ip.v1 - válvulas de control (basico) - rev.3.pdf

CLIC PARA EDITAR TÍTULO


� Válvula de control - Definición.� Tipos de Válvulas: ventajas y desventajas.� Partes de válvulas.

Actuadores.

TEMARIO

� Actuadores.� Posicionadores.� Accesorios.� Característica de caudal.


� Dimensionamiento: Cv� Dimensionamiento para líquidos. � Dimensionamiento para gases.� Datos de proceso necesarios.

TEMARIO

� Datos de proceso necesarios.� Cómo especificar una válvula de control.

� Prácticas: selección y cálculo de una válvula de control


VÁLVULAS DE CONTROL

INTRODUCCIÓN

Definición y Tipos de Válvulas


� Es el elemento final en un lazo de control¿QUE ES UNA VÁLVULA DE CONTROL?

La válvula de control controlará el flujo de un fluido para mantener una variable de proceso (caudal, presión, temperatura) al valor deseado


PROCESO

ELEMENTO FINALDE CONTROL ELEMENTO

PRIMARIO

ELEMENTOS DE CONTROL

C A M P OP A N E L

TRANSMISOR

CONVERSOR CONTROLADOR


VaporVálvula decontrol

TransmisorControlador Set-point

Medir

CompararComputar

Corregir

Ejemplo

Agua fríaAgua caliente

Vapor + Condensado

Medir


� Es la relación entre el caudal máximo y mínimo que la válvula puede controlar.

RANGEABILIDAD


� Cantidad de caudal que puede pasar por la válvula bajo ciertas condiciones de p, T y ∆p.

CAPACIDAD


� Válvulas Lineales� Globo� Cuchillas/compuerta� Diafragma

TIPOS DE VÁLVULAS (SEGÚN EL MOVIMIENTO DEL OBTURADOR)

� Válvulas Rotativas� Mariposa� Esféricas� Esfera segmentada o casquete esférico� Tapón excéntrico

CLIC PARA EDITAR TÍTULOVÁLVULAS GLOBO

Válvulas globo de simple asiento


Válvula globo de doble asiento

VÁLVULAS GLOBO

CLIC PARA EDITAR TÍTULOVálvula globo cuerpo en ángulo

VÁLVULAS GLOBO

CLIC PARA EDITAR TÍTULO Válvula globo de 3 víasVÁLVULAS GLOBO

DivergenteConvergente


Válvula globo sanitaria

VÁLVULAS GLOBO


� Amplia rangeabilidad de control� Disponible en tamaños pequeños� Puede manejar altas caídas de presión� Internos para servicio severo� Puede modificarse la característica de caudal

Válvulas Globo - Ventajas

� Puede modificarse la característica de caudal� Materiales en aleaciones


� Capacidad (Cv) versus tamaño� Peso versus otros tipos de válvulas� Costo versus otros tipos de válvulas� Puede usarse con fluidos relativamente

limpios

Válvulas Globo - Desventajas

limpios

CLIC PARA EDITAR TÍTULOVÁLVULAS CUCHILLA


� Paso Total� Permite el manejo de sólidos� Costo vs tamaño

Válvulas Cuchilla - Ventajas


� Suelen tener pérdidas por las empaquetaduras

� No son buenas para control� Tienen limitaciones en presión

(ANSI 300/PN16)

Válvulas Cuchilla - Desventajas

(ANSI 300/PN16)� No son generalmente aptas para

aplicaciones con gas.� Tienen límites en temperatura.

CLIC PARA EDITAR TÍTULOVÁLVULAS A DIAFRAGMA

CLIC PARA EDITAR TÍTULOVÁLVULAS MARIPOSA


Concéntrica

VÁLVULAS MARIPOSA


Bi- excéntrica

VÁLVULAS MARIPOSA


CENTERLINE

α2

OFFSET 2

Triple excentricidad

VÁLVULAS MARIPOSA

CENTERLINE PIPE

α1

OFFSET 2

OFFSET 1

α1-α2

CLIC PARA EDITAR TÍTULOVálvulas tipo Mariposa - Ventajas� Gran capacidad (Cv) versus tamaño (altos Cv)� Disponible con asiento blando y metálico� Disponible para grandes tamaños y con distintos

diseños� Costo global menor que otros tiposCosto global menor que otros tipos� Bajo peso� Fácil mantenimiento


� No disponible en tamaños menores a 2”� Puede manejar caídas de presión

moderadas, ya que no dispone de internos especiales para servicio severos

Válvulas Mariposa - Desventajas

� No tiene buena característica de control� Requiere un medio relativamente limpio� Para aplicaciones en vapor con bajos

porcentajes de apertura, puede producirse erosión o abrasión y hay riesgos de pérdidas a través de la válvula

CLIC PARA EDITAR TÍTULOVÁLVULAS ESFÉRICAS

CLIC PARA EDITAR TÍTULOVÁLVULAS ESFÉRICAS

Esfera flotante Esfera trunnion


� Gran capacidad de caudal� Robustez � Cierre hermético� Puede manejar diferentes tipos de

fluido

Válvula Esférica - Ventajas

fluido� Gran disponibilidad de materiales � Buena relación costo/beneficio� Mantenimiento económico


� Más pesada y más costosa que una válvula mariposa� Reducida capacidad de manejo de aplicaciones severas� Mayor requerimiento de torque � Uso frecuente en servicio on/off

Válvula Esférica - Desventajas

CLIC PARA EDITAR TÍTULOVÁLVULAS ESFERA SEGMENTADA O CASQUETE ESFÉRICO


� Mayor capacidad que válvulas mariposa o globo

� Buena para fluidos con fibras o barros� Amplia rangeabilidad � Cierre hermético

Esfera segmentada - Ventajas

� Cierre hermético� Menor requerimiento de torque que

una válvula esférica� Buena característica de control� Puede manejar bien fluidos con riesgo

de cavitación


� Pocas alternativas de internos para uso en servicio severo� Más pesada y más costosa que una válvula mariposa� No disponible en clase mayor a #600.

