadi
I regolatori a due stadi sono due regolatori in serie nello stesso alloggiamento che operano per ridurre progressivamente la pressione in due fasi anziché in una. Il primo stadio, che è preimpostato, riduce la pressione del gas di alimentazione a uno stadio intermedio; il gas a quella pressione passa nel secondo stadio. Il gas esce dal secondo stadio a una pressione (pressione di esercizio) impostata dall'utente regolando la manopola di controllo della pressione sulla molla di caricamento del diaframma. I regolatori a due stadi possono avere due valvole di sicurezza, in modo che se c'è una pressione in eccesso tra gli stadi a causa di una perdita nella sede della valvola del primo stadio, la pressione crescente non sovraccaricherà la struttura e causerà un'esplosione.
Un regolatore monostadio non bilanciato potrebbe richiedere una regolazione frequente. Quando la pressione di alimentazione diminuisce, la pressione di uscita potrebbe cambiare, rendendo necessaria una regolazione. Nel regolatore a due stadi, c'è una compensazione migliorata per qualsiasi calo della pressione di alimentazione.
Applicazioni del regolatore di pressione
Compressori d'aria
I compressori d'aria sono utilizzati in ambienti industriali, commerciali e di officine domestiche per svolgere una serie di lavori, tra cui soffiare via le cose; far funzionare utensili ad aria compressa; e gonfiare oggetti come pneumatici, palloni, ecc. I regolatori sono spesso utilizzati per regolare la pressione in uscita da un serbatoio d'aria in modo che corrisponda a quella necessaria per l'attività. Spesso, quando un grande compressore viene utilizzato per fornire aria compressa per più usi (spesso definita "aria da officina" se costruita come installazione permanente di tubi in tutto un edificio), vengono utilizzati regolatori aggiuntivi per garantire che ogni singolo utensile o funzione riceva la pressione di cui ha bisogno. Ciò è importante perché alcuni utensili ad aria compressa, o usi per l'aria compressa, richiedono pressioni che possono danneggiare altri utensili o materiali.
aereo
I regolatori di pressione si trovano nella pressurizzazione della cabina dell'aereo, nel controllo della pressione della guarnizione della calotta, negli impianti di acqua potabile e nella pressurizzazione delle guide d'onda.
Aeronautico
I regolatori di pressione aerospaziali trovano applicazione nel controllo della pressione di propulsione per sistemi di controllo della reazione (RCS) e sistemi di controllo dell'assetto (ACS), in cui sono presenti forti vibrazioni, temperature estreme e fluidi corrosivi.
Saldatura e taglio
I processi di saldatura e taglio ossicombustibile richiedono gas a pressioni specifiche e i regolatori saranno generalmente utilizzati per ridurre le alte pressioni delle bombole di stoccaggio a quelle utilizzabili per il taglio e la saldatura. I regolatori di ossigeno e gas combustibile hanno solitamente due stadi: il primo stadio del regolatore rilascia il gas a una pressione costante dalla bombola nonostante la pressione nella bombola diminuisca man mano che il gas viene rilasciato. Il secondo stadio del regolatore controlla la riduzione della pressione dalla pressione intermedia alla bassa pressione. La portata finale può essere regolata sulla torcia. Il gruppo regolatore ha solitamente due manometri, uno che indica la pressione della bombola, l'altro che indica la pressione di mandata. Anche la saldatura ad arco con gas inerte utilizza gas immagazzinato ad alta pressione fornito tramite un regolatore. Potrebbe esserci un misuratore di portata calibrato per il gas specifico.
Gas propano/GPL
Tutte le applicazioni di gas propano e GPL richiedono l'uso di un regolatore. Poiché le pressioni nei serbatoi di propano possono variare notevolmente con la temperatura, devono essere presenti dei regolatori per fornire una pressione costante agli apparecchi a valle. Questi regolatori normalmente compensano le pressioni dei serbatoi tra 30 e 200 libbre per pollice quadrato (2.1-13.8 bar) e in genere forniscono 11 pollici di colonna d'acqua, 0.4 libbre per pollice quadrato (28 mbar) per applicazioni residenziali e 35 pollici di colonna d'acqua, 1.3 libbre per pollice quadrato (90 mbar) per applicazioni industriali. I regolatori di propano differiscono per dimensioni e forma, pressione di erogazione e regolabilità, ma sono uniformi nel loro scopo di fornire una pressione di uscita costante per i requisiti a valle. Le impostazioni internazionali comuni per i regolatori di gas GPL domestici sono 28 mbar per il butano e 37 mbar per il propano.
Veicoli a gas
Tutti i motori dei veicoli che funzionano con gas compresso come carburante (motori a combustione interna o gruppi propulsori elettrici a celle a combustibile) necessitano di un regolatore di pressione per ridurre la pressione del gas immagazzinato (CNG o idrogeno) da 700, 500, 350 o 200 bar (o 70, 50, 35 e 20 MPa) alla pressione di esercizio.