UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DEL TACHIRA Instrumentación Industrial Profesor: Cesar Contreras Actuadores: Válvulas de Control

actuadores Eléctricos Relés Solenoides Motores CC Motores AC Motores paso a paso Hidráulicos o neumáticos Válvulas neumáticas Válvulas de solenoide Cilindros y válvulas piloto

Especificaciones de válvulas

Para especificar una válvula de control es necesario definir lo siguiente: Cuerpo e Internos : Indicando el tipo de material que se fija de acuerdo al tipo de servicio que debe prestar. Indicar el diámetro que está relacionado con la capacidad, lo que se denomina dimensionamiento. Actuador: Una vez conocidos los detalles del cuerpo se debe elegir el tipo de motor, neumático de cabezal o pistón, eléctrico y la acción ante falla y el tamaño. Accesorios: Elementos adicionales como transductores I/P o V/P, volante para accionamiento manual, posicionador, etc. Especificaciones de válvulas

tipo de cuerpo de válvulas Alto costo en relación al Cv. Aplicaciones limitadas a fluidos con partículas en suspensión. Diámetros hasta 24. Disponible en modelo simple y doble asiento. Rangeabilidad 35:1 a 50:1 Amplia disponibilidad de características de flujo. Buena disponibilidad para grandes diametros. Bajo costo en la versión estándar Bajo costo en relación a Cv. Característica igual porcentaje salvo diseños especiales del plato Susceptible a cavitación y ruido. Baja perdida de carga. Diámetro hasta 150 El cierre hermético requiere de recubrimientos especiales.

Características igual porcentual salvo que el obturador tenga una sección especial. Apta para el manejo de suspensiones muy viscosas o con fibra y sólidos Requiere motores de gran tamaño Precisan de posicionadores Deben ser extraídas de la línea para mantenimiento. Rangeabilidad típica de 50:1 Ampliamente usadas para l manejo de fluidos corrosivos o erosivos Construcción simple Cierre hermético y las partes móviles no tienen contacto con el fluido Limitado rango para presiones y temperaturas de trabajo Rangeabilidad entre 3:1 a 15:1 tipo de cuerpo de válvulas

Dimensionamiento de válvulas de control Consiste en la determinación del tamaño de la válvula que viene dado por su diámetro, por razones económicas hay que tratar que este dispositivo tenga el menor diámetro y por lo tanto el menor costo. El método mas aceptado es el Cv. El Cv coeficiente de flujo de la válvula, depende del tipo, diámetro y grado de apertura. Las formulas básicas para el calculo de Cv son:

Dimensionamiento de válvulas de control Por definición, el CV es el caudal de agua a 60 ºF en gal/min que pasa a través de la válvula ensayada completamente abierta y provoca una pérdida de carga de 1 psi. Mientras que, por definición, el KV es el caudal de agua a 15 ºC en m3/h que pasa a través de la válvula ensayada completamente abierta y provoca una pérdida de carga de 1 kg/cm2. La RANGEABILITY es el cociente entre los caudales máximo y mínimo que deja pasar una válvula cumpliendo con su curva característica. RL = RH. (  ) ½  =  Pmín /  Pmáx Antes tres conceptos Las formulas básicas para el calculo de Cv son:

Dimensionamiento de válvulas de control Caudal. Para líquidos en (gal/min), para vapor en (lib/h) para gases (ft3/seg) estándar (60ºF y 14,7 Psia) Pérdida de carga en la válvula en (Psi) Presión aguas arriba (Psia) Presión aguas abajo (Psia) Densidad relativa del líquido respecto al agua a 60 ºF Recalentamiento del vapor respecto de las condiciones de saturación (ºF). Vale cero para vapor saturado. Densidad relativa del gas respecto al aire 60 ºF y 14.7 Psia Temperatura del gas a la entrada a la válvula LíquidosVapor de agua Gases

Clasificación de los actuadores A diafragma y resorte: es el más empleado, la señal neumática desarrolla una fuerza sobre la superficie del diafragma, a dicha fuerza se le opone otra proveniente de un resorte, la ecuación de equilibrio está dada por: Actuador sin resorte: útil para fuerzas de empuje elevadas, como característica distintiva siempre necesita de posicionador. Contrarresta fuerzas de empuje entre 3 a 10 veces más que su equivalente a diafragma y resorte. Actuador a pistón: igualmente útil para contrarrestar elevadas fuerzas de empuje, consiste en: Si la presión a la entrada aumenta, el fuelle se mueve hacia la derecha y empuja el vástago piloto hacia arriba, lo que permite que entre aire a la parte superior del cilindro y que la parte inferior se conecte a la atmósfera. Ello hace que el vástago de fuerza baje, lo que lleva que el sistema de palanca solidario a él se oponga al resorte mediante a un mayor despliegue del fuelle, llegando a una nueva posición de equilibrio.

