Um regulador de pressão é geralmente um dispositivo independente de controle de pressão que usa a pressão do processo e uma mola interna, diafragma, pistão ou sistema piloto para manter a pressão a montante ou a jusante sem um controlador separado. Uma válvula de controle é normalmente o elemento de controle final em um circuito externo usando um transmissor, controlador, atuador e muitas vezes um posicionador. Escolha um regulador para uma tarefa de controle de pressão local definida quando a simplicidade e a independência de utilidades externas forem importantes. Escolha uma válvula de controle quando o processo exigir alterações remotas de ponto de ajuste, múltiplas variáveis de controle, integração mais ampla de automação, diagnóstico, ação de falha projetada ou controle coordenado da planta.
Um regulador de pressão e uma válvula de controle podem estrangular o fluido e alterar a pressão. Visto de fora, eles podem até parecer que realizam o mesmo trabalho. Isso causa uma questão comum de aquisição:
O projeto deve utilizar regulador de pressão ou válvula de controle?
A resposta correta depende menos do corpo da válvula e mais da arquitetura de controle. Um regulador geralmente detecta a pressão mecanicamente ou através de um piloto e se ajusta sem um controlador separado. Uma válvula de controle recebe um comando de um sistema de controle externo e pode responder à pressão, vazão, temperatura, nível ou outra variável medida.
Este guia compara válvula de controle vs regulador de pressão por princípio de operação, precisão, resposta de carga, utilidades, automação, ação contra falhas, manutenção e risco de aplicação.
A diferença em uma mesa
| Item de comparação | Regulador de pressão | Válvula de controle |
|---|---|---|
| Função primária | Mantém uma pressão definida a montante ou a jusante. | Modula o fluxo para controlar pressão, fluxo, temperatura, nível ou outra variável do processo. |
| Sinal de controle | Geralmente detecta a pressão do processo diretamente através de um diafragma, pistão, fole ou piloto. | Recebe comando externo pneumático, analógico, digital ou de comunicação. |
| Alimentação externa | Reguladores operados diretamente e por piloto geralmente funcionam sem energia elétrica ou de ar de instrumento separada. | Normalmente requer ar de instrumento, eletricidade, energia hidráulica ou outro utilitário de atuador. |
| Ajuste do ponto de ajuste | Muitas vezes ajuste mecânico local; o carregamento remoto é possível em designs selecionados. | Pode ser alterado remotamente através de PLC, DCS, controlador ou lógica supervisória. |
| Escopo de controle | Geralmente dedicado a uma função de controle de pressão. | Pode participar de estratégias de controle em cascata, proporção, override, split-range e multivariável. |
| Complexidade típica | Compacto e independente. | Inclui válvula, atuador, posicionador, transmissor, controlador e acessórios. |
| Principais preocupações de desempenho | Droop, travamento, efeito da pressão de alimentação, fluência, estabilidade do piloto e limites da curva de fluxo. | Dimensionamento, ganho instalado, banda morta, força do atuador, sintonia, cavitação, ruído e integridade do sinal. |
Como funciona um regulador de pressão
Um regulador de pressão equilibra as forças para mover um elemento interno da válvula. Dependendo do projeto, uma mola ou pressão de carga atua contra a pressão detectada por um diafragma, pistão ou fole.
O regulador abre ou fecha automaticamente conforme a demanda e a pressão mudam. Normalmente não espera que um controlador separado calcule um sinal de saída.
Regulador redutor de pressão
Um regulador redutor de pressão controla a pressão a jusante. Quando a demanda a jusante aumenta e a pressão começa a cair, o regulador abre ainda mais. Quando a demanda a jusante diminui e a pressão aumenta, o regulador move-se para a posição fechada.
Os usos típicos incluem:
- Distribuição de gás natural
- Sistemas de gás de instrumento
- Redução da pressão do vapor
- Controle de pressão de água e serviços públicos
- Sistemas de cilindros e analisadores de gás
- Controle de pressão de entrada do equipamento
Regulador de contrapressão
Um regulador de contrapressão controla a pressão a montante do regulador. Ele abre quando a pressão a montante sobe acima da condição definida e acelera para manter a pressão a montante necessária.
Isso é diferente de uma válvula de alívio de pressão. Um regulador de contrapressão é um dispositivo de controle de processo destinado ao controle de pressão contínuo ou modulante. Uma válvula de alívio ou segurança é um dispositivo de proteção selecionado para descarregar o excesso de pressão sob condições de sobrepressão definidas.