Esfera segmentada - Desventajas

� Tiene, en su diseño básico, mayor hermeticidad en una dirección

CLIC PARA EDITAR TÍTULOVÁLVULAS TAPÓN EXCÉNTRICO


� Alta capacidad y buena rangeabilidad� Soporta mayores caídas de presión que una válvula

mariposa� Excelente para vapor saturado� Internos reducidos disponibles (70% y 40%)

Cierre bidireccional

Tapón excéntrico - Ventajas

� Cierre bidireccional� Resistencia a efectos de golpe de

ariete

CLIC PARA EDITAR TÍTULOTapón excéntrico - Desventajas

� Clase de cierre V no disponible� Materiales del cuerpo limitados (AC y 316 SS)� No dispone de internos para aplicaciones de servicio

severo


Depende de la aplicación, todos los tipos de válvulas pueden ser usados en distintas aplicaciones, la elección es suya

ENTONCES, CUÁL ES LA MEJOR VÁLVULA?



INTRODUCCIÓN

Partes de las Válvulas


Subconjunto del Actuador (Actuator sub-assembly)

Dispositivo que está mecánicamente unido al eje de la válvula y provee la fuerza necesaria para moverla

Posicionador

Dispositivo “interface”, que recibe la señal del

PARTES DEL CONJUNTO VÁLVULA DE CONTROL

Subconjunto del cuerpo (Body sub-assembly)

Válvula propiamente dicha por donde circula el fluido y donde se encuentra la restricción al flujo

recibe la señal del controlador y la convierte para que el actuador mueva la válvula, para posicionarla según la señal recibida.


Empaquetaduras

Yugo

Bonete

PARTES INTERNAS DE UNA VÁLVULA GLOBO

Vástago

Empaquetaduras

Asiento

Obturador

Conexión a proceso

Brida del Bonete


VástagoEmpaquetaduras

Cuerpo Cojinete del vástago

Tornillo Prensaestopas

PARTES INTERNAS DE UNA VÁLVULA MARIPOSA

AsientoDisco


Definido por una Clase de PresiónTablas en función de: - material del cuerpo

- presión - temperatura

NORMA ANSI (EEUU)#150

NORMA DIN (Europa)PN10

CUERPO

#150#300#450#600#900#1500#2500#4500

PN10PN16PN25PN40PN64PN100PN250PN400

CLIC PARA EDITAR TÍTULOVALVES FLANGEDTHREADED, AND WELDING END ANSI B16.34 1988VALVES FLANGEDTHREADED, AND WELDING END ANSI B16.34 1988

A 105(a)A 105(a) A 51570(a) A 51570(a) A 67570A 67570 A 672 B70(a)A 672 B70(a)

TABLE 2TABLE 2--1.11.1RATINGS FOR GROUP 1.1 MATERIALSRATINGS FOR GROUP 1.1 MATERIALS

A 105(a)A 105(a) A 51570(a) A 51570(a) A 67570A 67570 A 672 B70(a)A 672 B70(a)A 216WCB(a)A 216WCB(a) A 51670(a)A 51670(a) A 696 Gr.C(a)A 696 Gr.C(a) A 672 C70(a)A 672 C70(a)A 350LF2(d)A 350LF2(d) A 537 A 537

NOTES:NOTES:(a) Permissible but not recommended for prolonged usage above 800 oF.

(d) Not to be used over 650 oF.

cast Carbon Steel

A 216WCB(a)

CLIC PARA EDITAR TÍTULOWorking Pressure by Classes, psigWorking Pressure by Classes, psig

Temperature, oF150 300 400 600 900 1500 2500 4500

-20 to 100 285 740 990 1480 2220 3705 6170 11110200 260 675 900 1350 2025 3375 5625 10120 300 230 655 875 1315 1970 3280 5470 9845

400 200 635 845 1270 1900 3170 5280 9505 500 170 600 800 1200 1795 2995 4990 8980 600 140 550 730 1095 1640 2735 4560 8210

TABLE 2-1.1A – Stainless Steel

600 140 550 730 1095 1640 2735 4560 8210

650 125 535 715 1075 1610 2685 4475 8055700 110 535 710 1065 1600 2665 4440 7990 750 95 505 670 1010 1510 2520 4200 7560

800 80 410 550 825 1235 2060 3430 6170 850 65 270 355 535 805 1340 2230 4010 900 50 170 230 345 515 860 1430 2570

950 35 105 140 205 310 515 860 15451000 20 50 70 105 155 260 430 770

Para una válvula en acero inoxidable a 1450 psig & 300 o F, quéclase de presión se requiere ?

