Dimensionado de válvulas reguladoras de presión

Transcripción

1 Introducción El dimensionado y la elección de válvulas reguladoras de presión no es una ciencia secreta dominada sólo por algunos expertos. El modo de proceder presentado aquí permite elegir la válvula adecuada para un determinado caso de aplicación con gastos relativamente pequeños. Los modos de cálculo basados en el llamado método del valor están muy simplificados en comparación con los cálculos muy exactos de la DIN IEC 534. Sin emgo, nos conducen a resultados lo suficientemente exactos para nuestros fines. El valor es un coeficiente de flujo que equivale a un caudal de agua en a una presión diferencial de 1 y una temperatura del agua de entre 5 y 30. El sistema imperial británico (pulgada) utiliza el coeficiente de flujo cv, que equivale a un caudal de agua en galonesus/min. a una presión diferencial de 1 psi y una temperatura de 60 F. y cv están relacionados del siguiente modo = 0,86 x cv. Page No. DM/ Standing El valor s indicado en documentaciones técnicas es el valor previsto para válvulas de una serie a la carrera nominal. En base al valor s, se puede determinar el caudal de paso máximo posible en una válvula. Como ya se indicó al principio, los modos presentados aquí para determinar el valor están considerablemente simplificados. Muchas magnitudes influyentes no se han considerado. Dado que tratamos el vapor de agua como un gas ideal y no calculamos con el volumen específico, puede resultar una desviación de máximo 5 %, lo cual es tolerable teniendo en cuenta nuestros suplementos. Las operaciones son simples, por lo que basta dominar las operaciones básicas y la extracción de la raíz cuadrada. Tablas y diagramas no son absolutamente necesarios, pero si se dispone de ellos, pueden facilitar el trabajo. Las presiones de servicio y márgenes de ajuste mencionados en nuestros ejemplos de dimensionado están indicados, como es corriente en general, como sobrepresiones. En cambio, los cálculos se realizan con presiones absolutas. Así por ejemplo, en el caso de una presión posterior de 7 es mencionada en la tarea, se calcula con una presión absoluta de 7 + 1, o sea 8 es. El caudal volumétrico y la densidad en el caso de líquidos se indican en el estado de servicio, y tratándose de gases, en el estado normal (0, 1013 m).

2 Válvulas reguladoras de presión para líquidos Determinación del valor primeramente el valor partiendo de los datos de servicio, con los cuales debe trabajar la válvula. El valor s de la válvula elegida debería corresponder al valor s; las válvulas pequeñas no descargadas como p. ej. las válvulas reductoras de presión DM 502, 505, 506, 510, 762 y 765 trabajan también con caudales mínimos de una manera aún satisfactoria. Q Δp Caudal volumétrico Densidad Diferencia de presión ( - ) m³ kg/m³ Se busca una válvula reductora de presión para 2-7 de metanol, densidad 790 kg/m³, presión previa 9 12 es, presión posterior a regular 4 es. Calculamos con el caudal máximo y la diferencia de presión más pequeña. Elija el margen de ajuste de tal modo, que el valor nominal deseado esté en lo posible por el límite superior. Tome p. ej. para una presión a regular de 2,3 es el margen de ajuste 0,8-2,5 es y no el margen de ajuste 2-5 es, en el cual las diferencias de regulación dependientes del servicio serían considerablemente más grandes. Si en casos especiales el margen de ajuste estándar no es lo sufientemente amplio, el margen de ajuste podrá ser inferior si el régimen de la válvula es pequeño y hay menos exigencias a la exactitud de regulación. Entonces, por ejemplo una válvula reductora de presión con el margen de ajuste 0,8-2,5 puede trabajar de un modo aún satisfactorio también a 0,5 es. Al valor determinado de los datos de servicio le dotamos de un Valor s 1,3 x valor = 1,3 x 2,78 = 3,61 se deberán exceder determinadas velocidades de flujo en las tuberías, por ejemplo por el lado de succión de bombas centrífugas por el lado de succión de bombas de pistón por el lado de impulsión de la bomba en las redes locales de agua potable en tuberías a distancia de carburante y agua en el caso de líquidos altamente viscosos Page No. DM/ Standing El diámetro de la tubería puede ser calculado del siguiente modo d Q w Diámetro de la tubería Caudal volumétrico Velocidad de flujo Si en nuestro ejemplo se admite una velocidad de flujo máxima de 2, el diámetro de la tubería necesario es Según este ejemplo, elegiríamos la tubería con DN 40. En base a los datos de servicio habíamos determinado que el valor s debería ser por lo menos 3,61. Según nuestra tabla de elección, para ello tenemos a disposición varias series de válvulas. En virtud de las propiedades del medio nos decidimos por la válvula reductora de presión DM 652 DN 25, valor s 6, margen de ajuste 2-5 es, casquete de muelle con conexión de tubería de fugas. Esta válvula está