GUÍA PARA SELECCIONAR Y DIMENSIONAR VÁLVULAS DE CONTROL

Transcripción

1 GUÍ PR ELECCIONR Y DIMENIONR ÁLUL DE CONTROL Criterio de selección general de válvulas de control e deben tener en cuenta los siguientes aspectos 1. Los valores normales y límites de presión que soporta el cuerpo de la válvula. Dimensionamiento y capacidad de lujo 3. Característica de lujo y rangeabilidad 4. Límites de temperatura 5. Caudal de uga 6. Pérdidas de presiones normales y cuando la válvula está cerrada 7. Requerimientos de las conexiones de la válvula al sistema de cañería 8. Compatibilidad del material con la aplicación y durabilidad 9. Costo y vida útil Los proveedores de válvulas suministran al usuario tablas de selección en unción de la aplicación. Comentaremos, en particular, las características de lujo de las válvulas de control. Característica de lujo Un criterio importante en la selección de las válvulas es la característica inherente de lujo que deine la relación caudal - apertura del elemento inal de control cuando la caída de presión a través de la válvula se mantiene constante. En orma equivalente, la característica de lujo inherente es la relación entre coeiciente de lujo Cv y la apaertura. Las características inherentes de lujo típicas son: lineal, igual porcentaje, parabólica y apertura rápida. La elección de la característica de lujo inherente tiene inluencia en la estabilidad y controlabilidad debido a la inluencia de la ganancia del cuerpo de la válvula en la ganancia global de los elementos del lazo. La Figura 1 muestra las distintas características de lujo de las válvulas comerciales. Figura 1: Característica inherente de válvulas de control comerciales

2 En la tabla 1 se describen algunas recomendaciones para la selección de la característica de lujo inherente de acuerdo a la variable que se desea controlar y al luido. Tabla 1 Recomendaciones para elegir la característica de lujo de válvulas de control en lazos de caudal, nivel y presión Dimensionamiento de válvulas de control Una vez seleccionado el tipo de válvula teniendo en cuenta los aspectos enunciados anteriormente se la debe dimensionar. La ecuación general de lujo de una válvula de control se obtuvo gracias a los esuerzos de Daniel ernoulli y a pruebas experimentales Δp F = C [1] γ

3 F = Caudal [gpm] Cv = Coeiciente de dimensionamiento de la válvula. Determinado midiendo el caudal de que circula a caída de presión constante a 60 F P 1 = presión aguas arriba P = Presión aguas abajo γ = Densidad relativa Dimensionar una válvula signiica determinar el diámetro del oriicio de manera que cuando deba circular el caudal normal mínimo y normal máximo las aperturas se encuentren en el tramo intermedio de su carrera (entre el 30 y el 70 %). La apertura será del 100 % para el caudal máximo. Con estas condiciones de cálculo se aseguran capacidad de regulación y rangeabilidad adecuadas. Procedimiento general para el dimensionamiento: 1. Determinar la caída de presión a través de la válvula Δp. Hay dos situaciones para ijar el salto de presión: a) La válvula se instalará en una línea existente. Planteando el balance de presiones (Teorema de ernoulli) se puede conocer la distribución de presiones en la línea dónde se montará la válvula. e deben considerar las pérdidas en equipos, accesorios y en el caso de órganos de impulsión la energía de suministro. La dierencia entre la uerza impulsora y la pérdida de carga de la línea es lo que tiene disponible la válvula b) La válvula estará enana línea nueva en la que se deben especiicar los sistemas de impulsión inclusive. Un heurístico propone que se establezca en 50% de la caída de presión en la línea sin válvula (33% de la caída de presión total).. Determinación de los caudales de operación e deben conocer (inormación del proceso) los caudales normales de trabajo (máximo y mínimo): F Nmín, F Nmáx. l caudal máximo (válvula completamente abierta) se lo puede calcular como el máximo que circularía si válvula estaría completamente abierta. e puede adoptar como estimación 1.5 veces el caudal normal máximo. 3. Cálculo de Cv para líquidos i la viscosidad cinemática es 0 cst el régimen es laminar y la ecuación del coeiciente de descarga de la válvula es: μ[ cp]* F[ gpm] C = 0.07 [ ] Δp psi i la viscosidad cinemática es 0 cst el régimen es turbulento y se debe analizar: i hay riesgo de cavitación incipiente que se da para las válvulas con alto coeiciente de recuperación de la caída de presión a las salida de la misma respecto a la que se produciría en al vena contracta i el lujo es crítico (lasheo) ó subcrítico Estas tres situaciones deben ser identiicadas para la caída de presión que debe utilizarse para el cálculo de C de la válvula 3 []