CLIC PARA EDITAR TÍTULOClase de Presión

Working Pressure by Classes, psigWorking Pressure by Classes, psigTemperature, oF

150 300 400 600 900 1500 2500 4500

-20 to 100 285 740 990 1480 2220 3705 6170 11110200 260 675 900 1350 2025 3375 5625 10120 300 230 655 875 1315 1970 3280 5470 9845

400 200 635 845 1270 1900 3170 5280 9505 500 170 600 800 1200 1795 2995 4990 8980 600 140 550 730 1095 1640 2735 4560 8210


900

300 1970

600 140 550 730 1095 1640 2735 4560 8210

650 125 535 715 1075 1610 2685 4475 8055700 110 535 710 1065 1600 2665 4440 7990 750 95 505 670 1010 1510 2520 4200 7560

800 80 410 550 825 1235 2060 3430 6170 850 65 270 355 535 805 1340 2230 4010 900 50 170 230 345 515 860 1430 2570

950 35 105 140 205 310 515 860 15451000 20 50 70 105 155 260 430 770

Para una válvula de acero inoxidable 1450 psig & 300 o F, se requiere Clase 900


Working Pressure by Classes, psigWorking Pressure by Classes, psigTemperature, oF

150 300 400 600 900 1500 2500 4500

-20 to 100 285 740 990 1480 2220 3705 6170 11110200 260 675 900 1350 2025 3375 5625 10120 300 230 655 875 1315 1970 3280 5470 9845

400 200 635 845 1270 1900 3170 5280 9505 500 170 600 800 1200 1795 2995 4990 8980 600 140 550 730 1095 1640 2735 4560 8210


900

300 1970

Considerar Acero al carbono?

600 140 550 730 1095 1640 2735 4560 8210

650 125 535 715 1075 1610 2685 4475 8055700 110 535 710 1065 1600 2665 4440 7990 750 95 505 670 1010 1510 2520 4200 7560

800 80 410 550 825 1235 2060 3430 6170 850 65 270 355 535 805 1340 2230 4010 900 50 170 230 345 515 860 1430 2570

950 35 105 140 205 310 515 860 15451000 20 50 70 105 155 260 430 770

Para una válvula de acero inoxidable 1450 psig & 300 o F, se requiere Clase 900


Working Pressure by Classes, psigWorking Pressure by Classes, psig

TABLE 2-1.1B – Carbon Steel

Temperature, oF150 300 400 600 900 1500 2500 4500

-20 to 100 290 750 1000 1500 2250 3750 6250 11250200 290 750 1000 1500 2250 3750 6250 11250300 290 750 1000 1500 2250 3750 6250 11250

400 290 750 1000 1500 2250 3750 6250 11250 500 290 750 1000 1500 2250 3750 6250 11250600 275 715 950 1425 2140 3565 5940 10690600 275 715 950 1425 2140 3565 5940 10690

650 270 700 935 1400 2100 3495 5825 10485700 265 695 925 1390 2080 3470 5780 10405 750 240 630 840 1260 1890 3150 5250 9450

800 200 515 685 1030 1545 2570 4285 7715 850 130 335 445 670 1005 1670 2785 5015 900 85 215 285 430 645 1070 1785 3215

950 50 130 170 260 385 645 1070 19301000 25 65 85 130 195 320 535 965

CLIC PARA EDITAR TÍTULOClase de PresiónWorking Pressure by Classes, psigWorking Pressure by Classes, psig


Temperature, oF150 300 400 600 900 1500 2500 4500

-20 to 100 290 750 1000 1500 2250 3750 6250 11250200 290 750 1000 1500 2250 3750 6250 11250300 290 750 1000 1500 2250 3750 6250 11250

400 290 750 1000 1500 2250 3750 6250 11250 500 290 750 1000 1500 2250 3750 6250 11250600 275 715 950 1425 2140 3565 5940 10690600 275 715 950 1425 2140 3565 5940 10690

650 270 700 935 1400 2100 3495 5825 10485700 265 695 925 1390 2080 3470 5780 10405 750 240 630 840 1260 1890 3150 5250 9450

800 200 515 685 1030 1545 2570 4285 7715 850 130 335 445 670 1005 1670 2785 5015 900 85 215 285 430 645 1070 1785 3215

950 50 130 170 260 385 645 1070 19301000 25 65 85 130 195 320 535 965

Para una válvula de acero al carbono ase requiere un rating clase 600?

1450 psig and 300 oF,

CLIC PARA EDITAR TÍTULOClase de PresiónWorking Pressure by Classes, psigWorking Pressure by Classes, psig


Temperature, oF150 300 400 600 900 1500 2500 4500

-20 to 100 290 750 1000 1500 2250 3750 6250 11250200 290 750 1000 1500 2250 3750 6250 11250300 290 750 1000 1500 2250 3750 6250 11250

400 290 750 1000 1500 2250 3750 6250 11250 500 290 750 1000 1500 2250 3750 6250 11250600 275 715 950 1425 2140 3565 5940 10690

1500

600

1500300

600 275 715 950 1425 2140 3565 5940 10690

650 270 700 935 1400 2100 3495 5825 10485700 265 695 925 1390 2080 3470 5780 10405 750 240 630 840 1260 1890 3150 5250 9450

800 200 515 685 1030 1545 2570 4285 7715 850 130 335 445 670 1005 1670 2785 5015 900 85 215 285 430 645 1070 1785 3215

950 50 130 170 260 385 645 1070 19301000 25 65 85 130 195 320 535 965

Para una válvula de acero al carbono ase requiere Clase 600

1450 psig and 300 oF,


Soldables Embutidas (SW) Roscadas (NPT)

Cuerpo – Conexiones a proceso

Bridas Integrales

Bridas Separables

Soldables a Tope (BW)


Formado por:� Obturador � Asiento� Retenedor o Jaula

CONJUNTO DE INTERNOS - TRIM

CLIC PARA EDITAR TÍTULOINTERNOS BALANCEADOS

CLIC PARA EDITAR TÍTULOINTERNOS REDUCIDOS


Norma FCI 70-2 (antigua ANSI B16.104):

Define Seis clases de cierre (I a VI), según la pérdida admitida

CLASE DE CIERRE

según la pérdida admitida cuando la válvula está cerrada.


