Como dimensionar una válvula de control?. Pasos simples y eficaces

31 Mayo 2010

 

Escoger una válvula de control para una aplicación en particular solía ser por lo general algo sencillo. Usualmente se consideraba solamente un tipo de válvula (de desplazamiento del vastago) para cualquier aplicación. Cada fabricante ofrecía un producto adecuado para una tarea y la selección dependía de aspectos obvios tales como costo, entrega, relaciones con el proveedor y preferencias del usuario.

 

 

Hoy en día las consideraciones se han complicado especialmente para los ingenieros o técnicos con limitada experiencia o para aquellos que no se han mantenido actualizados acerca del desarrollo dé las válvulas de control.

 

Para muchas aplicaciones, se dispone de una diversidad de válvulas de bola, de desplazamiento de vastago y de mariposa. Algunas son mencionadas como "universales" para casi cualquier tamaño y servicio, mientras que otras son consideradas como de solución óptima para necesidades especiales. Como en todas las decisiones, la selección de una válvula involucra una serie de variables. Una lista de las mismas debería incluir:

 

• Rango de presión de trabajo y presiones límites ¡del cuerpo

• Tamaño y capacidad de flujo

• Características de flujo y rangeabilidad

• Límites de temperatura

• Factores ambientales como corrosión y abrasión

• Materiales del cuerpo

• Caída de presión en la válvula

• Tipo de conexiones mecánicas

• Costo del ciclo de vida

• Tipo de actuador

• Accesorios requeridos

 

De todos estos aspectos nos vamos a referir a1 dos en particular para propósitos de definición del manejo de fluido por parte de la válvula, su capacidad    y    su    rangeabilidad.    Luego    veremos    un    ejemplo    de dimensionamiento de válvulas que involucra el cálculo del Cv de la misma.

 

Figura representativa del Dimensionamiento de Válvulas (Cortesía Chemical & Process Technology)

 

 

 

CAPACIDAD DE UNA VÁLVULA

 

Los fabricantes han adoptado un término para indicar las capacidades de variación del flujo en las válvulas de control. Para este propósito se define el coeficiente Cv:

 

Cv = Q / [(∆P/G)^1/2]

 

Donde:

 

• Q es el flujo volumétrico a través de la válvula (caudal) en galones por minutos

• ∆P  es  la  caída  de  presión   a  través de  la  válvula   en  psi (incluyendo las pérdidas en la entrada y la salida)

• G es la gravedad específica del fluido.

 

Dicho de otro modo, es el número de galones por minuto de agua a temperatura ambiente que pasará a través de una restricción con una caída de presión de 1 psí; por ejemplo, una válvula de control en la que al estar completamente abierta circulan 25 gpm de agua con una caída de presión de 1 psi, tiene un coeficiente máximo de 25. El flujo se obtiene similarmente a varios incrementos de apertura de válvula y por lo tanto se halla así el Cv para casa incremento. Se logra así la "curva característica" de la válvula.

 

 

RANGEABILIDAD DE UNA VÁLVULA

 

Se define como la relación del flujo máximo y el mínimo que puede manejar una válvula. La rangeabilidad de las válvulas varia dependiendo del tipo de cuerpo de válvula usado. Por ejemplo, la rangeabilidad de las válvulas de globo varía entre 30:1 a 50:1, por lo general. A lo anterior se le denomina rangeabilidad inherente. Tan importante como esta última, es la rangeabilidad instalada u operativa. Esta se define como la relación entre rangeabilidad y caída de presión:

 

Ro = (q1 / q2)[(∆P1/∆P2)^1/2]

 

En donde:

 

• q1 es el flujo inicial

• q2es el flujo final

• ∆P1 es la caída de presión a través de la válvula

• ∆P2 es la caída de presión final

 

 

CORRECCIÓN DE VISCOSIDAD

 

Lo anterior es válido para fluidos no viscosos. En los casos infrecuentes de fluidos con alta viscosidad, se debe hacer un ajuste al cálculo de la caída de presión a través de la válvula (AP). El procedimiento es el siguiente:

 

•   Se calcula el número de Reynolds (R)

 

R = [(3160)(GPM)]/[(D)(Centistokes)]

 

•   Si R es mayor 2000, entonces se deben hacer las correcciones a AP, consideradas en la tabla siguiente:

 

Centistokes

Factor de corrección

2

1,14

5

1,40

10

1,70

30

2,06

50

2,68

70

3,06

100

3,50

 

Tabla 1 Factor de corrección por Viscosidad

 

En el siguiente artículo,  desarrollaremos paso a paso un ejemplo de dimensionamiento de una válvula.

José Carlos Villajulca

Soy un apasionado ingeniero especializado en Control, Automatizacion e Instrumentación Industrial. Con mas 8 años de experiencia desarrollando proyectos y manteniendo sistemas de control en diversas plantas industriales. Soy director y webmaster de InstrumentacionyControl.NET y de MyAutomationClass.com. Cualquier consulta o comentario lo puedes hacer en la parte de abajo y escribiendo a mi email.

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