Reguladores de uma Mangueira
Como foi referido no Módulo 4 – O Escafandro Autónomo, do curso CMAS One Star Diver, este tipo de regulador é essencialmente constituído por dois corpos unidos por uma mangueira.
O primeiro corpo, designado por primeiro andar (o andar de alta pressão), é metálico e destina-se a reduzir a alta pressão do ar armazenado na garrafa para uma média pressão. O acoplamento do primeiro andar à torneira da garrafa pode fazer-se pelo sistema Yoke (estribo) ou pelo sistema DIN (rosca macho), consoante o tipo da saída da torneira.
O segundo corpo, designado por segundo andar (o andar de baixa pressão), metálico ou de plástico de alta resistência, reduz a média pressão para a pressão ambiente, permitindo assim que o mergulhador respire sem qualquer esforço. Basicamente, o segundo andar tem um bocal, através do qual o mergulhador inspira, e uma válvula de escape, por onde sai o ar expirado. Possui também um botão de purga que permite ao mergulhador abrir manualmente a válvula de alimentação e pôr o regulador a debitar ar continuamente, se for necessário. Os dois andares estão unidos por uma mangueira, que vem de uma das saídas de baixa pressão do primeiro andar e conduz o ar à pressão intermédia até ao segundo andar. As mangueiras que alimentam o colete, o segundo andar do regulador de emergência e o fato seco são ligadas às restantes saídas de baixa pressão. É também ao primeiro andar do regulador que se liga o manómetro de pressão, mas neste caso a ligação é feita à saída de alta pressão.
Conforme a marca e o modelo dos reguladores, o primeiro andar pode ser de pistão ou de membrana.
PRIMEIRO ANDAR DE PISTÃO
O mecanismo de pistão é o mais difundido, por ser de simples conceção, muito robusto e de elevada fiabilidade. O pistão pode ser “compensado” ou “não compensado”, este último cada vez mais preferido em relação ao do primeiro tipo, face às suas melhores características.
FUNCIONAMENTO
O princípio de funcionamento do primeiro andar de pistão é muito simples, ainda que a apresentação varie de fabricante para fabricante.
GARRAFA FECHADA, REGULADOR PURGADO
A) Com a garrafa fechada e o regulador purgado, a força P1 (Pat + tensão da mola), 8 a 10,5bar consoante o fabricante, mantém o pistão/válvula afastado da sua sede.
GARRAFA ABERTA
B) Ao abrir-se a garrafa, o ar penetra na câmara de Alta Pressão do regulador através do filtro sinterizado, passa através da haste oca do pistão/válvula para a câmara de média pressão e vai exercer uma pressão P2 sobre a face superior do pistão que começa a ser empurrado para baixo (P2 > P1).
GARRAFA ABERTA
C) À medida que a pressão aumenta nesta câmara, o pistão/válvula é empurrado contra a sua sede, até se atingirem os 8 a 10,5 bar de pressão (a média pressão varia consoante o fabricante), altura em que é obstruída a passagem de ar para a câmara de alta pressão (P3 = P1), ficando o sistema em equilíbrio.
DURANTE A IMERSÃO
D) Ao mergulharmos, a água entra na câmara onde está a mola e começa a exercer uma pressão P1 + Ph sobre a face inferior do pistão que faz abrir o pistão/vávula deixando passar mais ar para a face superior do pistão até se restabelecer novamente o equilíbrio (P4 = Ph + P1).
FASE INSPIRATÓRIA
E) Ao inspirarmos a pressão diminui na câmara de média pressão. O pistão/válvula deixando de estar em equilíbrio é empurrado pela mola a cuja ação se junta a pressão hidrostática. (Ph + P1) > P5, sendo P5 < P4. Este desequilíbrio mantém-se durante a fase inspiratória, permitindo a passagem livre do ar da câmara de alta pressão para a de média pressão. No final da inspiração, a pressão do ar na câmara de média pressão estabiliza restabelecendo-se o equilíbrio como descrito em d).
ESTE SISTEMA TEM COMO EFEITO O AUMENTO DO VALOR ABSOLUTO DA MÉDIA PRESSÃO, O QUE PERMITE OBTER UMA MÉDIA PRESSÃO RELATIVA SEMPRE CONSTANTE EM RELAÇÃO À PRESSÃO AMBIENTE
As forças necessárias ao deslocamento do pistão/válvula são nulas. Isto tem como efeito manter a pressão do ar à média pressão (MP) num valor sempre constante.
PRIMEIRO ANDAR DE MEMBRANA
O primeiro andar de membrana é um pouco mais sofisticado e permite normalmente um equilíbrio mais perfeito e mais estável da pressão intermédia. É também bastante fiável, porque o mecanismo móvel funciona completamente a seco, não estando em contacto com partículas existentes na água.
Existem dois tipos de reguladores de membrana: o de “membrana compensada” e o de “membrana não compensada”, havendo uma preferência cada vez maior pelos do primeiro tipo.
FUNCIONAMENTO
Tal como acontece com os reguladores de pistão, existe uma grande variedade de modelos de reguladores de membrana, mas o princípio de funcionamento é idêntico entre todos.
GARRAFA FECHADA, REGULADOR PURGADO
A) Após a afinação feita pelo fabricante, de modo a que a média pressão se situe entre os 8 e os 10,5 bar, com a garrafa fechada e o regulador purgado, a membrana encontra-se submetida a duas pressões, sendo P2>P1, mantendo assim a válvula afastada da sua sede, o que permitirá a passagem do ar aquando a abertura da garrafa. P1 é a pressão exercida pela mola mais a pressão atmosférica e P2 é a pressão exercida pela mola mais a pressão atmosférica.