� Clase I menos hermética � Clase IV más comúnmente usada� Clase V más hermética, cierre metal-metal

CLASE DE CIERRE

�Clase VI más hermética, cierre blando

CLIC PARA EDITAR TÍTULOASIENTO BLANDO, CLASE DE CIERRE VI


Retenedor Estándar

� Cumple la función de mantener el asiento en su lugar (para asientos no roscados).� Permite diseños

especiales para

RETENEDORES / JAULASRETENEDOR

Estándar

CavControlCavControlCavControlCavControl

ChannelStreamChannelStreamChannelStreamChannelStream

MegaStreamMegaStreamMegaStreamMegaStreamTiger ToothTiger ToothTiger ToothTiger Tooth

especiales para aplicaciones de servicio severo.


� Cumple la función de dar la característica de caudal a la válvula o ser la guía de la válvula o ambas.� Permite diseños especiales para aplicaciones

de servicio severo.

JAULA

CLIC PARA EDITAR TÍTULO� Cumple la función de dar la característica de caudal a la válvula o ser la guía de la válvula o ambas.� Permite diseños especiales para aplicaciones

de servicio severo.

JAULA

CLIC PARA EDITAR TÍTULOBONETES

CriogénicoExtendidoEstándar


Vástago

Bonete

Tornillo del Bonete

Mordaza

Guía Superior delVástago

EmpaquetaduraSuperiorEspaciador de las

EMPAQUETADURAS

Brida del Bonete

Cuerpo

Espaciador de lasEmpaquetaduras

EmpaquetaduraInferior

Guía Inferior delVástago

CLIC PARA EDITAR TÍTULOEmpaquetaduras de PTFE tipo V-ring


Sellos de Fuelle Metálico

Fuelles para control de emisiones fugitivas

CLIC PARA EDITAR TÍTULOFuelles para control de emisiones fugitivas

Sellos de Fuelle de PTFE

CLIC PARA EDITAR TÍTULOJUNTAS



INTRODUCCIÓN

Actuadores


� NeumáticosLa fuerza para mover la válvula es provista por aire comprimido.

� Eléctricos

TIPO DE ACTUADORES

� EléctricosLa fuerza para mover la válvula es provista por un motor eléctrico.

� HidráulicosLa fuerza para mover la válvula es provista por un fluido hidráulico

a presión.


� A que posición se requiere que se mantenga la válvula en caso de falla de la alimentación?

� Objetivo: seguridad del proceso

ACCIÓN ANTE FALLA

Objetivo: seguridad del proceso


� Shut-off� Presión de alimentación de aire� Acción ante falla

DIMENSIONAMIENTO DEL ACTUADOR


� Actuadores a diafragma� Actuadores a pistón

ACTUADORES A DIAFRAGMA


Resorte

Cámara superior

Cámara inferior

Diafragma

Conexión de aireACTUADORES A DIAFRAGMA

Torre o yoke

Resorte

EscalaConector del vástago


Alimentación

Aire para cerrar / Air to close (ATC)

Falla abre (FA) / Fail open (FO)Normal abierta (NA)

Aire para abrir / Air to open (ATO)

Falla cierra (FC) / Fail close (FC)Normal cerrada (NC)

Alimentación


Conexión de airesuperior

Resorte

Cámara superior

ACTUADORES A PISTÓN

Yugo

O

S

Escala

ResortePistón

Cámara inferiorConexión de aireinferior

Conector del vástago


Falla Cerrada

O

S

O

S

Falla Abierta

O

S

Falla Última Posición



INTRODUCCIÓN

Posicionadores


x Actuador Σ

Posición dela Válvulaerror Válvula

+

� Son la interface entre el controlador y la válvula, posicionan la válvula de acuerdo a la señal de entrada que reciben del controlador

POSICIONADORES

x

Retroalimentación

Actuador Σla Válvula

Posicionador

Señalerror Válvula

Piloto-


� NeumáticosSeñal de entrada: 3-15 psi

� Electro-neumáticos

POSICIONADORES

Señal de entrada: 4-20 mA

� DigitalesSeñal de entrada: digital: HART, Fieldbus Foundation, Profibus

CLIC PARA EDITAR TÍTULOPosicionadores

Alimentación

Señal

Alimentación

Señal

Actuador Simple efecto Actuador Doble efecto

CLIC PARA EDITAR TÍTULOMontaje de Posicionadores



INTRODUCCIÓN

Accesorios


� Filtros reguladores� Solenoides� Límites de carrera e indicadores de posición� Limitadores de carrera

ACCESORIOS

� Limitadores de carrera� Volantes� Boosters� Válvulas de alivio rápido



CARACTERÍSTICAS DE CAUDAL

Características Inherente e Instalada


� Relación entre flujo a través de la válvula y porcentaje de carrera al variar ésta de 0 a 100 por ciento.

