valvulas de control de caudal 2005 ii
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Actuadores hidráulicos y neumáticosVálvulas de control de caudal
2005 - II
Actuadores Dispositivos capaces de generar una fuerza a
partir de líquidos, de energía eléctrica y gaseosa.
Reciben la orden de un regulador o controlador, y dan una salida necesaria para activar un elemento final de control como las válvulas.
De resorte-diafragma De resorte-diafragma de alta presión De pistón neumático Motores eléctricos Electrohidráulicos
CATEGORÍAS
ActuadoresPARÁMETROS EN EL PROCESO DE
SELECCIÓN DEL ACTUADOR:
Disponibilidad de fuente de alimentación. Requerimientos en caso de falla. Requerimientos de torque o empuje (capacidad del
actuador). Funciones de control. Costo. Tamaño, construcción modular y fácil
mantenimiento.
ActuadoresACTUADOR DE DIAFRAGMA Extremadamente simple, bajo costo
y alta confiabilidad. Rangos de 3 a 15 psi (0,2 a 1 bar), o 6 a 30 psi (0,4 a 2 bar).
Mantenimiento muy simple. Su tamaño, peso y costo crecen
fuera de proporción respecto a la capacidad.
Se utilizan en válvulas pequeñas y con bajos requerimientos de fuerza.
Actuadores
Tamaño y peso reducidos. Uso de fuentes de mayor
presión. Construcción modular más
fácil. Mantenimiento más sencillo. Integración completa de
instrumentos y accesorios.
ACTUADOR DE DIAFRAGMA-RESORTE DE ALTA PRESIÓN
ActuadoresACTUADOR DE PISTÓN Más compactos y generan más
torque-fuerza. Requerimiento de fuentes de alta
presión entre los 50 y 150 psi (3,5 - 10,4 bar).
Falta de una acción inherente en caso de falla.
Necesidad de un posicionador en el control.
Rápida respuesta. Válidos para grandes recorridos.
ActuadoresACTUADOR ELÉCTRICO Consisten en motores y trenes
de transmisión. Gran variedad de tamaños,
torques, longitud de carrera y capacidades.
Económicos en aplicaciones de pequeños requerimientos.
Presentan la mejor relación tamaño/prestaciones.
Muy rígidos, excelentes para válvulas de grandes presiones.
Actuadores
Gran rigidez. Compatibilidad con señales análogas
y excelente respuesta en frecuencia. Precisión de posicionamiento. Alta capacidad de salida. Alto costo inicial, complejidad, y
dificultad de mantenimiento. El modo de falla puede ser
controlado.
ACTUADOR ELECTROHIDRÁULICO
ActuadoresACTUADOR SOLENOIDE
Tipos de operación:
Normalmente cerrada: El fluido fluye a través de la válvula cuando la bobina es energizada.
Normalmente abierta: El fluido se detiene cuando la bobina es energizada.
ActuadoresACTUADOR SOLENOIDETipos de construcción:
Acción Directa: Al energizar se actúa directamente sobre el obturador
generando el cambio en el caudal. aumento en tamaño = aumento fuerza de acción necesaria
Internamente Piloteado: Principio de funcionamiento igual a acción directa. Pequeñas por ser hidro-asistidas.
ActuadoresDIMENSIONAMIENTO DEL ACTUADOR
Acoplar al máximo posible las capacidades del actuador a las necesidades de la válvula.
Las fuerzas en las válvulas deben ser evaluadas en las posiciones críticas del proceso (abierta y cerrada) y comparadas a la salida del actuador.
• Fuerzas estáticas del fluido
• Fuerzas dinámicas del fluido
• Gradientes de fuerza
• Fricción de sellos, anillos y empaquetaduras
• Carga en el asentamiento del mismo
PARÁMETROS IMPORTANTES
Válvulas de Control
TapaVástagoObturador: Control
de paso del fluido.Asientos
Actuador
Cuerpo
Varía el caudal del fluido a controlar.
Válvulas de Control
Representadas por cajas que pueden Representadas por cajas que pueden contener acción y el sentido del fluidocontener acción y el sentido del fluido
Válvulas de Control
De movimiento lineal De movimiento rotatorio
SEGÚN EL MOVIMIENTO DEL OBTURADOR:
Válvulas de ControlVÁLVULA DE GLOBO Para gases y líquidos. Genera pérdidas de presión. No sirve ante la presencia de sólidos en suspensión.
