Regulacion monitor - trabajador en sistemas de gas

Sistema de regulación Monitor-Trabajador:
1. Introducción
El sistema de regulación Monitor - Trabajador, consta de dos reguladores en serie, de los cuales uno trabaja “trabajador” mientras el otro monitorea “monitor” permaneciendo este totalmente abierto, entrando en forma automática cuando el regulador trabajador falla, esto debido a que la presión del regulador monitor esta 5 psi; porencima del set del regulador trabajador .
En este arreglo los 2 reguladores tienen las líneas de sensoras, conectadas aguas abajo de del regulador trabajador.
2. Detalles del sistema de regulación
Los reguladores de presión son equipos diseñados para mantener una presión constante aguas abajo de los mismos, independientemente de las variaciones de presión a la entrada o los cambios derequerimientos de flujo. La “carcasa” y los mecanismos internos que componen un regulador, automáticamente controlan o limitan las variaciones de presión a un valor previamente establecido.
Existen diferentes, marcas, estilos y aplicaciones para la industria del Gas Natural. Algunos tipos están constituidos por reguladores autocontrolados que operan midiendo la presión de línea y manteniéndola en el valorfijado, sin necesidad de fuentes externas de energía.
Este suplemento muestra los principios de funcionamiento de los reguladores de Gas Natural, sus dos grandes grupos: los “auto-operados” y los “pilotados”;

Figura 1. Regulador de Presión “auto-operado”

Funcionamiento de los Reguladores de Presión
Un regulador básicamente es una válvula de recorrido ajustable conectadamecánicamente a un diafragma; (Ver figura 1). El diafragma se equilibra con la presión de salida o presión de entrega y por una fuerza aplicada del lado contrario, a la cara que tiene contacto con la presión de salida. La fuerza aplicada del lado opuesto al diafragma puede ser suministrada por un resorte, un peso o presión aportada por otro instrumento denominado piloto.
El piloto es, por lo general, otroregulador más pequeño o un equipo de control de presión. (En el caso de la figura 1, aparte de la carga del resorte, existe la presión ejercida por el aire (presión atmosférica; Para comprender el funcionamiento de los reguladores, la figura 2 muestra un diagrama esquemático de regulador auto-operado.

Figura 2. Regulador de Presión Auto-Operado
Los reguladores auto-operados funcionanbajo el principio de equilibrio de fuerzas. Esencialmente, las fuerzas aplicadas en la zona de alta presión (Pe), aguas arriba, se equilibran o balancean con las fuerzas de la zona de baja presión (Ps), aguas abajo. Este equilibrio de fuerzas es causado por la distribución de la energía (presión) en áreas desiguales, de acuerdo a la siguiente ecuación:
F = P ⋅ A (EQ. 1)

donde;

F= Fuerza(Lbf) o (Nw) A= Area (in2) o (m2)
P= Presión (Lbf/ in2) o (Kpa)

De acuerdo a esto (la EQ.1), la fuerza que actúa en la zona de baja presión, se distribuye en una superficie más grande que la fuerza que se aplica en la zona de alta presión. Debido a la diferencia de áreas se logra el equilibrio entra ambas zonas (EQ.2).

F1 ⋅ A1 = F2 ⋅ A2
(EQ.2)

La fuerza a la entrada puede ser consideradacomo fuerza de apertura, la cual se balancea a su vez con la fuerza de cierre.
Para ajustar la presión aguas abajo, se introduce una tercera fuerza en la ecuación, esta fuerza es llamada fuerza de control, ejercida por un resorte o artefacto que suministra una presión o energía adicional. En el caso del regulador esquemático, la fuerza de control la suministra un resorte y se considera como partede la fuerza de apertura. El equilibrio matemático de fuerzas, se expresaría de la siguiente manera:
Fentrada + Fresorte = Fsalida
(EQ.3)
El equilibrio de fuerzas de apertura y cierre de la válvula reguladora se lleva a cabo mientras el equipo opera en estado de flujo estable. Con base en las ecuaciones 2 y 3, se reconoce que si la presión de entrada permanece constante los cambios en la...