Para os fundamentos da proteção contra sobrepressão, revise o Guia de válvulas de alívio de pressão.
Regulador de operação direta
Um regulador de operação direta conecta o elemento sensor diretamente ao mecanismo interno da válvula. É comparativamente simples, compacto e econômico.
Sua adequação depende da variação de pressão aceitável em toda a faixa de vazão necessária. Grandes mudanças na demanda podem produzir uma resposta ou queda proporcional mais ampla do que o processo permite.
Regulador Operado por Piloto
Um regulador operado por piloto utiliza um sistema piloto menor para controlar a válvula principal. O piloto detecta a pressão e utiliza o fluido do processo ou a pressão de carga para posicionar a válvula principal.
Projetos operados por piloto podem fornecer maior capacidade, faixa proporcional mais estreita ou melhor controle de pressão em mudanças de demanda do que um regulador básico de operação direta. Eles ainda são normalmente considerados auto-operados quando a pressão do processo fornece a energia operacional e nenhuma instalação elétrica separada é necessária.
Como funciona uma válvula de controle
Uma válvula de controle normalmente é parte de um sistema completo de feedback ou comando.
Um circuito típico de controle de pressão inclui:
- Um transmissor de pressão mede a pressão do processo.
- Um controlador compara a medição com o ponto de ajuste necessário.
- O controlador envia um comando ao posicionador ou atuador da válvula.
- O atuador move o trim da válvula.
- O fluxo alterado modifica a pressão do processo.
A variável controlada não precisa ser pressão. O mesmo pacote de válvula pode ser selecionado para vazão, temperatura, nível, composição ou outro requisito do processo quando o sensor e a lógica de controle corretos são usados.
Um pacote completo de válvula de controle pode incluir:
- Corpo de válvula globo, angular, rotativa, borboleta ou excêntrica
- Atuador pneumático, elétrico ou hidráulico
- Posicionador digital ou eletropneumático
- Regulador de filtro de ar
- Válvula solenóide
- Interruptores de limite ou transmissor de posição
- Acessórios de reforço de volume ou controle de velocidade
- PLC, DCS ou interface de controlador independente
Para o caminho de decisão completo do corpo da válvula e do interno, use o Guia de seleção de válvula de controle.
Por que a pressão do regulador não é perfeitamente constante
Um ponto de ajuste do regulador não deve ser interpretado como uma pressão de saída perfeitamente fixa sob cada condição de vazão e entrada.
Queda
Droop é a mudança na pressão controlada conforme o fluxo muda. Em um regulador redutor de pressão, a pressão a jusante geralmente diminui à medida que a demanda de vazão aumenta.
A seleção do regulador deve, portanto, usar a curva de vazão do fabricante na pressão de entrada, pressão de saída, meio e faixa de vazão esperados. A região operacional útil é mais importante que um valor de pressão de ajuste de catálogo.
Bloqueio
Lockup é o aumento de pressão necessário para que o regulador passe de uma condição de fluxo para uma condição totalmente fechada. A pressão sem fluxo pode, portanto, ser maior que a pressão observada enquanto o fluido está fluindo.
Efeito de pressão de fornecimento
O efeito da pressão de alimentação descreve como uma mudança na pressão de entrada afeta a pressão de saída controlada. A direção e a magnitude dependem do projeto do regulador.
Elementos de válvula balanceados, sistemas piloto ou arranjos de múltiplos estágios podem reduzir o efeito, mas o comprador ainda deve confirmar o desempenho publicado pelo fabricante.
Rastejamento
Fluência é um aumento gradual na pressão a jusante após o regulador ter fechado. Pode indicar contaminação, danos na sede, montagem inadequada ou outro problema de vedação.
Não aprove um regulador de pressão apenas pela pressão de entrada, ponto de ajuste de saída e tamanho da conexão. Revise sua curva de vazão, queda, travamento, variação de pressão de entrada, propriedades do meio e vazão máxima necessária.
Quando um regulador de pressão geralmente é a melhor escolha
Um regulador de pressão pode ser a escolha mais prática quando as seguintes condições se aplicam.
O dever é local e baseado em pressão
O dispositivo só precisa manter a pressão a montante ou a jusante em um local. O processo não requer temperatura, vazão, nível ou controle multivariável coordenado.