Válvulas de control
Válvula en ángulo Válvulas de tres vías Válvula de jaula Válvula decompuerta
Válvula en YVálvula de
cuerpo partidoVálvula Saunders
Válvula decompresión
OTRAS VÁLVULAS DE MOVIMIENTO LINEAL:
Válvulas de ControlVÁLVULA DE MARIPOSA
Necesita una fuerza grande del actuador en caso de una caída de presión elevada.
Empleada en grandes caudales a baja presión.
Ejerce su par máximo cuando la válvula está totalmente abierta.
Válvulas de ControlVÁLVULA DE BOLA Y MACHO Un corte adecuado (usualmente en
V) que fija la curva característica de la válvula.
Para control de fluidos negros y con sólidos en suspensión.
La válvula macho es una válvula de bola típica que consiste en un macho de forma cilíndrica.
Altos caudales. No perdidas de presión.
Válvulas de control
Válvula de obturadorexcéntrico rotativo
Válvulas de obturadorcilíndrico excéntrico
Válvula deorificio ajustable
Válvula deflujo axial
OTRAS VÁLVULAS DE MOVIMIENTO ROTATORIO:
Válvulas de ControlCUERPO El cuerpo y las conexiones
están normalizados en DIN y ANSI.
Conexiones roscadas hasta 2”.
Conexiones soldadas con encaje hasta 2” o soldadura a tope 2½” a tamaños mayores.
Nuevos materiales termoplásticos.
Brida machihembrada con junta de anillo
Roscada
Bridas planas
Bridasmachihembrada
Soldadura con encaje Soldadas al tope
Bridas con resalte
Válvulas de ControlTAPA DE LA VÁLVULA Une el cuerpo y el
actuador. Necesita un empaque
idealmente elástico, con bajo coeficiente de rozamiento, químicamente inerte y aislante eléctrico.
Normalmente es de teflón (temp. máx. 220ºC), pero también se usa grafito.
Elegible dependiendo de temperatura de trabajo y la hermeticidad.
Tapa normal
Columnas deextensión
Fuelle dehermeticidad
Tapa con aletas
Válvulas de ControlPARTES INTERNAS
Obturador y Asientos: Corazón de la válvula.
Contacto directo con los fluidos. Normalmente en acero inoxidable
(pueden utilizarse PVC, fluorocarbonatos y otros materiales blandos reforzados.
Determina las características de caudal de la válvula.
Válvulas de ControlCARACTERÍSTICAS TÍPICAS
Apertura rápida Lineal Isoporcentual Modificadas
Válvulas de ControlAPERTURA RÁPIDA
Inicio casi lineal. Al final decrece hasta
cero. On-Off. Algunas aplicaciones
de la lineal.
Válvulas de ControlLINEAL
Directamente proporcional (pendiente constante).
Caída de presión constante.
Control de nivel. Aplica de Ganancia
constante.
Válvulas de ControlISOPORCENTUAL
Δ% de recorrido = Δ% de flujo
Δ flujo proporcional a flujo antes del cambio.
Control de presión.
Válvulas de ControlDIMENSIONAMIENTO Q = tasa de flujo (caudal) CV = coeficiente de dimensionamiento
de la válvula (por pruebas) P1 = presión antes de la válvula
P2 = presión después de la válvula G = gravedad específica del líquido N = coeficiente numérico de conversión
de unidades FP, FR = factores de corrección
FR = factor para el grado de turbulencia del fluido
FR = factor para consideraciones de la tubería
Ecuación Bernoulli
El CV requerido debe estar en el rango entre el 70% y el
90% de la capacidad seleccionada para el valor CV
de la válvula .
Válvulas de ControlDIMENSIONAMIENTO Coeficiente de recuperación de válvula para flujo
estrangulado: FL para líquidos
XT para gases
Para Gases: Y = factor de expansión X = P/P1
T1 = temperatura
Z = factor de compresibilidad
Válvulas de ControlPÉRDIDA DE PRESIÓN
La pérdida de presión total producida por una válvula consiste en:
La pérdida de presión dentro de la válvula.
La perdida de presión en la tubería de entrada es mayor de la que se produce normalmente si no existe válvula en la línea -este efecto es pequeño-.
La perdida de presión en la tubería de salida es superior a la que se produce normalmente si no hubiera válvula en la línea -este efecto puede ser muy grande-.
Válvulas de ControlCAVITACIÓN o ASPIRACIÓN EN VACÍO
Descompresión del fluido (las moléculas cambian de estado).
El vapor regresa al estado líquido de manera súbita y dan
lugar a altas presiones localizadas . A mayor velocidad, presión o tamaño, los problemas por
cavitación aumentan. Investigaciones proponen que el
grado de daño causado por la cavitación es exponencialmente dependiente de la velocidad del fluido.