Sapag Control Valves, Model Monovar

Válvula de control MONOVAR®
SAPAG
MONOVAR® es la válvula disipadora de energía.
Características
• Diseño extremadamente simple (patentado)
• Excelentes características de cavitación
• Control muy preciso del flujo o de la presión
• Control manual o automático
• Apropiada para la medición de flujo
• Hay tamaños pequeños disponibles
• Mínima perturbación del flujo
• El flujo se divide de manera igual en una
gran cantidad de chorros. Esto asegura un
rendimiento preciso y estable
• Estas singulares características, junto con la
amplia gama de materiales de construcción,
hacen de las válvulas MONOVAR® una
opción automática en todas las situaciones
severas industriales y de suministro de agua
que demanden una regulación del caudal
del fluido o de algunas características
asociadas, p. ej. presión, temperatura y
nivel
• El diseño suprime vibraciones, cavitaciones,
fluctuaciones de presión y excesos de ruido
• Idónea para aplicaciones con altas
velocidades
• Idónea para aplicaciones con elevada
pérdida de carga
Válvula que se exhibe: MONOVAR® DN2000 (80”)
El ejemplo que se muestra es un gran pantano en
California, EE. UU.
Aplicaciones
Aplicación de MONOVAR®:
- Sistemas de suministro de agua (fiabilidad,
presión, cavitación),
- Flujo industrial, sistemas de enfriamiento y mezcla
(cavitación, sensibilidad, presión, fiabilidad),
- Trabajos de cabecera de planta de tratamiento
de aguas (obras civiles reducidas, cavitación,
fiabilidad),
- Bancos de ensayo de laboratorio (sensibilidad,
ausencia de perturbaciones),
- Bypass para turbinas (presas),
- Final de línea, descarga libre,
- Sustitución de bombas de velocidad variable
con bombas de caudal constante o de presión
constante en combinación con MONOVAR®,
- Aplicaciones de aguas marinas bajo petición.
www.pentair.com/valves
Características técnicas
Gama de tamaños
:DN100 - DN2000
(4” - 80”)
Presiones
:50 bar (725 psi)
Temperaturas
:-50° to +200°C
(-60°F to +390°F)
Tipos de bridas
de montaje
:EN 1092-1
PN10/16/20/25
ANSI B16.5 clase 150
MSS SP 44 clase 150
AWWA C207
Otras bajo pedido
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SAHSB-0017-ES-1306
Válvula de control MONOVAR®
Brida de tubería
Principio de funcionamiento
La simplicidad del diseño de la MONOVAR® se explica en la Figura 1.
Tubería
Los componentes son sencillamente dos placas circulares perforadas y un cuerpo anular (1)
montado entre bridas de la tubería. La placa (2) es fija. La placa (3) en el lado de aguas arriba se
puede deslizar libremente arriba y abajo. En la posición totalmente abierta los orificios en las placas
están alineados. La posición totalmente cerrada se obtiene desplazando la placa móvil (3) en un
diámetro total de orificio.
Flujo
Bajo las condiciones especificadas del caudal, la posición es intermedia, en la que los orificios en la
placa fija quedan bloqueados en parte por los de la placa móvil.
La válvula se puede operar tanto de forma manual como con el uso de actuadores de modulación
neumáticos, hidráulicos o preferiblemente eléctricos.
3
Ventajas
La energía liberada por un fluido cuando fluye por una válvula es a menudo causa de
perturbaciones en el flujo.
Ejemplos de ello: fluctuaciones de flujo y presión que pueden causar vibración en la tubería,
burbujas de cavitación (como burbujas de vapor del fluido), y ruido. El ruido es causado por la
repentina implosión de las burbujas de cavitación.
En las válvulas MONOVAR® la disipación de la energía está controlada por múltiples chorros
distribuidos que dividen el flujo. Esto significa que los efectos perturbadores quedan
considerablemente reducidos, como se describe más abajo:
- Las fluctuaciones del flujo se reducen gracias al diseño del chorro y a la rápida estabilización
del flujo. Consiguientemente, los dispositivos como caudalímetros pueden situarse mucho más
cercanos a la válvula de control que lo usual, de modo que el sistema se puede construir de
forma más compacta.
- Las válvulas de control MONOVAR® tienen unos mejores índices de cavitación, más favorables
que los de las válvulas convencionales. Debido a su diseño, la válvula MONOVAR® afronta mejor
la cavitación que las válvulas de control tradicionales.
