Texto VALV. DE CONTROL Dimen. y Selección | Acero inoxidable | Ingeniería mecánica\nTexto VALV. DE CONTROL Dimen. y Selección\nСохранитьСохранить «Texto VALV. DE CONTROL Dimen. y Selección» для последующего чтения\n1K просмотров83 страницы\nCatalogo sistema control simens, a prueba de explosión\n17736156 Control de Calderas\nVálvulas, selección, uso y mantenimiento by vart\n1.1.2. Ejemplos de Sistemas de Control Moderno 2\nCurso Valvulas de Control\nEn Do Card It Is\nPRESENTACIÓN VÁLVULAS DE CONTROL\nCurso Document Control e Instrumet Normas ISA\nControl Automático por Radiofrecuencias\nValvulas de control I\nValvulas de Control Calculos\nCurso Ing - Valvulas de Control Rev 1sept.\nINDICE 1 - VALVULAS DE CONTROL .. 4 - Generalidades: Normas; Definiciones; Terminologa. 2 - TIPOS MAS FRECUENTES.. 5 - Por diseo: Alternativas y Rotativas - rganos internos, diversos diseos 3 - MATERIALES, CONSTRUCCION, PRUEBAS . 16 - Diseo cuerpo-tapa. Materiales. - Criterios prcticos de seleccin materiales. - Presin nominal Ratings - Cierre obturador- asiento- Clases de fugas. Estanqueidad al exterior 4 ACTUACION Y POSICIONADORES 27 Actuadores neumticos Actuadores elctricos e hidrulicos Posicionadores convencionales e inteligentes. Otros accesorios.\n5 - TIPOS DE DERRAME,,...... 42 1- Derrame en lquidos - Subcrticos, crticos: Cavitacin, Flash. - Coeficientes Fl- Kc- Km- Xfz- Sigma. - Cavitacin y consecuencias. Su tratamiento - Vaporizacin- flash. 2- Derrame en gases y vapor - Coeficiente XT - Ruido aerodinmico, factores y soluciones. 6 - CALCULO Y SELECCION .... 58 - Introduccin a las frmulas de clculo. Cv, Kv. - Procedimiento de calculo IEC / ISA 7LOS DATOS DE CALCULO .. 64 Variables del proceso y su presentacin Rgimenes de caudal y presion. Prdida de carga para clculo de la vlvula Condiciones del fluido a la entrada de la vlvula.\n8 - PASOS Y EJEMPLOS DE CALCULO . 71 - Tamao cuerpo y trim. Velocidades - Proceso de seleccin. - Programas informticos para el clculo. - Ejemplos de clculo 9 Aplicaciones en sector energa.80 - Servicios severos en C. Trmicas y ciclos combinados - Cogeneracin - Termosolares Presentaciones ....83\n1 VALVULAS DE CONTROL\n- Normas de referencia\nEl diseo de cuerpo ms conocido es el tipo globo que puede ser de simple asiento, doble, con jaula etc. Lo normal es que consten de cuerpo y una dos tapas en algunos casos, sobre todo en los diseos antiguos. Tambin hay vlvulas que, por su diseo, no tienen tapa, por ejemplo las mariposas, el tipo globo con obturador rotativo, las bolas segmentadas de regulacin, algunos diseos de bolas con cuerpo completamente soldado. El diseo de un cuerpo debe quedar amparado por una norma, criterio standard. Los fabricantes tienen que apoyarse en aquellas normas estndares ms comnmente aceptados para la construccin de plantas industriales. Las normas ms usuales que tienen relacin con los aspectos mecnicos de las vlvulas, rating, dimensiones, conexiones tolerancias, ensayos etc., son las siguientes: ANSI B16.34 Para diseo de vlvulas. Define el rating, materiales, pruebas hidrosttica. Fundicin y procedimientos de reparacin. Ensayos no destructivos. Los ratings segn clases 150-300-600-900-1500-2500 lbs., que no son equivalentes a normas europeas EN1759 ANSI/ASME- B. 16.5 Bridas de tuberas, ratings - materiales, tipos acabado ANSI B 16. 5/10 Para todo tipo de conexiones, embridadas, roscadas, soldadas. Equivalente a ISA S. 75.03, 04, 12, 14, 15, 16, 22. face to face dimensiones Para extremos B.W. : ANSI B 16.25 ; EN 12627 ; ISO 9692-1 ANSI-FCI 70.2 para fugas obturador-asiento.\nA nivel europeo son de apliucacin las normas de mbito comunitario. Algunas de ellas, relacionadas con las vlvulas son: Pressure Equipment Directive PED 97/23/CE de obligado cumplimiento para todo equipo a presin: cuerpos de vlvulas. Los materiales quedan bajo norma EN-10213- 1 a 4 para cuerpos fundidos. La tortillera (Bolting) bajo EN-10269\nToda la cuestin de materiales ha tenido un proceso de armonizacin entre los cdigos ASTM y sus equivalentes con denominacin EN-. EN-12516-1-2-3 para el rating del cuerpo, bajo deno,inacin B-10-25-40-63-100. En realidad los trminos DIN e ISO no deberan usarse, sustituyndolos por EN- , pero an se mencionan. - DIN, PN-10-16-25-40-64-100 para definir ratings estara cubierto por EN-1092 pero con la diferencia que desaparece el PN-64 y es sustituido por PN-63 - ISO, PN-20-50-100-150-250-420 est cubierto por EN-1759 - API 607 Vlvulas de cuarto de vuelta (bola-mariposa-macho) con cierre blando\n- ISO 7005.01 Presin T para bridas\n- IEC - 534. 1 / 2 todo sobre vlvulas de control - JIS - Japanese Ind. Standard. (JS 1025) - Y otras segn clientes paises donde se implante el proyecto.\n- Definiciones Lo caracterstico de una vlvula de control es que son vlvulas gobernadas por una seal de control variable, que responden a lo largo de toda su carrera, siendo actuadas por un medio independiente al proceso: aire, electricidad, presin hidrulica.\nVeamos que efiniciones que hace ISA para una vlvula de control\nISA- Instrumentation System and Automation A power operated device which modifies the fluid rate in a process control system. It consists of a valve connected to an actuator mechanism that is capable of change the position of a flow controlling element in the valve in response to a signal from the controlling system.\n- Partes constitutivas\nDesde un punto de vista mecnico, las partes a estudiar son: Cuerpo tapa (como recipiente a presin) y tortillera. rganos internos (trim) Actuado\n- Terminologa: Todas y cada una de las partes y elementos estn perfectamente definidos en cuanto a su denominacin. As pueden consultarse: ISA-S 75.05 ISA-S 51.1 IEC-534. 1 DIN- 19227 Control Valve Terminology Process Instrumentation Terminology. Control Valve Terminology Simbolos y graficos de representacin\nEN 736 Part- 1-2-3 Definiciones y terminologa en general\n2 - TIPOS MAS FRECUENTES\nCuerpo-tapa son las partes que sirven de armazn a la misma y por tanto determinan su forma y dimensiones. Se incluyen las conexiones a la tubera: bridas, uniones soldadas, roscadas, etc. El conjunto cuerpo tapa soportan el contacto con la presin y temperatura del fluido, y por tanto acta como recipiente a presin. (las condiciones de diseo sirven para definir el rating PN) Deben ser resistentes a la corrosin y erosin producida por el fluido.\nAngular Globo Lineales Tres vas Cuerpo partido En Y, etc. DOS GRANDES GRUPOS Membrana (Manguito)\nRotary Plug [S.Asiento] Rotativas Mariposa Bola - Macho Podemos clasificar los diseos en dos grandes grupos: Vlvulas con vstago de movimiento lineal. (alternativas- reciprocating) Vlvulas con vstago rotativo. (rotativas)\nMovimiento lineal alternativo Globo simple asiento. Puede ser desequilibrado equilibrado. Las primeras se fabrican en todos los ratings y materiales, normalmente hasta 6 - 8 de dimetro debido a que como el obturador cierra contra toda la presin de entrada, los actuadotes tienen dificultad para soportar altas presiones diferenciales. Cuando el actuador es insuficiente antieconmico para alcanzar esta fuerza de asentamiento, se acude a diseos de obturadores equilibrados de jaula con obturador equilibrado con las que se pueda conseguir estanqueidades clase IV V y en algunos tamaos, con diseos especiales, clase VI.\nGlobo doble asiento Este tipo, muy usado en el pasado y ahora menos, tiene un obturador ms equilibrado por lo que se usa en grandes tamaos. Su limitacin es que tiene una calidad de cierre peor. No alcanza la clase IV, por ser difcil la simultaneidad de cierre de los dos asientos al mismo tiempo. Doblemente guiado. Precisa de actuadores ms pequeos. Soporta altas presiones diferenciales. En su versin con obturador en lumbreras ofrece muy buen coeficiente de caudal crtico Fl, por lo que en algunas aplicaciones es buen diseo para prevenir la cavitacin\nAngular Top Guide\nGlobo Stem Guide\nTres Vas Las vlvulas de tres vas pueden ser mezcladoras con dos entradas y una salida separadoras con una entrada y dos salidas. Su aplicacin tpica es el control de temperatura de intercambiadores. Sin embargo tienen menor coeficiente de caudal (Cv) y soportan menos presin diferencial; Son ms inestables por no ser obturador equilibrado. Por eso en muchos casos es ms interesante y econmico usar dos vlvulas de acciones opuestas e independientes. Se simplifica el diseo de tuberas y podran ser de menor de menor tamao, segn sean las condiciones de clculo. Angulares Siendo tambin una vlvula tipo globo se utiliza en aplicaciones que lo requieren por diseo de tubera, altas presiones diferenciales, fluidos sucios abrasivos. En estos casos debe ser fluido tiende a cerrar.\nFavorecen el auto drenaje con lo que no queda producto en su interior cuando manipulan fluidos peligrosos tendentes a cristalizaciones, depsitos, etc. Buena para servicio en flash, con fluido tendiendo a cerrar. Mal coeficiente Fl, de caudal critico para evitar cavitacin.\nDiseo sanitario / alimenticio\nCuerpo en Y\nVlvula en Y Buena para fluidos cargados de partculas. Pueden montarse inclinada para facilitar el auto drenaje. Produce poca prdida de carga. Tiene gran capacidad de caudal Cv. Bajo coeficiente Fl. Hay. Cuerpo partido El cuerpo es de dos piezas y normalmente sujetan el asiento. Se utiliza cuando, por la naturaleza del fluido, que sea pastoso propenso a obstrucciones, se requiere hacer limpiezas peridicas. Sanitarias / alimenticias. Tambin para la industria alimenticia hay diseos especficos. En lugar de bridas se usan uniones Tri Clamp de desmontaje rpido, tanto las uniones a tubera como la unin tapacuerpo. Los cuerpos, normalmente de inoxidable, estn pulidos despus de su mecanizado. ( 10 micrn/inch Ra). Hay tambin diseos aptos para ser esterelizables peridicamente. De membrana y manguito Las vlvulas de membrana conocida originalmente como diseo Saunders, el cuerpo es tipo globo pero normalmente recubierto de distintos materiales: ebonita, vitrificado, PFA, Halar, etc. Se usa en fluidos corrosivos, con fibras, viscosos, etc. Solucin econmica pero que no ofrece buena regulacin por el tipo de obturador (la propia membrana). Su curva caracterstica es parecida a una todo-nada. Rangeabilidades pequeas. Disponible slo en cuerpos de bajo rating, PN 10-16 Requieren actuadores grandes. Tiene limitaciones de temperatura por el material de membranas y recubrimientos. Las vlvulas de manguito limitan su aplicacin a fluidos abrasivos, viscosos, con partculas. El tubo de goma, de la calidad adecuada, es pinzado por el actuador. Aplicable para bajas presiones de fluido con la limitacin de temperatura que tenga el material del manguito.\nDebido a las mejoras de diseo introducidas, se ha generalizado mucho el uso de vlvulas rotativas para el control. Presentan ventajas y algunas limitaciones que hay que conocer para su adecuado uso. En muchos procesos y aplicaciones las ventajas pesan ms que sus limitaciones, mientras que en otros ocurre lo contrario. Una peculiaridad de las vlvulas rotativas es que, salvo algunos variantes, cuerpo y tapa son de una pieza. No hay tapa y por tanto no tienen junta tapa-cuerpo. Esto, desde el punto de vista de las fugas, (seguridad) es mejor. Es peor desde el punto de vista de la accesibilidad a los internos. Ventajas -Mayor coeficiente de caudal Cv. -Menos friccin y menos banda muerta. -Poca prdida de carga. -Menos peso y volumen.Facilidad de instalacin. -Muy buen Cv ratio, > a 100:1 -Menor coste Algunas Limitaciones En mariposas, a partir de 3, soportan menos delta-p actuadores + caros. -Tienen peor coeficiente Fl. (cavitan) -Producen ms ruido.\nGlobo simple asiento con obturador rotativo excntrico. Rotary Plug Constituy una revolucin su aparicin durante los aos 70. El primer diseo CamflexMasoneilan, permaneci en solitario ms de una dcada hasta que progresivamente fue adoptado por casi todos los fabricantes existiendo en la actualidad diversas versiones basadas en la idea original. Su uso est tambin muy generalizado y es muy recomendado para algunas aplicaciones concretas. Hay que conocer algunas de sus limitaciones sabiendo que no pretende cubrir toda la gama de aplicaciones en la industria, como les ocurre a otros tipos de vlvulas Los cuerpos de estas vlvulas pueden ir embridados aunque la idea original fue para montaje entre bridas, incluso de distinta norma ANSI / DIN-ISO, que las hacen ms verstiles. Tanto es as que se desarrollaron normas a tal efecto: ISA S 75.3; DIN IEC 534 3-2. para estandarizar la distancia entre caras. Normalmente se fabrican hasta 600 lb. de rating. La tapa integral extendida permite su uso en alta temperatura aplicaciones criognicas. Ya hay versiones tambin para cumplir recomendaciones NACE, uso para oxigeno, etc. En cuanto a materiales est estandarizada en Ac. Carbono e Inoxidable pudiendo encontrarse en otros materiales de cuerpo ms sofisticados, Alloy-20, Duplex, etc. Se consiguen muy buenas calidades de cierre: Clase IV VI. No suelen ser clase-V\nDiseos globo- Rotary, cortesa de: a) Masoneilan\nMariposas Es el modelo rotativo ms antiguo que usaba discos planos procedentes de las vlvulas manuales y todo-nada. Este disco plano no es un diseo propiamente de control como veremos ms adelante, aunque en procesos de baja responsabilidad y con pequeas variaciones de carga pueda ser usado: agua, algunos gases, dampers, etc.\nPosteriormente se han desarrollado nuevos diseos de cierre y discos que aumentan y mejoran sus prestaciones como vlvula de control adems de permitirles trabajar en altas presiones y temperaturas. Son las conocidas como High Performance Este ltimo tipo de vlvulas se pueden encontrar hasta tamaos de 30 40. Rating hasta 1500#, segn tamaos y materiales.\nBola y sector de bola Tambin partiendo de las vlvulas manuales y on-off se comenzaron a usar para control. El inicio de este camino tuvo lugar en la industria del papel fundamentalmente dado que su rea de paso, ms bien recto, lo aconsejaba para manipular agua con fibra pasta de papel. Tambin se usan en fluidos viscosos. Caracterstica de control un poco peculiar. Posteriormente, aos 65 70, surgi el diseo de bola segmentada. Se trata de caracterizar parte de una bola y as obtener una buena curva caracterstica, prxima a la isoporcentual y mejorar el control adems de no perder las ventajas del diseo bola. Por otra parte se mejora el guiado para reducir la banda muerta. Todo un conjunto de mejoras hace que estos nuevos diseos tengan un excelente Cv ratio, junto a las vlvulas de globo con obturador rotativo excntrico vistas anteriormente. Superior a 200:1 Bola standard Bola segmentada\n- rganos Internos (Trim) Dentro del cuerpo se alojan los elementos de cierre que modulan el caudal: obturador y asiento. Se denomina Trim a los rganos internos que son mojados por el fluido: Obturador, Asiento, Jaula - si la hay - Guas y Vstago. Evidentemente, los rganos internos que configuran el trim son diversos segn el tipo de vlvula. Unos sern los correspondientes a cuerpos diseo globo y otras a los diseos rotativos. Dentro del diseo globo pueden ser no equilibrados equilibrados. Los obturadores no equilibrados pueden ser parablicos torneados con lumbreras. ( El diseo con lumbreras tiene un mayor coeficiente caudal crtico Fl, por lo que puedes un poco ms anticavitante) No deben usarse las lumbreras como guiado, sino que esta funcin debe hacerla una buena gua superior, como se ver ms adelante. La caracterizacin de caudal la define la mecanizacin del perfil del obturador de la forma de las lumbreras. Con estos diseos de trim hay que dimensionar los actuadores para que puedan cerrar con la estanqueidad deseada - teniendo en cuenta que en ese momento la presin de entrada por el rea de asiento ejerce una fuerza contra el actuador que debe ser vencida por este. Con los diseos actuales de actuadores esto no suele ser problema. Si lo fuere, hay que acudir entonces a vlvulas con obturador equilibrado. Todo lo dicho hasta ahora es extensible a los diseos angulares. Estas vlvulas se reservan para aplicaciones singulares por lo que algunos cuerpos y diseos de trim estn enfocados a solucionar problemas especficos: Flash, abrasin etc.\nCambio rpido guiado por jaula\nEl trim de las vlvulas de tres vas, mezcladoras separadoras, son generalmente del tipo lumbreras y con caracterstica inherente lineal. Se pueden hacer torneados.\nDiseos tres vas. d) Cortesa de Masoneilan Jaulas caracterizadas. e) Cortesa de Emerson.\nLos obturadores equilibrados son aquellos en los que la presin de entrada est por debajo y por encima del obturador lo que hace que se mueva en la vena del fluido sometido slo a la presin diferencial . La estanqueidad en este caso no depende de la unin obturador-asiento sino tambin del tipo de junta (segmento) entre obturador y jaula. Un buen diseo debe contemplar materiales de jaula-gua de distinta naturaleza, dureza y mecanizado que el obturador. Permite el uso de actuadores ms pequeos. No es adecuado en fluidos sucios. Una variante de este diseo es la vlvula con jaula. El sistema de cierre modulante es un obturador tipo pistn que se mueve dentro de una jaula-gua. La caracterstica la determina la forma y disposicin de los agujeros ventanas de la jaula. Esto permite modificar y/o caracterizar jaulas de diverso tipo: Standard lineal/isoporcentual, paso reducido, anticavitacin, Lo-dB etc.\nCuando se requiere mejorar la estanqueidad a clase IV V segn tamaos y temperaturas, se equipa al obturador con un piloto interno que cierra la comunicacin que lo hace equilibrado. Otros aumentan el nmero de segmentos en el obturador-pistn. Tambin se pueden poner segmentos de tefln siempre que sea admisible por temperatura. Este tipo de obturadores puede montarse en cuerpos de paso angular. Tiene una buena relacin tamao capacidad de caudal Cv. Por su diseo permite controlar grandes presiones diferenciales en lquidos y gases. Sentido de circulacin: F.T. Open / F.T. Close En las vlvulas de simple asiento el sentido de circulacin en el cuerpo es generalmente fluido tiende a abrir (FTO-Flow To Open). En algunas ocasiones se recomienda que sea a la inversa, FTC, por ejemplo en derrames con vaporizacin de media presin. Sin embargo las vlvulas tipo jaula pueden usarse con ambos sentidos de circulacin segn su diseo y aplicacin. Para lquidos se recomienda fluido tiende a cerrar aunque esta forma de hablar no resulte muy apropiada para obturador tipo jaula, quiere decirse que el fluido entra lateralmente a travs de la jaula. Los diseos de jaula, por el contrario, requieren que se haga un buen diseo mecnico de todo el trim. Los materiales, su calidad de mecanizado as como todas las juntas usadas deben ser estudiados a tenor de la temperatura y presin de trabajo. Con estas vlvulas se trabaja hasta ratings de 2.500 lb. (PN-250 aproximadamente, aunque no es equivalente) Por otra parte el acabado interior de la jaula debe ser muy bueno, con unos materiales y durezas distintas al obturador-pistn. No siempre el diseo jaula es el ms adecuado en contra de alguna opinin. Aplicaciones con fluidos sucios, viscosos con partculas deben ser analizadas con cuidado. Si el rating lo permite, en estos ltimos casos se comporta mejor los diseos globo rotary plug antes vistos.