Utilitários externos não estão disponíveis ou são indesejáveis
Um regulador auto-operado pode continuar a funcionar sem ar de instrumento, energia elétrica, saída do controlador ou infraestrutura de comunicação.
A simplicidade é mais importante que a automação avançada
Um regulador pode reduzir o número de instrumentos, cabos, tubulações, painéis de controle e funções de software necessários para uma simples estação de controle de pressão.
A faixa de fluxo e pressão necessária se ajusta à curva do regulador
O regulador selecionado deve manter a pressão dentro da faixa permitida em toda a faixa esperada de pressão de entrada e vazão. Não deve ser selecionado apenas para o ponto de operação normal.
A resposta mecânica local rápida é benéfica
Como o regulador detecta a pressão localmente, ele pode responder sem esperar por um transmissor remoto, cálculo do controlador e caminho de comando. O desempenho dinâmico real ainda depende do dimensionamento do regulador, da disposição dos sensores, do volume e da estabilidade do sistema.
Quando uma válvula de controle geralmente é a melhor escolha
O ponto de ajuste deve ser alterado remotamente
Uma válvula de controle pode receber ajustes variáveis de um DCS, PLC ou sistema supervisório. Isto é útil para processos em lote, sistemas de acompanhamento de carga, alterações de receitas e otimização em toda a fábrica.
A variável controlada não é apenas pressão
Uma válvula de controle pode regular:
- Fluxo
- Temperatura
- Nível
- Pressão diferencial
- Proporção de mistura
- Condição de vapor
- Múltiplas variáveis de processo coordenadas
O processo requer lógica de controle avançada
As válvulas de controle podem participar de:
- Controle em cascata
- Controle de proporção
- Controle de faixa dividida
- Substituir controle
- Controle antecipado
- Desligamento remoto ou lógica de intertravamento
Diagnósticos e feedback de posição são necessários
Um posicionador digital pode relatar deslocamento, desvio de comando, condição de fornecimento de ar, indicadores de fricção e outras informações de diagnóstico, dependendo do dispositivo selecionado e do sistema de comunicação.
A ação de falha deve ser projetada de forma independente
Um pacote de válvula de controle pode ser projetado para falhar na abertura, no fechamento ou no local por meio de ação de mola, energia armazenada, sistemas de travamento ou arquitetura de controle específica do projeto.
A válvula deve lidar com condições severas de queda de pressão
Uma válvula de controle pode ser fornecida com internos reduzidos, gaiolas de baixo ruído, internos anticavitação, redução de pressão em vários estágios, componentes endurecidos ou estilos de corpo especializados.
Quando houver possibilidade de cavitação, intermitência ou alto ruído aerodinâmico, revise Opções de trim da válvula de controle para cavitação e redução de ruído.
Matriz de Decisão por Requisito do Projeto
| Requisito do projeto | Provável ponto de partida | Verificação de engenharia |
|---|---|---|
| Redução simples da pressão local a jusante | Regulador redutor de pressão | Curva de vazão, inclinação, travamento, variação de entrada e compatibilidade de sede. |
| Manter a pressão a montante em um processo ou linha de retorno | Regulador de contrapressão | Acumulação, faixa de vazão, destino da descarga e distinção do serviço de socorro. |
| Pressão de distribuição de vapor sem ar de instrumento | Regulador de vapor operado diretamente ou por piloto | Qualidade do vapor, filtro, separador, disposição do condensado, variação de carga e faixa de pressão. |
| Ponto de ajuste de pressão remoto do DCS | Válvula de controle | Alcance do transmissor, ajuste, atuador, posicionador, ação de falha e comunicação. |
| Controle de pressão coordenado com fluxo ou temperatura | Válvula de controle | Estratégia de controle, interação entre loops e ganho instalado na válvula. |
| Faixa de carga muito ampla e exigente estabilidade de pressão | Regulador piloto ou válvula de controle após comparação | Banda de controle necessária, redução de fluxo, variação de entrada, utilidades e suporte ao ciclo de vida. |
| Proteção de segurança contra sobrepressão | Válvula de segurança ou alívio | Código aplicável, pressão definida, capacidade de alívio e sistema de descarga. Não substitua um regulador ou válvula de controle normal. |
Precisão de controle: evite uma reivindicação universal
Não é tecnicamente correto afirmar que toda válvula de controle é mais precisa que todo regulador.
