Valvula de Contol

Edwin Mendoza

VALVULAS DE CONTROL

Definición ISA:

Una válvula de control es un dispositivo operado por una energía que modula la rata de flujo de un fluido en un sistema de control de proceso, comportándosecomo un orificio de área continuamente variable.

VALVULAS DE CONTROL

COMPONENTES PRINCIPALES

• Actuador

• Bonete

• Cuerpo de la válvula

ACTUADOR

Es el dispositivo de la válvula que se encargade transformar una energía ( neumática, hidráulica,eléctrica) para producir el movimiento (mecánico)de las partes internas móviles del cuerpo.

• Suministrar el suficiente recorrido a la válvula

• Proveer la presión para la condición de shut off

• Sostener la válvula en la posición deseada• Proveer el modo de falla de la válvula• Proveer la adecuada velocidad de recorrido

TIPOS DE ACTUADOR

Neumático Pistón Eléctrico

Electro hidráulico Manual

TIPOS DE ACTUADOR

COMPONENTES BASICOS DEL ACTUADOR NEUMATICO

MODOS DE FALLA

• Fail Open

• Fail Close• Lock in the last Position

El modo de falla de una válvula está definidopor la perdida total de señal al actuador, llevandola válvula a una única posición. Dicha posicióndepende de cómo el aire actúe en la válvula

OPCIONES DE CONTRUCCION DEL ACTUADOR

• Acción DirectaUn incremento de la presión en el diafragma, podrá causar un movimiento en el vástago del actuador hacia el cuerpo de la válvula.

Aire empujahacia abajo

OPCIONES DE CONTRUCCION DEL ACTUADOR

• Acción InversaUn incremento de la presión en el diafragma, podrá causar un movimiento en el vástago del actuador alejándolo del cuerpo de la válvula.

Aire empuja hacia arriba

SELECCIÓN Y ACCION DEL ACTUADOR

La selección de un actuador en particular (directa o reversa) es generalmente determinada por el modode falla deseado.

El modo de falla deseado en una válvula de controldepende de lo siguiente:•La acción del actuador•La acción de la válvula de control (push down to open,push down to close).

ACCION DIRECTA ACCION INVERSA

SELECCIÓN Y ACCION DEL ACTUADOR

PDTC PDTO PDTO PDTC

CONCEPTO DE BENCH SET

Definición:Bench set en un actuador especifica el rango de presión de aire que es requerido en el diafragma para comprimirel resorte, una distancia que es igual a la rata de recorridode la válvula cuando el actuador está desconectado de todas las fuerzas que se producen en el cuerpo de la válvula.

• Bench set también se refiere al procedimiento físico de ajuste del resorte al bench set especificado


•El rango de presión requerido para obtener un total recorrido del actuador.

No fuerzas presentes en la válvula

El resorte adecuado para las condiciones de servicio establecidas.

El resorte adecuado para el ANSI y la presión de shut off establecidos.


Travel: Cuando el aire es suministrado al diafragma,el vastago es movido hacia abajo desde la posiciónUpper travel stop (posición limitada por la caja delactuador). El lower limit of travel es alcanzado cuando el plato del diafragma se pone en contactocon la parte mas baja de la caja del diafragma.

Actuador sin válvula

Nota: El recorrido del actuador es generalmente mas grande que el recorrido de la válvula que seráconectada al actuador

0 3 6 9 12 15 18

Actuator Diaphragm Pressure psig

ActuatorTravel

Lower DiaphragmCasing

0% RatedValve Travel

InitialSpringCompres

Spring Compression over actuator travel No travel

Upper travel stop

Lower limit of travel

GRAFICA DEL RECORRIDO DEL ACTUADOR

BS lower

Actuador con válvula:


Travel: Cuando el actuador está conectado a la válvulael sello que ejerce el plug sirve como referencia para elLower travel stop (PDTC).

Bench Set Span: Cuando la presión del diafragmaincrementa desde 3 psi, el diafragma se mueve en conjunto con la válvula y comprime el resorte.La presión requerida para comprimir el resorte una distancia igual al recorrido (travel) de la válvulaes conocido como el bench set del actuador.


Carga de sello: Como la presión del diafragma se Incrementa de 11 psi a 15 psi. Esto presión adicionalNo es considerada una compresión adicional al Resorte o recorrido del stem. Esta presión adicionalEn el diafragma es la disponible para proveer laSuficiente carga de sello para asegurar que la condi-cción de shuts off es alcanzada según la especifica-ción ANSI establecida.