\nTipos de guiado: Caben distintos diseos. En la figura siguiente hay dos vlvulas aparentemente iguales pero de prestaciones son distintas. El guiado por vstago Stem guide es un diseo ms sencillo propio para bajas presiones diferenciales y tamaos pequeos de trim. Estos vstagos suelen tener dimetros desde 9mm hasta 12mm por lo que los esfuerzos laterales del fluido empiezan a notarse en forma de vibraciones. Por otra parte casi siempre coinciden con diseos de unin tapa-cuerpo ms simple y corto. El centro de gravedad de la vlvula est ms bajo. La estopada ms cerca del cuerpo. No permiten jaulas internas.\nGuiado por vstago ( Stem-guide )\nGuiado superior( Top-guide )\nPor el contrario el guiado superior Top guide , supone un dimetro de gua dos tres veces superior al dimetro del vstago y en una longitud de gua que garantiza la estabilidad del obturador en toda su carrera frente a los esfuerzos dinmicos del fluido. El diseo del cuerpo, ms ancho y alto en su parte superior permite la introduccin de jaulas que pueden ir caracterizadas para opciones de control de cavitacin ruido. Tapa ms larga apta para una temperatura de unos 230 C segn fabricantes.\n- Trims rotativos Vlvulas de mariposa El primer diseo de disco fue plano, derivado de las vlvulas manuales. Usando este disco se utiliza solamente 60 de giro, all donde la curva tiene mejor trazado. Buscando reducir los esfuerzos que actan sobre el disco se disearon perfiles ms dinmicos: cola de pez, cncavo convexo, caracterizado, no simtrico, etc. Estos diseos reducen tambin el par torsor sobre el rbol pudiendo dar una mejor regulacin en toda su carrera-ngulo de apertura\nCuando nos referirnos al eje de vlvulas rotativas no decimos vstago (stem), sino rbol-(shaft) Como este tipo de vlvula se usa en grandes tamaos, los esfuerzos sobre el disco se convierten en un par torsor que debe ser soportado por el actuador. Por tanto, en el proceso de seleccin del actuador, hay que analizar bien no slo la delta-p que soporta la vlvula cerrada, sino tambin la delta-p mxima admisible en posiciones intermedias de control. Tambin se han mejorado mucho los sistemas de cierre disco-cuerpo as como la seleccin y mecanizado de los materiales para el trim. Todo ello conduce a los tipos denominados HPVHigh Performances Valves de alta presin con estanqueidades clase IV- V y VI. Hay tambin diseos especiales para bajo nivel de ruido anticavitacin.\nTrim bola y sector de bola para control El obturador es una bola convencional, maciza hueca (para grandes tamaos). Material inox. en general. Los asientos sern metlicos , de PTFE grafito para altas temperaturas. Las bolas segmentadas (sector de bola) son todas muy parecidas. El material base es AISI-316 317, este ltimo usado en la industria del papel. Va durocromada a fin que la superficie de contacto con el asiento no se desgaste. Hay versiones de este diseo con sistema para reducir el ruido. Tambin hay diseos de bolas con cuerpo y obturador en material cermico para trabajar con fluidos abrasivos. Las vlvulas de bola, mariposa y macho son de alta recuperacin de presin y por tanto tienen bajo coeficiente de caudal crtico Fl que las hacen menos anticavitantes. Tambin pueden producir ms ruido.\nTrim globo rotativo excntrico-rotary plug El obturador es un casquete que toca el asiento slamente en el momento del cierre, por lo que es propiamente una vlvula de asiento. Junto con los diversos diseos derivados del original Camflex (Masoneilan -ao1969), el material base suele ser AISI-316 endurecido no segn fabricantes. Admite doble sentido de circulacin. En servicios con flash, fluidos cargados y abrasivos se recomienda fluido tendiendo a cerrar. Se pueden obtener estanqueidades clase IV VI. Tiene valores de Fl inferiores a las vlvulas de asiento pero superiores a las de bola y mariposa; vara con el sentido de circulacin del fluido. El rbol rotativo, como en todas de esta familia, est sometido a menos friccin por lo que tienen menos banda muerta que las de desplazamiento lineal lo que se traduce tambin en una muy buena rangeabilidad. Se consigue una mejor estanqueidad de cierre al exterior a travs de la estopada al estar esta sometida slo a un pequeo giro del rbol, menor de 90, Incluso se mejora con la adiccin de dos juntas tricas.\nVarios diseos obt. rotativos. - Criterios de seleccin\nLos tipos vistos hasta ahora son lo modelos ms bsicos. Existen varios diseos, algunos de los cuales se vern ms adelante cuando sea necesario afrontar determinadas aplicaciones de derrames crticos con cavitacin, flash limitar el nivel de ruido. Adems hay diseos especficos para aplicaciones concretas: atemperadoras de vapor, by-pass de turbinas, by-pass de compresores, fluidos especiales, etc. En el cuadro siguiente se hace un resumen de las caractersticas de cada diseo bsico. Estas caractersticas se tendrn en cuenta para hacer una primera seleccin cuando nos enfrentamos al proceso de clculo. Posteriormente, durante el proceso de seleccin puede ocurrir que la vlvula inicialmente pensada deba cambiarse por otra. En las hojas de datos para consulta se puede especificar un modelo bsico inicial, basado en criterios de estandarizacin, en la opinin inicial del cliente comprador, pero cada fabricante puede recomendar otro tipo de vlvula, para lo que deber aportar las razones tcnicoeconmicas que justifiquen tal decisin. Es frecuente que todos los servicios que se den en una planta unidad de proceso puedan requerir vlvulas de diferentes diseos. Los criterios de seleccin y compra debern tener en cuenta la mejor relacin caractersticas tcnicas / precio, valorando tambin el mantenimiento posterior, nivel de recambios necesarios, asistencia post-venta del proveedor, etc. An cuando los cuerpos de las vlvulas deban ser diferentes se buscar la mayor uniformidad posible en actuadores y accesorios (fundamentalmente el posicionador)\nRESUMEN PARA SELECCIN DE CADA DISEO\nTipo Globo Top-guide Caractersticas -Todos los materiales y rating. -Tamaos hasta 6 8. -Medias y bajas delta-ps, segn tamaos y actuador. -Clase de cierre IV-V-VI. -Fl mnimo 0,90. -Pueden ser micro flujos. -Todo tipo de conexiones. -En versin guiado por vstago slo para bajas delta-p. -Relacin lineal seal-carrera. -Apta para altas presiones diferenciales. -Tamaos desde 3 hasta 16-20 -Mayor Cv -Permite jaulas caracterizadas. -Buen Fl. Mnimo 0,9 segn diseo de jaula. -Admiten trims Lo-dB y anticavitacin. -Slo para fluidos limpios. -Actuadores ms pequeos. -Ms caras. -Buena relacin tamao /Cv. Mayor que globo alternativo. -Muy buen Cv Ratio. Mnimo 100:1 -Moderadas delta-p, excepto tamaos pequeos. -Tamaos desde 1 hasta 16 -Cierre Clase IV VI. -Rating limitado a 600#, normalmente. -Regular Fl. Mejor que mariposas, peor que globo. -Ms ruido. Admiten placas Lo-dB. -Respuesta muy rpida, sobre todo en tamaos pequeos. -Menos peso y volumen en la instalacin. -Ms baratas. -Grandes caudales. -Tamaos desde 3 hasta 24-30 -Bajas-moderadas delta-p excepto con pistones. -Mal coeficiente Fl critico. Habitantes. -Ruido alto, excepto diseos especiales. -Estancas a bajas temperaturas slo. -Ms econmicas. -Alto Cv. -Buen cierre. -Muy buen Cv Ratio. -Mal coeficiente Fl. -Buena para fluidos cargados, viscosos, etc. -Ruido alto en gases. -Ms caras.\nGlobo - Jaula\n3 MATERIALES, CONSTRUCCIN PRUEBAS - Nveles de diseo Laiversidad de opciones y diseos disponibles en el mercado se deben a las opciones planteadas por cada fabricante. Por tanto se pueden establecer tres grupos categoras, segn sean las caractersticas constructivas y por tanto a las prestaciones que se ofrecen. Estos tres grupos hacen referencia fundamental a las vlvulas de globo por ser las ms usadas. Diseo Ligero- Light Duty Seran las vlvulas de globo ( mariposa) de bajo rating, 150lb. (PN10-16), y a veces 300lb. Materiales de cuerpo en fundicin nodular, bronce, fundicin gris. Asiento roscado. Empaquetadura apretada con una sola tuerca de apriete. Guiado por vstago (stem guide). Puente de actuador de fundicin ligera columnas. Actuador de membrana resorte de bajos esfuerzos. Las vlvulas guiadas por vstago no suelen usarse por encima de 4 y para moderadas presiones diferenciales.\nStandard Duty Es el grupo que cubre la mayora de prestaciones con gama de 300 600 lb. Se funden en todo tipo de materiales aleados. Tapa embridada sobre cuerpo que permite internos de cambio rpido, pinzados con jaula. Guiado superior robusto (Top Guide) por jaula. Admite trims de diversa configuracin; cavitacin, bajo ruido. Estopada apretada por brida y dos tornillos. Actuador de fundicin Ac. Carbono adecuado para esfuerzos grandes incluso con pistones neumticos. Fuelles de estanqueidad, si son precisos. Servicios de alta y baja temperatura, etc Heavy Duty Para cuerpos de 600lb. en adelante, con posibilidad, si fuera necesario de obtener bridas de inferior rango. Todo tipo de conexiones y acabados. Todo tipo de materiales y ensayos no destructivos. Admiten internos de alta configuracin para altas presiones diferenciales, multietapa, cavitacin y ruido, doble triple jaula, etc. Puente de actuador robusto para pistones neumticos, hidrulicos elctricos. En muchos casos son vlvulas hechas a medida de una aplicacin determinada. Con los diseos heavy duty se pueden afrontar las ms severas aplicaciones que se dan en el mundo de la energa y las plantas de proceso a altas presiones y temperatura. - Materiales cuerpo - tapa Cuerpo tapa y todas las partes internas de una vlvula son mojadas por el fluido que circula por la tubera. En la seleccin del material se tendr en cuenta, no slo la resistencia y compatibilidad qumica con el fluido, sino tambin la resistencia al desgaste por velocidad, turbulencias, abrasin, posible vaporizacin rgimen bifsico, etc. En algunos casos se valorar tambin la agresividad del medio externo. Los aceros al carbono son comnmente usados en los productos derivados del petrleo, pero en una planta Off-Shore habr que considerar el ambiente salino, bien con un acero ms adecuado una proteccin imprimacin adecuada, no slo de la tapa sino tambin de la tortillera y vstago.\nLas mismas precauciones se tomarn en otro tipo de industrias lugares que tengan atmsferas potencialmente corrosivas. La seleccin del material del cuerpo tapa depende de: - Naturaleza del fluido. - Presin / temperatura de operacin. El material, en general podr ser igual semejante al de la tubera salvo que exista otra causa. Por ejemplo, hay casos en los que si la tubera se especifica en 316L por facilidad de soldadura entre tubos y bridas, la vlvula podra ser de 316 sobre todo si va embridada. En la tabla siguiente se indican los materiales ms utilizados en los cuerpos de vlvulas de control. La codificacin de los materiales se hace con denominacin ASTM que es la ms conocida. Sin embargo, hay su equivalente bajo denominacin europea EN, despus de realizados los pasos del proceso de armonizacin\nMateriales ms frecuentes para cuerpo-tapa Cdigo ASTM\nA 216 WCB A 216 WCC\nT de trabajo\nSon los aceros al carbono ms usados para aplicaciones generales no corrosivas ni erosivas. No usar por encima de 425C pues los carburos se convierten en grafito. El WCC tiene ms MN (1,28%) y es ms soldable adems tiene ms resistencia mecnica que el WCB. Algunos fabricantes lo han generalizado en su catlogo. Es difcil de fundir y soldar. Tiene ms Cr.(5%) y menos Mo.(1/2%) Gran resistencia mecnica en caliente. Usar slo con bridas. Es el ms usado en esta gama de T. Muy bueno para uniones soldadas. 1,25% de Cr. y 0,5% Mo. Material templado y normalizado. Tiene ms Cr(2,25%) y 1% de Mo. En todos los inoxidables la presencia de Ni mejora la resistencia a la corrosin y al calor. El Cr eleva la estabilidad trmica y disminuye el desgaste por abrasin. El Mn mejora la elasticidad. El 316 es el ms generalizado con un muy buen comportamiento para la mayora de los problemas de corrosin. Tambin aguanta bien la erosin y el flashing. Para temperaturas superiores a 425 C usar con C mnimo de 0,04. Ms resistente a la corrosin que el 316. Mas soldable por tener ms C. Adecuado para altas T aunque debe limitarse a 455 C.\nA 217 WC5 A 217 WC6 A 217 WC9\n+600 +538 +566\nA 351 CF8M(316)\nA 352 LCB LCC /LF2\nSon todos para bajas temperaturas. El LCC es ms resistente que el LCB\nEl LC4 tiene una temperatura de transicin (cambio de fractura tenaz a frgil) ms baja.\nHay otros aceros ms especficos temperaturas.\nparticulares casos de corrosin altas\nASME/ASTM A 217 C12 A es un Cr. Mo. Con 9% de Cr., 1% de Mo. Vale hasta 649 C. [EN1.4931] A 351 CF3 (304L) es el ms recomendado para Ac Ntrico. (1.4309) ASTM-B 649 Conocido como 904L (20%Cr, 25%Ni, 4,5% Mo.) Usado para aguas salobres con altos porcentajes de cloruros. Resistente tambin a los cidos., como el fosfrico. ( Equivalente DIN 1.4536 fundido; 1.4539 forjado) ASTM A-351 CG8M es un Inox. conocido como 317 que se usa en la industria del papel. El incremento de Mo sobre el 316 lo hace ms ser resistentes a los restos de compuestos clorados. Los aceros duplex se caracterizan por contener 40-60% austenita y 60-40% ferrita aproximadamente. Se usan para agua de mar y salobres.\nASTM A 479 (UNS S 31254) Es el conocido como 254 SMO para agua de mar. ASTM A 351 CK3MCuN fundido. Con 6% mnimo de Mo. Superaustenitico.\n- Tornillera El conjunto cuerpo-tapa forma el recipiente y es acoplado mediante una tornillera (boltling) Por tanto, en atencin a su buen diseo, se deber cuidar y establecer una buena seleccin de la tortillera, bsicamente afectada por la temperatura de trabajo y la resistencia mecnica. Materiales para la tornillera\nAc Carbono Ac Cr. Moli. Baja T Inoxidables austenticos\nA-193 Gr. B7 (1.7225) A-193 Gr B16 A-320 Gr L7 A-193 Gr B8M A-193 Gr. B7M expuesta A-193 Gr. B7 No expuesta\nA-194 Gr. 2H A-194 Gr 7 A-194 Gr 7 A-194 Gr 8M A194 Gr.2HM A-194 Gr. 2H\n- 40 0 -100 +454 +510 +510\n-196 para T inferior hacer prueba impacto. Aplicaciones NACE MR.01- 75\n- Materiales para rganos internos\nObturador asiento- vstago Para un diseo Standard duty, en vlvulas tipo globo simple asiento, el material bsico de obturador y asiento es el inox. 316 410/416. El 316 tiene un buen comportamiento corrosivo para la mayora de los fluidos aunque es algo blando para presiones diferenciales moderadas. A partir de 8 - 10 bar. se puede endurecer superficialmente mediante aportacin de stellite-6 bien en los cantos de cierre (estellitado en cantos) tambin en algunos casos totalmente recubriendo todo el perfil, (estellitado total). Depender de la agresividad del fluido y de presin diferencial.\nLas aportaciones de stellite-6, tambin llamado Alloy-6 en base cobalto, pueden ser sensibles en presencia de altas concentraciones de Aminas Hidracina, con corrosin en la interfase de las aportaciones con el material base 316. Esto podra ocurrir en algunas partes del sistema agua de alimentacin en las centrales electricas, no siempre. Como alternativa se utilizan tambin los aceros martensticos de la gama 400, 410, 416, 420 y 440-C. Tienen mayor dureza (35 58 Rc) por lo que pueden sustituir en muchos casos al 316+stellite, por lo menos en tamaos hasta 3 Hay que tener en cuenta que la dureza baja a partir de 350C aproximadamente en todos los aceros. El tipo 440-C (ASTM A-276) se usa en obturadores y asientos sometidos a grandes presiones diferenciales siempre por debajo de 427C. Dureza 55 58 Rc que decae a partir de los 400C. El 17-4 PH (ASTM-A564,Gr. 630) es un inoxidable endurecido por precipitacin que tiene varios grados de tratamiento trmico: Condicin H-900 Dureza de unos Condicin H-950 Condicin H-1075 44 Rc. 36 33\nUn nuevo material para alta temperatura del trim es ASTM-487 Gr. CA6NM con excelentes propiedades me responde al cdigo F6NM. Se usa en obturadores y jaulas de trims equilibrados. Vlido hasta 565C. La versin forjada responde al cdigo F6NM. Para fluidos altamente corrosivos se usa el Monel con diferentes durezas entre obturador y asiento: Monel-400 (ASTM B-564) [N 04400]; Monel 500. Tambin el Hastelloy-C (ASTM B-564) [N 06022]. Las vlvulas de mariposa pueden ir con cuerpo recubierto de diversas calidades de elastmeros e incluso de tefln. Adems de evitar la corrosin se consiguen mejores calidades de cierre. Tambin ahora hay cuerpos de vlvulas de bola, y globo con obturador rotativo rotary plug, con cuerpo recubierto de PFA, Halar, tefln. Trim con Jaulas de guiado En el caso de diseos guiados por jaula, las jaulas realizan una doble funcin. De una parte guan el obturador y de la otra son una pieza intermedia entre tapa y asiento, comprimiendo este. En estos diseos se tendr en cuenta el efecto de las dilataciones por temperatura, posible existencia de choques trmicos, etc. Pero adems las diversas configuraciones de las jaulas afrontan los efectos de la estrangulacin del fluido. Es aqu donde hay que controlar y limitar la velocidad y luchar contra la cavitacin y el ruido adems de resistir la corrosin. Cada fabricante deber seleccionar y garantizar el material ms adecuado teniendo en cuenta todos los factores antes expuestos. La superficie interna de la jaula juega un papel importante en la estanqueidad del trim, debern ser superficies pulidas y endurecidas que faciliten la funcin de guiado y estanqueidad de las juntas segmentos de cierre. Vstago (stem) en caso de vlvulas de globo Hay que distinguir entre vstago alternativo (stem) y rbol, (shaft) para las rotativas. -En el primer caso se valorar el esfuerzo lineal necesario para el cierre de la vlvula a la T de servicio. El material bsico es el 316, despus se usar el 17-4 PH y para alta temperatura el Inconel 600 / 625/ 750, etc. -En las vlvulas rotativas se tendr en cuenta el par torsor del eje ms el esfuerzo de asentamiento en caso de diseos rotary-plug mariposas doble-triplemente excntricas, sin olvidar la adecuada combinacin con el material de los casquillos gua.