Diseño de Válvulas

7/25/2019 Diseo de Vlvulas

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DISEO DE VLVULAS DECONTROL

Eliana Jara MoranteMircoles, 10-13 pm

Abril 28, 2010

INSTRUMENTOSDE

CONTROL


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QU ES UNA VLVULA DE CONTROL

Es el elemento final de control ms comnControla el flujo abriendo o cerrando (on/off)Es controlado por una computadora que recibe la

seal de salidaManipula un flujo que puede ser: gas, vapor ocompuestos qumicos y lo mantiene dentro delrango requerido.


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PARTES DE UNA VLVULA DECONTROL

Un vlvula tpica consiste en:Un cuerpoPartes internas constituyentes (trim parts) quemodulan el flujo.

Actuador: provee la fuerza motora para operar (abriro cerrar) la vlvula (neumtico, hidrulico oelctrico)

Accesorios:TrasducersReguladores de presinOperadores manualesSnubbers or limit switches


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PARTES DE UNA VLVULA DECONTROL


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TIPOS DE VLVULAS DE CONTROL

Describen las caractersticas mecnicas ygeomtricas de la vlvula (compuerta, bola,globo).

Cuando se refieren a caractersticas del flujoIgual porcentaje: incrementos iguales de la aperturade la vlvula produce igual porcentaje en el cambiodel flujo.

Lineal: la apertura es directamente al recorrido de la

vlvulaApertura rpida: un incremento grande en el flujoocasiona un pequea variacin en la apertura de lavlvula.


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VLVULA DE CONTROL DECOMPUERTA

Apertura rpidaRecomendado:Completamente abierta/cerrada.Operacin no frecuenteMnimo fluido en la lnea.

Aplicaciones:Aceite, gas aire, slurry, lquidos pesados, vapor,gases no condensados y lquidos corrosivos.

Ventajas Desventajas

Alta capacidad Pobre control

Cierre fuerte Cavita a baja cada de P

Bajo costo No se usa para estrangulamiento


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VLVULA DE CONTROL DE GLOBO

Lineal y de igual porcentajeRecomendado:Servicio de estrangulamiento yregulacin de flujo.

Operacin frecuente

Aplicaciones: Lquido, vapores, gases,sustancias corrosivas.


Eficiente estrangulamiento Alta cada de presin

Preciso para control de flujo Ms caro que otras vlvulas

Disponible en mltiples puertos No adecuada para slurry


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VLVULA DE GLOBO

Configuracin de las vlvulas de globo: (a) de dos pasos; (b) de tres posiciones


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VLVULA DE CONTROL DE BOLALineal y de apertura rpidaRecomendado:Completamente abierto/cerrado,estrangulamiento limitado

Lquidos a alta temperaturaAplicaciones:

Mayora de lquido, lquidos a altatemperatura y slurries.


Bajo costo Pobre caractersticas de estrangula-

miento

Alta capacidad Tiende a cavitar

Poco mantenimiento


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VLVULA DE CONTROL DE MARIPOSALineal y de igual porcentajeRecomendado:Completamente abierto/cerrado,servicio de estrangulamiento

Operacin frecuenteMnimo flujo en la lnea

Aplicaciones: Lquidos, gases, slurries, lquidoscon slidos suspendidos.


Bajo costo y mantenimiento Alto torque requerido para control

Alta capacidad Tiende a cavitar a bajos flujos

Bueno para control

Baja cada de presin


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OTROS TIPOS DE VLVULAS DECONTROL

Vlvulas check:Son diseadas para restringir el flujo en unadireccin.

Si el flujo cambia de direccin, la vlvula check

cierra.Vlvulas de alivio:Son usadas para regular la presin de operacin deun flujo incompresible

Vlvulas de seguridad:Son usadas para disminuir el exceso de presin engases o fluidos compresibles.


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CARACTERSTICAS DE LASVLVULAS


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Apertura Lineal a)Use en circuitos de control de nivel de lquido o

de flujob)Use en sistemas donde se espera que la cada

de presin a travs de la vlvula permanece

aproximadamente constante (i.e., estado

estacionario)

Igual porcentaje a)Use en procesos donde se esperan grandescambios de presin

b)En procesos donde se permite una cada de

presin pequea, referente a la cada de

presin total

c)En ciclos de control de presin y temperatura

Apertura rpida a)Usado para servicios frecuentes de on/off

b)Para procesos donde instantneamente se

requieren grandes flujos (i.e, sistemas de

seguridad, y de enfriamiento)


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FLUJO A TRAVS DE LA VLVULA

Se describe por la siguiente relacin:

aperturadefraccinx

vlvulaladeecoeficientC

ovolumtricflujoQ

donde

SG

PxfCQ

v

vv

===

=

:

)(

xxfrpidaApertura

xfporcentajeIgual

xxfLineal

flujodelticacaractersxf

x

=

=

=

=

)(:

)(:

)(:

.)(

1

especficagravedadSG

vlvulalaenPdecadaPv

=

=


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CARACTERSTICAS DE LA VLVULADE CONTROL


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CMO ACTA UNA VLVULA DECONTROL

Controlador Vlvula Proceso

Medidor

+

ErrorSet point

Posicinde lavlvula

P

Fvlvula

Perturbacin

P


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ACCIN DE UNA VLVULA DECONTROL

Qu debe hacerse con la vlvula si la energafalla?

Lo ms importante es decidir la accin de unavlvula en momentos deseguridad.