100% RatedValve TravelLower StopPlug Seated


InitialSpringCompres

Spring Compression over rate valve travel Shutoff Force

Upper travel stop

Lower limit of travel(seated plug)

GRAFICA DEL RECORRIDO DE VALVULA

0 3 6 9 12 15 18


ActuatorTravel

0% RatedValve Travel BS lower

With no friction force

EFECTOS DE LA FRICCION Y DEAD BAND

La fricción: es asociada con los packing y otros componentes de la válvula que pueden introducirDead band en el ensamble de la válvula de control.Dead Band: Es el rango en que la presión ejercida enel diafragma no produce cambio en el recorrido de laválvula. El Dead band es la resultante de:

•La fricción producida por los packing•La fricción producida por los seal ring•Ajustes inadecuados en las partes móviles de la válvula (mantenimiento).

100% RatedValve TravelLower StopPlug Seated


ActuatorTravel


0 3 6 9 12 15 18

Actuator conectado a la válvula, Dead Band presente

Bench set(3-12 psi)

Bench set plusDead Band

Dead Band

GRAFICA DEL DEAD BAND

COMPONETES BASICOS DEL CUERPO

Valve Body

Gaskets

Valve plug

Seat Ring

Seat RingGasket

Stem

CUERPO DE LA VALVULA

Cuerpo de la válvula: Es el dispositivo de la válvula que está en contacto con el fluido y sometida a la presión del proceso.está compuesta por partes internas llamadas TRIM.También permite la instalación a la tubería. Dichasconexiones dependen del tipo de aplicación.

Trim: Se refiere a todas las partes internas que están En contacto con el proceso. El trim incluye el valveplug, el stem, el cage, el seat ring y el plug sealingring.

CUERPO DE LA VALVULA

Gaskets del cuerpo: Son los que proveen el selloentre el cuerpo y el bonete evitando fuga de fluidosal exterior.

Seat ring gaskets: Es el que provee el sello entre la caja inferior del cuerpo y el seat ring.

Packing: Son los que previenen fugas por el stem del Plug. Estos son comprimidos y asegurados por tuercas. Según el diámetro del vástago se puede establecer el torque adecuado. Así se contribuyea disminuir el dead band.

ESPECIFICACIONES BASICAS

Definición: Una de las primeras consideracionesen la válvula de control es asegurar que el rating de presión y temperatura sean los adecuados. esto está expresado típicamente por la normaANSI (American National Standard Institute)

Es importante entender que el rating de presión No debe alcanzar el rating nominal. El rating variaCon el tipo de material y la temperatura.

200 400 600 800 1000

4000

3600

2800

2400

2000

1600

1200

800

400

0

Presion

Psig

Temperatura, grados F

RATING DE PRESION Y TEMPERATURA

CLASS 1500

CLASS 900

CLASS 600

CLASS 300

CLASS 150

COEFICIENTE DE FLUJO

Definición CV: La capacidad de flujo relativo en Galones por minuto a una temperatura de 60 F que Pasa a través de la válvula con una caida de presión 1 psi.

El CV es determinado por pruebas y cálculos de Acuerdo a la norma ANSI y Fluid Control Institute(FCI) Standard

Cv Líquidos Cg Gas Cs Vapor


Agua a 60 F ge = 1

1 gpm rata de flujo

P1 = 100 psig P2 = 99 psig

Restricción Cv = 1

La energía disponible para producir el flujo es la caída de presión P = P1 – P2

Flujo

CARACTERISTICA DEL FLUJO

Definición: La característica de una válvula de controlEs definida como la relación entre el coeficiente deflujo y el recorrido de la válvula desde 0 a 100% de suapertura.

El propósito es mantener un lazo de control uniformeCumpliendo con las necesidades propias del procesoEn todo el rango de recorrido de la válvula.

Igual Porcentaje Lineal Apertura Rapida

La define la canasta o el tapón

Quick Opening

Lineal

Igual Porcentaje

Posición stem de la válvula %

Cv

en %

máx

imo

0 1000

100

CARACTERISTICA DEL FLUJO

CARACTERISTICA DE LA VALVULA

Igual Porcentaje: Debe cumplir que la relación de flujo de apertura, debe ser igual en porcentajesiguales. Ej. El cambio de flujo entre 40% y 60% deapertura debe ser igual al cambio entre 20% y 40%

• Muchas presiones y flujos donde el delta P decrece y el flujo incrementa

Lineal: Esta característica busca que para cada cambioen el recorrido halla un porcentaje igual en el flujo.

