ip.v1 - válvulas de control (basico) - rev.3.pdf
TRANSCRIPT
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
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.
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
� 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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
VÁLVULAS DE CONTROL
INTRODUCCIÓN
Definición y Tipos de Válvulas
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
� 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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
PROCESO
ELEMENTO FINALDE CONTROL ELEMENTO
PRIMARIO
ELEMENTOS DE CONTROL
C A M P OP A N E L
TRANSMISOR
CONVERSOR CONTROLADOR
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
VaporVálvula decontrol
TransmisorControlador Set-point
Medir
CompararComputar
Corregir
Ejemplo
Agua fríaAgua caliente
Vapor + Condensado
Medir
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
� Es la relación entre el caudal máximo y mínimo que la válvula puede controlar.
RANGEABILIDAD
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
� Cantidad de caudal que puede pasar por la válvula bajo ciertas condiciones de p, T y ∆p.
CAPACIDAD
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
� 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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
Válvula globo sanitaria
VÁLVULAS GLOBO
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
� 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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
� 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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
� Paso Total� Permite el manejo de sólidos� Costo vs tamaño
Válvulas Cuchilla - Ventajas
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
� 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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
Concéntrica
VÁLVULAS MARIPOSA
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
Bi- excéntrica
VÁLVULAS MARIPOSA
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
� 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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
� 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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
� 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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
� 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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
� 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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
� 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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
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?
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
VÁLVULAS DE CONTROL
INTRODUCCIÓN
Partes de las Válvulas
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
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.
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
Empaquetaduras
Yugo
Bonete
PARTES INTERNAS DE UNA VÁLVULA GLOBO
Vástago
Empaquetaduras
Asiento
Obturador
Conexión a proceso
Brida del Bonete
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
VástagoEmpaquetaduras
Cuerpo Cojinete del vástago
Tornillo Prensaestopas
PARTES INTERNAS DE UNA VÁLVULA MARIPOSA
AsientoDisco
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
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
TABLE 2-1.1A – Stainless Steel
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
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
TABLE 2-1.1A – Stainless Steel
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
CLIC PARA EDITAR TÍTULOClase de Presión
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
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
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
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 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,
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
Soldables Embutidas (SW) Roscadas (NPT)
Cuerpo – Conexiones a proceso
Bridas Integrales
Bridas Separables
Soldables a Tope (BW)
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
Formado por:� Obturador � Asiento� Retenedor o Jaula
CONJUNTO DE INTERNOS - TRIM
CLIC PARA EDITAR TÍTULOINTERNOS BALANCEADOS
CLIC PARA EDITAR TÍTULOINTERNOS REDUCIDOS
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
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.
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
� 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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
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.
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 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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
VÁLVULAS DE CONTROL
INTRODUCCIÓN
Actuadores
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
� 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.
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
� 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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
� Shut-off� Presión de alimentación de aire� Acción ante falla
DIMENSIONAMIENTO DEL ACTUADOR
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
� Actuadores a diafragma� Actuadores a pistón
ACTUADORES A DIAFRAGMA
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
Resorte
Cámara superior
Cámara inferior
Diafragma
Conexión de aireACTUADORES A DIAFRAGMA
Torre o yoke
Resorte
EscalaConector del vástago
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
Conexión de airesuperior
Resorte
Cámara superior
ACTUADORES A PISTÓN
Yugo
O
S
Escala
ResortePistón
Cámara inferiorConexión de aireinferior
Conector del vástago
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
Falla Cerrada
O
S
O
S
Falla Abierta
O
S
Falla Última Posición
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
VÁLVULAS DE CONTROL
INTRODUCCIÓN
Posicionadores
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
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-
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
� 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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
VÁLVULAS DE CONTROL
INTRODUCCIÓN
Accesorios
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
� Filtros reguladores� Solenoides� Límites de carrera e indicadores de posición� Limitadores de carrera
ACCESORIOS
� Limitadores de carrera� Volantes� Boosters� Válvulas de alivio rápido
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
VÁLVULAS DE CONTROL
CARACTERÍSTICAS DE CAUDAL
Características Inherente e Instalada
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
� 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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
Flu
jo
Apertura
Flu
jo
Apertura
Flu
jo
Apertura
Apertura rápida Lineal Igual porcentaje
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
� Apertura rápidaCaracterística inherente de flujo en la que hay un máximo flujo con un mínimo de carrera.
Flu
jo
Apertura
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
� LinealCaracterística inherente de flujo a la que le corresponden incrementos iguales de carrera a incrementos iguales de flujo.
Flu
jo
Apertura
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
� Igual PorcentajeCaracterística inherente de flujo a la que incrementos iguales en la carrera producirán cambios en igual porcentaje del flujo existente.
Flu
jo
Apertura
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
Capacidad, %
Característica Inherente
Carrera de la válvula, %
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
Capacidad, %
Característica Instalada
Capacidad, %
Carrera de la válvula, %
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
VÁLVULAS DE CONTROL
DIMENSIONAMIENTO Y
SELECCIÓN
Cv: Definición y Determinación
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
Cv es el coeficiente universal para el dimensionamiento de una válvula
¿QUÉ ES EL CV?
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
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.
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
VÁLVULAS DE CONTROL
DIMENSIONAMIENTO Y
SELECCIÓN
Dimensionamiento para líquidos
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
PP1 2P
Perfil de presiones en una válvula de simple asiento
P1
P2
PVC
ΔP
(Presión de vena contracta)
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
Flujo
322
230
Flujo de Ahogo (Choked Flow)
∆∆P0 1 2 5 7
92
46
0
=∆P(ahogo)
(P1 - FF Pv )
FL
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
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”
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
Es la presión a la cual el líquido se vaporiza a determinada temperatura.
vPv = f(T)
PRESIÓN DE VAPOR DE UN LÍQUIDO
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
El flashing ocurre cuando:
P2 < Pv
FLASHING
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
Pv
PP11
Flashing
Pv
PP22
PPvcvc
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
La cavitación ocurre cuando:
P2 > Pv > Pvc
CAVITACIÓN
CLIC PARA EDITAR TÍTULOCavitaciónPP11
Pv
PP22
PPvcvc
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
(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)
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
� 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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
� 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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
VÁLVULAS DE CONTROL
DIMENSIONAMIENTO Y
SELECCIÓN
Dimensionamiento para gases
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
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 TÍTULO
(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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
P1
Incremento en velocidad
(Caída de
Presión en
la Línea)
∆ P
P2
Presión en la
(Caída de
Válvula)
Pvc
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
∆P/P1 > FkxT
Por lo tanto:
� Si xreal > xahogo el Flujo está ahogado
� Si xreal < xahogo el Flujo NO está ahogado∆P/P1 < FkxT
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
Después de verificar el flujo de ahogo, siempre usar el más pequeño entre xreal y xahogo
Recordar:
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
� 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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
� 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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
� 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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
-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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
VÁLVULAS DE CONTROL
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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
Válvula globo
Válvula Mariposa
Caudal Mínimo >10% 20%CaudalNormal 60-70% 40%
Porcentajes de apertura recomendados:
Normal 60-70% 40%CaudalMáximo <90% <60%
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
Capacidad, %
Carrera de la válvula, %
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
VÁLVULAS DE CONTROL
DIMENSIONAMIENTO Y
SELECCIÓN
Cómo especificar una válvula de control
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
� 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)
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
� 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
CLIC PARA EDITAR TÍTULO
CLIC PARA EDITAR TÍTULO