GARRAFA ABERTA
B) Ao abrir-se a garrafa, o ar penetra na câmara de Alta Pressão (HP) do regulador através do filtro sinterizado, passa através da abertura da sede da válvula para a câmara de média pressão (MP) e vai exercer uma pressão P3, maior que P2, sobre a face interior da membrana que começa a ser empurrada para fora.
GARRAFA ABERTA
C) À medida que a pressão aumenta na câmara de média pressão, a membrana é empurrada até se atingirem os 8 a 10,5bar de pressão (a MP varia consoante o fabricante), altura em que é obstruída a passagem de ar para a câmara de média pressão. Neste momento, as pressões estão em equilíbrio, P2 = P4 (Ar à MP)
DURANTE A IMERSÃO
D) Ao mergulharmos, a água entra na câmara onde está a mola e começa a exercer uma pressão (Ph) sobre a face exterior da membrana que, adicionada à pressão P2, faz abrir a válvula, deixando passar mais ar para a face interior da membrana até se restabelecer novamente o equilíbrio (Ph + P2 = P5). A pressão P5 é maior que a pressão P4, pois está a equilibrar o acréscimo da pressão hidrostática.
FASE INSPIRATÓRIA
E) Ao inspirarmos, a pressão diminui na câmara de média pressão. A membrana, perdendo o equilíbrio, deforma-se para o interior pela ação da pressão P2, a que se junta a pressão hidrostática (Ph) e empurra a válvula que começa a abrir. Este desequilíbrio mantém-se durante a fase inspiratória, permitindo a passagem livre do ar da câmara de alta pressão para a de média pressão. No final da inspiração, a pressão do ar na câmara de média pressão estabiliza e reinicia-se o processo descrito em d).
Este sistema tem como efeito o aumento do valor absoluto da média pressão, o que permite obter uma média pressão relativa sempre constante em relação à pressão ambiente.
As forças necessárias ao deslocamento da válvula são nulas. Isto tem como efeito manter a pressão do ar à média pressão (MP) num valor sempre constante.
UM PRIMEIRO ANDAR COMPENSADO FORNECE O AR SEMPRE À MESMA MÉDIA PRESSÃO QUALQUER QUE SEJA A PRESSÃO NO INTERIOR DA GARRAFA, ATÉ ESTA DESCER PARA UM VALOR PRÓXIMO DA MÉDIA PRESSÃO
SEGUNDO ANDAR COMPENSADO
Tal como acontece no primeiro andar, também o segundo andar do regulador pode ser compensado. Este sistema torna mais fácil o ato inspiratório, pois a resistência à inspiração é francamente reduzida.
Tal como acontece com o primeiro andar de pistão compensado, o pistão/válvula do segundo andar está praticamente em equilíbrio, devido às pressões exercidas nas suas faces livres: a do lado da sede e a do lado da “câmara pneumática de compensação”.
No caso particular representado na figura, o pistão/válvula foi concebido de modo a que a superfície (S1) do topo do lado da câmara pneumática de compensação seja 30% inferior à superfície (S2) do topo do lado da sede. Assim, a pressão P2 é 30% menor que a pressão (P1) exercida do lado contrário pelo ar que chega do primeiro andar do regulador.
Como, pela construção, a pressão (P) da mola que empurra o pistão/válvula contra a sede é de 3 bar e o valor da MP é de 9,5 bar, podemos concluir que a pressão que a válvula exerce sobre a sede será P2 + P. Assim, se a pressão de entrada do ar no segundo andar (MP) tiver o valor que é atribuído pelo fabricante (P1 = 9,5 bar), é necessário exercer-se uma força de 0,15 g para provocar a abertura da válvula, permitindo assim a passagem do ar para a câmara do segundo andar.
| P1 (bar) | P (bar) | P2 (bar) | P2+P (bar) | DIFERENCIAL DE PRESSÃO (bar) |
|---|---|---|---|---|
| 6 | 3 | 4,2 | 7,2 | 1,2 |
| 8 | 3 | 5,25 | 8,25 | 0,6 |
| 9,5 | 3 | 6,65 | 9,65 | 0,15 |
| 10 | 3 | 7 | 10 | 0 |
| 15 | 3 | 10,5 | 13,5 | -1,5 |
| 50 | 3 | 35 | 38 | -12 |
| 100 | 3 | 70 | 73 | -27 |
O esforço inspiratório (resistência à inspiração) ideal situa-se entre os 1,5 e 1,8 mbar, o que significa que, no caso acima referido, a relação entre os braços da alavanca terá que ser de 1:100 para se situar dentro destes limites.
Podemos verificar na tabela que, se o valor da MP for inferior ao projetado pelo fabricante, o esforço inspiratório será tanto maior quanto menor for este valor. Se o valor da MP for superior ao valor fixado pelo fabricante (neste caso os 9,5bar), o diferencial de pressões é negativo, o que significa que o regulador entra em débito contínuo, não havendo assim o perigo do rebentamento da mangueira ou das respetivas juntas tóricas nas uniões.
Para reduzir ainda mais o esforço inspiratório, os fabricantes introduziram um dispositivo de orientação do fluxo de ar, baseado nos sistemas Venturi ou Vortex, que à menor inspiração provoca uma depressão contínua na caixa do segundo andar, colocando o regulador em débito contínuo. Este débito contínuo cessa logo que termina a inspiração, sendo assim facilmente controlado pelo mergulhador.
Também a regulação exterior, através do botão BR, da pressão exercida pela mola (P1) sobre o pistão/válvula, permite ao mergulhador colocar o regulador “mais leve” ou “mais pesado”, face às situações que se podem verificar durante o mergulho (profundidade, corrente) que, de certa forma, vão refletir-se no esforço inspiratório.