•Caídas de presión constante

CARACTERISTICA DE LA VALVULA

Apertura Rápida: Permite grandes flujos desde el principio de la carrera de apertura de la válvula, generalmente se usa en sistemas de dos posiciones

•Relief•On - off•Dump

PLUG POST GUIADO Y MICRO-FORM

La forma del plugdefine la característicadel flujo

Diseñados para proveerun flujo característico aa una baja rata de flujo

ANSI CLASS

MAXIMO DE FUGA

ACEPTABLEPRUEBA

MEDIANTE PRUEBA DE PRESIONPROC DE PRUEBA REQUERIDO PARA EVALUACION

DE DE DEMOSTRACION

II

Valorado al 5% de la capacidad

Aire o Agua 50-125 F 45-60 psid máxima

La presión aplicada a la válvula con la salida a la atmósfera o conectada a un equipo de medición de baja perdida.

III

Valorado al 0.1% de la capacidad


La presión aplicada a la válvula con la salida a la atmofera o conectada a un equipo de medición de baja perdida.

IV



La presión aplicada a la válvula con la salida a la atmósfera o conectada a un equipo de medición de baja perdida.

V


Agua 50-125 F

Máxima caída de presión en la

válvula sin exceder el ANSI. 100 psid

La presión aplicada a la válvula en la entrada después que esté llena la

cavidad del cuerpo y la válvula cerrada, se permite un tiempo para que la fuga

se muestre

No debe exceder los

valores de la tabla anexa

Aire o Nitrógeno

de 50-125 F 45-60 psid máxima

El actuador debe estar ajustado para trabajar en las condiciones

especificadas, con el cierre total de la válvula, se permite un tiempo para que

la fuga se muestre

VI

CLASIFICACION ANSI SEGÚN SELLO

DIAMETRO DEL PUERTO

Burbujas por

minutomL por minutoPulgadas Milimetros

To 1¨ 25 1 0.15

1 1/2¨ 38 2 0.30

2 51 3 0.45

2 1/2¨ 64 4 0.60

3¨ 76 6 0.90

4¨ 102 11 1,7

6¨ 152 27 4.00

8¨ 203 45 6,75

CLASIFICACION ANSI SEGÚN SELLO

PLUG BALANCEADO Y DESBALACEADO

Plug Balanceado: Cuando la presión es igual en ambos lados del tapón. Se identifica por el orificiou orificios que tiene el tapón, el cual se comunicala presión en la parte inferior con la cámara superior.

Ventaja: La fuerza generada por el actuador es muchomenor, por lo tanto el diseño puede ser mas pequeño

Desventaja: El plug balanceado introduce otro caminomas de fuga entre el plug y la pared del cage, cuando laválvula está cerrada.

Vista inferior del plug

Vista superior del plug

PLUG BALANCEADOS

P2

P2 P2

Plug Desbalanceado: La presión es diferente en amboslados del tapón. La presión aguas arriba es mayor que la presión aguas abajo.

Ventajas: Solo se presenta un solo camino de fugas, Cuando la válvula se encuentra cerrada. Son típicamente aplicables de 1¨ a 8¨.

Desventajas: Cuando una válvula desbalanceada esseleccionada. Un actuador considerable debe serseleccionado para mover el plug de la válvula y conseguir la condición de shutoff.

PLUG BALANCEADO Y DESBALACEADO

P1

Vista inferior del plug

Vista superior del plug

PLUG DESBALANCEADOS

COMPONENTES BASICOS DEL BONETE

Bonnet

Packing

Packing Flange Nut

Packing Box

BONETESu objetivo es unir el cuerpo de la válvula al actuadorEs atravesado por el vástago que está seccionado en dos partes, unidas por una prensa. Una unida al actuadory el otro al obturador.

En la unión se dispone de un señalador que indica la posición de apertura de la válvula en una regla fijada en la parte media del joke del actuador.

Una empaquetadura es necesaria para evitar fugas a travésde la cavidad donde va alojado el vástago.

TIPOS DE BONETE

StandardAdecuadas para trabajarcon fluidos entre 0-220 F

Adecuados para fluidos que se encuentran atemperaturas muy bajas. Se recomienda según la siguiente tabla

EXTENDIDO

Temperatura de TrabajoTamaño v/v en pulg. -20 a -80 F -81 a -150 F

½ a 2 ½ 400 mm 600 mm

3 a 6 600 mm 800 mm

8 a 12 800 mm 1000 mm

BONETE CON ALETAS DE ENFRIAMIENTO

El límite de temperatura paratrabajar está entre -20 a 450 Fpero son recomendadas porencima de 350 F y se montainvertida facilitar el enfria-miento, debido a que la Temp.puede cristalizar el diafragmay otras partes.

PACKING (EMPAQUETADURA)

Tiene como función evitar fugas a través de la cavidadDonde va alojado el vástago.La selección de la empaqueatura debe ser determinadabásicamente por los siguientes aspectos

• Proceso del fluido• El diámetro del vástago

• El diámetro de la caja del joke.

• El diseño de la válvula

PACKING

PackingFollower

Packing Ring

LansterRing

Packing RingPacking Box Ring

Spring LoadedPTFE

• Baja fricción

• Poseen buen sello

• Buen ciclo de vida

• Compatible con variedad de fluidos

SELECCIÓN DE LA EMPAQUETADURA

Filamento Grafito / Ribbon

• Altas temperaturas• Presenta solidificación ajustes frecuentes son requeridos • Alta fricción al material.

SELECCIÓN DE LA EMPAQUETADURA

CAVITACION

Es un fenómeno multietapa que ocurre en las corrientesde flujo de líquidos debido a algunos cambios en lageometría del flujo (pasando por una válvula), el fluidocae por debajo de la presión de vapor, el cual crea algunos vapores en el líquido.Luego el fluido retorna a la presión que es mas grandeque esta presión de vapor, causando que el vapor colapse.

La formación y el colapso del vapor (burbujas) es definido como el fenómeno de cavilación.

TEORIA DE LA PRESION Y VELOCIDADLey de Bernoulli: La sección mas pequeña de un orificiodonde hay una corriente de fluido (vena contracta) esel punto donde la velocidad del fluido aumenta y la presión disminuye.

Velocidad

Presión

Vena contracta

Flujo

Restricción

PRESION DEL FLUIDO Y PRESION DE VAPOR DEL FLUIDO

Presión de Vapor: Todo fluido tiene una presión de vapor. Es la presión el cual el fluido cambia de líquido a vapor (dada una temperatura especifica).Vaporización del Fluido: Si la presión de un fluido caepor debajo de la presión de vapor, el líquido comenzaráa vaporizarse. Este fenómeno causa que un líquido hiervareduciendo su presión en un instante y aumentando latemperatura.Pvc Pv: Si la presión del fluido en la vena contractadecrece por debajo de la presión de vapor del fluido, laVaporización del fluido podrá ocurrir

PRESION DEL FLUIDO Y PRESION DE VAPOR DEL FLUIDO

Vena contracta

P2

P1

Pv

Pvc

Upstream Downstream

Pvc = Presión vena contractaPv = Presión de vapor

COLAPSO DE LAS BURBUJAS

Si la presión downstream P2 incrementa a un valor queEs mas grande que la presión de vapor del fluido, lasburbujas colapsaran y el fluido está cavitando.

Cavitación en el Plug de una válvula de control

Daño por cavitación

P2

P1

Pv

Pvc

Cavitación

COLAPSO DE LAS BURBUJAS

FLASHING

Cuando un líquido fluye y el fluido cae por debajo de la presión de vapor, el fluido llega a vaporizarse.burbujas de vapor se forman en la corriente de flujo. Si la presión downstream alcanzada es menor que la presión de vapor del fluido, las burbujas permanecenen la corriente del fluido. Consideramos que el fluidoestá flashing.El flashing es la resultante de la alta velocidad de la corriente del fluido, que puede incidir en erosionescriticas de una superficie

FLASHING

Vena contracta

P2

P1

Pv

Pvc

Upstream Downstream

Flashing

Flujo

Fluido Líquido Vaporización del fluido

PREDICIENDO EL POTENCIAL DE LA CAVITACION

Cálculo sencillo para establecer el factor Ar el cual previene el fenómeno de la cavitación (fischer)

ArP1 – P2

P1 – Pv

Si el valor de P1 – P2 se aproxima a al valor deP1 – Pv, la presión en la vena contracta llegaráA un valor inferior a la presión de vapor.

Un incremento de Ar por encima de 0.75 indicaun potencial del fenómeno de cavitación

Un valor de Ar de 0.99 es valor máximo de potencial Para cavitación y danos por cavitación.

Si el valor de Ar es 1.0 o mas grande, P2 es menor que la presión Pv. El fluido no está cavitando pero estáFlashing.

PREDICIENDO EL POTENCIAL DE LA CAVITACION

P2

P1

Pv

PvcFlashing

Cavitación

P2¨

Ar acerca a 0.99 incrementael potencial de cavitación.

Ar = 0.99 Máx. potencencialpara cavitación.

Ar = o 1 Flashing

COMPARACION DEL Ar … Kc

Kc: es un valor establecido en laboratorio para cada diseño de una válvula.

Si Kc Ar la válvula podrá experimentar cavitación

Si Kc Ar no experimentará daños por cavitación

Se debe evaluar todas las caídas de presión (condicionesdel flujo). Flujo mínimo, normal y máximo.

Se debe evaluar también el valor de Ar en al arranque. Es decir cuando la válvula se encuentra en condición de Shutoff.

TECNOLOGIAS ANTICAVITACION

La estrategia mas común para evitar la cavitación esUsar los trim con baja coeficiente de recuperación.El objetivo es mantener la presión del fluido de la venacontracta por encima de la presión de vapor.

Alcanzar el valor de Fl o Km. = 1. Esto quiere decir quela presión se hace mas pequeña y no hay presión derecuperación. Podemos decir que…

Pvc PvP2 Pv

Fl (Km) = Factor de recuperación de presión de líquidos en la válvula


Vena contracta

P2

P1

Pv

Pvc

In v/v Out v/v

Alto coeficientede recuperación

Bajo coeficientede recuperación

Distancia

Pvc Pv

Pvc Pv

El potencial de cavitación es como una función de la presión


Para mantener la Pvc por encima de la Pv, se empleantrim con caídas de presión multi etapa. Las etapasenvuelven directamente el fluido a través de una seriede restricciones o etapas que están expuestas directamente al fluido. Cada restricción sucesivamente disipacierta cantidad de energía, ocasionando la entrada delfluido con una presión mas baja a la siguiente etapa.


P2

P1

Pv

In v/v St1 St2 St3 Out v/v Distancia

Single Port trim

Multi stage trim

DISEÑO DE LOS ORIFCIOS

Baja CapacidadBaja Recuperación

Alta CapacidadAlta Recuperación

Alta CapacidadBaja Recuperación

Flujo

CONTROL CAVITACION VALVULAS DE ROTACION

Estas válvulas tienen una altarecuperación. Pocas opcionespara control de cavitación.usadas para aplicaciones como reducción de las bajasfrecuencias de ruido o paracavitáciones intermitentespresentadas por las condicionesdel fluido.

RUIDO EN LAS VALVULAS DE CONTROL

Vibración Dinámica: Es la resultante de las fluctuacionesaleatorias. presión dentro de la válvula. Las fuentes mascomunes son el piston ring y los movimientos lateralesdel Plug relativo a la superficie de guía.

Ruido Hidrodinámico: Producido por el fenómeno de la cavitación. El flashing no produce niveles de ruido que no sean aceptables.

Ruido Aerodinámico: El cual se genera por turbulenciasen el fluido o por algunos fluidos en particular, válvulaspara control de gas o vapor.

MECANICA DEL RUIDO EN LAS VALVULAS

Generación: Es generado en el trim de la válvula comoresultante de la turbulencia o porque el área de salida es insuficiente.Propagación: El ruido que es generado en la válvula sePropaga aguas debajo de la tubería como una resultanteDel flujo que pasa a través del sistema.Acople: El ruido en la tubería hace que la pared de la tubería vibre. La energía del sonido es convertida en vibraciones en la tubería y es determinado por muchasvariables complejas que incluyen:


• La resonancia o frecuencia natural de la tubería vs la frecuencia predominante del ruido generado por la válvula.

• La masa de la pared de la tubería

• La masa del medio fluyendo• La rigidez de la tubería

Radiación: La vibración de pared de la tubería radiaondas de sonido que son detectadas por el oído humano


Radiación

Acople

Propagación

Generación(trim, outlet)

TECNOLOGIAS PARA COMBATIR EL RUIDO

Trim: Se han desarrollado cage´s con el cual se puededisminuir el ruido, atenuando la turbulencia y reduciendola velocidad del fluido.

Orificios

CALCULOS DEL RUIDO

IEC 534: Determinó una sola técnica para predecirEl ruido. International Electrotechnical Commission.(Es similar a la ISO). 534 es el solo el grupo orientadoMecánicamente Standard. El IEC Standard tiene cincoPasos para calcular el ruido en las válvulas.• Determinar la corriente de energía en la vena contracta• Convertir la energía del ruido en la salida de la válvula• Determinar el nivel de ruido en al corriente de flujo.• Determinar el nivel de ruido fuera de la pared de la tubería•Trasladar el nivel de ruido a una condición Standard.

Wms m(Vvc) 2

2

Wa nx . Wms

CALCULOS DEL RUIDO

Pd = Wa.Cp A

Lpi = Log10 PdPo

2

LpAe1m = LpAe – 10Log10 X (Di+2)/Di

LpAe.Rn = LpAe,1m +10Log10

(Di+2)/ DiL

1 2

5

3

4

Aprender para explicar

CALCULOS DE CV

CV VARIABLE

Una válvula de control es una restricción que proveeun Cv variable.

Cv = 350Máximo flujo90% recorrido

Cv = 120Máximo flujo

Cv = 15Máximo flujo10% recorrido

CALCULOS DE CV PARA LIQUIDOS

Principales Influencias

Energía Disponible: La energía disponible para producir un flujo es la caída de la presión a través de la válvulaP1 menos P2, o el delta de presión.

Area de flujo: Otra consideración básica es la secciónPor donde circula el flujo que tan grande es…

Gravedad especifica: Es importante ya que un fluidocon una gravedad especifica tiene un comportamientodiferente al pasar por la restricción.

CALCULOS DE CV PARA LIQUIDOS

Flujo de choque: Es cuando se tiene la máxima ratade flujo que ocurre dada las condiciones de presión y velocidad son tales que el fluido comienza a vaporizarse cerca de la restricción. O es el punto enEl cual la rata de flujo no incrementará.Perdidas por las líneas de flujo: Las conexiones de laválvula normalmente son menores que la tubería, porlo tanto se debe tener en consideración las perdidas.Este cambio en los diámetros de la tubería también creaperdidas por turbulencia y fricción alterando el flujo entrando y saliendo de la válvula.

EQUACION BASICA

Q = Cv PG

Q = Rata de flujo, gpm

Cv = Coeficiente de flujo

P = P1 – P2

G = Gravedad especifica del producto (considerada)

Nota: El flujo es proporcional a la raíz cuadrada de la caída de presión

Cv = Q G P

CONSIDERANDO EL FLUJO DE CHOQUE

Actual flujo

P permitido

Qgpm

P

G

Flujo Pronosticado

Flujo de choque vs. flujo pronosticado por la ecuación básica

La mas alta caída de presión puede causar que el líquido cambie de estado, pero no podrá exceder la máximavelocidad

VALVULAS CON COEFICIENTE DE RECUPERACION BAJO Y ALTO

Presión de Recobro: Se define como la cantidad dePresión recobrada que puede ocurrir después quela corriente a pasado por la vena contracta. De otroModo es la baja presión que cae en la vena contracta.• Alta presión de recobro: Válvulas de mariposa, bola son muy eficientes• Baja presión de recobro: Válvulas de globo, pueden sostener una presión de caída mas alta antes de que el flujo chocado ocurra.

ECUACION PARA CALCULAR EL P DE CHOQUE

IEC

Pchocked = Fl (P1 – Pvc)2

Fl = Coeficiente de Recuperación de la válvula

P1= Presión upstream

Pvc = Presión del fluido en la vena contracta

ECUACION PARACALCULA EL VALOR DE PRESION EN LA VENA CONTRACTA

IECPvc = Ff. Pv

Pvc = Presión de fluido en la vena contracta

Ff = Relación critica de presión

Pv = Presión de vapor del fluido

Ff = 0.96 – 0.28 Pv/Pc

Pc = Presión critica

Nota: Algunos software calculan el valor de Pvc o por tablas según el fabricante

PERDIDAS POR LA TUBERIA

D1 d d D2

Efectos de laturbulencia y fricción

Efectos de lavelocidad y presión

V/v globo

Rot1.5:1

Rot 2:1

Apertura de válvula %

RataDe Cv %

0

100

0 25 50 75 100

K1 K2

CALCULOS PARA DETERMINARLAS PERDIDAS POR LA TUBERIA

Fp = K. Cv

N d+ 1

2

2

-1/2

Ff: factor de geometría de la tubería. K: Suma de todas los coefi- ficientes por perdida.N2: Constante (890¨, 0.00214 mm)d: Diámetro de la válvulaK1: Coeficiente de resistencia a la entrada por accesoriosK: Coeficiente de resistencia a la salida por accesorios.

D1: Diámetro de la tubería de entrada.D2: Diámetro de la tubería de salida.KB1: Coeficiente de bernoulli 1-(d/D1)KB2: Coeficiente de bernoulli 1-(d/D2)K1: Coeficiente de resistencia de entrada 0.5 1-d

4

4

4

D1

2

K1: Coeficiente de resistencia de entrada 1.0 1-d 4

D2

2

INFLUENCIA DE LA VISCOSIDAD

Factor Fr (ISA): Diferentes métodos son usadospara evaluar el efecto de la viscosidad del fluido.La ecuación de la ISA usa el factor de corrección Fr, el cual es determinado en dos pasos

Rev = N4 . Fd . Q Fl . Cv

Fl Cv N2 . d 1/2 1/2

2 2

4 + 1

1/41. Cálculo del número de reinold de la válvula

0.01 0.1 1.0 10 10 10 10

1.0

0.1

0.001 2 3 4 5 6

2. Determinando el valor de Fr en la carta

CALCULO DEL CV PARA LIQUIDOS

Cv = Q G P N1 Fr

1. Ecuación básica

2. Consideración el flujo chocado

3. Consideración por perdidas en la tubería

4. Consideración de la viscosidad

CALCULOS DE CV PARA GASES

Principales Influencias:Energía Disponible: La energía disponible que produce Un gas está determinado por la siguiente ecuación.

P1 P/P1

Simplificando la ecuación

P1 X Donde X = P/P1


Principales Influencias

Area de flujo: Otra consideración básica es la secciónPor donde circula el flujo que tan grande es…

Gravedad especifica: Es importante ya que un gas concon una gravedad especifica y temperatura tiene un comportamiento diferente al pasar por la restricción.Para gases estas dos variables deben ser conocidos.

Flujo de choque: Cuando el gas alcanza la velocidad sonica


Perdidas por las líneas de flujo: Las conexiones de laválvula normalmente son menores que la tubería, porlo tanto se debe tener en consideración las perdidas.Este cambio en los diámetros de la tubería también crea perdidas por los posibles cambios de presión y temperaturaReal vs. Gases Ideales: Los gases ideales son aquellos el cual la relación entre la Temp.; presión y el volumen son constantes:

ECUACION BASICA

Q = Cv P1 X X = P P1

Zona efectiva solo para Valores de X 0,02 desdea hasta b

Q

X

Flujo pronosticado con

EXPANSION DEL GAS Y LA DENSIDAD

La ecuación básica pierde efectividad si el valor de XIncrementa si el gas se expande cuando este pasa a través De una restricción. La expansión impacta la densidad del Fluido produciendo cambios en la rata de flujo.Cuando el gas pasa a través de una restricción y X 0,02la velocidad del gas incrementa y la presión decrece. Lacaída de presión causa que las moléculas se muevan de manera expandida, Este efecto e incremento de X da comoresultado un incremento no proporcional en el flujo.

EXPANSION DEL GAS Y LA DENSIDAD

Densidad = n Densidad n

El efecto de expansión del fluido es que la rata de flujo actual arranca a decrecer del flujo pronosticado de la ecuación básica. La cantidad de fluido expandido y esteefecto sobre el flujo es incluido en la ecuación por el factor de expansión Y.El estimado del flujo reducido por el factor de expansión Y, ocurre cuando el valor de X incrementa.

Fk = Relación de calores específicos (k/1.4)

(Y = .67) Xt = Flujo límite del valor de X para una válvula especifica. Q = CvP1Y X

(Y = 1)

Q = CvP1 X

a b

X

Y = 1 – 0.33 X Fk Kt

K = Relación de calores específicos del gas fluyendo

1.4 = Relación de calor especifico del aire

FACTOR DE EXPANSION

TABLA DE VALORES PARA Fk

TEMPERATURA

200 K 300K 400K 500K

- 27C 127C 227C

Acetileno 1,31 1.23

Aire 1,4 1,4 1,39 1,39

Amoniaco 1,28 1,25

Argón 1,66 1,66 1,66 1,66

Butano 1,36 1,1 1.0 1,06

Dióxido de Carbono 1,29 1,29 1,25 1,23

Etano 1,19 1,15 1,12

Etileno 1,14 1,18 1,15

Metano 1,34 1,31 1,26 1,22

Propano 1,51 1,13 1,05 1,02

Propileno 1,1 1,05 1,02

Vapor 1,32 1,31

73C

FLUJO CHOCADO Y COEFICIENTE Xt

Xt: Para un fluido especifico, la condición de presiónde un flujo chocado es una función de la válvula la geometría del flujo y l as condiciones de presión.

En esencia el coeficiente Xt describe el máximo valor de X que es efectivo produciendo un efectivo f lujo degas. Para agregar este valor se realizan pruebas por elfabricante para cada válvula usando un fluido Standardreferenciado, el cual se publica en el dimensionamiento de la válvula.

CONSIDERANDO EL COEFICIENTE DE Xt

X

Q = Cv P1Y Xt

Velocidad Sonica

Flujo adicional por encima deLa velocidad sonica debido aLa ampliación en la v. hacia Delante de la válvula

Xt: Límite de flujo establecido de X definido para cada válvula

Q = Cv P1 X

Flujo pronosticado

con

Q

EFECTO DE Fk SOBRE Xt

o

o

o

Q = Cv P1Y Fx Xt Flujo Chocadok 1.4

k = 1.4

k 1.4

X

QX =

P P1

COMPENSACION POR GRAVEDAD ESPECIFICA Y TEMPERATURA

Nota: La ecuación básica de los gases es basada en aire a 60 F. Incluyendo estas dos condiciones…

Q = Cv P1Y X Ge T1

Ge: La gravedad especifica del gas fluyendo estáreferenciada a la densidad del aire en condiciones estándar.

T1: La temperatura del gas en valores absolutos

CALCULOS PARA DETERMINARLAS PERDIDAS POR LA TUBERIA

Fp = K. Cv

N d+ 1

2

2

-1/2

Ff: factor de geometría de la tubería. K: Suma de todas los coefi- ficientes por perdida.N2: Constante (890¨, 0.00214 mm)d: Diámetro de la válvulaK1: Coeficiente de resistencia a la entrada por accesoriosK: Coeficiente de resistencia a la salida por accesorios.

D1: Diámetro de la tubería de entrada.D2: Diámetro de la tubería de salida.KB1: Coeficiente de bernoulli 1-(d/D1)KB2: Coeficiente de bernoulli 1-(d/D2)K1: Coeficiente de resistencia de entrada 0.5 1-d

4

4

4

D1

2

K1: Coeficiente de resistencia de entrada 1.0 1-d 4

D2

2

D1 d d D2

Efectos de laturbulencia y fricción

K1 K2

COMPENSACION POR LAS PERDIDAS EN LA TUBERIA

Q = Fp Cv P1Y X Ge T1

CONSTANTES

Q = N7 Fp Cv P1Y X Ge T1

Las constantes pueden definidas en unidades inglesas odecimales. Para cálculos de gases la constante N7 debeser incluida.

Constante Unidades

4,17 m3/h Kpa K

417 m3/h Bar K

1360 Schf Psia R

COMPRESIBILIDAD IDEAL Y REAL DE LOS GASES

La relación de la presión , temperatura y volumen de ungas ideal son mas o menos constantes. Para los gases reales estos no son. Los gases ideales están dados con la siguiente formula. PV = RT

Para los gases reales con la siguiente formula. PV = ZRT

P = Presión del fluido en psiaV = Volumen en cu ftR = Constante de los gases 10,73 (psia x cu ft) / (degress R X lb. mole).T = Temperatura del fluido, en grados RZ = Factor calculado de compresibilidad de los gases

HALLANDO EL VALOR DE Z

El valor de Z puede ser calculado por algún software opor el software usado para calcular el CV de la válvula, conociendo la presión reducida y la temperatura reducida.

Pr = Presión actual / Presión critica

Tr = Temperatura actual / Temperatura critica

Q = N7 Fp Cv P1Y X Ge T1Z

MANEJO DEL SOFTWARE

Valvula de Contol

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