caida de presion en valvulas de control

INECOServicios Educacionales

CAIDAS DE PRESION REALISTA ENLAS VALVULAS DE CONTROL

Por J.R. Connell, Instituto de Tecnologa de Alberta del Norte

Chemical Engineering/ September 28, 1987

Traduccin: Word ServiceRevisin y Edicin: INECO, Servicios Educacionales, Abril 2001


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En el presente documento se presenta un mtodo para determinar lacada ptima de presin de la vlvula de control una cada de presinsuficiente para garantizar un control automtico sin malgastar energa.

Incluso en los departamentos de ingeniera ms amigables, uno de los temas mspolmicos es el relacionado con la cantidad de cada de presin que debera serasignado a las vlvulas de control. Generalmente ocurre una confrontacin entre losdiseadores de procesos quienes se dan cuenta que la cada de presin consumeenerga y que, por lo tanto, debe ser minimizada y los ingenieros de instrumentacinquienes saben que es la cada de presin la que proporciona la fuerza impulsora quemueve el fluido a travs de la vlvula de control y que mientras mayor es la cada depresin, mayor ser la capacidad que tendr el controlador de influir en el proceso ycambiar el valor de la variable controlada.

En extremo, si la cada de presin en la vlvula de control fuera igual a cero, elcontrolador tendra cero capacidad para cambiar el valor de la variable controlada y, porlo tanto, no tendra efecto. Es muy curioso que, a pesar de la importancia obvia de esteaspecto del control del proceso automtico, se haya publicado tan poca literatura en laforma de pautas especficas para determinar la cantidad apropiada de la cada depresin de la vlvula de control. Entendemos por apropiada aquella cantidad quegarantizar el funcionamiento exitoso del sistema de control, y adems evitar elderroche de energa.

LO QUE DICE LA LITERATURA

El manual de vlvulas de control de uno de los fabricantes lderes de vlvulas nisiquiera trata la manera de establecer la cada de presin de la vlvula de control. Elmanual de otro fabricante sugiere que la vlvula de control a menudo debe tener untercio de la cada de friccin total en el sistema. Sin embargo, el manual tambin sealaque bajo ciertas circunstancias un 25% podra ser satisfactorio o posiblemente inclusoun 10% podra ser una cantidad apropiada.

Una frase que aparece en el vol. 2 del Manual de Ingenieros de Instrumentacin,ed. revisada, pgina 412, afirma que la cantidad de cada de presin de la vlvula decontrol que debiera ser asignada especficamente para el control no es cero (0%). Laconsecuencia de esto es que los diseadores de proceso, como es su costumbrecaritativa, pueden estar dependiendo de ello para disear lo mejor dentro del sistemaen forma de cada excesiva de presin. Esto mejor terminar en la vlvula de control yproporcionar todo lo que es necesario para el control automtico.

Discutir sobre los porcentajes escogidos arbitrariamente de la cada de presindel sistema que debieran ser dados a una vlvula de control es, a lo ms, una prdidade tiempo ya que no existen fundamentos reales de ingeniera para los nmeros de losporcentajes. Lo que se necesita es un mtodo basado en principios crebles y slidos.En este documento presentamos un mtodo para determinar la cada ptima de presin


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de la vlvula de control, equilibrando la necesidad de proporcionar una cada suficientede presin para lograr control con la necesidad de conservar la energa.

CALCULANDO LA CADA DE PRESIN DE LA VLVULA DE CONTROL

En la Fig. 1 se muestra una situacin tpica. Usaremos este diagrama no slopara identificar el problema sino que para establecer algunas verdades bsicas y definiralgunos trminos.

Figura 1 Ejemplo de circuito de carga - fraccionador:Cunta presin necesita la vlvula de control?