Um regulador operado por piloto pode fornecer controle de pressão rígido e repetível em uma operação adequadamente selecionada. Uma válvula de controle mal dimensionada com banda morta excessiva, sintonia incorreta ou um transmissor inadequado pode ter um desempenho pior.
A comparação deve usar critérios reais do projeto:
- Variação de pressão permitida
- Fluxo mínimo, normal e máximo
- Pressão de entrada mínima e máxima
- Tempo de resposta necessário
- Frequência de mudança de ponto de ajuste
- Volume de processo e dinâmica de tubulação
- Precisão de medição
- Abertura obrigatória
- Disponibilidade de utilidade e manutenção
Um regulador é avaliado em grande parte através de seu desempenho de fluxo de pressão e limites operacionais publicados. Uma válvula de controle é avaliada através do dimensionamento da válvula, deslocamento previsto, característica instalada, resposta do atuador, qualidade de medição e ajuste do circuito.
Para requisitos de Cv, Kv e deslocamento previsto, leia Como dimensionar uma válvula de controle.
Modos de falha e comportamento de segurança
Considerações sobre falhas do regulador
Possíveis problemas do regulador incluem:
- Contaminação da sede e aumento de pressão a jusante
- Danos no diafragma, fole ou piloto
- Linha de detecção bloqueada
- Faixa de mola incorreta
- Instabilidade causada por superdimensionamento ou má disposição da tubulação
- Congelamento, condensação ou resfriamento Joule-Thomson em serviços de gás
- Efeito de queda ou pressão de alimentação fora da faixa de processo permitida
O resultado de uma falha do diafragma ou do piloto depende do projeto do regulador. Os compradores devem solicitar o comportamento de falha documentado, em vez de presumir que o regulador sempre falhará ao fechar.
Considerações sobre falha na válvula de controle
Possíveis problemas na válvula de controle incluem:
- Perda de ar de instrumento ou energia elétrica
- Falha no posicionador ou sinal
- Subdimensionamento do atuador
- Acessórios de falha incorretos
- Fricção da haste ou eixo
- Aparar erosão, cavitação ou obstrução
- Perda de sinal do transmissor ou saída do controlador
A resposta completa de falha de abertura, falha de fechamento ou falha no local deve ser testada como um pacote montado.
Para seleção do atuador, use o Guia de seleção de atuador de válvula.
Comparação de manutenção e ciclo de vida
| Área de Manutenção | Regulador de pressão | Válvula de controle |
|---|---|---|
| Peças mecânicas primárias | Assento, obturador ou gatilho, mola, diafragma, pistão, fole e peças piloto. | Corpo, guarnição, haste ou eixo, gaxeta, atuador, montagem e acessórios. |
| Calibração | Verificações de pressão de ajuste e desempenho; ajuste do piloto quando aplicável. | Zero/span do posicionador, deslocamento, feedback, loop do controlador e testes de falha. |
| Capacidade de diagnóstico | Geralmente limitado, a menos que seja instalada instrumentação separada. | Pode incluir diagnóstico digital de válvula e feedback de posição remota. |
| Requisito de suporte | Kits de reparo de reguladores, molas, diafragmas, pilotos e dados de desempenho de vazão. | Peças de acabamento, gaxetas, vedações do atuador, suporte do posicionador, ferramentas de calibração e conhecimento do sistema de controle. |
Informações necessárias antes da cotação
Para um regulador de pressão
- Serviço de redução de pressão ou contrapressão
- Composição média e química
- Pressão de entrada mínima e máxima
- Pressão controlada necessária e variação permitida
- Fluxo mínimo, normal e máximo
- Temperatura operacional e de projeto
- Tamanho e padrão da conexão
- Requisitos de material do corpo, acabamento, diafragma e sede
- Preferência de operação direta, operação piloto ou carregamento remoto
- Condição de ausência de fluxo esperada e exigência de bloqueio
- Risco de ruído, congelamento, condensação ou contaminação
- Manômetros, filtro, proteção de alívio e documentação necessários
Para uma válvula de controle
- Variável controlada e filosofia de controle
- Casos de processo mínimo, normal e máximo
- Pressão de entrada e saída para cada caso
- Propriedades de fluidos e temperatura
- Cv ou Kv necessário e viagem prevista
- Corpo da válvula e preferência de interno, se especificado
- Padrão e classe de vazamento
- Tipo de atuador e fornecimento mínimo de energia
- Requisito de falha de abertura, falha de fechamento ou falha no local
- Sinal de controle, feedback e protocolo de comunicação
- Área perigosa, gabinete e condições ambientais
- Requisitos de inspeção, calibração e documentação
Lista de verificação de decisão de aquisição
- Defina a variável: O dispositivo está controlando apenas a pressão local ou outra variável do processo?