\nMateriales usados en rganos internos\nTipo 316 316 L 321 410 416 440 C 17-4PH Stellite - 6 CA6 NM Uranus B6 Hastelloy-C\nCarburo de Tugnsteno\nEquivalencia 1.4401 1.4404 / 4435 1.4541 1.4006 1.4120 / 4005 1.4124 (Z12C13) Z6CNU17.04------H-900 ------H-1075 Alloy-6 Z5ND13.04 1.4539 ASTM A 494 Wolframio\nDUREZA aprox. 163 Br (14 Rc) 150 170 Br. Similar 316 35 40 Rc 35 40 Rc 55 58 Rc 44 Rc 33 40 45 Rc 32 Rc Similar al 316 23 Rc 67 72 Rc\n- Criterios practicos de seleccin de materiales\nEn cuanto al cuerpo ya hemos dicho que, siendo el cuerpo prolongacin de la tubera y estando en contacto con el fluido, el material de cuerpo-tapa debe ser adecuado para resistir las caractersticas del fluido, su agresividad mecnica y qumica. El material y tamao tendr en cuenta adems la temperatura del fluido( de diseo) y la velocidad. En cuanto a los internos, esto es, el trim, es ms complicado pues depender de varios factores: Corrosin del fluido y/o presencia de partculas abrasivas Presin diferencial. Nivel de cierre requerido. Funcin de la vlvula Diseo y tamao del trim Esfuerzo necesario -en los vstagos Tipo de guiado\nTodas estas variables y otras que debe tener presente el ingeniero de instrumentacin permitirn llegar a una seleccin final. En la tabla siguiente se facilita una gua que no pretende ser completa RECOMENDACIONES PRCTICAS PARA SELECCIN DE MATERIALES DEL TRIM\nDERRAMES SUBCRITICOS Lquidos, Gases y Vapor de Agua En general podran ser en Inox. 316, 410-416 hasta unos 10 bares de delta-p aprox. Aceros ms duros para mayores perdidas de carga y/o experiencias conocidas por abrasin, corrosin, etc\nLquidos con cavitacin\na) Cuerpo: El que corresponda. Velocidad de salida con criterio ms Conservador. b) Trim: 1- Materiales duros 410-416; 316+stellite total; 440-C; Ca6 NM 2- Diseo control de cavitacin. 3- Diseo anticavitacin con alto Fl adecuado factor sigma Lquido en flash\na) Cuerpo : Velocidad: Mejor sobredimensionar siempre el cuerpo. En funcin de prdida de carga: Hasta 15-20 bar. podran ser Ac. Carbono. De 20 40 cuerpos aleados Cr. Mo. Inoxidable, FT A partir de aqu cuerpo angular aleado con camisa de proteccin en salida. FTC. b) Trim: Materiales duros: Serie 400 estellitados.\nDERRAMES CRITICOS para Gases y Vapor de agua a) Cuerpo : Dimensionados para dimetro de salida subsnico. Mach de salida < 1/3 cuando trim sea diseo Lo-dB [ 0,33 ] Para servicios no contnuos podra aceptarse: Vapor Saturado: 0,30 Mach para cuerpos de Ac.C. 0,40 Mach para cuerpos de Inox. Cr.Moli. Vapor recalentado y gases limpios: 0,40 Mach para Ac. C. 0,50 Mach para Inox. Cr. Moli. b) Trim: Materiales duros serie 400 estellitados, sobre todo en vapor de agua.\n- Presin nominal ( Rating- PN) y Conexiones\nUna vez elegido el material de cuerpo, compatible y adecuado al fluido, se define la presin nominal (PN Rating), es decir el espesor y medidas bsicas del cuerpo- tapa para soportar la presin interna del fluido a la temperatura del mismo. Tngase presente que el rating PN se define a partir de la presin/temperatura de diseo que vendr establecida por los ingenieros mecnicos en funcin de criterios con que se disea la instalacin. No se toman las condiciones de trabajo para definir el rating, estas estarn por debajo siempre de las de diseo. Las normas de referencia ms usadas son: ANSI B 16.34 e ISO 7005 DIN- 2401 La norma ANSI est muy utilizada en muchos pases fuera de USA. Para cada material se establece unas tablas que indican la presin admisible en funcin de una escala de temperaturas, eligiendo as la clase que va desde 150lbs. hasta 2500lbs. En este caso los aceros vienen definidos segn cdigo ASTM.\nLa presin nominal, PN, es el sistema ISO europeo, antes DIN. Aqu tambin se define el PN para cada material pero bajo denominacin EN 10213. La designacin PN es nominalmente la presin mxima de trabajo en fro, expresada en bares. As, por ejemplo, una vlvula ISO-PN-16 soporta 16 bar. A 120 C. A medida que aumenta la temperatura, su resistencia disminuye.\nEn un proceso de seleccin no se pueden mezclar unos aceros bajo cdigo ASTM con unas tablas curvas de rating ISO, ni viceversa.\nOtras normas como la ISA S75, define la distancia entre bridas de cada tipo de vlvula, tanto para conexiones roscadas, soldadas, embridadas, wafer. No hay una equivalencia directa entre ANSI/ASME e ISO (DIN). A titulo informativo, desde el punto de vista del rating slamente, (no en sus medidas), ISO 7005-1 da una equivalencia en las bridas de conexin: Clase 150 300 600 PN-20 PN-50 PN-110 Clase Clase 900 1.500 PN - 150 PN - 260\nConseguir esta equivalencia puede obligar a modificar los modelos de fundicin Special Class. Hay unas tablas de rating dentro de las normas ANSI/ASME para clase especial. La clase especial requiere la realizacin de ensayos no destructivos y normalmente se usa para vlvulas con uniones soldadas. La reparacin del cuerpo en fase de fundicin ser de acuerdo con ANSI B 16.34, Seccin-8. Los ensayos a realizar seran: Cuerpos fundidos : - Radiografas en zonas crticas. -Tintes en zonas mecanizadas. Cuerpos forjados: Ultrasonidos en cuerpo-tapa. Tintes en zonas mecanizadas.\nPara la seleccin del rating-PN se pueden usar tablas curvas. Las curvas siguientes son antiguas y meramente indicativas muestran las diferencias de una norma respecto a otra. Para cada material, con una presin y temperatura de diseo , se define un ratings PN.\nRatings intermedios. Hay unos ratings menos conocidos y usados, bajo ASME. B 16.34 Por ejemplo: Para 2 Entere 900-1500lbs. hay un intermedio de 1.690lbs Para 4 1500lbs podra haber tambin 2.107lbs\n- Cierre obturador asiento - estanqueidad\nLo propio de una vlvula de control es que est regulando en un punto intermedio de su carrera por lo que no se le pide una estanqueidad como la que debe garantizar una vlvula de aislamiento bloqueo cierre. Sin embargo cada vez se le exige ms a la vlvula de control, tanto en situacin de cierre por fallo de aire como en otras aplicaciones donde la accin sea la contraria.\nExpresiones como vlvula estanca, dead tight, fuga cero, por ejemplo son frases vagas que en realidad buscan lo mejor pero sin definir cmo. No hay un cierre absolutamente estanco. Por tanto, para evitar situaciones ambiguas, se definieron unas condiciones de prueba y as concretar los niveles de estanqueidad que tienen que conseguir los fabricantes de las vlvulas. La norma FCI-70-2, del Fluid Controls Institute fue la primera que fue rpidamente asumida por ANSI B 16.104 y ahora es conocida como ANSI/FCI 70-2. Es la ms extendida y utilizada por los fabricantes de vlvulas de control. Otras normas pueden ser DIN / EN-1349, DIN-3394 y 3230, IEC-534-4, BS-5146, API-598, MSSSP 61, aunque esta ltima norma no es para vlvulas de control a veces es requerida su aplicacin cuando un servicio muy severo lo exige. El nivel de cierre supone un coste bastante significativo, por lo que el ingeniero de control debe valorar adecuadamente que nivel de estanqueidad es el se precisa en cada punto de aplicacin sin elevar esta exigencia innecesariamente. La norma ANSI/FCI 70-2 establece seis niveles de calidad de cierre, del I al VI. y las diferentes condiciones de prueba para certificarlos.\nClases de fuga segn ANSI/FCI 70-2\nClase Prueba Fuga admisible(1)\nLas pruebas y fuga se definen entre fabricante y usuario Aire agua 10-50C y una presin 0,5% capacidad La presin se aplica a la entre 3-4 bar. Normalmente se nominal vlvula con el obturador hace con aire a 3,5 bar cerrado por el actuador a su alimentacin requerida. Idem. 0,1% cap. nominal Idem. Idem. 0,01% cap. nominal Idem. 0,0005 ml./min. por Llenar el cuerpo de agua; aplicar *Agua 10-50C a la presin pulgada de dimetro presin de prueba, cuando el lquido diferencial real de trabajo *Aire-Nitrgeno a 3-4 bar-g-----Aire nitrgeno a la presin Las burbujas por Las burbujas se medirn diferencial de trabajo 3,5 bar, la min. y ml/min. de la usando un tubo de que sea menor. tabla VI. 5,7mm.dimetro interior sumergido perpendicular en agua entre 3-6 mm\nasiento por psi de presin de fuga se ha estabilizado recogerlo diferencial. en una bureta durante al menos 3 4,7ml/min. Por cada minutos. pulgada de di. orificio\n(1) Los valores (en %) son una indicacin aproximada del % de la capacidad nominal de la vlvula Cv. No coinciden con las tablas que establece la norma.\nLa fuga depende de: - La presin diferencial. - La densidad del fluido. - La viscosidad absoluta. Y tambin se sabe que es funcin del cubo de la altura entre las rugosidades de la zona de contacto.\nEsta tabla da los valores de fuga para una Clase- IV en funcin de los Cv nominales de cada vlvula que se trate. (Consultar siempre la ltima versin de la norma)\nOtro factor decisivo para minimizar la fuga es determinar con sumo cuidado el esfuerzo adicional de asentamiento que debe proporcionar el actuador en el momento del cierre. Es muy significativo que los valores de fuga decrecen cuando conseguimos un esfuerzo de asentamiento que llegue al punto de deformacin del material yield point del material. Es por tanto muy importante calcular los actuadores para que den este esfuerzo, tanto si son aire cierra como si son muelle cierra. Esta fuerza adicional debe ser una carga libre en la zona de contacto, una vez vencida cualquier otra resistencia friccin que tanga la vlvula en guas, estopada, adems de la presin diferencial.\nEstanqueidad exterior: Juntas y Estopadas\nJunta tapa-cuerpo En las vlvulas de tipo globo con vstago alternativo, la junta tapa-cuerpo sella esta unin. Debe elegirse teniendo en cuenta las condiciones de presin y T. Normalmente son espiro metlicas. Estopadas Cualquiera que sea el tipo de vlvula, lineal rotativa, la zona de salida del vstago ir sellada a fin de anular la saluda de producto. Las caractersticas exigibles a una buena estopada son: -Buen cierre -Baja friccin. -Que no sea abrasiva. -Larga vida. -Fcil sustitucin -Resistente al fluido. -Resistente a la temperatura. -Mejor si es auto ajustable.\nLo normal es la empaquetadura con anillos de tefln que puede ser puro con fibras (Kevlar, Aramida,....) no amianto. Tambin se pueden poner anillos de grafito que introducen mucha friccin.\nPara mejorar el sellado se pueden aadir juntas tricas en el casquillo apriete de la estopada consiguindose excelentes estanqueidades. Las tricas pueden ser de Viton, EPDM, Fluorosilicone, Fluorocarbon, Kalrez, etc.\nCada fabricante disea la altura de sus tapas y el dimetro de los vstagos. En funcin de esto se coloca la empaquetadura. Se ha comprobado que aumentar el nmero de anillos no mejora proporcionalmente la estanqueidad. Los tres primeros anillos son los que se comprimen, a partir del cuarto-quinto apenas hay deformacin, por lo que seran innecesarios. Esto depender de la evolucin tcnica que aporten los fabricantes de estopadas. A fin de mantener una presin de apriete controlada y constante sin tener que acudir a aprietes que pueden perjudicarla, se aaden resortes, bien en el casquillo en los tornillos de apriete. Hay varias posibilidades. . Para fluido peligroso, ligero y con posibilidades de evaporarse fcilmente, se usan fuelles de estanqueidad. Los fuelles se fabrican de acero inoxidable, Monel, Hastelloy, etc.\nSistemas de doble estopada sern aconsejables con un anillo intermedio distanciador que permiten el montaje de un leak-off para extraer la posible fuga y conducirla aun circuito cerrado bien hacer una presurizacin, normalmente con agua a una presin mayor que el fluido de la vlvula, Esto se hace en algunas vlvulas que trabajan a vaco.\n4- ACTUACION Y POSICIONADORES - Tipos de Actuadores Bsicamente podramos hacer la siguiente clasificacin:\nLineales Neumticos Rotativos Elctricos (Lineales / Rotativos) Hidrulicos (Lineales / Rotativos)\nSimple Efecto Doble Efecto\n- Actuadores neumticos\nEn general, y a fin de cumplir exigencias de posicin segura por fallo del fluido motor, la mayora de los actuadores son de simple efecto y de ellos, el mayor nmero, corresponde a los actuadores neumticos de membrana resorte. Solamente para grandes tamaos y/o grandes esfuerzos y carreras se usan los pistones neumticos. Los actuadores de membrana resorte responden al los diseos que aparecen en la figura siguiente.\nActuadores neumticos de columnas fundidos, con uno varios resortes.\nEstos actuadores neumticos, por lo general construidos por el propio fabricante de las vlvulas, son unidades sencillas, econmicas y fiables. De fcil comprensin y mantenimiento. Tienen adems excelentes prestaciones de regulacin no siendo desplazados an por ningn otro diseo. Un actuador neumtico en servicio, debe ser lo suficientemente fuerte para: 1. Soportar los esfuerzos dinmicos que produce por el fluido al circular por la vlvula. 2. Los esfuerzos estticos en el momento de cierre y adems de responder adecuadamente a la seal de control, en tiempo y precisin, venciendo todos los esfuerzos de rozamiento mecnico existentes en el trim, vstago, estopada y los del propio actuador.\nLos factores a tener en cuenta en el clculo son a-rea efectiva de membrana b-Carrera. c-Gama del resorte (terica). Constante del resorte (rigidez) d-Presin de accionamiento necesaria a)- rea efectiva El rea efectiva depende del plato soporte, del diafragma, de la carrera del servo y, en menor medida, de la deformacin de la membrana a lo largo de su desarrollo. ( dimetro del pistn)\nb)- Carrera. Los diseos ms modernos buscan reas prcticamente constantes y as los\nesfuerzos tiles sern ms uniformes. c)-Gama de resorte La gama terica se define como la diferencia de presin que hay que aplicar en vaco- a un actuador para que realice la carrera completa de la vlvula. Es la diferencia entre la presin terica final menos la presin terica inicial. Hasta hace pocos aos, la presin terica inicial era de 3 psi. (0,21 kg/cm2) valor a partir del cual empezaba a moverse el vstago, siendo la presin terica final de 15 psi. En la actualidad los nuevos actuadores neumticos trabajan con gamas distintas a la inicial 3-15 psi pudiendo verse especificadas por los fabricantes gamas 3 9; 6 24; 11 30; etc. Ajuste del resorte. Hay actuadores que permiten, mediante un tornillo tensor, ajustar el resorte a fin de desplazar a conveniencia el valor de presin inicial final. La gama standard slo sirve para mover el diafragma de una presin a otra sin producir fuerza adicional para contrarrestar las fuerzas de desequilibrio.\nUn actuador debe ser lo suficientemente rgido para que la vlvula sea estable en toda su carrera. Esta estabilidad exige que las variaciones de esfuerzos sobre el obturador sean menores que la variacin de fuerza del actuador, cuando estas actan en el mismo sentido, es decir, que el actuador pueda con la vlvula. Las vlvulas no equilibradas de globo simple asiento pueden ser estables cuando el fluido tiende a abrir el obturador. No lo son tanto cuando con el fluido tiende a cerrar. Hay que estudiar con mucho cuidado la seleccin del actuador en este caso. d)-Presin de accionamiento. Es la presin de aire necesario, no solo para mover el vstago sino tambin para conseguir del actuador toda la fuerza que requiera la vlvula. La presin de alimentacin depende de: -Esfuerzo de asentamiento para garantizar el grado de estanqueidad obturador asiento requerido (Clase III-IV-V-VI) -Friccin de estopada, resistencias mecnicas. -Fuerzas de desequilibrio: esfuerzos estticos y dinmicos del fluido. -Gama final del resorte\nMuy raras veces esta presin de alimentacin alcanza la presin de la lnea de instrumentos que suele estar en los 6-7 kg/cm2. La presin de alimentacin necesaria la fija el fabricante en funcin de los anteriores factores. Accin del actuador. Se consideran las siguientes: Accin directa -------Con Aire Cierra --------Normalmente vstago baja. Accin inversa-------Con Aire Abre ------- vstago sube. El esfuerzo de asentamiento es la carga adicional que comprime el obturador contra el asiento sin contar el efecto del fuelle si lo tuviere. Se requiere esta fuerza adicional para conseguir la estanqueidad especificada. Hay que valorar la friccin de la estopada y todas las resistencias mecnicas. Los esfuerzos de rozamiento por friccin de la estopada que se puede considerar dependen del tipo de estopada y dimetro del vstago fundamentalmente. La tabla siguiente da estos valore para clculos sencillos. Dimetro vstago obturador (vlvulas hasta 4 aproximadamente) (vlvulas 4-10 aproximadamente) Estopada de PTFE 15 lb. 32 lb. Estopada de grafito 75 lb 160 lb\nLas estopadas de grafito tienen una mayor friccin que hay que tener en cuenta al dimensionar el actuador. Fuerzas de desequilibrio, esfuerzos estticos y dinmicos. De una parte la circulacin del fluido ejerce unos esfuerzos sobre el trim cuya resultante depende del tipo, diseo y sentido de circulacin. De otra parte habr una componente esttica a vlvula cerrada. Todas ellas deben ser vencidas y soportadas establemente por el actuador.\n- Cilindros neumticos.\nLos cilindros pistones pueden ser de simple doble efecto. Se usarn cuando necesitamos grandes carreras, superiores a 100mm., combinadas con esfuerzos de importantes y velocidades de operacin altas.\nLos pistones requieren vstagos adecuados, resistentes al pandeo cuando sean carreras largas. Suelen trabajar a presiones de alimentacin mayores para poder usar menores dimetros que los de membrana-resorte. Esto hace que los segmentos de cierre del pistn deban ser totalmente estancos y compatibles con aire seco, sin nada de grasa lubricante.\nLos cilindros de doble efecto requieren un posicionador de doble salida. No garantizan la posicin por fallo de aire salvo que se ponga un tanque auxiliar de aire con una capacidad tal que permita una dos maniobras a fin de garantizar que por fallo de aire la vlvula vaya a una posicin segura previamente fijada.\n- Actuadores para vlvulas rotativas.\nLa primera solucin adoptada fue seguir usando los actuadores lineales conocidos y transformar, mediante una palanca, el movimiento lineal en un ngulo de giro. Esta solucin, tiene el inconveniente que se aumenta los rozamientos en el eje del actuador que acta sobre el rbol de la vlvula, el cual trabaja como una viga empotrada en un extremo, (sobre todo en vlvulas de mariposa con eje partido) lo que se traduce en mayores holguras mecnicas en zona de estopada y tambin en todas las articulaciones. Todo ello conduce a lo ms indeseable en una vlvula de control: la banda muerta.