fabricada de forma estándar de materiales que son muy adecuados para metanol. Además se caracteriza por una alta calidad de regulación, reducido peso, buena calidad de superficie y un precio extremadamente favorable para válvulas de acero inoxidable. Se busca una válvula mantenedora de presión que a 10 es deje evacuar 250 de agua potable a un tanque abierto. Primeramente determinamos el valor s en función de los datos de servicio. A pesar de que la presión diferencial ( ) es 10 es, sustituimos en el cálculo sólo una presión diferencial de 0,6 x [a], o sea 6,6 es, debido a la evaporación presentada en el asiento de la válvula. Por tanto tenemos Es decir, el valor s de la válvula debería ser por lo menos 1,3 x valor = 1,3 x 97,3 = 126,5 Nos decidimos por la válvula mantenedora de presión con mando piloto UV 824 DN 200, valor s 180, margen de ajuste 4-12 es. Se trata de una válvula de acero inoxidable relativamente económica, liviana y con una buena exactitud de regulación. Otro ejemplo más: Se busca una válvula reductora de presión apta para CIP, con la cual se pueda reducir agua completamente desalinizada de 1-3 l/min. de 2-4 es a 0,7 es. La tubería será diseñada en DN 25 con uniones por apriete según DIN El valor lo calculamos en base a los datos de servicio En nuestro ejemplo tendríamos entonces en la tubería DN 40 a un caudal de paso de 7 una velocidad de flujo de La válvula debería tener entonces un valor s de por lo menos 1,3 x valor = 1,3 x 0,16 = 0,21 El diámetro nominal de la válvula reguladora puede estar uno hasta dos niveles por debajo del diámetro nominal de la tubería bajo determinadas condiciones de servicio, lo cual tiene validez, en particular, para las válvulas que operan con tubería de mando.

3 Nos decidimos por la válvula manorreductora DM 152 DN 25, valor s 3,5, margen de ajuste 0,8-2,5 es; es una válvula de acero inoxidable pulible en ejecución angular. Nos hemos decidido por ella, a pesar de que el valor s de la válvula es relativamente alto y la presión posterior exigida está fuera del margen de ajuste indicado. Sin emgo, de los exhaustivos ensayos en el banco de pruebas sabemos que esta válvula es muy adecuada para las condiciones de servicio indicadas arriba. Válvulas reguladoras de presión para gases Determinación del valor primeramente el valor partiendo de los datos de servicio, con los cuales debe trabajar la válvula. En el caso de un gradiente de presión subcrítico, o sea, si se deberían exceder determinadas velocidades de flujo en las tuberías. Si no existe ninguna especificación planificada, recomendamos Page No. DM/ Standing Este ejemplo tiene la finalidad de demostrar que, conociendo bien el comportamiento de servicio, se pueden utilizar las válvulas en casos especiales también fuera de los márgenes de aplicación indicados en el catálogo. hasta 10 m hasta 100 m hasta 1 hasta 10 es más de 10 es Estos valores orientativos aproximados tienen validez para diámetros de tubería a partir de DN 80. Si los diámetros nominales son más pequeños, se deberían aplicar velocidades de flujo más pequeñas. Para determinar la velocidad de circulación se requiere el caudal volumétrico a condiciones de servicio. Éste puede ser calculado del siguiente modo: y en el caso de un gradiente de presión supercrítico, o sea, si QN Q1 Q2 N p t1 t2 w1 w2 d1 d2 Caudal volumétrico en estado normal Caudal volumétrico delante de la válvula Caudal volumétrico detrás de la válvula Densidad en estado normal Diferencia de presión ( - ) Temperatura de entrada Temperatura de salida Velocidad en la tubería delante de la válvula Velocidad en la tubería detrás de la válvula Diámetro de la tubería delante de la válvula Diámetro de la tubería detrás de la válvula kg/m³ Se busca una válvula reductora de presión de acero inoxidable para QN máx de CO2, temperatura de servicio 20, densidad 2 kg/m³, presión previa es de sobrepresión, presión posterior a regular 7 es de sobrepresión. El gradiente de presión es subcrítico, pues es con ello tenemos Valor s 1,3 x valor = 1,3 x 11,54 = 15 Según esto, los caudales volumétricos en nuestro ejemplo delante y detrás de la válvula son: Si en nuestro ejemplo el planificador de la instalación sólo admite velocidades máximas de flujo de 20 delante y 15 detrás de la válvula, los diámetros de la tubería necesarios son: Según esto, recomendaríamos la tubería DN 50 delante de la válvula y DN 65 detrás de la válvula. En nuestro ejemplo tendríamos entonces las velocidades de flujo en la tubería Bajo determinadas condiciones de servicio, el diámetro nominal de la válvula reguladora puede estar uno hasta dos niveles por debajo del diámetro nominal de la tubería delante de la válvula. Detrás de la válvula se ha de ampliar en varios niveles la tubería posiblemente en función de la velocidad de flujo, lo cual se aplica, en particular, en las válvulas que trabajan con tubería de mando.