- Una cavitación totalmente desarrollada no perjudica a las válvulas MONOVAR® por cuanto
las implosiones tienen lugar en el fluido y no en las partes vitales de la válvula. Este peculiar
diseño supera al diseño de las válvulas convencionales en las que con frecuencia se observa
la cavitación sobre el obturador y el asiento. Las burbujas de vapor no se forman cuando se
seleccionan las válvulas MONOVAR® de forma apropiada.
Un punto final acerca de la fiabilidad operativa: las válvulas MONOVAR® no tienen una tendencia
natural a abrirse o a cerrarse cuando controlan el flujo o la presión.
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1
Figura 1
1 = Cuerpo anular
2 = Aguas abajo, placa fija
3 = Aguas arriba, placa móvil
página 2
2
Válvula de control MONOVAR®
Características hidráulicas
Esta sección da una breve visión general de los datos de diseñó hidráulico y de los criterios de selección para las válvulas de control MONOVAR®. Los
datos proceden de mediciones realizadas en los bancos de ensayo de Sapag, de experiencias obtenidas en las instalaciones de prueba de turbinas de
Sapag, y de informaciones recibidas de los usuarios de MONOVAR® en la industria y en el campo de los recursos hidráulicos.
Cavitación
Las contracciones del trayecto del flujo, las expansiones repentinas y cambios de direcciones que el fluido encuentra al pasar por una válvula tienden
a crear –localmente– una reducción de la presión. Si la presión local cae por debajo de la presión de vapor del líquido, entonces el líquido hierve.
Aparecen entonces en el líquido burbujas de vapor y sus implosiones. A este fenómeno se le llama cavitación.
La tendencia de una válvula a cavitar se caracteriza generalmente con un número de cavitación que se define como:
P -P
σ = 2 v
Índice de cavitación de MONOVAR®
P -P
2
Estos valores de presión se expresan generalmente como metros de carga hidrostática de líquido.
Algunos fabricantes de válvulas emplean un número de cavitación definido como:
P -P
1
2
K = P -P
1
Área 1
Área 2
σ
1
P1 :presión absoluta aguas arriba medida en la práctica a un diámetro de tubería por encima de
la válvula,
P2 :presión absoluta medida a 10 diámetros de tubería por debajo de la válvula y corregida por
pérdidas por fricción entre los puntos 1 y 2,
PV : presión de vapor del líquido a la temperatura de operación.
Área 3
Área prohibida
v
con las mismas notaciones. Una simple operación algebraica demuestra que los dos números están
relacionados por
1
1-K
y
K = σ = 1+σ
K
% de apertura
Para un valor determinado de apertura el fabricante establece varios valores de σ que se corresponden con diversos grados de cavitación. También
se define para un valor determinado como varían los valores de σ con la apertura. Estos valores pueden representarse gráficamente en la forma de las
curvas conocidas como “de sigma necesaria” que indican el grado de riesgo de cavitación que encontrarán los usuarios de la válvula del fabricante.
Caudal específico
El caudal específico se define como el caudal que pasa a través de una válvula MONVAR® de un metro de diámetro, que causa una pérdida de carga
igual a un metro de carga hidrostática. El caudal específico q11 se puede escribir en términos
de pérdida de carga como:
Características típicas de caudal
Q
% de caudal
k
q11= 1000
D
ΔH
2
q11 : caudal específico en m3/s a una apertura dada de válvula,
Q : el caudal total que pasa a través de la válvula en m3/s,
ΔH : la pérdida de carga en metros de columna de agua del líquido en la misma apertura de la válvula,
D : es el diámetro nominal de la válvula MONOVAR® expresado en metros.
100
La gráfica expone como varía q11 con la apertura de la válvula a una pérdida de carga constante.
Obsérvese que q11 se puede expresar en términos del coeficiente de pérdida de carga. Por ejemplo, en la
posición totalmente abierta, el q11 específico de una válvula MONOVAR® con un área perforada máxima
instalada en una tubería que tenga un diámetro igual al diámetro nominal de la válvula es de 1,3 m3/s.
El valor de caudal específico desciende
a 0,95 m3/s para una válvula montada en fin de línea.
10
= q
11
π2g
8k
10
20
40
60
80
100
100
80
60
40
20
10
10
20
40
60
80
100
% de apertura
Pérdida de carga
La pérdida de carga causada por el caudal a través de las válvulas MONOVAR® se expresa como:
ΔH = k V2
Coeficiente de pérdida de carga / % de
apertura de la válvula
2g
1000
k
ΔH : la pérdida de carga en metros de columna de agua a una determinada apertura de la válvula,
k : el coeficiente (adimensional) de pérdida de carga a la misma apertura de la válvula,
V : la velocidad del líquido en metros por segundo calculada sobre la base de la sección nominal de
caudal de la válvula,
g : aceleración gravitatoria en metros por segundo al cuadrado.