\nDiseo ms moderno\nPosteriormente se han desarrollado actuadores lineales con membrana desenrolladle y vstago oscilante que transfiere toda su fuerza directamente al rbol sin fricciones con menos articulaciones intermedias. Ntese tambin que el eje de la mariposa es de una pieza y va completamente apoyado y guiado en tres puntos. Estos diseos se usan en vlvulas de mariposa y sector de bola con excelentes Cv ratio (rageability), superiores a 100:1. -Pistones rotativos Hay numerosos diseos que fueron usados inicialmente en vlvulas on-off. De todas formas no deberan usarse actuadores todo-nada para convertirlos en modulantes slo por la adiccin de un posicionador. El actuador de control, de cualquier tipo que sea, debe estar concebido para control. Lo importante es analizar cmo es el esfuerzo de par que se obtiene sobre el rbol de la vlvula y por otro lado el nivel de friccin y holguras que pueden tener. Los pistones, como puede verse en la figura dan esfuerzos ms altos, aunque pueden variar a lo largo de la carrera segn se el diseo de la articulacin. La friccin es tambin alta, en general debido a los rozamientos del vstago y pistn. Las articulaciones darn lugar a ms holguras con el tiempo. Lo deseable es conseguir un esfuerzo lo ms uniforme a lo largo de la carrera con la mnima friccin. Esfuerzo y friccin en actuadores de pistn :\n- Actuadores Elctricos\nEl motor elctrico puede ser de cualquier tipo aunque sean ms frecuentes de corriente alterna. Para potencias y esfuerzos pequeos pueden ser monofsicos; permiten una inversin de giro ms simple sin contactores. A partir de aqu se usarn trifsicos con un inversor, mejor esttico, para que girando a derecha e izquierda, haga subir o bajar el vstago de la vlvula. Este arrancador inversor puede ir localmente sobre el actuador en el centro de control de motores. El sistema de reduccin consta de una corona dentada conectada a un tornillo sin fin que recibe el movimiento reducido- del motor. Un mismo modelo / tamao de actuador puede equipar varios juegos de reductores con distintas relaciones de transmisin, con lo que al final se consiguen el par y las velocidades requeridas en el vstago. La corona y el sinfn se mecanizan con un perfil de rosca adecuada a la transmisin de potencia, normalmente rosca ACME del tipo trapecial mtrica u otros perfiles similares. El giro de la corona se transforma en movimiento lineal a travs del vstago roscado. Hay que disponer de un sistema anti giro. Limitador de par. As como en un actuador todo-nada el motor se desconecta elctricamente mediante el ajuste de dos micros de final de carrera, abierto / cerrado, en un servomotor elctrico para control se desconectar el motor cuando haya transferido toda la fuerza necesaria de asiento al obturador para conseguir la calidad de cierre especificada, Clase III-IV-V.... Cuando la corona arrastra el husillo, este comprime el resorte del limitador de par hasta un punto previamente seleccionado en el que conmuta el final de carrera que para el motor. El fabricante de la vlvula debe indicar cual es ese esfuerzo mximo necesario pues conoce su vlvula y las necesidades de asentamiento. Debe obtenerse este esfuerzo necesario pero no mucho ms, pues hay limitaciones en la resistencia mecnica de los vstagos u otros elementos de la vlvula.\nActuador elctrico y electrohidraulico\nLa operacin de un actuador elctrico para control se har con una seal analgica, normalmente 4-20 mA., bien por un tren de impulsos. Si es con seal analgica esta deber transformarse en una orden para hacer girar el motor a derecha izquierda.\nEste transformador analgico a impulsos permite el ajuste del cero y del span (gama), como si de un posicionador electro neumtico se tratase. Va alojado en el propio actuador. Los actuadores elctricos tambin pueden ser rotativos de cuarto de vuelta para actuar directamente vlvulas rotativas como mariposas, bola e incluso rotary-plug.\nLos actuadores electro hidrulicos para control constan de un depsito de aceite con bomba de presurizacin, su pistn hidrulico y los circuitos adecuados para desarrollar las prestaciones de regulacin exigibles al servomotor. Normalmente. Excepto para grandes esfuerzos para la actuacin de varias vlvulas al mismo tiempo, el depsito de aceite y la bomba estn dentro de la misma carcasa del actuador. El motor elctrico acta la bomba de aceite que la enva a un pistn de simple doble efecto. El extremo del vstago del pistn se acopla al de la vlvula. Se consiguen grandes esfuerzos, de unos 5.000 kp. a una velocidad de 100 mm/seg. El posicionador electro hidrulico, toma el movimiento del vstago y lo compara con la seal de mando (4-20 mA), enviando el aceite a la parte anterior posterior del pistn. Este tipo de actuadores se usan cuando no hay aire disponible, se precisan esfuerzos grandes en tamaos de vlvula y tambin grandes carreras.\n- Seleccin de Actuadores.\nEn la seleccin de actuadores se concretar lo siguiente: Neumtico, elctrico hidrulico. Tipo: Simple / Doble efecto; Membrana resorte pistn. Presin de aire aceite energa disponible. Tamao, en funcin del esfuerzo. Carrera. Tiempo de maniobra. Posicin por fallo de fluido motor fallo de seal. Accesorioos\nResumen de caractersticas\nVer tabla siguiente:\nNeumticos de diafragmaNeumticos de pistn resorte -Simplicidad de diseo y mantenimiento. -Econmicos. -Vlidos en general, hasta 100mm de carrera. -No precisan clasificacin para reas peligrosas. -Buena respuesta dinmica - Admiten muchos accesorios. -Mando manual simple. -Grandes esfuerzos. -Ms presin de maniobra. -Aptos para grandes carreras. -Ms caros. -Buena velocidad de respuesta. -Mando manual ms complejo, normalmente hidrulico Para lugares aislados donde no hay aire. -Grandes esfuerzos y carreras. -Slo en algunos diseos, los elctricos, y para tamaos muy pequeos pueden ir a posicin segura. -Necesitan proteccin elctrica en reas peligrosas. -Respuesta ms lenta, en los elctricos. -Precio elevado -Mantenimiento costoso Elctricos / hidrulicos\n-Garantizan posicin -Garantizan posicin segura segura por fallo de aire por fallo de aire\nLas fuerzas de desequilibrio que actan en la vlvula influyen en la posicin del vstago y hacen que el control (respuesta) pueda ser imprevista. Estas fuerzas son: 1 2 Estticas y dinmicas del fluido sobre el trim. porcentaje de carrera. Dependen de la delta-p de trabajo y\nRozamientos en empaquetadura, guiado e incluso los del propio actuador, segn diseos.\nTodas estas fuerzas se compensan con el posicionador que acta como un controlador proporcional de posicin con un punto de consigna variable, (seal) procedente del controlador. Con el posicionador verificamos, mediante la toma de movimiento mecnica del vstago, que la vlvula se posicione en el lugar que al % de seal le corresponde. As tendremos la seguridad de seguir las demandas del controlador. Si no se alcanza esa posicin del vstago, el rel neumtico aumenta disminuye su presin de salida hacia la cmara del actuador hasta que lo consigue. Adems, a final de escala, si el actuador es directo, el posicionador transfiere al actuador toda la presin de alimentacin que el fabricante haya recomendado para cada vlvula en particular, normalmente muy por encima de la tensin final del resorte. Esta presin de alimentacin debe figurar en la placa de caractersticas de cada vlvula. Se ajusta con el reductor alimentacin aire de instrumentos.\nPrincipio de funcionamiento de un Pos. electro neumtico bsico\nLos posicionadores electro neumticos renen en un solo aparato la funcin convertidora y posicionamiento de la vlvula. En el esquema bsico adjunto se ve cmo las variaciones de seal que llegan a la bobina, comparadas con el movimiento del vstago a travs del resorte de equilibrio, liberan ms menos aire en el sistema lengeta-tobera y esto, amplificado por el rel neumtico se trasforma en una seal de salida hacia el actuador. [ Ahora, adems del clsico sistema lengeta-tobera, se usan tambin micro vlvulas, spool, rels, etc.] Los posicionadores no slo compensan los esfuerzos antes mencionados si no que, actuando como amplificadores de caudal de aire al actuador y reducen el tiempo de maniobra con lo que se mejora la respuesta de control. El empleo de posicionadores hoy est generalizado pero es necesario en lazos de control de temperatura, donde hay ms inercia y son procesos con reacciones lentas. Tambin son necesarios en lazos de rango partido aunque ahora tambin se hacen desde el sistema de control. Los posicionadores pueden ser de accin directa inversa, es decir: Directos: Incrementos de seal de entrada producen incremento seal de salida neumtica hacia el actuador. Inversos: Incrementos de seal de entrada producen disminucin en la salida neumtica. En los sistemas electrnicos actuales, la inversin de seal es posible hacerla en la salida del controlador. En general es mejor que todos los posicionadores sean directos para que el instrumentista trabaje siempre, a pie de vlvula, con seales crecientes.\nOperacin de una vlvula con actuador y posicionador Consideremos una seal de control 4-20 mA. para gobernar una vlvula mediante un actuador tipo membrana-resorte con accin aire cierra, a travs de un posicionador electroneumtico. La seal 4-20 mA. vence la tensin del resorte en toda su gama, por ejemplo si el actuador tiene 3-15 psi de rango, empezar a moverse con 4 mA. y terminar con 20 mA. y una seal de salida neumtica de 15 psi. 3 psi Tensin inicial 4 mA 15 psi Tensin final 20 mA\nA partir de este momento el posicionador deja abierta la salida neumtica para que le llegue al actuador toda la presin de alimentacin y as alcanzar el esfuerzo de asentamiento que le permite soportar toda la presin diferencial y conseguir la calidad de cierre especificada, IV, V VI. Cmo lo hace? Depender del diseo del posicionador. Los que tengan lengeta-tobera, cierran la tobera y as todo el aire pasa al actuador-amplificado a travs del rel neumtico. Los de tipo cilindro distribuidor, (spool pilot valve) posicionan el cilindro piloto para que le llegue la presin de alimentacin al actuador. Algunos posicionadores electrnicos por micro vlvulas requieren programar esta funcin de forma especifica a fin de escala-carrera. Si el actuador es aire abre, en este caso no se precisa el aire para que la vlvula soporte la presin diferencial y haga el cierre. Lo har la tensin inicial del resorte (muelle cierra) Por eso se ponen muelles de tensin inicial alta: 6-30psi, 11-30; 21-45; etc. Los posicionadores se alimentan normalmente unos 5 psi por encima de la gama final del resorte resortes: por ejemplo, para un resorte 6-30psi, la alimentacin sera unos 35 psi. Caracterizacin de la seal. Algunos posicionadores permiten la caracterizacin de la seal neumtica de salida al actuador. Los posicionadores neumticos antiguos eran siempre lineales, es decir, la relacin seal de entrada salida era lineal. Ya en los aos 60 aparecieron los primeros diseos de posicionador con levas con las que se podan conseguir distintas caractersticas e incluso hacerse una a voluntad. De lo que se trata es de modificar la relacin seal carrera La calidad operativa de un posicionador viene dada por dos factores fundamentales: - Alta sensibilidad. - Tiempo de respuesta bajo. Ambas cosas implican una buena ganancia del posicionador: Gp =\n%carrera % seal\nA su vez esta ganancia tiene dos componentes: Ganancia esttica y Ganancia dinmica Ganancia esttica.- Tiene relacin con la sensibilidad del sistema del posicionador para convertir los pequeos cambios de seal de entrada (movimiento del vstago) en una seal de salida neumtica. Ganancia dinmica.- Una vez que esta pequea variacin de seal es detectada, el posicionador debe ser capaz de hacer que la vlvula se mueva rpidamente para corregir la variable, como se le pide en ese momento. Debe suministrar instantneamente una gran cantidad de aire, en volumen y presin, para que el actuador responda adecuadamente en tiempo y con la fuerza necesaria. Esta sera la ganancia dinmica.\nPOSICIOANDORES INTELIGENTES - Interfases\nLa extensin de la tecnologa digital, tanto a nivel de componentes de microprocesadores como en las comunicaciones ha llegado tambin a los posicionadores que puede decirse han dejado su antiguo lugar para elevarse a la categora de interfase inteligente. Los transmisores de campo y los nuevos posicionadores incorporan ya funciones de control local, clculo, auto calibracin y diagnsticos por lo que reciben, con toda propiedad, el calificativo de inteligentes. A su vez, la comunicacin con el DCS, es mayoritariamente con protocolos hbridos, esto es, sobre la seal 4-20 mA va la seal digital. (caso del protocolo HART). Hay tambin protocolos totalmente digitales, como el Profibus el Fieldbus Fundation. SMART Self Monitoring Analysis Reporting Technology HART - Highway Addressable Remote Transducer Por tanto, hay ya elementos (interfases) que responde a esta tecnologa pudiendo ser montados sobre cualquier tipo de vlvula de control ofreciendo algunas de las siguientes prestaciones adicionales.\n- La calibracin, ms correctamente sera una parametrizacin, puesto que ya no se trata del clsico ajuste del cero y span, como en los antiguos. Hay ms cosas que definir, aunque se pueda hacer de forma automtica la primera vez.\nEn la figura anterior se ve la pantalla general de calibracin de un tipo de posicionador HART, (Cortesa de Masoneilan) Cada una de las 7 pestaas da lugar a nuevas pantallas de trabajo. - Tambin hay posicionadores electrnicos avanzados, no propiamente inteligentes que, no respondiendo a un protocolo digital propiamente, permiten el ajuste de cero y espan, ajustes de ganancia, modificacin de curvas seal-carrera, etc. Opcionalmente podran ser HART, mediante la adiccin de una tarjeta electrnica opcional.\n- Otros diseos actan realmente como un controlador sobre la vlvula. Adaptados a una vlvula se puede hacer un auto tune y ajustan inicialmente los valores P+I+D, tpicos de un controlador, ms otros parmetros como el proportional adjusting (padj), para igualar la respuesta aire-abre a la de muelle-cierra; la funcin beta para evitar un overshooting; y tambin el coeficiente compensador de posicin, etc., etc. Un posicionador as identifica y asigna los mejores parmetros a cada vlvula sobre la que va montado.\nEstos valores que quedan memorizados en la memoria del posicionador - pueden ser modificados posteriormente a voluntad del instrumentista segn lo requiera la configuracin y exigencias del sistema lazo de control. Con estos posicionadotes smart se hace un muy buen tratamiento de la seal de control que redundar posteriormente en una mejor respuesta dinmica de la vlvula a las variaciones de seal. En definitiva reducir la variabilidad del proceso.\nAdems de todo esto quedan las prestaciones adicionales de diagnsticos que pueden ser de distintos niveles, segn fabricantes. Hay modelos con capacidad de diagnstico interno del propio posicionador, del actuador (si tienen sensor de presin) y de la vlvula. Depender de cada fabricante y de lo que en cada momento se quiera adquirir. Los protocolos digitales permiten una comunicacin bidireccional desde sala de control y los equipos de campo para enviar mensajes y recibir informacin, siempre que se haya dispuesto de un multiplexor que permitir este dialogo desde el DCS.\nComunicacin digital entre instrumentos de campo y sala de control\nSi no es as hay tres formas de acceder a cada interfase-posicionador de vlvulas: 1. Mediante botonera local y display (no todos los posicionadores lo tienen) 2. Mediante el comunicador porttil Handheld. 3. Mediante un software en PC porttil y un modem de conexin. Con cada uno de estos sistemas se tienen niveles distintos de prestaciones, siendo el ms completo el tercero que posibilita todas las posibilidades de: 1. Placa de caracterstica virtual. 2. Auto calibracin 3. Auto tune de funciones complementarias. 4. Caracterstica. 5. Cierre de la vlvula a partir de una carrera mnima. 6. Ajuste de topes de funcionamiento alto-bajo, por software. 7. Acciones Directa e Inversa. 8. Mostrar posicin de vlvula., etc. Despus de una calibracin en fbrica, todos estos datos iniciales quedan almacenados en la memoria virtual no voltil del posicionador. Tambin se pueden volcar en un disco externo de memoria. A nivel de diagnsticos se puede obtener informacin sobre: - Nmero de ciclos realizados (carrera). - Tiempo de vlvula abierta, cerrada, prxima a un % del cierre, - Error de posicin y de presin mediante sensor de presin al actuador. - Fricciones\n- Dibujar la carrera de la vlvula, valve signature firma, segn modelos.\n- Respuesta dinmica a un escaln de seal. Muy importante. - Otras prestaciones segn modelos. Se deber analizar con detalle la informacin de cada fabricante.\nComparndolos con los datos de salida de la fbrica se pueden sacar conclusiones tendentes a un selectivo mantenimiento preventivo. Muchos de esos datos pueden obtenerse con la vlvula en operacin y otros requerirn el paso momentneo a control manual. De esta forma, en lugar de intervenir en todas las vlvulas durante una parada se har slo en aquellas que lo requieran e incluso se reducen las paradas para mantenimiento. Por otra parte, algunos posicionadotes inteligentes son compatibles con paquetes de gestin si tienen integrado su software en ellos. - Montaje remoto. Algunos de estos posicionadores inteligentes pueden ser acoplados fuera de la vlvula, sobre un soporte. La vlvula se la equipa entonces slo con un transmisor de posicin. El posicionador, seguir gobernando la vlvula a distancia. La distancia mxima recomendada es no superar los 15 -20 metros, que deber confirmar cada fabricante.\nControlador de proceso local. Algunos fabricantes incluyen, como opcin, equipar el posicionador con un controlador de proceso local, dentro del propio aparato. La seal del transmisor: presin, nivel, caudal etc. se lleva al posicionador y este har la doble funcin, como si de un lazo de control local se tratase\nEsto puede ser particularmente interesante en aquellos lazos lejanos de la sala de control y que no precisen de una intervencin frecuente en la modificacin del punto de consigna no requieran un seguimiento y supervisin constante. - Otros Accesorios Los accesorios ms frecuentes, sobre todo para los actuadores neumticos, son: Transmisores de posicin. Rels neumticos. Reductor de alimentacin Finales de carrera. Limitadores mecnicos de carrera. Mandos manuales. Electrovlvulas.\n-Transmisores de posicin A pesar de la implantacin de los posicionadores inteligentes digitales se sigue solicitando por los usuarios una transmisin de posicin con seal de salida analgica 4-20 mA. para informacin de posicin de vlvula en sala de control. Se puede conseguir de varios modos:\n-Tarjeta mdulo adicional dentro del propio posicionador un transmisor independiente con otra toma de movimiento del vstago distinta al posicionador. Esto a veces es as especificado por criterio de seguridad.