El principio de funcionamiento del regulador de temperatura de acción directa se basa en el uso de la energía de expansión térmica del líquido en un circuito cerrado. El circuito cerrado está formado por la cavidad del sensor de temperatura, que está conectada mediante un tubo de impulso al diafragma del termoelemento. Dependiendo del rango de regulación, el líquido de trabajo que llena el diafragma y el sensor puede ser un líquido, gas, parafina o una mezcla de gas y condensado.
El sensor del regulador se monta en el lugar donde se mantiene la temperatura. Al calentarse, el volumen del líquido de trabajo aumenta, y al enfriarse, disminuye. El cambio de volumen en la cavidad cerrada (sensor - tubo de impulso - diafragma del termoelemento) provoca un cambio de presión.
Con el aumento de la presión, el diafragma del termoelemento se expande, empuja el vástago de la válvula, cambiando la posición del obturador y reduciendo automáticamente el caudal a través del regulador de temperatura. Cuando la temperatura del agua disminuye en relación con el valor establecido, la presión en el diafragma disminuye, comprimiéndolo y levantando el vástago del regulador.
Según la reacción al aumento de la temperatura del agua, los reguladores se dividen en aquellos que se abren con el aumento de la temperatura y aquellos que se cierran.
Cada actuador regula la temperatura en un rango específico.
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