VÁLVULAS

Serie 5
VÁLVULAS
Función de Transferencia
X(s)
salida del
controlador
VÁLVULA
GV (s) = Y(s) / X(s)
Y(s)
variable
manipulada
Actuadores a diafragma
Acción directa: al aumentar la
presión de aire, el diafragma baja,
extendiendo el vástago.
Acción reversa: al aumentar la
presión de aire, el diafragma sube,
retrayendo el vástago.
El aumento de presión puede
hacer que la válvula abra (CAA /
FC) o cierre (CAC / FO),
dependiendo de las características
constructivas.
CAA: Con aire abre
CAC: Con aire cierra
FC: Cierra ante falla
FO: Abre ante falla
Acción directa
Acción reversa
Posicionador
El posicionador recibe una señal y la convierte en un valor de posición de la válvula,
entregando al actuador la señal requerida para la apertura correcta de la válvula.
Cv = Coeficiente de flujo = gal/min de agua a 15°C que circulan
por la válvula para una caída de presión de 1 psi.
Apertura rápida
Lineal
Igual porcentaje
CARACTERÍSTICA INHERENTE
CARACTERÍSTICA INHERENTE LINEAL
Es aquella donde un incremento en la posición del vástago
(apertura de la válvula) produce un cambio en el caudal, que es
proporcional a la posición del vástago y no depende del caudal.
x = Apertura
F = Caudal de operación
Fmáx = Caudal para 100% de apertura
Definimos:
Modelo:
F
F* =
Fmáx
dF *
=k
dx *
xmáx = Apertura máxima
y
Integrando
x* =
x
xmáx
F * = k .x *
CARACTERÍSTICA INHERENTE IGUAL %
Es aquella donde un incremento en la posición del vástago
(apertura de la válvula) produce un cambio en el caudal, que es
proporcional a la posición del vástago y a la variación del caudal.
dF *
= kF *
dx *
ln (F * k1 ) = kx *
k1 = cte.
Los fabricantes hacen variar k1. Graficando x* vs. ln(F*), se ve que
para apertura 0, el caudal puede no ser 0. Esto está relacionado con la
Rangeability, que es la relación entre el máximo caudal controlable
y el mínimo caudal controlable, para una caída de presión constante.
CARACTERÍSTICA INHERENTE PARABÓLICA
Es aquella donde un incremento en la posición del vástago
(apertura de la válvula) es proporcional al incremento de caudal
e inversamente proporcional a la posición del vástago.
dF *
= kx *
dx *
2
x*
F* = k
2
Para bajos valores de apertura tenemos ganancias altas y para altos
valores de apertura tenemos ganancias bajas y bajan los % de caudal,
al igual que en las válvulas de igual porcentaje.
CARACTERÍSTICA INHERENTE APERTURA RÁPIDA
Es aquella donde un incremento en la posición del vástago (apertura
de la válvula), produce un cambio en el caudal, que es proporcional a
la posición del vástago e inversamente proporcional al caudal.
dF *
k
=
dx * F *
0.5
F * = kx *
El exponencial puede variar levemente, generando una familia de
curvas.
CARACTERÍSTICA EFECTIVA
Es la que corresponde a la válvula cuando está instalada.
Cuando el caudal aumenta, para una pérdida de carga total
constante, la pérdida de carga en la válvula empieza a disminuir
porque aumenta la pérdida de carga en los equipos de proceso y en
las cañerías.
La pérdida de carga en la válvula es un factor primordial para
efectuar el diseño. Las válvulas se diseñan con una pérdida de carga
de 50% a 70% de la pérdida de carga total. La pérdida de carga de
la válvula nunca puede ser menor que 25% de la pérdida de carga
total, desde el punto de vista del control.
Válvula y línea en serie
FT = CE * √ ∆PT
∆PT = ∆PV + ∆PL
FV = CV * √ ∆PV
FT = FV = FL
1
1
1
=
+
2
2
2
(CE ) (CV ) (CL )
FL = CL * √ ∆PL
Válvula y línea en paralelo
FT = CE * √ ∆PT
∆PT = ∆PV = ∆PL
FV = CV * √ ∆PV
FT = FV + FL
C E = CV + C L
FL = CL * √ ∆PL
Bomba
Caída en válvula ∆PV
∆PV
Carga de fricción
∆PL1 + ∆PL2
Carga de presión
PS + PD
Carga de altura
h1 –h2
¼
½
¾
Caudal
Máx
Carga total de bomba
∆PV
Carga estática
∆PV
Carga dinámica
Presión
Línea
Bomba
Línea
α mide la influencia de la instalación en la característica de flujo de la válvula.
Si α = 1, toda la pérdida de carga está en la válvula.
A medida que α disminuye, aumenta la influencia de la línea.
La característica de flujo instalada permite determinar la ganancia de la válvula, que como se
ve en los gráficos puede tener grandes cambios, dependiendo del punto particular de trabajo.
Debe elegirse la característica que asegure una ganancia global de lazo lo más constante en el
rango de trabajo. Así, el margen de estabilidad será lo más constante dentro de ese rango.
SELECCIÓN DE VÁLVULAS DE CONTROL
1.- Determinar condiciones de servicio (P, Q, T, fluido, etc.).
2.- Calcular Cv requerido (preliminar). Analizar niveles de ruido y cavitación.
3.- Seleccionar tipo de conjunto de componentes internos (trim).
4.- Seleccionar cuerpo de válvula y tamaño del trim.
5.- Seleccionar materiales del trim.