\n- Rels neumticos.\n1. De bloqueo enclavamiento. Van acoplados entre salida de posicionador y actuador. Su misin es dejar la vlvula en la ltima posicin en la que estaba regulando cuando se produzca un fallo de aire de alimentacin baje la presin por debajo de un valor mnimo admisible por la vlvula Booster. Son amplificadores de caudal de aire que ayudan a una maniobra rpida cuando se especifica una determinada velocidad de operacin por ser un actuador de gran volumen. Los hay de varios tamaos. Se seleccionen en funcin del tamao del actuador y de la velocidad de operacin que se pretenda conseguir.\nDescarga rpida. (Quick exhaust) Es un accesorio que facilita el venteo rpido del actuador cuando la presin baja de un determinado valor.\nEn estos ltimos casos no hay que descuidar el tamao del tubing y racores neumticos que tendran que ser sobredimensionados para permitir mayor caudal de aire sin perdida de presin.\n- Reductores alimentacin.\nTodo posicionador ir precedido y alimentado a travs de un mano-reductor con filtro ajustado a la presin de alimentacin reducida que precise el actuador de vlvula. El tamao standard es de NPT pero si fuera necesario por caudal se pondrn mayores bien dos en paralelo. Los mano-reductores renen en un equipo la funcin reductora de presin con un filtro adicional para que al posicionador le llegue el aire completamente limpio. Previamente debe garantizarse una\ncalidad de aire de instrumentos que normalmente se especifica como limpio, con un valor < a 3 micrones y seco, con un punto de roco 10 C por debajo de la temperatura ambiente. Contenido en aceite < 1ppm.\nPosicionador + electrovlvulas + rel de bloqueo + reductor aire\nEn la figura anterior se ve una vlvula con posicionador electroneumtico, rel de enclavamiento y electrovlvula. Esta electrovlvula permite el paso de la seal neumtica al actuador.\n- Finales de carrera. Si se quiere tener informacin de posiciones abierta cerrada de las vlvulas se pueden acoplar: Finales de carrera SPDT DPDT. Detectores de proximidad inductivos. El tipo, tamao, poder de ruptura, etc. debe quedar bien indicado en la especificacin tcnica de la vlvula. - Limitadores mecnicos. Adems de poder limitar por software la seal para recortar por arriba por debajo la carrera, en algunas aplicaciones es mejor colocar limitadores mecnicos en el propio actuador: Bien para que no cierre del todo, por ejemplo vlvulas de combustible a mecheros mantengan una llama piloto, etc. que\nBien que no abra del todo a fin de limitar el caudal. Caso tpico es el de las recirculaciones de bombas donde se ajusta la vlvula a un determinado caudal mximo y no ms. Mandos manuales. Se solicitan cuando no hay by-pass cuando se quiera tener la posibilidad de ajuste manual, fuera de control. Pueden ser laterales, es decir, situados lateralmente en el actuador, superiores.\nEstos ltimos empujan el vstago de forma directa, por esto se usan slo en aquellos casos que tengamos actuadores pequeos con resortes blandos. Cualquiera que sea su diseo debe permitir el movimiento libre de vlvula cuando est regulando.\nVolantes manuales laterales y superiores en actuadotes de membrana resorte\n- Electrovlvulas. Se intercalan en el tubing neumtico para hacer varias funciones: - Anular (cortar) la seal neumtica al actuador y llevar la vlvula a posicin segura. - Ventear el actuador y permitir que el resorte abra cierre la vlvula. - Maniobras en vlvulas on-off, con actuadores de simple doble efecto. Lo ms corriente es que sean de tres vas. En su seleccin se tendr en cuenta el paso interno a fin de no provocar retrasos en la seal neumtica. Cuando se especifiquen electrovlvulas hay que indicar: Funcin a realizar: excitada con corriente, sin corriente. Presin de aire a manejar. Tensin elctrica de maniobra. Proteccin elctrica de la bobina. Tipo de terminales. Si precisan rearme: manual elctrico.\n- Criterios de seleccin y compra En la hoja de datos preliminar, se puede indicar el tipo de actuador preferido: neumtico, de membrana resorte, de pistn, electrico, hidraulico, etc. Dentro de cada tipo, corresponde al fabricante estudiar y ofertar el tamao ms adecuado para cada aplicacin. Puede ocurrir que, aunque se pida un tipo, sea preciso usar otro por necesidades de esfuerzo y/o velocidad de operacin nivel de estanqueidad, tipo de estopada, etc. La accin por fallo de aire, la carrera y el nivel de cierre requerido, as como la presin de aire disponible para la maniobra, condicionan la seleccin. Por tanto. En la hoja de datos de consulta se debern indicar todos estos datos. Su ausencia impiden la determinacin del tipo-tamao. Es responsabilidad el fabricante el clculo y seleccin del actuador. En principio se debe adquirir aquel actuador que cumpla la mejor relacin prestaciones/precio, considerando todos los accesorios requeridos y que vayan montados sobre l. El coste de montaje de estos accesorios puede variar de un actuador a otro y por esto pueden condicionar el proceso de seleccin.\nEn la medida de lo posible se atender a un criterio de homogeneidad cuando de un proyecto con muchas vlvulas se trate, pero admitiendo excepciones para aplicaciones especiales que lo requieran.\nDatos mnimos para la especificacin actuadores: Tipo ( en general) Posicin por fallo de aire. Presin diferencial mxima de cierre. Nivel de estanqueidad de la vlvula Tiempo de operacin Presin de aire mxima disponible Accesorios\n5- TIPOS DE DERRAME Previamente a definir las frmulas y procedimientos de clculo es preciso analizar los fenmenos que pueden ocurrir en las vlvulas de control al circular un fluido lquido gaseoso y los coeficientes y parmetros que surgen de este anlisis para su posterior aplicacin en el proceso de clculo y seleccin 1 - Derrame con lquidos La circulacin de un fluido lquido a travs de una tubera depende de cuatro factores fundamentalmente, que son: - DN de la tubera (d) - Viscosidad (Vis) - Densidad () - Velocidad (V)\nSu combinacin permite calcular el N de Reynolds para una seccin circular, el n de Re sera: Re= V d / Vis = Q d / Vis A Siendo: = Densidad Kg/l. V = Velocidad m/seg. d = dimetro en cm. Vis = Viscosidad dinmica en cp. [cp = Vis. Cinemtica cst. x peso especifico] A = rea (m)\nEl cociente Q/A es la velocidad- V\n- Laminar turbulento\nLa viscosidad es el factor determinante en valor de Re y definir si el flujo es laminar turbulento. La viscosidad da una idea de la resistencia del fluido a circular debido al rozamiento interno entre las capas del mismo. Los perfiles de velocidad en el interior de una tubera con una pequea restriccin son los siguientes:\nComparacin de perfiles de derrame laminar y turbulento\nEn el flujo laminar el perfil de velocidad tiene forma parablica, en el centro de la tubera el fluido avanza casi al doble de velocidad que en las paredes. El caudal aqu es proporcional a la delta-p (p). Q= k x p Por el contrario, en el derrame turbulento, el perfil de velocidad es ms plano, no hay tanta diferencia en el centro y las paredes. Cuando el derrame es turbulento se comprueba que el caudal es proporcional a la raz cuadrado de la p. Q=\nP y por tanto, que la p es proporcional al Q2\nLos procedimientos IEC / ISA tienen una expresin ms completa para calcular el N de Re. incorporando factores que tienen que ver con la forma de la vlvula: Fd, coeficiente Fl, tamaod, capacidad de caudal-Cv.\n[ Fd es un factor de estilo que depende de la geometra interna de las vlvulas. Cd (de capacidad relativa) = Cv / d2. (d dimetro de la vlvula) FR, (Factor de correccin de N de Re) = Cv en derrame laminar / Cv en derrame turbulento ]\nSi dibujamos una curva que relacione FR con el N de Re. Se pueden establecer tres zonas que definen los derrames Laminar Transicional Turbulento. No hay una nica curva. Depender de cada vlvula analizada y de su capacidad relativa Cd. Cuando FR est entre 0,50 y 1, esta zona es la que se denomina de transicin flujo transicional y as aparece en los programas de clculo. Por debajo el rgimen es laminar y a partir de FR = 1 es turbulento. Lo normal es que en la industria se den derrames turbulentos. El rgimen laminar se puede ver favorecido no slo por la viscosidad, sino tambin cuando estamos con bajas presiones diferenciales.\nDejando al margen la condicin de rgimen laminar, poco frecuente, veamos lo que ocurre en un rgimen turbulento. Podrn presentarse varias situaciones\n- Turbulento - Subcrtico, Crtico: Cavitacin, Flash\nEl paso de un fluido a travs de una restriccin produce un incremento de la velocidad en la estrangulacin; la energa necesaria para esta aceleracin se toma de la presin del fluido: cae la presin aguas abajo. Pasada la restriccin, el fluido reduce su velocidad y se recupera una parte de la presin.\nLa parte de presin no recuperada se ha perdido como energa interna de rozamiento. Aguas debajo de la restriccin, las lneas de flujo alcanzan un punto de mxima velocidad asociada a la mnima presin. Este punto se llama vena contracta y a la presin Pvc. Este valor en la vena contracta puede caer muy bajo, incluso hasta situarse por debajo de la presin de vapor del lquido Pv. En el derrame laminar no hay vena contracta y apenas se produce variacin en la velocidad.\nLa fraccin de presin recuperada slo depende de la forma geomtrica de la vlvula. No todas las vlvulas se comportan igual. Si comparamos, por ejemplo, dos diseos: simple asiento con mariposa, del mismo coeficiente de caudal Cv y con la misma presin de entrada, tendremos dos diferentes efectos de recuperacin. Por eso se dice que hay vlvulas de alta baja recuperacin, efecto ligado a su geometra interna. La alta baja recuperacin muestra la capacidad de cada vlvula para convertir la velocidad en la vena contracta en presin aguas abajo de la propia vlvula. De cmo sea esta recuperacin en comparacin con las propiedades termodinmicas del fluido depende el tipo de derrame. Y as tendremos: Derrame subcrtico, (sin problemas de clculo ni seleccin de materiales) Derrame crtico con cavitacin. Derrame critico con flash. Estos dos ltimos fenmenos fsicos: Cavitacin y Flash tendrn importantes consecuencias sobre el clculo y seleccin de la vlvula as como sobre los materiales a seleccionar. Por su importancia merecen una explicacin por separado. Hemos dicho antes que en un derrame turbulento el caudal es proporcional a la raz cuadrada de la p. Pero esto no se cumple en todo el rango de caudales y prdidas de carga posibles como se comprueba en la prctica. Para una restriccin dada, se verifica experimentalmente, segn el procedimiento ISA S 75.02, que a partir de un determinado valor de delta-p no aumenta el caudal en la misma proporcin; se dice entonces que se ha iniciado el proceso de choked flow. El procedimiento ISA define este punto cuando un 10% de incremento en la delta-p slo produce un 2% de incremento de caudal. As queda determinado el coeficiente de cavitacin incipiente (inicio) Kc. Mas adelante, la curva de crecimiento del caudal se desva buscando casi la horizontal.\nEl factor Kc de cavitacin incipiente el cual, tambin se determina experimentalmente para cada tipo de vlvula, responde a la siguiente expresin: Kc = P1 - P2 / P1 Pv Por tanto: p cavitacin incipiente = K c (P1 Pv) Los valores de Kc deben ser facilitados por los fabricantes, al igual que el Fl.\n- Coeficiente de cauda critico Fl Para que una vlvula no cavite hay que evitar que la presin en la vena contracta Pvc baje por debajo de la Pv. Esto depende que la vlvula sea de alta baja recuperacin. El conocimiento de la recuperacin de presin es muy importante, no slo para la prediccin de la cavitacin y el ruido, sino tambin para calcular el correcto factor de capacidad de la vlvula Cv. Por eso una empresa Masoneilan-(1) introdujo ya en los aos sesenta el primer factor de caudal critico-Cf que despus la ISA S.75.1 renombr como Fl- Liquid pressure recovery factor. Fl es un trmino sin dimensiones que representa la tasa de recuperacin de presin en una vlvula. Matemticamente se puede calcular el coeficiente Fl mnimo por debajo del cual indudablemente habr chok flow y cavitacin. Fl =\nP1 P 2 P1 Pv\nPara evitar la cavitacin calcularemos primeramente el Fl crtico a partir de las condiciones de proceso conocidas: P1 P2 Pv y elegiremos una vlvula que tenga un Fl mayor que el calculado. As aseguramos, cuando menos, evitar el choked flow. Podemos saber la delta-p crtica (presin diferencial a partir de la cual, en una determinada vlvula, tendremos choked flow y cavitacin), mediante la expresin: p critica = Fl2 (P1 Pv )\nSin embargo ser importante poder determinar esta delta-p mxima teniendo en cuenta, no slo el valor de Pv, sino tambin otras propiedades termodinmicas del fluido, como la presin critica Pc. Se define as un nuevo coeficiente FF - Liquid critical pressure ratio. FF relaciona la presin aparente en la vena contracta, bajo condiciones de flujo crtico y la presin de vapor del lquido a la T de entrada:\nPvc ; Pvc = FF x Pv Pv\nPor tanto, la p mxima que nos define la condicin crtica de chocked flow ser:\np crtica = Fl2 (P1 Pvc) = Fl2 (P1 FF. Pv)\nSi la p real de proceso es > que la p crtica y P2 > Pv habr choked flow El factor de relacin de presin crtica para lquidos puede determinarse tambin experimentalmente y se ha comprobado que responde a la siguiente expresin matemtica\nFF = 0,96 0,28 Pv Pc\n(1) [ en 1963 Masoneilan introdujo el Factor de Caudal Critico Cf () que evolucion despus, dentro de ISA al Fl) Alejandro Anaya Inst. mexicano del Petrleo. Ver tambin H. Baumann, articulo The Introduction of a Critical Flow Factor\nComo el factor Fl vara con la apertura de la vlvula, la condicin para tener choked flowcavitacin depender tambin del % de apertura. (Algunos fabricantes usan el trmino Km como factor de recuperacin. Km = Fl2)\nVariacin de Fl versus carrera - para diversos tipos de vlvulas.\n- Coeficiente XFZ\nEl factor Fl est basado en la observacin de bloqueo de caudal cuando se alcanza la condicin de derrame critico, segn IEC- 543-2-3 Otra forma de analizar el problema, es observando el incremento de ruido que tiene lugar cuando se alcanza el nivel critico. Ya que una manifestacin asociada y denunciante de la cavitacin es el ruido hidrodinmico. Mientras que el ruido de turbulencia no alcanza valores significativos, a partir de los primeros indicios de cavitacin el ruido empieza a crecer con un sonido caracterstico acompaado adems de sus vibraciones asociadas.\nXF = P1-P2/P1-Pv\nXFZ inicio de cavitacin acusticamente detectada\nEn la curva anterior, basada en la relacin del ruido observado respecto el valor XF diferencial pressure ratio, se observa el punto de infelxin que define la aparicin de los primeros sntomas de cavitacin. El nivel mximo de ruido hidrodinmico coincidira aproximadamente con el choked flow, es decir con Fl2. XFZ Valve specific characteristic pressure ratio, puede aparecer tambin en los catlogos de los fabricantes.\nReproduccin parcial de un catalogo (cortesa de Masoneilan) con los valores Fl-XT-XFZ y finalmente Sigma mr.\n- Factor Sigma El factor Fl es fundamental para el anlisis del derrame. Sin embargo hay que observar que tanto Kc como Fl se determinan a partir de valores de presin: P1 P2 Pv Pc As como Kc muestra donde comienza un incremento del volumen del fluido como consecuencia de la aparicin de las primeras cavidades, con el nuevo factor Sigma se pretende definir este rgimen con mayor precisin aportando adems otros elementos de valoracin como el ruido, nivel de vibraciones, y escalado teniendo en cuente el tamao de la vlvula y la presin real del derrame en cada aplicacin, as como la experiencia que cada fabricante aporta sobre sus modelos y materiales usados. En resumen, el factor Sigma- , basado en niveles de energa, no en el choked flow, considera adicionalmente la influencia de: -Tamao de la tubera mediante el SSE- Size Scale Efect -Condicin de proceso : PSE-Pressure Escale Efect -Sigma se determina experimentalmente probando varios tamaos de vlvulas y a diferentes presiones. Cada fabricante, finalmente, fija el sus diseos.\nmr Sigma Manufacturer para cada uno de\ni service =\nP1 - PV P1 - P2\nEn la grfica puede verse la posible situacin de los coeficientes vistos hasta ahora. (Esta representacin es meramente ilustrativa, los ejes de ordenadas y accisas no tienen valores ya que son distintos para cada coeficiente) El nivel de cavitacin aumenta cuanto mayor sea la diferencia P1 -Pv. Adems de la presin influye mucho el tipo de vlvula. Doblando la presin P1 en una vlvula de bola el dao aumenta un 30%, mientras que en tipo globo slo 10%. La frmula para calcular la correccin por PSE es la siguiente:\n(P Pv ) PSE = 1 (P1 Pv )R\nEl tamao tambin influye en la prediccin del nivel de cavitacin. La zona de cavitacin es mayor, as como los daos. El tipo no influye tanto pero se han hecho observaciones segn las cuales, doblando el tamao en vlvulas de alta recuperacin, bolas y mariposas, el dao aumentaba entre 12% - 14% y slo un 9% si eran de tipo globo. (Valores aproximados)\nLa frmula para calcular SSE es\nd SSE = dR\nsiendo dR el tamao de referencia en pulgadas.\nR- como sufijo de referencia, representa los valores (presin y tamao) usados en las vlvulas testadas en banco de pruebas para poder escalarlas-(referenciarlas) con relacin a la presin y tamao de la vlvula que estamos calculando. El procedimiento global de clculo a seguir sera: 1.- Se calcula v- sigma vlvula- con las correcciones por SSE y PSE. v = ( mr 2.- Se comparan : Si s > v Vlvula aceptable totalmente Si s < v Posible cavitacin que habr que valorar en su contexto.\nSSE - 1 )\nPSE + 1\n2.- Se calcula el s service (a las condiciones de proceso) s = P1 Pv / P1 P2\nNtese que Fl, XFZ y Kc disminuyen a medida que la vlvula abre. El factor aumenta (Un s igual inferior a 1 supone un derrame en flash.)\nTodos estos coeficientes Fl Kc XFZ - v en el momento de la seleccin deben interpretarse considerando el contesto en que opera la vlvula: naturaleza del fluido, tamao y diseo de vlvula, rgimen de funcionamiento, materiales, experiencias, etc.\nDesde un punto de vista prctico e intuitivo, se deber profundizar en el anlisis del derrame cuando se encuentre con una vlvula que trabaje con una presin de salida igual menor a la mitad de la presin de entrada: 0,5 P1\n- Cavitacin, consecuencias La cavitacin es un fenmeno que tiene dos fases. En la primera se forman cavidades (burbujas) en el seno del lquido al descender la presin en la vena contacta- por debajo de la presin de vapor. En realidad esta vaporizacin parcial se puede iniciar un poco antes de llegar a Pv. En la segunda fase, durante el proceso de recuperacin de presin, unas burbujas implosionan en zonas prximas a las superficies adyacentes (normalmente el trim) y otras, deformadas por las turbulencias, se deforman y fraccionan dando lugar a chorros (micro jets) de alta presin que tambin se proyectan contra el metal produciendo arranque del mismo. Aguas debajo de la vlvula, una vez recuperada la presin, volvemos a tener el fluido en fase lquida.