Supongamos que un ingeniero de diseo de procesos est trabajando en la cargade circuito para una corriente de alimentacin de hidrocarburo que primero pasa a travsde algunos intercambiadores, despus por un calentador de llama directa y por ltimotermina en un fraccionador. El fraccionador funciona a 20 psig y son necesarios 15 psigpara elevar el lquido desde la rasante hasta la boquilla de alimentacin. En lo que seconsidera ser el caudal del diseo en este circuito (llamaremos a este medida decaudal Qd), habr 32 psi de cada de presin en los intercambiadores, 60 psi en elcalentador de llama directa y 30 psi en la tubera. Ya que la intencin es tener estacorriente en el control de flujo, tambin habr una cada de 2 psi en el de orificio demedicin.

Calentadorde

encendido

Bomba de carga

Cada de tubera = 30 psi

Precalentadores

Carga

Fraccionador


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La cada de presin de la tubera y todas las partes del equipo de procesos en elsistema, incluyendo el orificio, la llamaremos cada de presin de friccin y ladesignaremos con la letra F. En este ejemplo, F = 124 psi. Habiendo alcanzado estepunto en el desarrollo del diseo, el ingeniero de diseo ahora se acercar al ingenierode instrumentos para plantearle la pregunta Cunta cada de presin se requierepara la vlvula de control? Una vez que se haya establecido esta cifra, el ingeniero dediseo puede completar el equilibrio de presin, determinar cunta presin es necesariaal comienzo del circuito y esbozar las especificaciones para una bomba adecuada.

Para responder a esta pregunta, el ingeniero de instrumentos recurre a la reglapopular que dice que un tercio de la cada del sistema debera ocurrir en la vlvula decontrol. Esto pondra a la cada de presin de la vlvula de control en la mitad de F o 62psi. El ingeniero de diseo toma este nmero, calcula que la presin de descarga de labomba debe ser de 221 psi y dice:

No puede ser de otra forma. Esto exigira una bomba grande, con un motor msgrande, que consumira demasiada energa. Por qu tiene que ser tan alta la cada depresin en la vlvula?

Esto a menudo pone al ingeniero de instrumentos a la defensiva. La respuestapuede ser, Cunta cada de presin se puede permitir? La respuesta del diseador deprocesos es: Y 10 psi? El ingeniero de instrumentos sabe por intuicin que el sistemade control no puede funcionar sobre cualquier rango significativo si la vlvula de controltiene solamente 10 psi, pero l o ella no tiene un argumento slido para aprobar elpunto. Finalmente, los dos se conforman con 25 psi y el ingeniero de instrumentos setoma un caf y espera lo mejor. Seguramente, tiene que existir una mejor manera detomar decisiones en este tema.

La cada de presin de friccin, F, ha sido definida como la cada de presin alcaudal de diseo Qd, por el equipo de proceso y la tubera. Hay que tener en mente queF debe cambiar si Qd cambia. Note tambin que este sistema, como la mayora,comienza y termina en dos puntos de presin relativamente constantes. Llamemos a laspresiones de inicio y de trmino para el sistema Ps y Pe. En la Fig. 1, Pe es la presin delfraccionador ms la carga esttica, es decir, 35 psig. Ps ser la presin de descarga dela bomba que sera 184 psig si a la vlvula de control se le asignara una cada depresin de 25 psi. La frase presin relativamente constante significa que las presionesPs y Pe no cambian ningn grado importante cuando el caudal en el sistema cambia. Ladiferencia entre Ps y Pe proporciona la fuerza impulsora para mover el fluido a travs detodo el sistema. La ecuacin de equilibrio de presin es:

Ps = Pe + F + P (1)

donde P es la cada de presin de la vlvula de control. Si volvemos a ordenar laecuacin, tenemos:


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P = (Ps Pe) F (2)

Debemos notar con mucha atencin lo que nos est indicando la Ecuacin. (2). Una delas preguntas ms exasperantes que los diseadores de procesos pueden plantear a losingenieros de instrumentos es, Por qu no instala una vlvula de control ms grande ytoma una cada menor de presin? Esta es una trampa de principio a fin y losingenieros de instrumentos se las deben a ellos mismos para saber de qu maneraevitar ser arrastrados hacia ella. La respuesta es obvia a partir de la Ecuacin (2). Lacada de presin en la vlvula de control slo puede ser lo que resta de la cada depresin de todo el sistema despus de que se haya deducido la cada de presin defriccin.