4 El valor s de la válvula elegida debería corresponder al valor s; las válvulas pequeñas no descargadas como p. ej. las válvulas reductoras de presión DM 502, 505, 506, 510, 762 y 765 trabajan también con caudales mínimos de una manera aún satisfactoria. Elija el margen de ajuste de tal modo, que el valor nominal deseado esté en lo posible por el límite superior. Tome p. ej. para una presión a regular de 2,3 es el margen de ajuste 0,8-2,5 es y no el margen de ajuste 2-5 es, en el cual las diferencias de regulación dependientes del servicio serían considerablemente más grandes. Si en casos especiales el margen de ajuste estándar no es lo sufientemente amplio, el margen de ajuste podrá ser inferior si el régimen de la válvula es pequeño y hay menos exigencias a la exactitud de regulación. Entonces, por ejemplo una válvula reductora de presión con el margen de ajuste 0,8-2,5 puede trabajar de un modo aún satisfactorio también a 0,5 es. Se busca una válvula mantenedora de presión que pueda evacuar 2000 de aire caliente de 60 a 4 es a la atmósfera. El gradiente de presión es supercrítico, pues es con lo que tenemos Valor s 1,3 x valor = 1,3 x 32,3 = 42 El caudal volumétrico bajo condiciones de servicio es En el caso de fluidos tóxicos o inflamables se tiene que utilizar eventualmente un casquete de muelle cerrado posiblemente con guarnición del tornillo regulador y prever una conexión de tubería de fugas (manguito en el casquete de muelle), para que el fluido derramado pueda ser evacuado en el caso de producirse un defecto en la unidad de mando. En base a los datos de servicio habíamos determinado que el valor s debería ser por lo menos 15. Según nuestra tabla de elección, para ello tenemos a disposición varias series de válvulas. Nos decidimos por la válvula reductora de presión tipo 652 DN 50, valor s 18, margen de ajuste 4-8 es. Esta válvula está fabricada de forma estándar de materiales que son muy adecuados para el caso individual. Además se caracteriza por una alta calidad de regulación, reducido peso, buena calidad de superficie y un precio extremadamente favorable para válvulas de acero inoxidable. En base a los datos calculados y teniendo en cuenta las propiedades del medio, nos decidimos por la válvula mantenedora de presión MANKENBERG UV 4.1 DN 100, valor s 100, margen de ajuste 2-5 es. Se trata de una válvula relativamente económica y de regulación exacta que es muy adecuada para el caso de aplicación. Válvulas reguladoras de presión para vapor Determinación del valor Page No. DM/ Standing y según ello, a una velocidad de circulación máxima admisible de 20, el diámetro de la tubería como mínimo primeramente el valor partiendo de los datos de servicio, con los cuales debe trabajar la válvula. Dado que en la mayoría de los casos no se tiene a la mano ni una tabla ni un diagrama para el volumen específico del vapor de agua, se recurre a un cálculo según las fórmulas siguientes, en las cuales se trata el vapor de agua como un gas ideal, pero que proporciona un resultado lo suficientemente exacto. En el caso de un gradiente de presión subcrítico, o sea, si G Q1 Q2 p t1 t2 w1 w2 d1 d2 Caudal másico Caudal volumétrico delante de la válvula Caudal volumétrico detrás de la válvula Diferencia de presión ( - ) Temperatura de entrada Temperatura de salida Velocidad en la tubería delante de la válvula Velocidad en la tubería detrás de la válvula Diámetro de la tubería delante de la válvula Diámetro de la tubería detrás de la válvula kg/h Se busca una válvula reductora de presión de acero inoxidable que reduzca 1100 kg/h de vapor saturado de 7 a 4 es. El gradiente de presión es subcrítico, pues es en el caso de un gradiente de presión supercritico, o sea, si La temperatura del vapor de agua en estado de saturación (vapor saturado) puede ser calculada aproximativamente Dado que no concemos el volumen específico ni la temperatura, calculamos con la fórmula Después de determinar la temperatura