CARACTERÍSTICA DE CAUDAL

� Característica:� Inherente� Instalada

CLIC PARA EDITAR TÍTULO� Característica Inherente de Flujo

Característica de flujo cuando se mantiene una caída de presión constante a través de la válvula.

� Característica Instalada de Flujo� Característica Instalada de Flujo

Característica de flujo cuando se mantiene una caída de presión a través de la válvula varía en relación al flujo y condiciones relativas al sistema en donde está instalada la válvula.

CLIC PARA EDITAR TÍTULO� Características Inherentes

� Apertura rápida�Lineal�Igual porcentaje


Flu

jo

Apertura

Flu

jo

Apertura

Flu

jo

Apertura

Apertura rápida Lineal Igual porcentaje


� Apertura rápidaCaracterística inherente de flujo en la que hay un máximo flujo con un mínimo de carrera.

Flu

jo

Apertura


� LinealCaracterística inherente de flujo a la que le corresponden incrementos iguales de carrera a incrementos iguales de flujo.

Flu

jo

Apertura


� Igual PorcentajeCaracterística inherente de flujo a la que incrementos iguales en la carrera producirán cambios en igual porcentaje del flujo existente.

Flu

jo

Apertura


Capacidad, %

Característica Inherente

Carrera de la válvula, %


Capacidad, %

Característica Instalada

Capacidad, %




DIMENSIONAMIENTO Y

SELECCIÓN

Cv: Definición y Determinación


Cv es el coeficiente universal para el dimensionamiento de una válvula

¿QUÉ ES EL CV?


Es el número de galones por minuto de agua a 60 oF que pasan a través de un dispositivo con una caída de presión de 1 psi.

DEFINICIÓN DE CV

con una caída de presión de 1 psi.


Es el número de m3/h de agua a 15oC que pasan a través de un dispositivo con una caída de presión de 1 bar.

DEFINICIÓN DE KV



DIMENSIONAMIENTO Y

SELECCIÓN

Dimensionamiento para líquidos


PP1 2P

Perfil de presiones en una válvula de simple asiento

P1

P2

PVC

ΔP

(Presión de vena contracta)


Masa

1 2

Energía

ρ

Ecuación de Bernoulli para flujo incompresible

CONSERVACIÓN DE LA MASA Y LA ENERGÍA

ρ1A1V1 = ρ2A2V2

A V

Mayor velocidad a través de una menor área La presión disminuye a medida que la velocidad aumenta

½ρV2 + P = Constant

V P


q = Cq = Cvv ∆P ∆P / G/ Gf f

ECUACIÓN BÁSICA DE DIMENSIONAMIENTO

Donde:

q: caudal (gpm)∆p: caída de presión (psi)Gf: gravedad especifica del líquido

CLIC PARA EDITAR TÍTULOEjemplo 1:

PP11 PP22 ∆∆P P ∆∆P GP Gf f QQ

Cv = 46

50 49 1 1 1.0 46 50 49 1 1 1.0 46 50 46 4 2 1.0 9250 46 4 2 1.0 9250 25 25 5 1.0 23050 25 25 5 1.0 23050 1 49 7 1.0 32250 1 49 7 1.0 322

CLIC PARA EDITAR TÍTULOFlujo en un líquido ideal

322

230

Flujo

92

46

0 1 2 0 1 2 5 5 77

00

∆∆PP

CLIC PARA EDITAR TÍTULOEl flujo de un líquido real difiere del “ideal”:

1. El flujo comienza a disminuir2. Luego, el flujo permanece igual a pesar de 2. Luego, el flujo permanece igual a pesar de cualquier incremento en la ∆P


Flujo

322

230

Flujo en un líquido real

∆∆P0 1 2 5 7

92

46

0

El Flujo no siempre sigue la curva de la ∆P


Flujo

322

230

Flujo de Ahogo (Choked Flow)

∆∆P0 1 2 5 7

92

46

0

=∆P(ahogo)

(P1 - FF Pv )

FL


Flujo

322

230

Flujo de Cavitación Incipiente

∆∆PP

92

46

00 1 2 5 7

=∆∆PP((cavitacióncavitación))

(P(P11 -- PPvv ))FFii

xx

El flujo comienza a desviarse a una cavitación “incipiente”


Es la presión a la cual el líquido se vaporiza a determinada temperatura.

vPv = f(T)

PRESIÓN DE VAPOR DE UN LÍQUIDO


El flashing ocurre cuando:

P2 < Pv

FLASHING


Pv

PP11

Flashing

Pv

PP22

PPvcvc


La cavitación ocurre cuando:

P2 > Pv > Pvc

CAVITACIÓN

CLIC PARA EDITAR TÍTULOCavitaciónPP11

Pv

PP22

PPvcvc


Flujo

322

230

Curva de flujo real

=∆P(ahogo)

(P1 - FF Pv )

FL

xx

El flujo comienza a desviarse a una cavitación “incipiente”

∆∆PP

Flujo

92

46

00 1 2 5 7

=∆∆PP((cavitacióncavitación))

(P(P11 -- PPvv ))FFii

xxxx


donde:

La fórmula para flujo ahogado es:

∆Pahogo = FL2 (P1 - FFPv)

FF = Factor de la razón de Presión crítica del líquido P1 = Presión de entrada, psi

donde:FL = Factor de recuperación de la válvula

Pv = Presión de vapor


FL

Factores para varias configuraciones de válvulas a p1=cte.