\nEsta explicacin es una forma de acercarnos al complejo fenmeno que ocurre dentro de una vlvula que trabaje con este salto de presin crtico. La forma incontrolada de las turbulencias en los internos de las vlvulas contribuyen de forma heterognea a desplazar los efectos perniciosos de la cavitacin a una u otra parte de la vlvula. Este fenmeno puede provocar la destruccin de las piezas de forma rpida. La superficie sometida a cavitacin presenta un aspecto mate y cavernoso con perdida de material. Evidentemente esta prdida depender de las caractersticas mecnicas (no slo dureza) de cada material usado y tambin del sentido de circulacin y de la velocidad del fluido en el trim.\n- Tratamiento de la cavitacin\nEnfrentados a un derrame crtico de cavitacin se pueden hacer dos cosas fundamentalmente: 1. Resistir y/o controlar el fenmeno eligiendo materiales ms duros fundamentalmente en el trim: aceros inoxidables estellitados aceros tratados trmicamente como el tipo 410-416-420, etc. Tambin se puede tratar de controlarlo con diseos de trim adecuados, para que la implosin de las burbujas y microjects no impacten en zonas vitales del trim. Esto sera posible hasta unos valores moderados de delta-p, entre 20-30 bar segn materiales, diseos y tamaos. Estas acciones pueden ser vlidas hasta moderadas presiones diferenciales, pero no es la p el nico parmetro definitorio. El autor R Michael Bell- Stone & Webstor Eng. dice que la cavitacin no produce daos si la P1 est por debajo de 50 psi. (3,5 bar). 2. Evitarlo Una vlvula es ms anticavitante cuanto ms alto sea su valor de Fl y mejor sea XFZ , con la ayuda de Sigma si es posible. Tambin se puede:\n- Repartir el salto de presin entre la vlvula y una restriccin aguas abajo poniendo dos Fl de cada vlvula. La vlvulas. Deben tener el mismo tamao, Cv y Fl. El Fl total =\ndistancia mnima debe ser de 6 dimetros aprox. - Lo deseable, en la mayora de los casos ser seleccionar una vlvula que tenga un diseo de internos de muy baja recuperacin, alto Fl, a fin de evitar que la vena contracta baje por debajo de la Pv, controlando la velocidad en el trim. Esto se consigue con diseos multietapa multijaula de diversas configuraciones, segn fabricantes.\nEn este contexto predominan dos criterios de diseo: Derrame axial en el que el fluido recorre todo el trim reduciendo proporcionalmente la velocidad. Estos diseos aportan un mejor comportamiento frente a la presencia de partculas a veces inevitables. Derrame radial, con multijaulas stacks de diferente configuracin.\nEn las figura siguiente se ven algunas de las muchas soluciones disponibles en el mercado. Tambin las vlvulas rotativas han evolucionado en este sentido a pesar de trabajar normalmente a medias bajas presiones. Las condiciones de mayor agresividad cavitante se dan en el sector de la energa (presiones de 150-200 bar.) y en algunas unidades de proceso qumico y petroqumico.\n- Vaporizacin (Flash)\nLa vaporizacin se produce cuando, despus de la estrangulacin, la presin de salida queda por debajo de la presin de vapor del lquido a la temperatura de entrada. La vaporizacin tiene lugar despus de la vena contracta, en la zona de expansin a la salida de la vlvula. Por tanto, la agresividad de este derrame afecta principalmente al semi cuerpo de salida y no tanto a los rganos internos. Para evitar el desgaste de la zona de tapa y cuerpo de vlvula se pondrn cuerpos aleados al Cr. Mo., A217 WC6 WC9, bien inoxidable. Podemos distinguir dos niveles de flashing, ligero y severo, este ltimo cuando la presin de salida est muy por debajo de la presin de vapor y con altas delta-ps No todo el lquido se vaporiza. En todo proceso de flash es interesante calcular el % de vaporizacin. Asumiendo que el proceso sea isoentlpico: Hl1 = x Hg2 + (1 x ) Hg 2 Siendo: Hl1 Hl2 Hg2 x(%) = Hl1 - Hl 2 / Hg2 - Hl2 Entalpa del lquido a la T de entrada. Entalpa del lquido a la P de salida Entalpa del vapor a la P de salida.\nA partir de este dato se podr calcular la velocidad de salida que depende de las condiciones termodinmicas del fluido (lquido + su vapor) en la salida de la vlvula. Esto puede ser particularmente complejo cuando se trate de una mezcla de fluidos a la entrada de la vlvula no tengamos todos los datos termodinmicos necesarios\nPara valores de presin diferencial alta se debe usar las vlvulas, preferentemente angulares, con fluido tiende a cerrar, y de forma que descargue directamente en el tanque receptor, sin tramo de tubera intermedio. Con cuerpos de acero carbono la velocidad recomendada es de unos 60 m/s. (F. Volpe) aunque este es un valor conservador a veces difcil de respetar. Lo normal es admitir 80-100 m/s, depende de material cuerpo e internos. Para valores medios de presin diferencial con derrame en flash es recomendable el diseo de vlvulas rotativas de asiento, rotary plug, con fluido tiende a cerrar En flash muy severo se dispondrn cuerpos angulares con camisa de proteccin en la salida que sea fcilmente sustituible. Tambin es recomendable- en algunos casos- poner fluido cierra en los cuerpos de globo simple asiento pero verificando la capacidad del actuador para trabajar en esta situacin. FT Close siempre en vlvulas de globo rotativas.\nUn par de diseos para el flash.\nTanto en derrame de cavitacin como con flash, hay que valorar que el comportamiento de los fluidos es diferente. En el caso del agua+su vapor la agresividad es mucho mayor que en otros fluidos como por ejemplo los derivados del petrleo, particularmente los hidrocarburos y sus mezclas; la presencia de gases durante el proceso de implosin y colapso de las burbujas, minimizan notablemente los efectos de la cavitacin a igualdad de rgimen de presin, con respecto al agua. (*) Esto es debido quiz porque su densidad y tensin superficial son menores, en consecuencia las partes de lquido vaporizado son ms ligeras, y menos destructoras. Los ruidos de fluidos en flash no suelen ser de consideracin. Pruebas en laboratorio y experiencias en plantas han demostrado que el nivel de ruido se sita casi siempre por debajo de 90 dB A. (*) Hammitt, F.G. Cavitation and Multiphase flow phenomena - Rgimen bifsico a la entrada Pueden darse dos casos : 1. Lquido + su propio vapor. A la salida podramos tener mayor proporcin de fase gaseosa. 2. Lquido + gas (no condensable). La salida ser bifsica con posible aumento de fase gaseosa si vaporiza algo del lquido. Las frmulas IEC / ISA tienen en cuenta la posible vaporizacin del lquido. No siempre es correcto, en estos casos, calcular separadamente el Cv para lquidos y sumarlo al Cv de la fase gaseosa. La experiencia del procesista se tendr en cuenta en estos casos. Desde el punto de vista de los materiales y criterios de seleccin se usarn los mismos que se han indicado para el flash. Hay otra aplicacin crtica con rgimen bifsico que se da el Outgassing, dentro de unidades de Hydrocracking. Precisa de un adecuado dimensionamiento del trim y preveer un cuerpo con salida de mayor tamao a la entrada, tipo angular FTClose; si la presin diferencial es alta, mejor trim multietapa de area expansiva.\n- DERRAME EN GASES (Gases y Vapor)\nLa diferencia sustancial entre el derrame de lquidos y el de los gases es la comprensibilidad, tpica caracterstica de los gases. Cuando aumenta la presin, el volumen de un gas decrece. Al igual que en lquidos, se puede dibujar una curva que relaciona el caudal con la presin, pero aqu lo haremos en relacin a caudal no es tan proporcional a la en relacin con este ratio remplazado por\nx en lugar de\np ya que en los fluidos comprensibles el\nP como en los lquidos. La expansin de los gases est ms P es\np / P1 que llamamos x- pressure drop ratio.\nIEC normal flow\nIEC chocked flow R\nCritico p = Fk . XT .P1 X = FK . XT Subcritico Y X = p/p1\nSiendo x = p / P1\nLa figura anterior describe grficamente lo que le ocurre al caudal cuando x aumenta. Para estudiar esto se utiliza un circuito de prueba similar al usado para lquidos siguiendo el standard IEC 534 / ISA.S 75. En la expansin el caudal es casi proporcional a X hasta que empieza a desviarse. A partir de un punto, esta desviacin causada por la expansin del gas es debida tambin a la variacin de la densidad del fluido. Cuando un fluido comprensible se expansiona, al aumentar la velocidad en la vena contracta, el peso especfico disminuye. Esto produce una mayor velocidad - en la estrangulacin- que si fuera lquido. El caudal puede aumentar un poco como consecuencia del alargamiento de la restriccin (VC) en la vlvula, sin embargo llegaremos a un punto de mxima velocidad donde el caudal no aumenta significativamente. Si un 10% de variacin de p slo produce un 0,5% de incremento de caudal, entonces decimos que se ha alcanzado el Choked Flow. A este valor lmite de x, para una vlvula determinada se le identifica con el trmino xT (T-indica Terminal), y es llamado Pressure drop ratio factor. El coeficiente XT es funcin de la geometra de la vlvula. Se determina experimentalmente para cada vlvula y trim y debe ser facilitada por los fabricantes. Es el mayor valor de x que puede ser usado en las ecuaciones de clculo del Cv. La presin diferencial crtica donde se alcanza el choked flow es calculable con este factor.\nSe alcanza el rgimen de caudal crtico cuando:\np = > xT P1\np crtica = xT . P1\nAqu conviene introducir un factor que tenga en cuenta las propiedades de cada fluido. Specific heats ratio k =\nCp ; Cv\nRatio de calores especficos a presin y volumen constante\nFk = Ratio of specific heats factor = k 1,4\nx = > Fk xT\nValor de x a partir del cual hay chok flow.\nFk tiene un valor de 1 para el aire a moderadas temperaturas y presiones, donde su specific heat ratio (k) es aproximadamente = 1,4 Por tanto la p crtica = Fk. x T . P1 x TP = x T / F p\nCuando hay conos de reduccin x T se sustituye por x TP ;\nFp = Pipe Geometry Factor. Influencia de los conos reductores. La influencia del cono reductor de entrada es ms importante en el clculo del Cv en gases que en lquidos. Tambin se puede tomar xT = 0,84 Fl2 aproximadamente.\nFactor de expansin Y El factor de expansin Y tienen en cuenta la variacin (reduccin) de la densidad del fluido en su paso por la vlvula y el cambio de rea de la vena contracta cuando la p vara. Si se quieren hacer clculos precisos ha de introducirse este factor Y entre la zona delimitada por un valor aproximado de x = 0,2 Fl2 y la condicin critica x=Fk . xT Factor de comprensibilidad - Z Los gases reales se desvan significativamente de los gases perfectos. Para corregir esta desviacin se introduce el factor Z en los clculos. Z est en funcin de la temperatura y la presin del gas: P. V = ZRT. El valor de Z puede ignorarse para presiones por debajo de los 7 bar-g. en los gases comunes. Los programas informticos introducen ya estos valores en frmulas de acuerdo a los procedimientos IEC/ISA, por lo que no se hace necesario hacer el clculo manual.\n- Ruido. Soluciones tpicas\nLa manifestacin inmediata del derrame crtico en gases es el ruido. Este ruido aerodinmico es el que hay que reducir para situarlo por debajo del valor aceptable en las plantas que normalmente son los 85 dB(A). Una vez que en la vlvula se alcanza la relacin de presin crtica, el caudal slo depende de la presin de entrada, no de la presin diferencial. En una primera instancia la intensidad del sonido depende de la velocidad mxima en la estrangulacin. Sin embargo, en la vlvula de control, la interaccin de las ondas de choque del chorro supersnico con las turbulencias modifica este resultado. A partir de la velocidad snica el ruido crece ms exponencialmente.\nRuido aerodinmico (cortesia de Metso-Neles)\nLas tcnicas para reducir el ruido mediante rganos internos especiales se basan en tres posibilidades a veces combinadas entre s. 1. Controlar (reducir) la velocidad en el trim hasta regimenes subsnicos. Varios diseos posibles son: Multijaula, con agujeros que van en aumento hacia la salida, stags, multietapa laberintos, etc. La reduccin de la velocidad debe hacerse no slo en el trim, si no tambin en el cuerpo de salida y en la propia tubera. Esta velocidad de salida, cuando la vlvula es Lo-dB, debe ser inferior a 1/3 de Mach. 2. Reducir el nivel de ruido perceptible por el odo humano incrementando la frecuencia. El odo humano percibe un determinado nivel de frecuencias, entre 500 y 6000 Hz. Se ha comprobado que el nivel de potencia acstica se reduce 3 dB cuando hacemos pasar el mismo caudal por dos orificios de igual rea- en lugar de uno. De esta forma se consiguen microjects con alta frecuencia de pico que no son audibles por el odo humano y al mismo tiempo son ms fcilmente absorbibles por la tubera. Esta es una de las tcnicas ms usada en los diseos de vlvulas Lo-dB que veremos despus.\n3. Controlar-atenuar el flujo de salida en la tubera mediante: cartuchos placas, silenciadores Los difusores, cartuchos placas de atenuacin son sistemas estticos colocados despus de la vlvula, que, al mismo tiempo que distribuyen la prdida de carga total atenan el nivel sonoro en distintos porcentajes segn sea el diseo. Pueden llegar a unos 20 dBA. Muchas veces se combina vlvula con trim Lo-dB + cartucho atenuacin de salida. En general se deben iniciar los clculos reservando a la vlvula un 20-30% de la perdida de carga total del sistema, segn sea Lo-dB no. Hay programas de clculo que ayudan en este proceso haciendo finalmente la suma logartmica de las dos fuentes de ruido y restando al mismo tiempo el efecto pantalla de atenuacin que se le asigna a estos dispositivos.\nEl aislamiento trmico acstico de un tramo de tubera, incluso de la propia vlvula, reducen la transmisin de ruido al exterior. En este apartado puede incluirse el sobredimensionamiento del espesor de la tubera de salida. Se pueden conseguir mayores atenuaciones con aislamientos combinados que incluyen capas de lana de vidrio con lana mineral separada por lminas de plomo finas.\nGraficas de atenuacin por aislamiento de tuberas y cuerpo de vlvula\n- Pasos de clculo de ruido aerodinmico\nLos procedimientos de calculo de ruido aerodinmico se apoyan en los standard IEC 584-8-3 e ISA S. 75.17 El proceso bsico de clculo comprende unas 45 frmulas, llegando a 53 cuando se usan diseos multipath mutistage. El uso de un programa informtico es obligado.\nValve Lpi + Expander Noise LpiR\nLos pasos que desarrollan estos procedimientos de clculo comprenden: 1.- Calcular la potencia del derrame en trminos de energa. energa es transformada en ruido aguas debajo de la vlvula. Slo una porcin esta\n2.- Se determina el Nivel de Presin Acstica SPL, en la tubera, aguas abajo 3.- Se calcula que porcentaje de este ruido es transmitido al exterior, dependiendo del tamao y Sch. de la tubera.\n4.- Se define el ruido neto en trminos de dB(A). 5.- Finalmente se refiere este ruido a un punto situado un metro aguas abajo y un metro separado de la tubera. Este procedimiento IEC /ISA es vlido para: - Gases secos y vapores. - Cualquier tipo de vlvula menos las de bola Full Bore. - Slo vlido para velocidades de salida en cuerpo menores de 1/3 de Mach.\n- Se admite una precisin de 5 dB A.\n6 CLCULO Y SELECCIN 1- Introduccin a las frmulas de clculo. Definiciones de Cv Kv\nEl caudal que pasa por un orificio es funcin de la velocidad [Q = S . v ] y esta es directamente proporcional raz cuadrada de la delta-p e inversamente proporcional a la densidad relativa que llamaremos Gf [specific gravity, / 0 ] , siempre con relacin al agua para lquidos y al aire para gases. Q = k ( p / Gf ) A ms delta-p, mayor velocidad y ms caudal. (en derrame subcrtico) A mayor densidad, menor velocidad.\nk - es un valor que recoge las constantes de proporcionalidad y las unidades de medidas usadas\nEn esta ecuacin bsica no se tiene en cuenta la prdida de energa debida a fricciones, turbulencias, etc. que se originan en la estrangulacin. Esta friccin depende de la forma de la restriccin. No ser lo mismo hacer circular el mismo caudal a travs de una placa orificio con un agujero que hacerlo en dos placas, a travs de una vlvula de globo a travs de una vlvula de mariposa. La friccin, y por tanto la perdida de carga, sern distintas en cada una de las restricciones para un mismo caudal de paso. El caudal se ver condicionado por la forma del orificio de paso. A igualdad de seccin de paso (S) en las restricciones indicadas, la friccin es distinta. Habr que introducir un coeficiente de descarga Cs que dependa de la forma del rea de paso. As tendremos Q = k Cs S ( p / Gf ) Cuando Q= 1 GPM k Cs S = Cv = 1 si la p = 1 psi. (Gf = 1 para agua a 15C ) Cv= Q G/p Por tanto, por definicin: Se dice que una vlvula tiene un Cv = 1 cuando, circulando por ella un caudal de 1 GPM, produce una perdida de carga de 1 psi.\nLa definicin de Kv es la misma pero usando caudal-m3/h y presin: bar-g Por tanto, despejando de la frmula de caudal el Cv resulta:\np ; Gf\nCv = Q\nGf en unidades USA [Q=galn/min. p=1psi] p\nKv = 1m3 por hora\nKv = Q\nEn unidades mtricas: Despejando\n[Q=m3/h; p= bar. Gf = 1 agua] y tambin p = ( Q / Kv)2 . Gf\nQ = Kv p / Gf\nComo 1 galn=3,785litros; 1 bar= 14,5 psi; 1psi= 0,06985bar, (0,07 kg/cm2) Kv= 60 x 3,785 x 10-3\nGf = 1 x Cv = 0,86 x Cv 0,06895\npor tanto: Cv= 1,16 x Kv\nEn unidades mtricas, la frmula ms simple para lquidos ser:\nCv = 1,16\nUna vlvula tendr un Cv = 10 cuando, circulando 10 GPM de agua sigue produciendo la misma delta-p=1 psi., lo cual podr ser posible con un tamao de agujero (dimetro de asiento) mayor. El coeficiente Cv es adimensional y resulta fcilmente calculable. Est ntimamente relacionado con el tamao del agujero de paso y tipo de cada vlvula. Este coeficiente fue inicialmente usado por Ralph Rokwell en Masoneilan siendo aceptado rpidamente como procedimiento de clculo y seleccin de vlvulas de control. Posteriormente el FCI inici un proceso de standarizacin que ha servido de base para posteriores ediciones de frmulas y normas finalizando en los standard actualmente conocidos IEC 534.2.1 y ANSI/ISA S75.01.01 La primera expresin- para lquidos- de estos standard presenta la frmula bsica del Cv antes vistas de forma diferente. Para unidades de caudal en volumen sera:\nN1 es un factor de unidades, hay que consultar el procedimiento. Fp- Factor de conos reductores. El resto de trminos son conocidos. Los fabricantes de vlvulas de control deben determinar experimentalmente el coeficiente Cv que puedan asignar a cada uno de sus diseos y tamaos de vlvulas. Las normas IEC 534-2 e ISA S. 75.2 indican los procedimientos de prueba con todo detalle. En la figura siguiente se muestra el esquema de un circuito de prueba para determinar Cv\nLos manmetros se conectarn en P1 y P2, 2 dimetros antes y 6 despus. Normalmente el fluido de prueba el agua entre 5 40 C. El derrame, durante la prueba, deber ser turbulento y subcrtico. El tamao de la tubera ser igual a la vlvula, sin conos. Las frmulas asumen todo lo que ocurre entre dos puntos situados 2 dimetros antes y 6 despus. Adicionalmente se introducen factores de correccin por la influencia de los conos reductores, sobre todo el de entrada de la vlvula. Al mismo tiempo que se hace esta prueba para determinar el Cv, se puede dibujar la curva caracterstica inherente de la vlvula testada. Se har a delta-p constante, con derrame subcrtico en tramos que empiecen en el 5% y continen 10%, 20%, ..hasta el 100%.