4 eriicación de cavitación incipiente. La válvula cavitará si: Δ p K ( P P ) [3] c * 1 P 1 = presión aguas arriba P = Presión de vapor del luido a la temperatura de trabajo K C = coeiciente de cavitación incipiente, suministrado por el abricante En este caso se usa la ecuación [1] para el cálculo de C pero la caída máxima de presión admisible será Δ p = K P P ) y este es el valor que se usa. c ( 1 eriicación de lujo crítico ó subcrítico Flujo crítico Flujo subcrítico Δp C ΔP [4] Δp < C ΔP [8] P ΔP = P P P C: presión crítica C : actor de luido crítico suministrado por el abricante Masoneilan (ver Tabla 3) i P < 0.5P1 [6] 1 [5] PC ale la simpliicación de la ecuación [7] si se cumple la ecuación [6] En este caso en la ecuación [1] para el cálculo de C se usa el Δ p calculado. ΔP = P1 [7] P En este caso se usa la ecuación [1] para el cálculo de C pero la caída máxima de presión admisible será Δ p = C * ΔP y éste es el valor que se usa. 4. Cálculo de Cv para gases ó vapor Flujo crítico Δ p [9] 0.5C P1 En este caso se usa la ecuación [1] para el cálculo de C pero la caída máxima de presión admisible será Δp = C ΔP y este es el valor que se usa Flujo subcrítico Δ p [10] < 0.5C P1 ale la simpliicación de la ecuación [7] si se cumple la ecuación [6] En este caso en la ecuación [1] para el cálculo de C se usa el Δ p calculado. Las ecuaciones para vapor y gases se muestran en la Tabla siguiente. llí se explica cómo se procede para el cálculo del C en el caso de lujo de transición entre lujos crítico y subcrítico.

5 Tabla Ecuaciones de dimensionamiento para vapor y gases

6 5. Determinación del diámetro Del catálogo se determina el diámetro de la válvula según el Cv requerido en unción de la apertura. i el diámetro de la válvula y cañería son los mismos allí termina el dimensionamiento. Debe tenerse en cuenta que el Cv disponible por el abricante puede ser mayor que el requerido lo que con lleva al cálculo de los nuevos caudales. i el diámetro de la válvula y la cañería son dierentes se debe tener en cuenta la pérdida de carga adicional usando un actor de corrección para recalcular el C requerido. El C corregido se calcula como: C C = calculado corregido R [11] R: Factor de corrección de capacidad por reducción Este valor aparece en la tabla para d/d=1.5 y. i la relación es otra se usa la ecuación 13. R = d 1 (100%) D C R 30 d [13] d: diámetro de la válvula D: diámetro de la cañería i el ángulo de reducción es menor de 40 º se reemplaza el valor 1.5 por 1. En el caso que haya reducción cañería válvula y el lujo es crítico (para gases y vapores)el actor de veriicación de lujo crítico que se utiliza es C r/r El lujo es crítico si C r p P1 R Δ [14] Y el C r R Δp que se usa en la ecuación es P1

7 Tabla 3 Factores de dimensionamiento para lujo máximo (Masoneilan) alve type ingle-port top-entry globe ingle-port balanced quick-change Top-entry angle treamlined angle plit body globe Top-and-bottomguided double port ingle-port eccentric rotating Cr D/d = 1.5 D/d = Trim Flow to C K size* C * D/d R Cr/R R Cr/R 1.5 Close Open Close Open Close Close Close Open Close Open Close Open Close Open '0.93 Close Open Close Open Cont port 0: Cont port Close Open Close Open utterty Control ball *, uil capacity trim, oriice diameter 0.8 valve size;. reduced capacity trim 50% o and below.

8 Figura Factores de dimensionamiento en unción de la apertura (Masoneilan)