- Defina a arquitetura: Deve ser auto-operado ou controlado por PLC/DCS?
- Defina a faixa de operação: O que são vazão e pressão de entrada mínima, normal e máxima?
- Defina a faixa de pressão: Quanta variação de pressão é aceitável em função da mudança na demanda?
- Verifique utilitários: Os sinais de ar, eletricidade e controle estão disponíveis?
- Verifique os requisitos do ponto de ajuste: O ajuste local é suficiente ou os operadores devem alterá-lo remotamente?
- Verifique o comportamento da falha: O que deve acontecer após perda de sinal, potência, diafragma ou função piloto?
- Verifique o serviço severo: É possível ruído, cavitação, cintilação, erosão, congelamento ou meios sujos?
- Verifique a manutenção: Estão disponíveis kits de reparo, ferramentas de calibração, técnicos e peças de reposição?
- Mantenha a segurança independente: Confirme se é necessário alívio separado ou proteção de segurança.
Envie o dever de controle de pressão antes de escolher o dispositivo
Fornece o meio, faixa de pressão de entrada, pressão controlada necessária, faixa de vazão, temperatura, filosofia de controle, utilidades disponíveis, requisitos de falha e escopo de documentação. A Vcore Valve pode avaliar se o projeto deve usar um regulador autooperado, um regulador operado por piloto ou um pacote de válvula de controle acionada.
Recursos técnicos relacionados
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Referências Técnicas
- Emerson — Reguladores Redutores de Pressão
- Spirax Sarco — Aplicações de Controle de Pressão
- Swagelok — Gerenciando o Efeito da Pressão de Fornecimento em Reguladores
- Manual da válvula de controle Emerson
Perguntas frequentes
Qual é a principal diferença entre uma válvula de controle e um regulador de pressão?
Um regulador de pressão normalmente detecta e controla a pressão através de um sistema mecânico interno ou piloto. Uma válvula de controle normalmente recebe um comando externo de um controlador e pode regular pressão, vazão, temperatura, nível ou outra variável.
Um regulador de pressão requer eletricidade ou ar de instrumento?
Reguladores de operação direta e muitos reguladores operados por piloto usam pressão de processo e não requerem eletricidade separada ou ar de instrumento. Sistemas reguladores carregados remotamente ou controlados eletronicamente podem usar utilidades adicionais.
Um regulador de pressão é mais preciso do que uma válvula de controle?
Não universalmente. O desempenho depende das curvas de fluxo do regulador, da inclinação, da variação da entrada e do projeto do piloto, ou do dimensionamento da válvula de controle, da precisão do transmissor, da resposta do atuador e do ajuste do circuito. Compare a faixa de pressão real permitida e a faixa operacional.
O que é queda do regulador de pressão?
Droop é a mudança na pressão controlada conforme o fluxo muda. Em um regulador redutor de pressão, a pressão de saída geralmente cai à medida que a demanda de fluxo a jusante aumenta.
Um regulador de pressão pode ser controlado remotamente?
Alguns reguladores operados por piloto, carregados em cúpula ou carregados por pressão suportam carregamento remoto ou ajuste de ponto de ajuste. Um regulador convencional de operação direta com mola geralmente é ajustado localmente.
Um regulador de pressão pode substituir uma válvula de segurança?
Não. Um regulador é usado para controle normal da pressão do processo. As válvulas de segurança e alívio são selecionadas para proteção independente contra sobrepressão de acordo com o código aplicável e a capacidade de alívio necessária.
Quando devo usar uma válvula de controle em vez de um regulador?
Use uma válvula de controle quando o projeto exigir alterações remotas de ponto de ajuste, controle de outras variáveis além da pressão, integração com lógica DCS ou PLC, diagnóstico, ação de falha projetada ou ajuste de serviço severo.
Quais dados são necessários para comparar um regulador e uma válvula de controle?
Fornece o meio, faixa de pressão de entrada, pressão controlada necessária, variação de pressão permitida, vazão mínima e máxima, temperatura, utilidades disponíveis, filosofia de controle, requisitos de falha e escopo de inspeção.