5 calculamos Valor s 1,3 x valor s = 1,3 x 12,9 = 16,8 se deberían exceder determinadas velocidades de flujo en las tuberías. Si no existe ninguna especificación planificada, recomendamos por el lado de succión de las bombas centrífugas por el lado de succión de las bombas de pistón por el lado de impulsión de la bomba Estos valores orientativos aproximados tienen validez para diámetros de tubería a partir de DN 80. Si los diámetros nominales son más pequeños, se deberían aplicar velocidades de flujo más pequeñas. Para determinar la velocidad de flujo se requiere el caudal volumétrico a condiciones de servicio. Éste puede ser calculado del siguiente modo: Según esto, los caudales volumétricos en nuestro ejemplo delante y detrás de la válvula son: En base a los datos de servicio habíamos determinado que el valor s debería ser por lo menos 16,8. Según nuestra tabla de elección, para ello tenemos a disposición varias series de válvulas. Nos decidimos por la válvula reductora de presión tipo 652 DN 50, valor s 18, margen de ajuste 2-5 es. Esta válvula está fabricada de forma estándar de materiales que son muy adecuados para el caso individual. Además se caracteriza por una alta calidad de regulación, reducido peso, buena calidad de superficie y un precio extremadamente favorable para válvulas de acero inoxidable. Se busca una válvula reductora de presión con la cual se pueda reducir 8 t/h de vapor sobrecalentado a 460 para soplar el hollín de una caldera de vapor de 100 es a 20 es. El gradiente de presión es supercrítico, pues es Dado que momentáneamente no conocemos el volumen específico, calculamos Si en nuestro ejemplo el planificador de la instalación sólo admite velocidades máximas de flujo de 25, los diámetros de la tubería necesarios son: Según esto, recomendaríamos la tubería DN 65 delante de la válvula y DN 80 detrás de la válvula. Page No. DM/ Standing Elija el margen de ajuste de tal modo, que el valor nominal deseado esté en lo posible por el límite superior. Tome p. ej. para una presión a regular de 2,3 es el margen de ajuste 0,8-2,5 es y no el margen de ajuste 2-5 es, en el cual las diferencias de regulación dependientes del servicio serían considerablemente más grandes. Si en casos especiales el margen de ajuste estándar no es lo sufientemente amplio, el margen de ajuste podrá ser inferior si el régimen de la válvula es pequeño y hay menos exigencias a la exactitud de regulación. Entonces, por ejemplo una válvula reductora de presión con el margen de ajuste 0,8-2,5 puede trabajar de un modo aún satisfactorio también a 0,5 es. Valor s 1,3 x valor = 1,3 x 9,33 = 12,1 El caudal volumétrico bajo condiciones de servicio es En nuestro ejemplo tendríamos entonces las velocidades de circulación en la tubería y según ello, a una velocidad de flujo máxima admisible de 50, el diámetro de la tubería como mínimo Bajo determinadas condiciones de servicio, el diámetro nominal de la válvula reguladora puede estar uno hasta dos niveles por debajo del diámetro nominal de la tubería delante de la válvula. Detrás de la válvula se ha de ampliar en varios niveles la tubería posiblemente en función de la velocidad de flujo, lo cual se aplica, en particular, en las válvulas que trabajan con tubería de mando. El valor s de la válvula elegida debería corresponder al valor s; las válvulas pequeñas no descargadas como p. ej. las válvulas reductoras de presión DM 152, 505 y 701 trabajan también con caudales mínimos de una manera aún satisfactoria. Según esto, recomendaríamos el diámetro nominal de la tubería DN 50 delante de la válvula y DN 100 detrás de la válvula. En base a los datos calculados y teniendo en cuenta las condiciones de servicio particulares, nos decidimos por la válvula reductora de presión de doble asiento DM 401 ZK DN 50/80, valor s 16, margen de ajuste es, con dispositivo de vaporización ajustable y asientos y conos blindados. Un modelo que se ha acreditado en muchos sistemas sopladores de hollín.