Decidir cual es la posicin ms segura cuando laenerga falla.Falla cerrada (FC)

Aire para abrir

Falla abierta (OF)Aire para cerrar


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ACCIN DE LA VLVULA

Servomotor

Directa Inversa

Cu

er

po

D

i

r

e

c

t

a

Accin Directa Accin Inversa

Aire

baja

Vstago abajo

cierra

Aire

baja

Vstago arriba

cierra

I

n

v

Accin inversa Accin inversa

AireVstago abajo

abre

AireVstago arriba

abre


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ACCIN DE LA VLVULA DECONTROL


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DOS ESCENARIOS

LT LC

Qout

Qin

hs

h

Rv

Falla cerradaLa vlvula cierrapara prevenir

derrame


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DOS ESCENARIOS

LT LC

Qout

Qin

hsh

Rv

Falla abiertaLa vlvula abrepara prevenir

derrame


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TAMAO DE LA VLVULA DECONTROL

Para fluidos incompresibles

prdidasdeecoeficient

PPP

readeltrvesavelocidad

flujodereaA

donde

PAAQ

f

v

f

v

==

==

==

21

21

2

:

/

prdidaac!

especficagravedadSG

"LLflujodeecoeficientC

donde

!Cg!CSG

PCQ

v

v

vvv#vv

v

arg

]/][[

:

.

/

===

==

=

213

6580

Cves caracterstico para cada vlvula y depende del

diseador


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SELECCIN DE LA VLVULA DECONTROL

Tener en cuenta:Caractersticas inherentes de la vlvulaEstilo de la vlvulaEl flujo desarrolladoTamao

Caractersticas dinmicas de la vlvulaBanda muerta (dead band): zona sin respuestaobservable

Tipo de respuestaGanancia instalada en las condiciones reales delproceso


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Definir el sistema:El sistema debe incluir todo los alrededores de lavlvula de control

Definir la mxima cada de presin permitido

para la vlvulaCuando se define la cada de presin permitida alo largo de la vlvula, se debe investigar labomba. Cul es la mxima carga disponible?

(recuerde que la cada de presin lmite estdefinida por la bomba)


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Esencialmente

Como regla es que la vlvula debera ser diseadapara usar 10-15% del total de la cada de presin totalo 10 psi, cual fuera mayor.

Para un sistema de cada de presin de 150 psi, 10%

del total de la cada de presin es 15 psi. Esto ser lamxima cada de presin permitida cuando la vlvulaest totalmente abierta.

)($Am

%PS&%PS&'Cpara( =


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Calcular las caractersticas de la vlvula

Seleccin preliminar de la vlvula

El valor de Cvobtenido es una gua para seleccin de la vlvula.Nunca use una vlvula que sea menos de la mitad del tamaode la tubera.

La vlvula es ms fcil de controlar cuando opera entre el 10-80% de el rango de stroke

vlvulalaen

permitidaPdecadaP

especficagravedadSG

gpmdise)odecaudalQ

donde

=

=

= ][

:

P

SGQCv

=


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Se desea encontrar el trim de una VC que de las relacinlineal entre la posicin del vstago (x) y el flujovolumtricocuando la VC se usa para controlar el flujo delsistema mostrado. El fluido es agua a 60F, fluyendo atravs de una tubera de 100 ft o 3 in. Sch 40 conteniendo12 codos estndar adicionalmente a la VC. El fluido sebombea de una tanque aguas arriba a la presinatmosfrica al tanque 2 aguas abajo, el que se encuentratambin a la presin atmosfrica y a una elevacin de z2=3.0 ft ms alto que el tanque 1. La bomba es una bombacentrfuga 2 x 3 con un dimetro de propulsor de 8 in.Para el cual la carga de la bomba se representa por H0=360 ft, a= 0.0006 y b= 0.0005. A 3 in. la VC se puedeconsiderar las siguientes caractersticas internas:


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150

15051

52

=).exp(

).exp( .xCv

Igual porcentaje:

Parablica modificada

Lineal

Apertura rpida

6160

.xCv=

xCv

64=

[ ][ ]521110110170 .))(.()(. xxCv

=


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El punto de operacin para el sistema es dondelas curva caracterstica de la bomba interseca lacurva caracterstica de carga del sistema:

La cada de presin en la bomba est dado por:

Para el fluido:

&pC*

gQ+

gP&s

iv#

f =

+++=

24

2

18

2

2

6000

v#

vgC

Q!

=

densida

d= 62.4lbm/ft3

viscosid

ad= 2.36lbf-s/ft2


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CURVA DE LA BOMBA: PARABLICOMODIFICADA


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La prdida de carga debido a la tubera yaccesorios est dado por:

La prdidas de carga por friccin en la tubera:

.lg:

Re .

pen*donde

*

,di

%

n

nf

++=

30

11

Ldonde

*g

Q&

ftu-

ftu-tu-

/.:

)(

1550

8

42

2

=

=


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SELECCIONAR AQUELLA QUE DEUNA RESPUESTA LINEAL


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VLVULA DE CONTROL PARALQUIDOS

Asuma una instalacin que al inicio del star-upno operar a su mxima capacidad. Las lneasestn diseadas para la mxima capacidad. serequiere instalar una vlvula de control para los

requerimientos actuales. La lnea tiene untamao de 8 pulgadas y Class 300, vlvula detipo globo con caractersticas de igual porcentaje.Reductores concntricos estndar se han

conectados entre la vlvula de control y la lnea.Determine el tamao apropiado de vlvulade control.


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SELECCIN DE UNA VLVULA


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SELECCIN DE UNA VLVULA DECONTROL


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CAVITACIN O VAPORIZACIN


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