FlujoGlobo 0.80 - 0.90

Bola segmentada 0.66

FACTOR DE RECUPERACIÓN

∆∆P

FL predice valor de presión a recuperar entre v.c. y salida de la válvula

Bola segmentada 0.66Mariposa 0.56


(F = .66)

Globo ( P1 )(FL = .85 - .90)

Bola segmentada ( P1 )

Factores para flujo ahogado para varias configuraciones de válvulas a Q=cte.

FACTOR DE RECUPERACIÓN

( P2 )( Pv )

( Pvc )

Mariposa ( P1 )(FL = .56)

(FL = .66)


FF = 0.96 - 0.28 Pv / Pc

FACTOR DE LA RAZÓN DE PRESIÓN CRÍTICA DEL LIQUIDO FF

donde:Pv = Presión de vaporPc = Presión crítica

CLIC PARA EDITAR TÍTULO1.00.90.8

0.7

0.6

La solución gráfica para FF es:

FF

0.60.5

0 .10 .20 .30 .40 .50 .60 .70 .80 .90 1.0P = Presión VaporP = Presión Críticav

C

FF es significativa cuando a temperatura es alta (el fluido está caliente). Especialmente cuando la pv es cercana a p1

CLIC PARA EDITAR TÍTULOEjemplo #1 con caída de presión de ahogo añadida:

11 40.340.35050 4949 1 32.632.6

P1( psia ) P 2 (psia) ∆P ∆P ∆Pahogo ∆P cavitación

11

22

55

77

40.340.3

40.340.3

40.340.3

40.340.3

5050

5050

5050

5050

4949

4646

2525

11

1

44

2525

4949

32.632.6

32.632.6

32.632.6

32.632.6


11 40.340.35050 4949 11 32.632.6

P1( psia ) P 2 (psia) ∆P ∆P ∆Pahogo ∆P cavitación∆∆PP

Ejemplo #1 con caída de presión de ahogo añadida:

El ahogamiento ocurre a una ∆P de 40.3 psiEl ahogamiento ocurre a una ∆P de 40.3 psi

22

55

77

40.340.3

40.340.3

40.340.3

5050

5050

5050

4646

2525

11

44

2525

4949

32.632.6

32.632.6

32.632.6

CLIC PARA EDITAR TÍTULOEjemplo #1 con flujo ajustado por ∆P de Ahogo:

P1 P2 ∆∆P ∆∆P Gf Q

**

Cv = 46 FL = 0.9 Pv = 0.26 * No 322


Flujo

Trazando los resultados de los cálculos del flujo ajustado322

230

292*

0 1 2 5 7∆∆P

92460

* Flujo máximo ya que el flujo está ahogadoahogado


Recordar:

En la ecuación de dimensionamiento, siempre usar la más pequeña entre la ∆Preal y la ∆Pahogosiempre usar la más pequeña entre la ∆Preal y la ∆Pahogo


q = FRFP Cv ∆ P / Gf p

ECUACIÓN DE DIMENSIONAMIENTO CORREGIDA

MAS RECIENTE DE LA ISA

∆Pp= ∆Ppermisible

donde:

FP = Factor de geometría cañeríaFR = Factor de Reynolds


� Tiene en cuenta el uso de reducciones y expansiones en la cañería

�Si no hay accesorios FP = 1

FACTOR DE GEOMETRÍA DE LA CAÑERÍA FP

�Si no hay accesorios FP = 1�Si hay accesorios se utilizan tablas, de acuerdo a los accesorios existentes

CLIC PARA EDITAR TÍTULOd / D Cv / d2

8 0.99 1.000.990.980.97

10 0.99 1.000.980.970.96

12 0.98 1.000.970.950.94

14 0.98 0.990.960.940.92

0.50 0.60 0.70 0.80 0.90

1.00 1.001.000.990.99

6 1.00 1.000.990.990.98

4

Donde:d = Diámetro interno en pulgadas

del puerto de la válvula

de la tuberíaD = Diámetro interno en pulgadas

Factor del geometría de la cañería con reducción y expansión

14 0.98 0.990.960.940.92

16 0.97 0.990.950.920.90

18 0.97 0.990.90 0.940.87

20 0.89 0.96 0.990.920.85

25 0.94 0.980.840.79 0.89

35 0.89 0.960.810.740.68

40 0.86 0.950.770.690.63

30 0.91 0.970.73 0.79 0.85


� Tiene en cuenta el Re de la válvula y si el flujo es laminar, de transición o turbulento

�Si el flujo es turbulento FR = 1

FACTOR DEL NUMERO DE REYNOLDS FR

�Si el flujo es turbulento FR = 1�Si el flujo es laminar o de transición FR se calcula según fórmulas que consideran el tipo de válvula, FL, viscosidad, diámetro interno de la válvula

CLIC PARA EDITAR TÍTULO- Fluido-Gravedad Específica-Presión de Vapor del Líquido-Viscosidad

INFORMACIÓN REQUERIDA PARA EL DIMENSIONAMIENTO

-Presión de Entrada-Presión de Salida-Flujo Mínimo/Normal/Máximo-Temperatura del Fluido

-Diámetro de línea y Schedule

Además de:

-Presión de Suministro de aire-Shut-off-Tipo de Falla-Clase de cierre



DIMENSIONAMIENTO Y

SELECCIÓN

Dimensionamiento para gases


w = 19.3 FP Cv P1 Y x Mw

T z

ECUACIÓN DE DIMENSIONAMIENTO PARA GASES

MAS FRECUENTEMENTE USADA

w = 19.3 FP Cv P1 Y T1 z

CLIC PARA EDITAR TÍTULODonde:

w = Flujo de gas (lb/h)FP = Factor de Geometría de CañeríaMw = Peso MolecularY = Factor de ExpansiónY = Factor de Expansiónz = Factor de Compresibilidad del gas

x = Razón de caída de presión absoluta de entrada, x = ∆P/ P1

T1 = Temperatura absoluta de entrada (°R)

CLIC PARA EDITAR TÍTULOSimilar al Dimensionamiento para Líquidos excepto por:

x, Y, Z


90 85 .06 .24 11,375

90 75 .17 .41 18,520

Ejemplo #1: Aplicación de Vapor de Agua (CV = 186)

P1 P2 x √ x wP1 P2 x √ x w

90 60 .33 .58 25,090

90 50 .44 .67 27,690

90 25 .72 .85 31,230

90 5 .94 .97 31,975


(w)

25,090

18,920

31,23027,690

31,975

Flujo

Curva de Gas “Ideal”

∆∆x

(w)11,375

0 0 .24 .41 .58 .67 .85 .97


P1

Incremento en velocidad

(Caída de

Presión en

la Línea)

∆ P

P2

Presión en la

(Caída de

Válvula)

Pvc


Flujo

25,980

18,520

23,990

*27,690

Curva de un Gas “Real”

Flujo

√ x

11,300

0

(w)

0 .24 .41 .58 .67 .85 .97

CLIC PARA EDITAR TÍTULOFlujo ahogado ocurre cuando:

x = Fk xT

donde:

Fk = k / kaire

k = relación de calor específico del gas kaire = 1,4

donde:xT = relación de caída de presión terminal

CLIC PARA EDITAR TÍTULORelación de caída de presión terminal xT

� Usada para encontrar la mínima caída de presión que produce un máximo flujo� Puede ocurrir una caída de presión y ser manejada por la válvula, pero el caudal no aumentará.por la válvula, pero el caudal no aumentará.�Se determina experimentalmente para cada tipo de válvula


∆P/P1 > FkxT

Por lo tanto:

� Si xreal > xahogo el Flujo está ahogado

� Si xreal < xahogo el Flujo NO está ahogado∆P/P1 < FkxT


Después de verificar el flujo de ahogo, siempre usar el más pequeño entre xreal y xahogo

Recordar:


p pT1 Z

M xw = 19.3 FP Cv P1 Y

ECUACIÓN DE DIMENSIONAMIENTO CORREGIDA

MAS RECIENTE DE LA ISA

Donde:p = permitida usar la menor de xreal y xahogo

T1 Z


� Si el flujo está ahogado x = FkxT Y = 2/3 = 0,67

Y = 1 - x3FkxT

FACTOR DE EXPANSIÓN Y

� Y se ve afectada por:• Razón de área del puerto a área de entrada del cuerpo• Forma de la trayectoria de flujo• Relación de caída de presión, x• Número de Reynolds• Relación de calores específicos, k


� Tiene en cuenta el uso de reducciones y expansiones en la cañería

�Si no hay accesorios FP = 1

FACTOR DE GEOMETRÍA DE LA CAÑERÍA

�Si no hay accesorios FP = 1�Si hay accesorios se utilizan tablas, de acuerdo a los accesorios existentes

CLIC PARA EDITAR TÍTULOd / D Cv / d2

8 0.99 1.000.990.980.97

10 0.99 1.000.980.970.96

12 0.98 1.000.970.950.94

14 0.98 0.990.960.940.92

0.50 0.60 0.70 0.80 0.90

1.00 1.001.000.990.99

6 1.00 1.000.990.990.98

4

Donde:d = Diámetro interno en pulgadas

del puerto de la válvula

de la tuberíaD = Diámetro interno en pulgadas

Factor del geometría de la cañería con reducción y expansión

14 0.98 0.990.960.940.92

16 0.97 0.990.950.920.90

18 0.97 0.990.90 0.940.87

20 0.89 0.96 0.990.920.85

25 0.94 0.980.840.79 0.89

35 0.89 0.960.810.740.68

40 0.86 0.950.770.690.63

30 0.91 0.970.73 0.79 0.85


� Tiene en cuenta la condición no ideal del gas

�Depende de:T = T / T

FACTOR DE COMPRESIBILIDAD DEL GAS Z

Tr = T1 / Tc

Pr = P1 / Pc

CLIC PARA EDITAR TÍTULO(Reproducida de gráficas de L.C. Nelson y E.F. Obert, Nóthwestern Technical Institute)(Reproducida de gráficas de L.C. Nelson y E.F. Obert, Nóthwestern Technical Institute)

Tr = 1.00Tr = 1.001.051.051.101.101.151.151.201.201.301.301.401.401.501.501.601.601.80 1.80 2.002.002.502.503.003.00