\n- Procedimiento de clculo IEC / ISA\nLas frmulas desarrolladas por IEC e ISA son prcticamente iguales con alguna diferencia terminolgica solamente. La mayora de fabricantes asumen ya estos standards. Estas frmulas pueden encontrarse en algunos manuales de clculo y por supuesto en los referenciados standards ANSI / ISA S75.01.01 y IEC 534-2-1. En las paginas siguientes se reproducen parcialmente algunas de estas frmulas de estas frmulas tomadas de un manual impreso por Masoneilan. En cada caso hay que seleccionar los coeficientes numricos N en funcin de las unidades de las condiciones de proceso con que vayamos a trabajar. Las aplicacin de estas frmulas para hacer clculos manualmente resultan bastante engorrosas. Primeramente hay que hacer un precalculo calculo preliminar suponiendo ya un tipo tamao- y caractersticas de la vlvula que pretendemos calcular. Despus se selecciona la vlvula y finalmente hay que volver a hacer el clculo para ver si mantenemos la vlvula anterior seleccionamos otra ms adecuada. Casi todos los fabricantes han desarrollado programas informticos que permiten hacer estos pasos de forma mucho ms rpida y eficaz.\nSi se quiere calcular el Cv de una aplicacin sin entrar en muchas complicaciones pueden usarse las formulas del cuadro siguiente (cortesia de Masoneilan), usadas durante muchos aos para hacer los clculos con resultados altamente satisfactorios.\n7- LOS DATOS DE CALCULO El xito de un buen clculo y seleccin dependen ms de unos buenos datos de proceso, bien definidos, que del clculo propiamente dicho. Las fuentes para obtener estos datos pueden ser variar, segn sea el caso. Dpto. de produccin fabrica que es el utilizador de las vlvulas. Dpto. de procesos y/o procesistas de diseo de plantas. Ingeniera de planta Dpto. de instrumentacin, en algunos casos.\nMs an, unos buenos datos sern decisivos para un buen clculo pero no suficientes por s solos. Pero tan importantes como los datos sern las condiciones de operacin de la planta proceso, la forma de trabajar con la vlvula en cada lazo de control del proceso. Por ejemplo: 1. Cmo y cuantas veces se arranca la planta, cual es el rgimen predominante, cmo y cuantas veces vara el rgimen de operacin, nivel de carga, etc. 2. Cuando el rgimen normal de operacin vlvula.? no se da, que espera el operador de la\n3. Cuantas veces se le pide que cierre est regulando a un caudal mnimo, etc. etc. Por otra parte se deber tener informacin sobre la experiencia en el manejo del fluido, corrosin, materiales recomendables, posibilidad de adherencias, cristalizaciones, etc. Los pasos mnimos para la seleccin y especificacin de vlvulas de control son los siguientes: Obtener y definir sus condiciones de trabajo del proceso que debe controlar. Clculo del tamao y seleccin del trim, con las caractersticas que vamos a necesitar. En que vlvula lo puede encontrar: tipo y tamao Pensar en el actuador y todos sus accesorios. Recalcular-revisar la seleccin realizada Finalmente el equipo especificado deber cumplir con una requisicin de compra en cuanto al nivel de fabricacin y controles de calidad requeridos, bien para este caso para el proyecto en general. Todo esto se resume en el cuadro siguiente:\nDEFINIR DATOS DE PROCESO Obtencin datos de trabajo. Hoja de datos para consulta\nFIJAR CONDICIONES DE DISEO Obtener toda la informacin complementaria posible\nPRECALCULO y primera seleccin vlvula\nCALCULO FINAL y verificacin % carrera, velocidad, ruido....., etc\nSeleccin ACTUADOR y Accesorios\nFijar el NIVEL DE SUMINISTRO, control calidad, etc.\nRELLENAR HOJA DE DATOS FINAL\nHabr que responder a todas las preguntas que se desprende del esquema anterior. Labor de investigacin en la que el ingeniero de instrumentacin debe ser exigente para poder hacer bien su trabajo. - Preparacin, presentacin datos de trabajo No es una cuestin menor la forma de preparar y presentar las condiciones de trabajo en una hoja de datos. Tanto es as que ISA estudi y defini una recomendacin prctica (RP) a fin de tener una cierta metodologa: ISA-RP. 75.21 Data Presentation for Control Valve. Esta recomendacin abarca adems de la preparacin de los datos de clculo, el esquema inicial del proceso la configuracin del piping y sugiere tambin un formato para la elaboracin de los datos finales.\n(Figuras cortesia de ISA RP-75.21)\nComplemento a esta recomendacin son las siguientes que deberian ser tenidas en cuenta a la hora de trabajar con vlvulas de control: ISA S-20 Specification Forms y su posterior versin ISA TR 20.00.01 Specification ISA S-75.05 Control Valve Terminologa\n- Evolucin variables del proceso\nLo primero es ver como pueden evolucionar todas las variables, a lo largo del rgimen de operacin en que deba trabajar la vlvula. Lo normal es que estas variables: P1, T, P2, Sp. Gravity, quiz la viscosidad, cambien a lo largo de la carga (caudal) tal y como muestra la figura\nP entrada Valores Sp. Gr Temperatura P salida\n10 m /h\n35 m /h\n67 m /h\nHay tres variables que pueden ser fuente de problemas, por mal definidas vistas con criterio engaoso: Caudal, Presin mxima Prdida de carga.\n- Rgimen de caudal\nSe deben analizar cuantos regmenes de caudal deban ser controlados eficazmente por la vlvula sealando qu magnitudes corresponden a las distintas condiciones de operacin previsibles en la planta: puesta en marcha, mnimo tcnico, mnimo de operacin, normal, mximo y mximo de diseo si procede.\nEl riesgo aparecer en el mnimo y el mximo. - Muchas veces el caudal mximo se aumenta y confunde con el de diseo y dar lugar a vlvulas sobredimensionadas que adems de resultar innecesariamente mayores y ms caras, dificultarn los ajustes en la instrumentacin. Trabajando muy cerradas influirn negativamente en la estabilidad (variabilidad) del proceso. No es nada recomendable aadir en la especificacin tcnica que acompaa a la solicitud de compra criterios de sobredimensionamiento sobre los caudales dados. Debe bastar con los datos bien elaborados. En todo caso, sera mejor la aplicacin de estos factores de sobredimensionamiento sobre los Cvs calculados ya que hacerlo slo sobre los caudales normal y mximo no tiene en cuenta la influencia de la perdida de carga para el clculo que puede ser distinta y por tanto llevar a resultados errneos. Una buena definicin del caudal normal y mximo no precisa factores de sobredimensionamiento. - Para el caudal mnimo deberemos comprobar la apertura de la vlvula inicialmente seleccionada y ver si puede controlarlo bien valorando tambin el tiempo de permanencia en este rgimen. Si fuera necesario se elegir otro tamao de trim de vlvula aunque haya que cambiar de modelo y caracterstica. En este punto, la prctica demuestra que es ms importante acertar bien con el tamao para centrar el rgimen de funcionamiento que condicionarse a una caracterstica inherente, salvo que el lazo de control sea muy especfico en este sentido. La utilizacin de dos vlvulas en rango partido ser el recurso final, aunque necesario en algunos casos.\n- Rgimen de Presin\nLa presin mxima (en singular) es un dato que no debe confundirse con la presin de diseo para el rating. La presin mxima de proceso es la mxima de operacin a la entrada de la vlvula (P1). Como hemos visto antes, esta presin puede evolucionar segn el caudal, por la influencia de la perdida de carga en equipos y lneas. Por tanto habr que ligar cada presin con su caudal correspondiente.\n- Prdida de carga para el clculo de la vlvula\nLa perdida de carga en vlvula es el dato imprescindible para el clculo. La misin de cualquier v. de control es regular un caudal para gobernar la variable controlada. Esta regulacin del proceso es posible produciendo perdidas de carga variables en la vlvula, pero para el clculo hay que fijar uno varios ps posibles a fin de determinar, mediante las frmulas correspondientes, los Cvs requeridos de clculo. Si P1 es constante y P2 tambin, la p es slo una, pero esta situacin no es la ms frecuente. Evidentemente, a la vlvula hay que reservarle una capacidad de interferir en el caudal, cosa que slo puede hacerse produciendo p. Adems, esta p disponible para la vlvula, debera ser la mayor dentro del sistema. Cuanto mayor sea mejor para el control pues as la vlvula tendr ms capacidad para dominar el proceso. Un criterio universal, repetido en numerosos textos, reserva para la vlvula una p de clculo que sea al menos 1/3 de la p total del sistema. Algunos autores matizan ms; mostremos algunas referencias: Mnimo 10% de la disponible para perdidas por friccin en lquidos. Lneas largas de gran prdida de carga, mnimo 15% - 20% de la delta-p disponible, con un mnimo de 10 psi (0,7 bar-g) 10% delta-p total si la caracterstica es lineal y 25% delta-p total si es isoporcentual.\nAs podramos aadir otras muchas reglas recomendaciones que aparecen en la tcnica. Pero lo mejor sera preguntas:\nponemos delante del diagrama de proceso y responder a las siguientes\n1.- Cual es la fuente de presin: depsito, bomba, nivel constante, etc. 2.- Que valor tendr a la entrada de la vlvula (P1 ) segn su situacin, ledo con un manmetro antes de la vlvula. 3.- Hasta donde debo llegar con el fluido y a que presin: equipo, lnea, atmsfera, etc. 4.- Qu perdidas de carga debo vencer para llegar al destino. 5.- Por tanto, cual debera ser ( P2 ) en la vlvula para conseguirlo. La diferencia P1 - P2 es la p disponible para clculo. Este proceso hay que hacerlo para cada rgimen de caudal. Un caso de dificultad surge cuando debemos determinar la delta-p de la vlvula condiciona el dimensionamiento de otros equipos, por ejemplo una bomba. y esta\nEn este caso, un experto propona para la vlvula un 5% de la p total del sistema bien, como mnimo , 5 psig (0,35 bar-g) si la vlvula es rotary-plug mariposa y 10psig. (0,70bar) si es tipo globo convencional. La ventaja de las vlvulas de obturador rotativo excntrico es que regulan muy bien con menos p. Otros autores, recomiendan igual mayor a 1/3 de la delta-p disponible en todo el sistema 15psi. g. (1,035 bar.), como mnimo. Al decir sistema nos referimos al conjunto de elementos y lneas desde la fuente de presin hasta el punto de destino.\nCondiciones del flujo a la entrada de la vlvula\nLquidos.- Sern siempre fluidos newtonianos homogneos, en rgimen laminar turbulento. El caudal normalmente se expresa en volumen: m3/h litros/h. en las condiciones del derrame. [Como la densidad de los lquidos cambia con la temperatura, algunas empresas expresan el caudal en volumen en condiciones a 15C y 1 atm.] Puede haber vaporizacin en la vlvula (Flash) a la salida. El procedimiento de clculo ya contempla el fenmeno de flash. Se precisa tener el dato de la presin de vapor Pv, del lquido a la T de entrada con cierto rigor, tanto si es un lquido mezcla de varios. No influye tanto el Specific Gravity. La viscosidad, en condiciones de derrame podr ser: Absoluta dinmica en c.poise. Cinemtica en c.estokes SSU El caso de lquidos cargados, por ejemplo con fibras de papel particulas, etc. se abordar despus a efectos de clculo segn sea su consistencia (concentracin de materia seca en dilucin) y tipo de fibra.\nEn los gases.- Hay que definir con claridad las unidades de caudal, los ms habituales son: Nm3/hora @ [0C - 1,013 bar-a] Standard m3/hora @ [15,6 C 1,013 bar-a] m3 /hora @ [en condiciones de derrame] Indicar peso molecular Specific Gravity, segn demande la formula. Dar tambin el valor de Z. La presencia de polvo subproductos que puedan adherirse a las paredes de las tuberas y vlvula, se har constar. As mismo las posibilidades de condensar formar pequeas gotas de condensado en contacto con paredes fras, su poder corrosivo, exigencias para definir tipo de estopada, etc. Vapor de agua.- Puede ser saturado recalentado. En caso de vapor recalentado su T mxima afectar a la definicin del rating, materiales cuerpo tapa y estopada. El caudal se expresa habitualmente en unidades de masa: T/h Kg/h. Rgimen bifsico.- Se presentan dos casos: Entrada de lquido + su propio vapor. Entrada de lquido + otro gas. Se han de dar bien diferenciadas las propiedades termodinmicas del lquido: Sp. Gravity,-o densidad, P.de vapor, Presin y T critica, viscosidad, y tambin las del gas: Peso molecular, factor-k, factor- de compresibilidad Z. Fluidos criognicos.- Se calculan como otro cualquiera. Solamente que su baja temperatura decidir los materiales, ensayos no destructivos, pruebas criognicas, etc\n- Hojas de Especificacin preliminares\nObtenidos los datos hay que pasarlos a una hoja de especificacin que servir de base para la consulta, clculos y seleccin de vlvula. El formato de esta hoja debe prepararse para dar toda la informacin necesaria. Debe tener espacios adecuados para esto, omitiendo otros aspectos que son irrelevantes. En cuanto a las condiciones de proceso debe relacionar cada rgimen de caudal con sus correspondientes presiones, temperaturas y variables fsicas a introducir en las frmulas del programa de clculo. Una adecuada presentacin de datos podra ser la siguiente. Obsrvese como la adecuada colocacin de las presiones conduce a diferentes valores de la delta-p de clculo y por tanto a diferentes valores de Cv.\nCaudal 86 20 16 4\n115 24 17 7\n196 31 19 12\n@ Q mn.\n86 31 19 12\n196 20 16 4\nP1 P2 p\nDeben sealarse tambin otras condiciones de proceso que ayuden a la comprensin de la aplicacin: numero y forma de los arranque de planta, bajas cargas, agresividad del fluido, materiales recomendables, etc. El resto de las casillas de una hoja de datos describen datos del cuerpo, trim, actuador y accesorios. A nivel de consulta no debe ser muy exhaustiva en detalles. Ser, una vez seleccionada la vlvula definitiva cuando convendr tener todos los materiales y detalles constructivos que constituyan un completo carn de identidad de cada vlvula, incluidos todos los accesorios. Pasado el tiempo esto ser una herramienta imprescindible tanto para el tcnico instrumentista como para mantenimiento. Seguidamente se aadirn todos aquellos comentarios y observaciones que sean pertinentes para la mejor seleccin de la vlvula en todos sus aspectos, por ejemplo los siguientes: Fluidos abrasivos.- Si la abrasin es por partculas en su seno, se indicar la granulometra y su % en peso volumen. El clculo bsico es igual, usando el Sp. Gr. de la mezcla. Se valorar un cierto sobredimensionamiento, de acuerdo con el usuario, segn tipo y tamao de vlvula. Se evitarn zonas de trabajo prximas al cierre a fin que no se produzca obstrucciones altas velocidades que incrementan el efecto abrasivo. Estudiar el montaje de la vlvula, sentido de circulacin en el cuerpo, diseo del trim y disposicin de la tubera. En muchas ocasiones es mejor montar la vlvula en tuberas verticales. Cristalizacin y/o precipitacin.- Si hay lugar a adherencias habr de tenerse en cuenta par seleccionar cuerpo de paso recto, fciles de limpiar, rotary- plug, sector de bola. Dimensionarlas para trabajar por encima del 50% de carrera. Se pueden poner inyecciones de lquidos de limpieza en el cuerpo-tapa. Otros fluidos deben mantenerse por encima de una determinada temperatura. Esto se hace con camisas de vapor en el cuerpo calentamiento de tubera y cuerpo mediante termo resistencias elctricas. En tal caso la estabilidad del Sp.Gr., Viscosidad y Pv dependern de que esta temperatura se mantenga. Las mismas precauciones debern tomarse para fluidos viscosos. Confirmar si la viscosidad puede variar de forma que afecte al clculo - Modelos de hojas de datos para consulta. Datos mnimos En fase de consulta solamente se rellenarn los datos necesarios para poder hacer el calculo del trim y cuerpo, as como los detalles mnimos que afectan al actuador y accesorios, pero no menos, dejando que cada ofertante cumplimente el resto con su mejor propuesta tcnica. Ver cuadros siguientes. En cualquier formato de hoja de datos se deben cumplimentar completamente las casillas correspondientes a las condiciones de diseo y de trabajo. Si fuere necesario se aadirn ms columnas para anotar aquellas otras condiciones de trabajo que sea interesante analizar bien a pie de pgina. Esto permitir ver los porcentajes de apertura para cada caso as como la respuesta de la vlvula seleccionada para todos los casos considerados. En cuanto al cuerpo, como mnimo se indicarn el tipo de conexiones y algn otro dato de obligado cumplimiento. El resto lo cumplimentar el fabricante. Del actuador es necesario sealar el tipo y posicin por fallo de aire as como la delta-p de cierre que condicionar la seleccin del tamao para una estanqueidad requerida. Del posicionador se he de indicar el tipo, y caractersticas mnimas. Este equipo permite una amplia gama de prestaciones por lo que, debe ser el comprador quien defina el alcance de lo que quiere a fin de obtener propuestas homogeneas. Finalmente queda por definir los accesorios necesarios para cada vlvula. En el capitulo de NOTAS: se aadir todo aquello que no se pudo indicar anteriormente.\n8 PASOS Y EJEMPLOS DE CLCULO Casi todos los fabricantes de vlvulas tienen ya sus programas de clculo. En general se basan en standards de uso universal, siendo los ms conocidos y experimentados el IEC-534-2.1 y la ANSI/ISA S. 75.01.01 que ya hemos mencionado anteriormente. Para el clculo del ruido, algunos usan la norma alemana VDMA 24422 . Indicamos ahora algunos de estos programas con la web donde se pueden descargar. La lista es incompleta pues hay varios ms disponibles. Tambin hay alguno diseado por empresas de software de ingeniera.