Supongamos que en el ejemplo de la Fig. 1, el tamao de la vlvula de controlresult ser de 2, con un P de 25 psi asignado. Entonces, saquemos la vlvula decontrol de 2 y pongamos una de 3. Cambiara la cada de presin en la vlvula decontrol?. Ciertamente no. La cada de presin de la vlvula de control debe ser elresultado que se obtiene de (Ps Pe) despus de que se haya deducido F por lo tanto,todava son 25 psi. La vlvula de control de 3. se cerrar mucho ms que la de 2, perola cada de presin al caudal de Qd an sera 25 psi. Pongamos una vlvula de controlde 4 y P an sera 25 psi para el caudal de diseo Qd, y la vlvula de 4 se cerrarmucho ms.

El resultado final es que la cada de presin de la vlvula de control no tiene nadaque ver con el tamao de la vlvula. Es determinada solamente por el equilibrio depresin, Ecuacin (2). Punto!

La Fig. 1 revela un concepto an mucho ms importante. Supongamos que paralos propsitos de funcionamiento, a veces, es necesario aumentar el caudal a un valorde Qd + 10%. Ya que la cada de presin vara con que el cuadrado del caudal, si elcaudal aumenta a 110% de Qd, la cada de presin de friccin aumentar a un 121% deF o 150 psi. Este es un aumento de (150-124) o 26 psi. De dnde van a venir estos 26psi adicionales? Ya que Ps y Pe no cambian significativamente con la medida delcaudal, los 26 psi adicionales no estn conformados por ningn aumento en la cada depresin en todo sistema. La respuesta inevitable es que tienen que venir de la vlvulade control.

LA VLVULA DE CONTROL COMO UN BANCO DE CADA DEPRESIN

As se desarrolla el importante concepto de la vlvula de control como unbanco de cada de presin. Es un banco sobre el cual los dispositivos que conformanla cada de friccin se mueven para obtener ms cada de presin cuando es necesarioaumentar el caudal en el sistema. Tambin seala la direccin que debe tomar losclculos de ingeniera de cada de presin en la vlvula de control. Note que la palabraes Clculos de la Ingeniera.


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El principio subyacente es que, en la etapa de diseo, la vlvula de control debeser provista de suficiente cada de presin de modo que cuando el caudal aumentehasta el mximo previsto, la vlvula de control puede dar la cada de presin adicionalexigida por la cada de friccin y an as tener la cada de presin mnima restante quepermitir que el controlador automtico mantenga bajo control la variable controlada.

En el ejemplo de la Fig. 1, vimos que un aumento en del caudal de 110% de Qdaumentara la cada de friccin F en 26 psi. Esto tendra que venir de la vlvula decontrol. Si se le asignara a la vlvula de control slo 25 psi, entonces el lazo de controlde flujo estara fuera de control a mximo caudal. La vlvula de control se abriracompletamente y la medida del caudal estara determinada por los caprichos delsistema.

Figura 2 Ejemplo calentador de llamadirecta: al modificar los quemadoresaument en forma suficiente la cada depresin disponible de la vlvula depresin

En algunos casos, no habr necesidad de realizar clculos para determinar lacada de presin de la vlvula de control. Un ejemplo es una estacin reductora depresin de vapor. Las presiones de entrada y de salida de la vlvula son las presiones

Cabeza degas

combustible

Calentador deencendido

Vlvula de control tipo jaula

Cada en la tubera = 30 psi


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ms altas y ms bajas de vapor, respectivamente y la cada de presin es su diferencia.Otro ejemplo es un recipiente separador de hidrocarburo/agua desde donde el agua estsiendo vaciada con un control de nivel de interface hacia un desage abierto a laatmsfera. La presin del separador es la presin de entrada de la vlvula y la presindel desage (cero) es la presin de salida de la vlvula. Desafortunadamente, estoscasos simples son la minora.

Por lo general, la cada de presin finalmente asignada a una vlvula de controldebe tomar en cuenta lo siguiente:

1. Cunta cada de presin tendr que dar la vlvula de control a la cada porfriccin del sistema si hay un aumento al caudal desde el valor de diseo Qdhasta el flujo mximo previsto? (Llamemos a esto Qm).