4.04.0

3.03.0

Factor de compresibilidad para gases con presiones reducidas de 0 a 40

Fac

tor d

e co

mpr

esib

ilida

d, Z

Fac

tor d

e co

mpr

esib

ilida

d, Z

0 5 10 15 20 25 30 350 5 10 15 20 25 30 35 40 40

3.003.003.503.504.004.005.005.006.006.008.008.00

10.0010.0015.0015.00

2.02.0

1.01.0

00

r

T = 1.00

Tr = 2.00

T = 5.00

r

Fac

tor d

e co

mpr

esib

ilida

d, Z

Fac

tor d

e co

mpr

esib

ilida

d, Z

Presión Reducida, PPresión Reducida, Pr r


1.02

1.00

0.98

0.96

0.94

0.92

0.90

0.88

0.86

0.84

0.82

0.80

0.78

1.02

1.00

0.98

0.96

0.94

0.92

0.90

0.88

0.86

0.84

0.82

0.80

0.78

Fac

tor d

e co

mpr

esib

ilida

d, Z

Fac

tor d

e co

mpr

esib

ilida

d, Z

Tr = 2.50

Tr = 2.00

Tr =1.80

Tr =1.60

Tr =1.50

Factor de compresibilidad para gases con presiones reducidas de 0 a 6

(Reproducida de gráficas de L.C. Nelson y E.F. Obert

Nóthwestern Technilogical Institute)

Presión Reducida, PPresión Reducida, Pr r

0.78

0.76

0.74

0.72

0.70

0.68

0.66

0.64

0.62

0.78

0.76

0.74

0.72

0.70

0.68

0.66

0.64

0.62 0 1 2 3 4 5 60 1 2 3 4 5 6

Fac

tor d

e co

mpr

esib

ilida

d, Z

Fac

tor d

e co

mpr

esib

ilida

d, Z

Tr =1.40

Tr =1.30

Tr =1.20Tr =1.20


90 85 .06 .24 11,375

90 75 .17 .41 18,520

Ejemplo #1: Aplicación de Vapor de Agua (CV = 186)

P1 P2 x √ x wP1 P2 x √ x w

90 60 .33 .58 25,090

90 50 .44 .67 27,690

90 25 .72 .85 31,230

90 5 .94 .97 31,975

CLIC PARA EDITAR TÍTULOEjemplo #1 con caída de presión de ahogo añadida

90 85 .06 .71 .2490 85 .06 .71 .24

90 75 .17 .71 .4190 75 .17 .71 .41

90 60 .33 .71 .5890 60 .33 .71 .58

PP11 PP2 2 x Fx Fkkx x √ √ xx dimensionamientodimensionamiento

Ha ocurrido Ahogo

90 60 .33 .71 .5890 60 .33 .71 .58

90 50 .44 .71 .6790 50 .44 .71 .67

90 25 .72 .71 .8490 25 .72 .71 .84

90 5 .94 .71 .84 90 5 .94 .71 .84

CLIC PARA EDITAR TÍTULOPP1 1 PP2 2 x Fx FkkxxTT w w √√ xx dim.dim.

11,30011,300

18,52018,520

23,99023,990

90 85 .06 .71 .2490 85 .06 .71 .24

90 75 .17 .71 .4190 75 .17 .71 .41

90 60 .33 .71 .5890 60 .33 .71 .58

Ejemplo #1 con flujo ajustado por ∆∆P de ahogo:

Flujo está ahogado

25,98025,980

27,69027,690

27,69027,690

Cv = 186, xT = .75, ∆∆Pahogo = 64.1 psi

>>

>>

90 50 .44 .71 .6790 50 .44 .71 .67

90 25 .72 .71 .8490 25 .72 .71 .84

90 5 .94 .71 .84 90 5 .94 .71 .84

= Sat. vapor de agua (320.5 oF.) T1 1


Flujo

25,980

18,520

23,990

11,300

*27,690

(w)

Curva de un Gas “Real”

√ x

0

(w)

0 .24 .41 .58 .67 .85 .97x = FkxT = 0.71

Flujo máximo ya que el flujo está ahogado


-Fluido-Peso Molecular-Presión y Temperatura crítica

-Presión de Entrada

INFORMACIÓN REQUERIDA PARA EL DIMENSIONAMIENTO

-Presión de Entrada-Presión de Salida-Flujo Mínimo/Normal/Máximo-Temperatura del Fluido

-Diámetro de línea y Schedule

Además de:-Presión de Suministro de aire-Tipo de Falla-Clase de cierre



DIMENSIONAMIENTO Y

SELECCIÓN

Selección de la válvula más adecuada

CLIC PARA EDITAR TÍTULOCondición 1

Q1Pe1Ps1T1

Condición 2Q2P

Cv req 1

Cv nominal de la válvula

DIMENSIONAMIENTO DE UNA VÁLVULA

Pe2Ps2T2

Condición 3Q3Pe3Ps3T3

Cv req 2

Cv req 3

Cv nominal de la válvula

Característica de caudal


Válvula globo

Válvula Mariposa

Caudal Mínimo >10% 20%CaudalNormal 60-70% 40%

Porcentajes de apertura recomendados:

Normal 60-70% 40%CaudalMáximo <90% <60%


Capacidad, %




DIMENSIONAMIENTO Y

SELECCIÓN

Cómo especificar una válvula de control


� Determinar aplicación (control, on-off)� Selección del tipo de cuerpo� Especificar clase de presión

Datos de la instalación (diámetro de cañería,

COMO ESPECIFICAR UNA VÁLVULA

� Datos de la instalación (diámetro de cañería, Sch)� Datos del fluido� Datos de proceso (p1, p2, ∆p, T)


� Especificación de materiales� Datos del actuador (presión de alimentación

disponible, shut-off)� Especificar accesorios requeridos

COMO ESPECIFICAR UNA VÁLVULA

� Especificar accesorios requeridos� Informar clasificación de área� Especificar documentación requerida

ip.v1 - válvulas de control (basico) - rev.3.pdf

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