\n>Herramientas para clientes >Descarga de Progr. Informticos >ValSpeQ 3.8.5\nFisher Esp. Manager 2.02\nPerformance Valve Select. Software 9.X.X Contr. Valve sizing 4.X.X Samson Valve Sizing Nelprof 6.0.X Etc., etc.\nUn programa informtico SOLO permite calcular el Cv pero no seleccionar la vlvula. El proceso de seleccin que debe realizar el ingeniero de control consiste bsicamente en seguir un itinerario que someramente comprende los siguientes pasos: 1. Definir el rating. Con la presin / temperatura de diseo se define el rating, para un material dado, segn la norma de trabajo a usar. 2. Analizar el derrame. Con las presiones y Pv del fluido se define si el derrame es crtico subcritico. 3. Se aplica la formula que corresponda para un clculo preliminar del Cv, observando los coeficientes Fl, velocidad, nivel de ruido, etc 4. Con este dato se hace una primera seleccin del dimetro de la vlvula y trim. Teniendo en cuenta la relacin tamao de vlvula / tubera se hace la correccin por la influencia de los conos reductores. Se vuelve a a realizar un nuevo clculo contemplando el modelo y tamao seleccionado. Esto dar lugar a un nuevo Cv. Observar entonces el % de carrera para cada rgimen de caudal: Mnimo, normal, mximo. 5. Verificar el valor de Fl / XT en esas carreras. Verificar que no haya cavitacin ni ruido. Comprobar velocidad en la vlvula tanto en lquidos y sobre todo en gases y vapores, por su influencia en el ruido; dimetro snico y el N de Mach.\n6. Finalmente se har un repaso general que confirme la buena seleccin adecuada a las necesidades del lazo de control y proceso que queremos controlar\n- Tamao del cuerpo y trim Con el Cv de clculo mximo buscamos en los catlogos de fabricantes el tamao del trim y cuerpo que tenga un valor inmediatamente superior de Cv al calculado. Se analizar la zona de trabajo en que debe operar la vlvula, en toda su gama de caudales. Consolidando varias informaciones una recomendacin prctica podra ser: - No convendr trabajar permanentemente por debajo del 10% del spn seal - Vlvulas lineales: >10% - 80% carrera. (con Q normal-30%-75%) - Vlvulas isoporcentuales: >15% - 85% carrera. (con Q normal- 30%-60%) En cuanto al tamao de cuerpo se refiere: Como regla general una vlvula de control suele ser inferior al tamao de la tubera. No usar cuerpo inferiores a el tamao de la lnea. En estos casos habr que reducir el paso interno del trim para conseguir una buena zona de trabajo. En la seleccin del tamao hay que analizar la velocidad en la salida que facilitan los programas de clculo. La velocidad de salida en una vlvula de control no tiene que ser igual al usado en tuberas, se admiten valores ms altos pues corresponde a un elemento que est produciendo una estrangulacin en un punto de la instalacin. Aguas abajo la velocidad disminuye en la tubera de salida. No existe un criterio universal definido, pero las velocidades de salida recomendables, considerando diversas fuentes consultadas as como la experiencia en numerosos proyectos podran estar en los siguientes valores: Servicios generales con lquidos Cuerpos de Ac. Carbono: Cuerpo aleados:Cr.Mo/Inox: 6 9 m/seg. servicio continuo. 9 12 m/seg. en servicio intermitente. 8 10 m/seg. en continuo. 10 12 m/seg. en intermitente. Estos valores son para agua en general. Con otros fluidos habr de analizarse si hay razones fsicas termodinmicas que justifiquen diferente criterio. En sistemas como agua de alimentacin en centrales trmicas se tiende a ser ms conservadores cuando hay altas presiones. Hay industrias, como la del papel por ejemplo, tratamiento de aguas alimentacin, etc., que trabajan a bajas velocidades por criterios de diseo. Una expresin sencilla para calcular velocidad en lquidos es la siguiente: V= 278\nSiendo: V= m/seg\nq= m3 /hora.\nA= seccin cuerpo salida mm2 Servicios con gases y vapor de agua En el caso de vapor ya gases interesa ms la velocidad de salida ya que es un factor determinante adicional para limitar la posibilidad de ruido global de la vlvula de control. En este caso la velocidad no se da en m/seg. Si no que se calcula el n de Mach El ruido total en una vlvula puede ser originado n solamente entre el obturador y el asiento, sino tambin en la expansin, a la salida de la vlvula, si la velocidad es elevada. Por tanto, el tamao del cuerpo de una vlvula debe ser tal que no produzca un ruido adicional sobre todo si el trim es de diseo Lo-dB.\nSe debe calcular la velocidad en la boca de salida y comprobar que no supere 1/3 de mach (0,33) en servicios continuos. Para servicios intermitentes el numero de mach a la salida puede se 0,5-0,8 segn los casos.\nGases en general:\n0,062 Q G T 50,6 W = P2 d 2 P2 d 2\n1380 W (1 + 0,00126 Tsh ) P2 d 2\nVapor de agua: Siendo:\nd= dimetro snico en mm. que corresponde a velocidad snica a la salida.\nGases : d- snico = 0,25\nQ GT = 7,24 P2\nW T G P2\nVapor de agua: d- snico = 37,1\nW (1 + 0,00126 xTsh ) P2\nG= Densidad del fluido respecto del aire (aire=1) a 15C y 1,013 bar(a). Q= Caudal en Nm3/h. (a 15,6 C y 1,013 bar-a) W= Caudal en peso,T/h. P2= bar(a) T =Temperatura absoluta (K) (C + 273) Tsh= Grado de recalento. de vapor en C.\nEn el siguiente bloque se ven los diferentes apartados que hay que ir completado para especificar la vlvula en todas sus partes\nSELECCIN Y ESPECIFICACION DE VALVULAS DE CONTROL\nFluido- estado Cond. de Operacin\nTipo / tamao de cuerpo Trim Condi. de Seguridad Instalacin Requisitos especiales\nTIPO Requisitos varios Accesorios\nNIVEL DE SUMINIESTRO\nPresin y T de diseo para rating Norma a aplicar. Material de Tubera Condiciones de diseo Choque trmico. Golpes de aire. Vibraciones. Posicin de la vlvula en el piping. Tamao y Sch. de tuberas Condiciones ambientales Lquido Gas Vapor. Si bifsico: Caudales a la entrada Temperaturas DATOS DE PROCESO Fluido Viscosidad. Densidad, presin de vapor, Pr. crtica. Tendencia a precipitaciones o adherencias. Otros datos de inters. Caudal mx., nor., mn., puesta en marcha, etc. Pr. de entrada para cada caudal. Prdida de carga admisible presin salida requerida P2 Criterios de sobredimensionamiento Presin a vlvula cerrada. Rgimen de funcionamiento: continuo, intermitente (% de tiempo en cada caudal) Caudal mximo a vlvula 100% abierta.\nGlobo Mariposa, etc. Tipo de cuerpo Cv. ratio. Rating y materiales. Conexiones: Bridas, soldadas, sin bridas. Caractersticas de control. Trim Diseo, guiado, materiales Materiales segn agresividad del fluido. Estanqueidad hacia el exterior: Estanqueidad obturador / asiento. Condiciones de seguridad Estopadas Lips-seals Fuelles\nPosicin de seguridad por fallo de seal y alimentacin actuador. Clasificacin elctrica, accesorios: Nema Ex. Nivel de ruido admisible. Procedimiento especfico de limpieza, desengrase, etc. Posicin de montaje: soporte. Requisitos diseo/tamao tuberias Accesibilidad de mantenimiento. Precauciones ante limpieza de tuberas en la puesta en marcha y en operaciones. Tratamiento de distensionado de soldaduras. Que ataque a cuerpo actuador accesorios: Amb. marinos polvorientos tropicales, etc.\nAgresividad del M.A.\nEspecificacin de pintura. Zona ssmica o con radiacin. Ensayos no destructivos: Traceado o camisa de vapor. Radiografas Tintes Ultrasonidos\nCumplimiento NACE UOP BITC, etc. Pruebas especiales en la funcin.\nNeumtico. Tipo Elctrico. Hidrulico. Fuerza necesaria para cerrar. Calidad de cierre obturador / asiento. Requisitos de operacin Velocidad de operacin / Tubbing Frecuencia de maniobras. Agresividad del medio amb.: Posicionador, tipo, etc Rels de bloqueo. Finales de carrera detectores de prox. Accesorios M. Manual. Tr. de posicin. Electrovlvulas, etc. Pruebas de estanqueidad. Requisitos especiales Pruebas de velocidad de operacin. Pruebas funcionales especiales, etc.\nLa seleccin del actuador en cuanto a su tamao la hace el fabricante de la vlvula. Quedan por concretar los accesorios que deben acoplarse sobre el actuador. Ver cuadro siguiente.\nMateriales Pintura Racores T amb.\nFinalmente hay que concretar el nivel de suministro que hace referencia a los aspectos de calidad y condiciones tcnicas contractuales entre fabricante- suministrador y comprador.\nNivel de suministro\n- Poseer un manual de Garanta de Calidad interno - Medios humanos y tcnicos para: Pruebas e inspecciones (hidrulicas, criognicas, funcionales, etc.) Ensayos de, dureza, tintes, Rx, etc. Ensayos no destructivos con personal homologado. Control de documentacin: Certificados de todo tipo bajo normas: ANSI DIN ISO las especificas del proyecto. - Cumplimiento normativas PED y ATEX las que correspondan Planos dimensinales. Instrucciones de mantenimiento y montaje. Listas de despieces. Estudio informatizado de recambio recomendados con criterios de intercambiabilidad. - Disponibilidad de asistencia tcnica. Durante la fabricacin, montaje y mantenimiento posterior. - Posibilidad de reposicin y / o suministro: Tanto de vlvulas como de piezas de recambio. Stock en bruto y piezas acabadas.\n9 Aplicaciones en sector energa\n- Servicios severos en C. Trmicas y Ciclos Combinados\nEn la produccin de electricidad en, ciclos combinados, centrales trmicas convencionales de carbn , (fuel-oil ya en desuso) plantas de cogeneracin, biomasa hay una serie de aplicaciones que, por sus condiciones de trabajo, alta presin y temperatura, se califican como servicios severos en los cuales pueden darse altas presiones diferenciales con cavitacin flash. Y en algunos casos abrasin. El nivel de presiones-temperaturas vara de las centrales trmicas de carbn a los ciclos combinados, donde pueden ser una poco ms bajas, segn diseo de la planta. Sin embargo, como los servicios son similares y los problemas tpicos semejantes, se van a describir simultanemante. 1.- Circuito de agua-condensado El circuito de agua podemos analizarlo desde el propio condensador, va al desaireador (a travs de los calentadores de baja presin en una trmica). Las bombas de agua de alimentacin la impulsan al calderin de la caldera ( a travs de los calentadores de alta en una trmica) pasando por el economizador. Los lazos de control ms importantes pueden ser: .-Control de nivel pozo del condensador .-Drenajes de emergencia calentadores .-Control nivel desaireador .-Drenajes y niveles calentadores de alta presin .-Recirculaciones bombas Ag. Alimentacin .-Control nivel caldern .-Punga continua del caldern .-Atemperaciones Es Importante definir bien los datos de trabajo desde las condiciones de puesta en marcha, fro caliente, mnimo tcnico y regmenes normal y mximo de operacin. El derrame es cavitante en unas situaciones y subcrtico en otras. Las vlvulas retorno del condensador, que est a vaco, trabaja siempre en flash. Debe ser estancas al exterior para no contribuir a la prdida / reduccin de vaco del condensador. Buenas juntas y estopada con juntas tricas y/o apriete constante. El sistema de agua de alimentacin se puede hacer con dos vlvulas con una que, por su diseo, puede soportar el rgimen crtico a bajas cargas y despus seguir operando en el rgimen normal. En este ltimo caso hay que estudiar y calcularlas segn sea la forma de operar la planta definiendo muy bien la zona de transicin . Dimensionar los cuerpos con una velocidad que se site entre 6 8 m/seg. mximo. Si fuera necesario, por rangeabilidad de la planta, se tendrn que estudiar trims caracterizados, sobre todo cuando se trabaja con una sla vlvula. Esta forma de operar es extensible a todas las dems calderas de vapor convencionales sobre todo en medias-altas condiciones de presin. Son necesarias vlvulas de alta presin con internos anticavitacin en general. Buena estanqueidad, clase-V. No sobredimensionarlas. Actuador generoso para soportar, establemente, cualquier condicin de presin diferencial.\nRecirculacin de bombas. Estas vlvulas en muchas centrales trmicas y ciclos son on-off aunque en otras son de control. Se precisa una buen estanqueidad, clase-V ya que, transcurrido el proceso de arranque, pueden estar cerradas mucho tiempo, segn sea el diseo de la planta Deben tener un buen diseo mecnico que soporte las altas presiones diferenciales evitando cavitacin: sistemas multietapa ha resultado el mejor diseo. Para estas aplicaciones del sistema agua alimentacin la experiencia aconseja vlvulas que teniendo alto coeficiente Fl no tengas reas de paso de pequea seccin dimetro, dado que en la prctica, siempre hay presencia de partculas que ocasionan problemas de agarrotamiento en los internos de lasa vlvulas. Por eso sern seleccionados aquellos diseos, preferentemente con derrame axial que admiten la circulacin de partculas de cierto tamao sin problemas. Las atemperacines son otro servicio con problemas tpicos de sobredimensionamiento. Es importante analizar y conseguir unos buenos datos de proceso reales. El sistema consta de la vlvula y las toberas de pulverizacin que al ser restricciones fijas producen contrapresin variable segn caudal de atemperacin. Por esto se exigir una buena rangeabilidad. En muchos caso se debern usar trims anticavitacin para prevenir cualquier derrame crtico aunque en principio no parezcan crticas las condiciones. Las atemperaciones de vapor recalentado en centrales convencionales trabajan a alta presin diferencial y pueden operar a mnimo nulo caudal en algunos casos. Cierres clase-V. Materiales de alta dureza. En ciclos combinados se usan, sistemas de atemperacin de tobera variable dado que, por diseo, se puede trabajar a menos presin y adems se precisa de mayor rangeabilidad Purgas y drenajes. Pueden ser continuos intermitentes. En muchos de estos servicios aparece el flash que obligar a un sobredimensionamiento del cuerpo para reducir velocidad en la salida. Cuerpos de Cr. Mo. inoxidable, sobre todo en flash severo, que se considera a partir de unos 2030 bar. Mejor especificar alta estanqueidad, clase-V. Actuadores sobredimensionados que aporten estabilidad al control. Vlvulas angulares y/o de paso recto con F.T.Close para flashing severo, incluso con camisa de proteccin a la salida. 2.- Circuito de vapor Comprende los servicios desde la salida de vapor de la caldera hacia la turbina. Los lazos severos tpicos son: .- Reductoras vapor auxiliar .-Vapor de soplado (en trmicas de carbn) .-Venteos .-By-pases de turbina .-Vapor cierres de turbina .-Vapor al desaireador Reduccin de vapor principal para servicios generales. Presentan problemas de ruido en presencia de alta temperatura. Requieren trim adecuados a estas condiciones: CA6 NM, duplex etc. Definir bien regimenes de puesta en marcha y plena carga. En muchas trmicas tienen que ser dos vlvulas en paralelo. En ciclos combinados puede ser una pero a veces hay que caracterizar el trim para cubrir todo el rango de caudales. By-Pass de turbina. Las vlvulas de by-pass son diseos especficos de bajo nivel de ruido pues drenan el vapor de alta presin al condensador una vez reducido y atemperado. Combinan pues la reduccin y aportacin de agua para bajar la temperatura. Excepto para turbinas pequeas, lo normal es que sean angulares con conexiones soldadas. Cierre clase-V Diseo mecnico para soportar choque trmico. Actuador de alta velocidad de respuesta, neumtico o hidrulico. Para la atemperacin del vapor en estas vlvulas, se precisan, para el caso de alta presin y en algunos casos en media presin, usar diseos anticavitacin.\nSoplado y venteos combina exigencia de una buena estanqueidad con la exigencia de materiales para vapor a alta temperatura y con alto nivel de ruido. Especial cuidado en el dimensionamiento de los venteos teniendo en cuenta que puede ir asociado a un silenciador en la descarga. El vapor al desaireador precisa considerar los consumos variables segn tipo de arranque y el caudal de vapor en marcha normal a plena carga. Requieren vlvulas con trim bajo nivel de ruido y buena rangeabilidad.\n- Cogeneracines Tpicamente una cogeneracin es como un ciclo combinado pequeo, salvo el caso de una planta de biomasa con apoyo de gas natural. En cualquier caso los servicios tpicos son los indicados anteriormente salvo las peculiaridades del diseo en funcin de la potencia, combustible, etc. Se aaden las vlvulas para la post combustin Todo conducir a vlvulas ms pequeas pero con similares exigencias a las ya vistas.\nEn las termosolares aparecen tres mbitos diferenciados: .- Campo solar. Si es de cilindros parablicos, en el campo solar se usan una serie de vlvulas ( ms de 100) para ajustar y mantener las presiones diferenciales en todo el campo. Suelen ser vlvulas de simple asiento, manuales en algunas circuitos, automticas (motorizadas normalmente) en otros. Tamaos 1,5-2-3. Manipulan aceite trmico- HT.F. Requerimientos de fuelle de estanquidad. .- Circuito de potencia con calentadores y calderas(intercambiadores) para producir vapor con el HTF caliente procedente del campo solar. Aqu se manipula HTG con grandes caudales que requieren vlvulas de 12-14-16 e incluso 18 tipo globo. Hay alternativas con vlvulas de mariposa diseadas mecnicamente para control con conexiones soldadas y estopadas especiales de apriete constante ( la estanqueidad de una vlvula rotativa es mucho mejor que en una alternativa sin fuelle.) .- El BOP que comprende los servicios de vapor, by-pases de turbina, atemperaciones, agua de alimentacin, etc. se aborda como en los ciclos combinados. .- Finalmente cabe la posibilidad de que adicionalmente la planta solar tenga sistema de acumulacin de calor usando sales con temperaturas de diseo hasta los 600C La manipulacin de sales aade varias exigencias por la naturaleza del fluido y sus propiedades fsicas. Vlvulas con geometra interna simple, sin zonas de acumulacin. Materiales de cuerpos e internos especiales . Juntas metlicas entre tapa-cuerpo. Tapas alargadas. Calorifugado-calentamiento elctrico del cuerpo y tapa para que las sales no solodifiquen pero que la temperatura tampoco suba de un determinado valor en a zona inferior de la estopada. Estopadas especiales compatibles con el fluido y la alta temperatura. En este sentido no queda ms remedio que ir detrs de las experiencias reales en las plantas existentes. La seleccin y especificacin de vlvulas para sales implica estar en constante revisin de criterios basados en la experiencia.\n9.- Presentaciones de APLICACIONES EN SECTOR ENERGIA\nПрикладная и междисциплинарная физика\nДокументы, похожие на «Texto VALV. DE CONTROL Dimen. y Selección»\nJuana Lucia Cruz Arias\nJhon Jairo Salcedo Bautista\nCALCULO DE DIAMETROS DE TUBERÍAS\nInstrument. 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