100
La gráfica expone un ejemplo de la curva de los valores de k para la máxima área perforada de las
placas MONOVAR®.
10
10
20
40
60
80
100
% de apertura
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Válvula de control MONOVAR®
Características hidráulicas
Método gráfico de determinación de la sigma disponible
Las cifras disponibles de cavitación se pueden calcular de forma bastante sencilla por medios gráficos.
El cálculo de ejemplo que aparece en la Figura inferior se basa en el flujo entre tanques a diferente
nivel. La figura
representa la tubería de conexión y la válvula de control incorporada y, a la derecha, una
q11
gráfica de carga hidrostática frente a caudal. Las presiones se expresan aquí como cargas hidrostáticas
del caudal porque este es el procedimiento usual. Sin embargo, las variables H1, H2, HV tienen los
mismos significados básicos que P1, P2, PV citadas más arriba, p. ej., Hv es la presión de vapor del líquido
de fluye expresada en metros de columna de dicho líquido.
La vertical a b c d representa de forma clara los componentes de pérdida de carga en el valor máximo
de descarga Q.
4
3 y por debajo de la
2 válvula son ab y cd respectivamente.
1
Las pérdidas de carga
por encima
La distancia intermedia bc, esto es, (H1 - H2), representa la pérdida de carga que puede ser regulada por
la válvula. Las curvas (cuadráticas) que descienden a b y ascienden a c muestran como se pierde carga
por efectos de fricción a lo largo de dos longitudes de tubería.
Ha, la carga hidrostática en el punto a, se corresponde con la presión en la superficie del tanque
superior, esto es, la atmosférica. Habiendo trazado los elementos esenciales de la figura hasta ahora,
solo queda por añadir una línea horizontal adicional rotulada como e. Dicha línea debería dibujarse a
una distancia igual a (Ha - HV) por debajo del eje de cero carga.
El numerador (P2 - PV) de la expresión sigma se representa por la longitud ce, que es evidentemente
equivalente a H2 + Ha - HV, siendo el denominador bc. Así, el número sigma de cavitación deseado es
por ello ce/bc.
Carga H en metros frente al caudal Q
Tanque aguas arriba
Pérdida de carga
a
H1
b
H2
c
d
0
1
2
Válvula MONOVAR®
e
– (Ha – Hv)
Q
Caudal
Tanque aguas abajo
Límites operativos
• Temperatura
Las válvulas MONOVAR® fabricadas con materiales estándar no deberían funcionar fuera de la
gama de temperaturas entre 0 y 80°C. La eficacia del cierre se puede elevar hasta 200°C usando
material de cierre especial.
Los cierres elastómeros y plastómeros se emplean para temperaturas bajas hasta -50°C.
Los límites de temperatura dados en los párrafos anteriores son solo aproximados y dependen del
fluido y de la presión de trabajo.
• Presión
PN64:DN100
PN40:DN150
PN25 : DN200 to DN600
PN16 : DN700 to DN800
PN10 : DN900 to DN2000
• Estanqueidad
La válvula no es estanca a la burbuja porque se recomienda instalar la MONOVAR® entre dos
válvulas de aislamiento.
• La MONOVAR® es unidireccional. En caso de reflujo, sírvase consultar con el suministrador.
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Válvula de control MONOVAR®
Características de flujo y cavitación de Monovar®
q11 MONOVAR® DN ≥ 450
q11 MONOVAR® DN ≤ 400
q11 válvula MONOVAR® de fin de línea
Figura 2
Características
Las características de flujo y
cavitación de la MONOVAR®
se muestran en la Figura 2 en
términos de caudal específico
q11 en m3/S.
q11 = % de apertura
Posible Imposible
Q
D
ΔH
Área
prohibida
2
Q : m3/S
D : m
ΔH : pérdida de carga en m
σ
=
Area 3
P2-Pv
Area 1
P1-P2
Area 2
K=
P1-P2
P1-Pv
Área 1: Operación excelente
Área 2: Operación aceptable
Área 3: Operación posible
Área 4: Área prohibida
Sírvase consultar con el
suministrador para las
aplicaciones en las áreas 3 y 4.