2. Cunto margen se debe calcular para una posible disminucin en la cada depresin del sistema en total (Ps Pe) si hubiera un aumento en el caudal delsistema?

3. Incluso en la posicin de apertura completa, una vlvula de control impondralgo de resistencia al flujo; por lo tanto, crear alguna cada de presin. Estaser una funcin del tipo de vlvula de control utilizada (de tapn, de jaula, debola, de mariposa, etc.).

Lo que ahora necesitamos son mtodos para poner nmeros en cada uno de lostres factores contribuyentes mencionados anteriormente.

Margen para el aumento en la cada de friccin. Para calcular esto, necesitamosconocer la relacin de caudal mxima prevista, Qm , el caudal de diseo, Qd,, o Qm/Qd.Note que los valores reales no necesitan ser especificados, solamente la relacin. Amenudo, el diseador de procesos estar dispuesto a calcular Qm/Qd en base alconocimiento de cmo operar la planta o a los valores lmites superiores de factorescomo niveles de descarga de la bomba. Si el diseador de proceso est dispuesto acomprometerse con cualquier clculo de la relacin Qm/Qd, entonces el ingeniero deinstrumentos tendr que hacer la mejor estimacin en base a qu fluctuacionestransitorias en el caudal se puede esperar a medida que el lazo de control se recupereen su tpica forma cclica despus de una desviacin. Al final de este artculo, se danalgunos valores sugeridos para la relacin Qm/Qd .

A caudal del diseo, Qd, la cada de friccin ser F psi. A caudal mximo, Qm, lacada de friccin ser:

F x (Qm / Qd)2


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Nomenclatura

B Cada de presin base (cada de presin de la vlvula de control con lavlvula en posicin de apertura completa)

F Cada de presin de friccin a caudal de diseoPe Presin final para el sistemaPs Presin inicial para el sistemaP Cada de presin en la vlvula de controlQd Caudal de DiseoQm Caudal mximo previsto

Por consiguiente, el aumento en la cada de presin ser:

F x (Qm / Qd)2 F, [(Qm / Qd)2 - 1] x F

El valor de F, como lo determinan los ingenieros de diseo de procesos, es realmenteslo un buen clculo. Esta vez, la planta existir slo en papel y no ser posible obtenerun valor exacto en las longitudes de la tubera, los nmeros y tipos de piezas deconexin, velocidad y propiedades fsicas del fluido. Por lo tanto, probablemente seaprudente aplicar un pequeo factor de seguridad 10%, al clculo anterior. Comoresultado, el margen para el aumento en la cada por friccin ser:

1,1 x [(Qm / Qd)2 - 1] x F (3)

Margen para una posible disminucin en la cada de presin de todo el sistema.Una cifra razonable, considerando que se supone que Ps y Pe sern puntos de presinrelativamente constantes en el sistema, sera un 10% de (Ps - Pe). Sin embargo, si seusa esta cifra, resultar prctico en algunos casos pero no en otros.

Consideremos la situacin en la que el fluido est fluyendo a travs de unavlvula de control desde un recipiente que opera a 300 psig. a un segundo recipienteque opera a 250 psig. La cada de presin del sistema total sera 50 psi. Si el margende error para la prdida de la fuerza impulsora del sistema fuera el 10% de este valor(que es 5 psi), ser obvio que la presin en cualquiera de los recipientes solamentetendra que cambiar 2% para que el margen de error sea eliminado. As, este margende error debe tomar en cuenta no slo la cada de presin del sistema (Ps - Pe) sino quetambin el nivel de presin en el que opera el sistema.

