Cálculo de torque y empuje

¿Qué es el empuje?

EMPUJE

Fuerza requerida para abrir o cerrar una válvula de accionamiento lineal

Factores que afectan el empuje

TEMPERATURA

PRESIÓNTIPO DE FLUIDO

TAMAÑO DE VALVULA

TIPO DE VALVULA

EMPUJE

Tipo de válvulaCompuerta de caras paralelas

Tipo de válvulaCompuerta de caras paralelas

Flujo

Factores que afectan el empujeTipo de válvula

•Compuerta de cuña flexible

•Compuerta de cuña solida

Factores que afectan el empuje

Válvula de globo

Factores que afectan el empuje

FACTOR DE VÁLVULA (Fv)TEMPERATURA

TIPO DE VALVULA

LIQUIDO GAS

Menor

a

400 C

Mayor

a

400 C

Menor

a

540 C

Mayor

a

540 C

Compuerta de caras paralelas

Compuerta de cuña flexible0.25 0.30 0.35 0.45

Compuerta de cuña sólida 0.35 0.40 0.45 0.50

Válvula de globo menor a 2” 1.15 1.15 1.15 1.15

Válvula de globo mayor a 2” 1.5 1.5 1.5 1.5

Tabla 1 de la publicación de rotork AE2-0.2

Factores que afectan el empujeFactor de válvula

En = Fv x A x Pd

En = Empuje Neto (lbf)

A = Área del orificio (pulg2)

Pd = Presión Diferencial (psi)

A = (3.1416 x D2)/4

D = Diámetro del puerto (pulg)

Tabla 1 de la publicación de rotork AE2-0.2

Area del puerto

Factores que afectan el empujeTipo de Vástago

Saliente Saliente Rotatorio

Rotatorio

Factores que afectan el empujeQue tipo de vástago son estas válvulas?

Empuje en el vástago por fricciónVástago saliente

Fricción en estopero

EfDiámetro del

vástagoEmpuje

Hasta 1” 1000 lb

Hasta 2” 1500 lb

Mayores 2500 lb

Efecto PistónPara vástago saliente

Efecto pistón (si Pl>1000psi)

Ep= PL x Ae

PL = Presión de la línea

Ae = Area en estopero

Ae = (3.14 x dv2) / 4

Empuje Total

Et = En + Ef + Ep

Et = Empuje total

En = Empuje neto

Ef = Empuje por frición en estopero

Ep= Empuje por efecto pistón

¿Y el torque?

NOTAS GENERALES

•Torque es una fuerza x el brazo de palanca

•El movimiento lineal se debe a una fuerza rotatoria

•El vástago roscado transforma el torque en empuje para operar la válvula.

FACTORES TORQUETORQUE

CARACTERISTICASDEL VASTAGO

EMPUJE

DIAMETRO

PASO

TIPO DE CUERDA

FRICCION

ACME

CUADRADA

MATERIALES

ACABADOS

LUBRICACIÓN

TIPO DE VALVULA

TAMAÑO DE VALVULA

TIPO DE FLUIDO

PRESIÓN

TEMPERATURA

CARACTERÍSTICAS DEL VÁSTAGO

•Diámetro del vástago

•Paso: Distancia entre dientes

•Avance: Distancia recorrida por vuelta

Levantamiento en campo

N

Levantamiento en campo

P = 1 / hpp

A = P x Ne

1

P = Paso

hpp = Numero de hilos por pulgada

A = Avance

Ne = Número de entradas

2

TIPO DE CUERDA

CUERDA CUADRADA

1

CUERDA ACME

F

Rx

Ry

F

Ry

Rx

F

FRICCIÓN

•Entre la tuerca de arrastre y el vástago.

•Coeficiente de fricción = 0.14

•Material de vástago: Acero.

•Material de la tuerca: Bronce

•Acabado: Tolerancia 2G

1

¿Y ahora que hacemos?

Paso p

F

F/2 F/2

λ

TUERCA

Angulo de avance

dm

El calculo

Para subir una cargaPara subir una cargaEt

F

α

μN

N

Avance

π Dv

Factores que afectan el torque

N

Factor de vástago

Calculo de torque

Tv = Fv x Et

•Tv = Torque al vástago (lb x pie)

•Fv = Factor de vástago (pie)

•Et = Empuje Total (lb)

Torque por fricción

N

•Si el vástago es rotatorio se deberá de agregar el torque por fricción en el estopero

Tf = Ef x r

Tf = Torque por fricción en el estopero (lb x pulg)

Ef = Empuje por fricción en el estopero)

r = radio del estopero (diámetro del estopero / 2 ) pulg

Torque total

Torque total = Tv + Tf

¿Qué mas necesitamos?

TIEMPO DE OPERACION

Depende de los siguientes factores

• Numero de vueltas que requiera la válvula para poder abrir o cerrar.

• Carrera de la válvula

• Avance del vástago

• Caja de engranes

• RPM del actuador

Tiempo de operación

Nv = C / Av

Av = P x Ne

P = 1 / HPP

• Nv = Numero de vueltas requerido por la válvula

• C = Carrera de la válvula

• Av = Avance del vástago

• P = Paso de la válvula

• HPP = Numero de hilos por pulgada

Tiempo de operación

Top = Nv / RPM x 60 (seg)

• Top = Tiempo de operación

• Nv = Numero de vueltas requerido por la válvula

• RPM del actuador