Elección de diámetro
Ejemplo (agua)
1. Entrada de datos del líquido
• Caudal ajustable entre • Margen de presión absoluta aguas arriba
• Margen de presión absoluta aguas abajo
• Margen de regulación disponible de la MONOVAR®
• Presión de vapor del líquido a la temperatura
de trabajo
• Diámetro nominal de la tubería
Q y Q’
P1 y P’1
P2 y P’2
ΔH y ΔH’
PV
D
Q
D
2
Q’ = 0,250 m3/s
P’1 = 48 mWC
P’2 = 28 mWC
ΔH = 25 mWC
ΔH’= 20 mWC
PV = 0,2 mWC
D = 0,3 m
Ejemplo (agua)
2. Primer paso del cálculo
calcule
q11 = Q = 0,150 m3/s
P1 = 50 mWC
P2 = 25 mWC
q’11= y
ΔH
q11 = Q’
D
2
ΔH’
0,15
0,3
25 = 0,33
q’11 = 0,25
0,3
2
• si q’11 < 1,3, el diámetro de la MONOVAR® será inferior o igual a D
• si q’11 > 1,3
el diámetro de la MONOVAR® será mayor que D,
y se debe escoger la nueva válvula de modo que q’11 ≤ 1,3
20 = 0,62
2
• 0,62 < 1,3: la MONOVAR® tendrá por ello un diámetro ≤ 0,3
Nota: las conexiones de tuberías, como codos, conos u otros equipos mecánicos alterarán las especificaciones de la MONOVAR®.
En tal caso, sírvase consultar con el suministrador.
3. Segundo paso de cálculo
σ
=
P2-Pv
P1-P2
Ejemplo (agua)
P’2-Pv
σ’=
P1-P’2
Si los puntos (q11, σ) están situados en la área de cavitación 1 (excelente) en
la Figura 2, en tal caso no hay riesgo de cavitación y se puede seleccionar el
diámetro inicialmente adoptado de la MONOVAR® - o incluso se puede reducir.
Si los puntos (q11, σ) están situados en ás áreas 2 ó 3 (aceptable o posible),
el riesgo efectivo de cavitación dependerá de la vida de operación y puede que
sea necesario escoger una MONOVAR® de mayores dimensiones.
25 - 0,2
σ = 50 - 25 = 0,99
28 - 0,2
σ’ = 48 - 28 = 1,39
Como ambos puntos quedan en el área 1, se puede escoger una
MONOVAR® de 0,3 m de diámetro. Si D se redujera a 0,25 m,
entonces
q11 = 0,48
q’11 = 0,89
y la válvula quedaría sujeta a cavitación en ciertos casos.
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Válvula de control MONOVAR®
Dimensiones de la válvula
Actuadores
eléctricos
Actuadores manuales
Cotas de la válvula (mm)
DN
(mm)(pulg.) C
Peso
øD
G
H
K
L
M
P
R
S manual eléctrico
100 4” 60 162 313 446404 309 64 296 125 125 11
30
150 6” 80 220348516428309110558148374 73
67
200 8” 80 290348541428309110583148374 86
79
250 10” 84 350 348 576428 309 110 618 148 374 105
80
300 12” 95 400348636428309110678148374127
115
350 14” 110 438 5891266 428 309 178 1210 178 530 258
286
400 16” 110 516 5891271428 309 178 1215 178 530290
318
450 18” 140 560 5891276 428 309 1781220 178 530 320
350
500 20” 150 5945891296428 3091781240178530351
390
600 24” 160 696 5891366 428 309 178 1310 178 530 432
470
700 28” 160 806 5891396 428 309 1781340 178 530 494
510
800 32” 160 9145891456428 3091781400178530614
610
900 36” 160 1017 5891519428 309 1781460 178 530 662
690
1000 40” 160 1124 5891596 428 309 1781540 178 530 778
806
120048”1601342589
1666
2831601781610178530
1015 1043
140056”16015805891816
283160178
1760178530
1336 1364
1500
60”
250
1660
589
1866
283
160
178----2100
160064”33020323312510994254384 - - - - 5500
200080”4502345352
3767368437913 - - - - 8500
Materiales de construcción
Los materiales de serie son como sigue:
- Cuerpo: fundición nodular EN GJS 500-7
- Placa fija: fundición nodular EN GJS 700-2 o acero inoxidable 13% Cr (X20 C13)
- Placa móvil: fundición nodular EN GJS 700-2 o acero inoxidable 13% Cr (X20 C13)
- Soporte: fundición nodular EN GJS 700-2
- Vástago: acero inoxidable 13% Cr
- Cierres de brida y vástago: Perbunan de dureza 70 Shore
Hay disponibles otros materiales de construcción bajo pedido para adecuarse a las condiciones
particulares de operación.
Notas
Dimensiones en mm, pesos en kg
Las dimensiones (mm) y los pesos se dan a título indicativo
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Válvula de control MONOVAR®
Actuadores de válvulas
as válvulas de control MONOVAR® pueden ser controladas manualmente (volante con indicador
micrométrico de posición) o mediante actuadores motorizados eléctricos, neumáticos o hidráulicos.
Hay información disponible bajo pedido acerca de la amplia gama de posibilidades para los
actuadores.
L
Posición estándar recomendada de
instalación
Flujo
Exento de cualquier
equipo
mecánico 5 x DN
Tramos rectos de tubería
Exento de cualquier
equipo
mecánico 3 x DN
Instrucciones generales de instalación
- Deje que la MONOVAR® sea extraída en una etapa posterior (observe espacios necesarios,
emplee juntas y uniones deslizantes, etc.).
- Instale la tubería, o emplee conexiones apropiadas, de modo que la MONOVAR® no tenga que
soportar cargas anormales que resulten de esfuerzos mecánicos de la tubería o por dilataciones
térmicas.
- Compruebe que las secciones de la tubería estén alineadas, que las bridas estén paralelas, y que
todas las bridas deslizantes estén funcionando correctamente, y que los orificios de las bridas de
montaje se corresponden.
- Dependiendo de la clase de agua que se transporta, proporcione una criba, un filtro o un colector
de cienos aguas arriba de la válvula, para prevenir atascos o que experimente daños mecánicos.
- Compruebe que la válvula está instalada correctamente con respecto a la dirección del flujo.
Una flecha en el cuerpo de la MONOVAR® muestra la dirección correcta. Esta dirección debe ser
obedecida para prevenir averías.
- Antes de instalar la MONOVAR®, límpiela con un chorro de aire comprimido. Cerciórese de que
las tuberías están perfectamente limpias y especialmente que no haya material en ellas que
pueda causar daños graves (aglomerados de óxido, perlas de soldadura, escoria, etc.).
- Tenga presente que la instalación apropiada de la MONOVAR® es una precondición para un
funcionamiento satisfactorio de la válvula.
- Las válvulas MONOVAR® se pueden montar entre bridas de tubería con ayuda de varillas de
anclaje, que aseguran una alineación correcta. También se pueden montar en el extremo de
una tubería. Para facilitar el montaje y desmontaje, se recomienda el uso de bridas o camisas
deslizantes.
- Las válvulas pueden instalarse en tuberías verticales u horizontales. En tuberías verticales,
sería preferible que el flujo fuese descendente. Las válvulas montadas horizontalmente debería
montarse con el actuador en la parte superior para poder emplear de forma apropiada el orificio
de drenaje, que quedará así situado en el lado inferior.
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Válvula de control MONOVAR®
Detalles de control
Un controlador está diseñado para controlar una válvula que regulará el caudal o la presión en una
instalación. El controlador es de tipo PID (Proporcional, Integral, Derivativo). Además de realizar la
regulación, el controlador puede aceptar entrada de datos pertinentes al proceso procedentes de
diversas fuentes (manómetros, etc.). El controlador puede analizarlos (alarma, etc.). El controlador
se puede instalar por sí (autónomo) o puede formar parte de un sistema centralizado.
Ejemplo de regulación
- Presión aguas arriba
- Nivel aguas arriba
- Presión aguas abajo
- Nivel aguas abajo
- Caudal (con medición de la pérdida de carga)
- Caudal (con caudalímetro)
- Totales de presión aguas arriba y caudal
- Totales de presión aguas abajo y caudal
- Totales de nivel aguas arriba y caudal
- Totales de nivel aguas abajo y caudal
Diagrama de operación:
Suministro eléctrico
Alimentación eléctrica
del controlador 220V CA
Salida analógica del control de salida (4-20mA)
Salida digital:
alarmas
Salida digital de los limitadores
de par y de carrera
Posicionador de caja y control local
Salida analógica
Controlador
(4-20mA): caudal de
la MONOVAR®
Salida análoga de la posición
de la válvula (4-20mA)
Entrada de valor
externo
(4-20mA):
Entrada del valor
analógico de presión
(4-20mA)
Actuador eléctrico
(7) Placa o caja
de montaje
Válvula MONOVAR®
Flujo
Entrada analógica de la entrada
del transmisor de valores (4-20mA)
Dimensión
Aguas arriba
(6) Regletas de bornes
Aguas abajo
Transmisor de presión de aguas abajo
Transmisor de presión
de aguas arriba
Transmisor de
la presión diferencial *
* Para los detalles para la instalación apropiada del transmisor de presión, sírvase consultar con el suministrador.
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