La solucin es usar la presin final del sistema, Ps, como un indicador del nivel depresin en el sistema total y dividir el 10% del margen en partes iguales (5% y 5%) entrela cada de presin del sistema (Ps - Pe) y el nivel de presin del sistema (Pe). Por lotanto, el margen (Punto 2) ser:


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0,05 x (Ps - Pe) + 0,05 x Pe (4)

Esta expresin se simplifica a: 0,05 Ps

Margen para la vlvula de control en s. Incluso en su posicin de aperturacompleta, la vlvula de control pondr algo de resistencia al flujo y requerir una cadade presin base. El valor variar con el diseo de la vlvula de control utilizada yprobablemente con la aplicacin. Esta parte del margen de la cada de presin de lavlvula de control ser identificada con la letra B, para la cada de presin base. Altrabajar con velocidades promedio de la lnea y asumiendo que en la mayora de loscasos la vlvula de control ser un tamao ms pequeo que la lnea y al promediar losvalores calculados de B sobre un rango de tamaos de las vlvulas, se ha llegado a lossiguientes valores de B los cuales se recomiendan:

Tipo de vlvula de control B, psiTapn nico 11Tapn doble 7Vlvula de jaula(desbalanceada)

4

Vlvula de jaula (balanceada) 4Mariposa 0,2Vlvula de bola 1

Tomemos en cuenta los mrgenes de error de la cada de presin que debe serdiseados en la vlvula de control para los tres siguientes ejemplos, la cada de presinde la vlvula de control requerida adicional es por lo tanto:

P requerido = 0.05 Ps + 1.1 [(Qm / Qd)2 - 1] F + B (5)

EJEMPLO DE CALENTADOR DE LLAMA DIRECTA.

Ver algunos ejemplos puede ayudar a clarificar cualquier escepticismo. La Fig. 2muestra una vlvula de control de temperatura en la lnea de gas combustible hacia uncalentador de llama directa. El sistema claramente comienza en el cabezal de gascombustible, donde la presin es de 35 psig; pero dnde termina el sistema? Aprimera vista, parece terminar en la entrada hacia los quemadores de gas. Sin embargo,el requerimiento tanto para el punto de inicio como de trmino del sistema es que seanpuntos en los cuales la presin permanezca relativamente constante a pesar de loscambios en el caudal. Esto no se aplicara a la entrada del quemador porque aqu lapresin vara considerablemente con los cambios en el volumen de gas quemado. Eltrmino real de este sistema est en el interior donde la presin es 0 psig.


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La cada de presin a F en Qd ocurrir en la placa de orificio (1 psi), en la tubera(2 psi) y en el quemador (18 psi). As, F = 21 psi. La cada de presin disponible escalculada a partir de la Ecuacin (2):

P disponible = (Ps - Pe) F P = 35-0-21 = 14 psi.

La cada de presin requerida para ajustarse a la relacin Qm/ Qd de 1,4 que ha sidoespecificada se calcula a partir de la Ecuacin (5). El valor de B para una vlvula decontrol de jaula es de 4 psi. Por lo tanto:

P requerido = 0,05 x 35 + 1,1 x (1,42 1) x 21 + 4 = 28 psi.

Estos dos clculos muestran que se necesitan 28 psi para la vlvula de control,pero hay slo 14 psi disponibles. Adems, el valor requerido, 28 psi, no se determin apartir de algn porcentaje de una bola de cristal de la cada del sistema total. Se basen los cambios en la cada de presin que las leyes de la naturaleza exigen.

As, el ingeniero de instrumentos por ltimo tiene una respuesta a la pregunta,Qu ocurre si no le podemos dar 28 psi? La respuesta es, A menos que la vlvulade control tenga una cada de presin de 28 psi al caudal de diseo Qd, no ser posibleaumentar el flujo en ningn punto cercano a 1,4 x Qd (= Qm) antes de que la vlvula desea completamente despojada de su presin de cada y el lazo de control detemperatura est fuera de control.

Este ejemplo proviene de un caso real en una refinera de petrleo. La ingenierade la cada de presin requerida de la vlvula de control, usando la Ecuacin (5) no slopone la comparacin de la cada de presin requerida versus la disponible en una baseslida sino que tambin proporciona un beneficio secundario valioso. Si el requerimientopara la cada de presin resulta ser mucho mayor de lo que realmente est disponible,como en este caso, una examinacin de los nmeros que se utilizaron en la Ecuacin (5)mostrar a veces qu tem est creando la necesidad de mucho ms P. En este casoen particular, el factor importante es la cada de presin de 18 psi en los quemadores degas.