Clasificación de los actuadores Actuadores hidráulicos: similar al anterior, aquí la parte de señal es neumática que controla a la parte de fuerza que es hidráulica (cilindro-pistón), por lo que se necesita de una bomba que provea aceite a presión con una cañería de suministro y otra de retorno. Actuadores a motor: como su nombre lo indica, el desplazamiento (o rotación) del vástago se realiza mediante un motor que puede ser neumático o eléctrico.

Clasificación de los actuadores Válvula con Actuadores de diafragma. Válvula con Actuadores de pistón

Curvas características

Luego de la vena contracta, el líquido comienza a disminuir su velocidad y a aumentar la presión. Cuando dicha recuperación es menor que la presión de vapor PV del líquido en cuestión, parte de él comienza a vaporizarse (flashing), lo que tiende a provocar serios daños en el obturador y en el asiento por el efectos de erosión. Entrada a la Válvula Salida de la Válvula Presión Distancia Efectos y criterios de vaporización

Presión Distancia Entrada a la Válvula Salida de la Válvula Condición de vaporización P 2 <P v Además del daño físico, la vaporización instantánea tiende a hacer disminuir el Q dado que las burbujas entorpecen el paso del líquido y pueden llegar incluso a bloquearlo (choked flow). Por lo que un aumento de  P no se verá correspondido con un aumento de caudal. Efectos y criterios de vaporización

No se cumple la expresión fundamental empleada para el cálculo del C V : El criterio anti-FLASHING consiste en determinar  P permitida: Si entonces P V : presión de vapor del líquido en psi. P C : presión crítica del líquido en psi. C f : factor de flujo crítico, es un dato de válvula. Efectos y criterios de vaporización

Efectos y criterios de cavitación Si la recuperación de la presión es suficiente para elevarse por encima de la presión de vapor del líquido, entonces las burbujas empiezan a implotar, y se produce el fenómeno de la cavitación. Presión Distancia Entrada a la Válvula Salida de la Válvula Condición de Cavitación P 2 P v

Efectos y criterios de cavitación La energía liberada en la implosión (pueden llegarse a producir presiones localizadas alrededor de la implosión del orden de las atm.) va carcomiendo las paredes internas de la válvula, y puede escucharse por los internos de la válvula un sonido como si fluyera arena cuando la cavitación es incipiente y un sonido a piedras rodando cuando la cavitación es severa. La cavitación puede también obstruir el caudal (choked flow) y es causante de severos daños a los internos.

Empíricamente se ha demostrado que en las válvulas con baja recuperación, el bloqueo por flashing y cavitación se presenta aproximadamente al mismo  P y por lo tanto la ecuación: Efectos y criterios de cavitación En cambio para las de alta recuperación (rotatorias), la cavitación puede ocurrir a caídas de presión por debajo del  P PERM. Para éste tipo de válvula, Masoneilan propone: Kc: coeficiente de cavitación incipiente y es dato de tablas suministradas por el fabricante.

Posicionador: Compara la señal del controlador con la apertura real de la válvula (carrera del vástago), si no coinciden transmite una señal eléctrica o neumática al actuador. Filtro manoreductor de aire: Es un regulador de presión con filtro incorporado. Se utiliza para alimentar al posicionador o convertidor neumático. Transmisor de posición: Emite una señal de salida proporcional al recorrido de la válvula. Puede ser neumático o eléctrico. Convertidor electroneumático I/P. Convierte la señal eléctrica en neumática. Interruptor final de carrera: Es utilizado para indicar eléctricamente la posición de la válvula, así como para operar sobre otros elementos como las válvulas de solenoide. accesorios