Tema 5 Válvulas de control

Transcripción

1 Control de Procesos Químicos Tema 5 Tipos Curas características Selección Dimensionado Cálculo de caitación y flashing

2 Introducción Las álulas son los elementos finales de control más utilizados en la industria química, al manipularse caudales de fluidos, líquidos y gaseosos. Para ajustar el flujo de fluidos en una línea existen básicamente dos mecanismos: a) Modificar la energía entregada al fluido (bombas y entiladores de elocidad ariable) b) Modificar la resistencia al paso de fluido (álulas) Básicamente, se distinguen dos partes en la álula: Cuerpo y ctuador Tipos de álulas Especificar el tipo de álula de control que se utiliza, implica determinar una serie de características: a) Cuerpo y partes internas: tipo el tipo de álula, material, diámetro b) ctuador: neumático, electrico, la acción ante fallo y el tamaño c) ccesorios: conertidores I/P, posicionadores, olantes manuales..

3 Tipos de álulas (actuador) Neumáticos de diafragma. Fiables, simples, donde no se requieren grandes fuerzas, económicos No aplicables a álulas con grandes recorridos Neumáticos de pistón. Capaces de suministrar grandes fuerzas, rápidas. Precisan posicionador y sistemas de enclaamiento ante fallo Eléctricos. Precisan señal eléctrica de alimentación y de control; menores costes de instalación y mantenimiento Precio eleado, precisan de posicionador

4 Tipos de álulas (cuerpo)

5 Tipos de álulas Válula de globo. Para amplios rangos de caudal, amplia selección de materiales de construcción. Grandes pérdidas de carga a grandes caudales; más caras que mariposa Válula de bola.. Buen control para fluidos iscosos, erosios; mayor capacidad que las de globo. No aptas para fluidos caitantes; alto precio Válula en ángulo. Para fluidos que aporizan, y sólidos en suspensión. Válulas de tres ías. Para mezclar fluidos o para deriar uno de entrada en dos de salida.(splitter) Típico del control de temperatura en intercambiadores de calor. Válula de mariposa. Muy sencilla, barata y fácil de implementar. l igual que la de bola, no se considera una álula de regulación sino todo-nada.

6 Tipos de álulas ccionamiento axial ccionamiento rotatorio

7 Tipos de álulas

8 Tipos de álulas (accesorios) Protección contra modificaciones (el acceso local no está permitido) Corriente de entrada fuera del rango de operación Utilización como amplificador El sensor de posición de entrada reconoce el error Fallo de conexión del conertidor IP a la placa electrónica Error en el suministro de aire utostart defectuoso Error en la placa de opciones Desiación en el control permanente (e.g., álula bloqueada) Límite de configuración para la apertura y cierre ha sido alcanzado Mantenimiento requerido

9 Curas características

10 Selección Determinar las condiciones de operación del proceso Propiedades en la alimentación como presión, caudal, temperatura, máxima pérdida de carga. Elegir el cuerpo de la álula y actuador adecuado a las condiciones de presión. Calcular el coeficiente C requerido Comprobar que no existirá ruido, caitación o flashing. Elección del tipo de obturador Si no hay peligro de caitación o flashing, elegir uno estándar, de lo contrario, habrá que emplear equipo especial Elección del cuerpo de la álula y el tamaño del obturador Las casas comerciales tienen tablas disponibles con los C para las distintas combinaciones. En este punto es cuando ha de seleccionarse la acción directa o inersa y el modo de seguridad. Elección de los materiales Considerar la resistencia química, térmica y mecánica necesaria en función de la aplicación.

11 Dimensionado F p p p C F C F ρ ρ Pérdida de carga F Caudal Fracción de apertura (F/F max ) C Coeficiente ρ Densidad p p p p Si consideramos que : f entonces : F x Y - 0,333 F x R T Y 0,667 - Flujo sónico F Y C ρ f l l x P P P ρ p P P P F P V ρ P ρ V ena contracta aguas arriba donde : f Cp C,4 x C Como V F V depende del tipo deálula ( y F V En gases se tiene queρpuedeno ser constante, por lo que seincluye un factor deexpansión adiabático : R l T P P ρ álula deglobo)

12 Dimensionado CC n CC n CC n CC n CC n p p Y Y Y W x p F W L x M T Z W (Volumétrico) (Másico) x M T Z ρ M= Masa molecular Z = Factor de compresibilidad F (Másico) Si (Volumétrico) (Másico) m K F k m m p k LÍQUIDOS, utilizar T K m C f m 0,96 0,8 K T en lugar de l k Y,4 p k x 3 F x p T c p Unidades sistema imperial Unidades sistema internacional CC C K F Gpm m 3 /h W Lb/h kg/min Psi bar ρ Lb/ft 3 kg/m 3 n n 63, 0,53 γ L = peso específico relatio al agua a 5ºC GSES Y VPORES Si x F x, utilizar x enlugar de x Unidades sistema imperial Unidades sistema internacional CC C K F Gpm m 3 /h W Lb/h kg/min P psi Bar (abs) T ºR K ρ Lb/ft 3 kg/m 3 n 3 7,30,6 n 4 9,3,85 n 5 63,3 0,53

13 Rango de la álula Dimensionado Caitación y Flashing F p p p Líquidos : Gases : W 7,3 C W 94,8 C p ρ Y x M T Fr W Caudal másico en kg/h p Presión en bar absoluto ρ Densidad como kg/m 3 T Temperatura en K M Masa molecular Rangeabili ty (R) Máximo Mínimo caudal caudal controlable controlable 0-50 F F m C f K M ΔPm P P ΔP ΔPm K C ΔPs P P m Inicio de la caitación p p p p Operación normal Caitación Flashing ΔP m C P P C ΔP p P 0,96 0,8 p p c Si ΔP ΔPm - No hay caitación ni flashing Si ΔP ΔP - Caitación o flashing f m f s

14 ΔP con l pequeña ΔP con l grande Presión Dimensionado Criterios Pérdida de energía mecánica excluida la álula Curas características de la bomba Carga estática Caudal nominal Caudal Reglas generales de dimensionado para determinar la caída de presión de la álula: Para caudal máximo o de diseño: Mínimo 5% de la caída de presión dinámica total Para caudal normal: Mínimo 33% de la caída de presión dinámica total 3 Dependiendo de la presión aguas abajo: P aguas abajo < 3,8 barg = 0% de P aguas abajo P aguas abajo = 3,8 7,6 barg = 0 psi ó,4 bar P aguas abajo > 3,8 barg 4 Caida de presión mínima: Líquidos: 0,7 bar Gases: 0,3 bar = 5% de P aguas abajo Se utiliza el criterio que proponga una mayor caída de presión

15 Bibliografía Dinámica de procesos Título Manual del Ingeniero Químico. Vol. II utor R.H. Perry, D.W. Green Editorial McGraw-Hill, ISNB: Título Control e instrumentación de procesos químicos utor P. Ollero de Castro, E. Fernández Camacho Editorial Síntesis, ISBN: Título Instrumentación industrial utor. Creus Solé Editorial Marcombo, ISBN: