Valvula de Contol2_2

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.

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