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Cuando esto se hizo evidente en la etapa de diseo, se le pregunt al ingenieroen combustin si la presin de encendido podra ser disminuida sin afectardesfavorablemente el rendimiento del quemador. Su opinin fue que las copas podranser ensanchadas algunas milsimas, que an podra producir una eficiencia aceptabledel quemador, pero disminuira la presin de encendido a 10 psi. En este nuevo valor, Fllega a ser 13 psi. Luego:

P disponible = 35 0 13 = 22 psiP requerido = 0,05 x 35 + 1,1 x (1,42 1) x 13 + 4

= 19,5 psi

Al hacer esta modificacin a los quemadores, la cada de presin disponible de lavlvula de control fue aumentada hasta el punto donde la vlvula de control detemperatura an tena suficiente cada de presin para mantener el lazo de temperaturabajo control incluso el caudal de gas aumentara a 140% del nivel de diseo.

Acumuladorde destilado

Reflujo 2.Lnea = 16 psi

Bomba dedestilado

Acumulador dedestilado

Reflujo 2Linea=16psi

Bomba dedestilado

Figura 3 Rediseo de una columnade fraccionamiento: aumentar eltamao de la linea de reflujosolucion este problema.

Valvula de Control tipo Jaula


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EJEMPLO DE COLUMNA DE FRACCIONAMIENTO

El ejemplo N 2 (Fig. 3) tiene que ver con el rediseo de una columna defraccionamiento. Los diseadores de procesos no estaban de acuerdo en adquirir unabomba nueva de destilacin, aunque saban que se necesitaban niveles ms altos dereflujo. La pregunta al ingeniero de instrumentos fue la siguiente, tendr la vlvula decontrol suficiente cada de presin?

El sistema en el que se localiz la vlvula de control de reflujo comenzaba en ladescarga de la bomba, donde Ps = 150 psig. El trmino del sistema estaba localizado enla columna de fraccionamiento que estaba previsto que operara a 100 psig, pero senecesitaban 19 psi de carga esttica para elevar el reflujo desde la rasante hasta laboquilla de reflujo. Por lo tanto, Pe era igual a 119 psig. La cada por friccin F era iguala 18 psi; 2 psi fueron aportados por la placa de orificio y el resto por la tubera.

La cada de presin disponible para la vlvula de control a partir de la ecuacin deequilibrio de presin [Ecuacin (2)] fue:

P = (150 119) 18 = 13 psi

Los diseadores ponen el valor ms probable de Qm/ Qd en 1,25.

El clculo de la cada de presin requerida dio:

P requerido = 0,05 x 150 + 1,1 x (1,252 1) x 18 + 4= 22,6 psi

Obviamente no haba suficiente cada de presin para realizar el trabajo. Sinembargo, al examinar los nmeros usados para calcular el P requerido, qued claroque el contribuyente ms importante fue la cada de la tubera, 16 psi. Este pareca unnmero inusualmente grande y a los diseadores de procesos se les pregunt sobreeso. Result que haban tenido dudas por el tamao de la lnea de reflujo , que medaSolamente 2 La pregunta del ingeniero de instrumentos simplemente confirm sussospechas.

Se tom la decisin de aumentar el tamao de la lnea de reflujo a 3 Estodisminuy la cada de presin de la caera a 4 psi y la cada de friccin, F, a 6 psi. Lasegunda ronda de clculos produjeron una cada de presin disponible de 25 psi y unacada de presin requerida de 15,2 psi. Una vez ms, calcular la cada de presinrequerida de la vlvula de control usando este mtodo no slo demostr que la situacincomo estaba no era factible sino que tambin sugiri cmo corregir el problema.


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VOLVER AL PROBLEMA ORIGINAL

Para el ejemplo final, volveremos a la situacin en la Fig. 1. Esta era para unaplanta nueva y la discusin relacionada con la cantidad correcta de cada de presin queser proporcionada a la vlvula de control habra sido ms apropiada para un mercadoprimitivo que para una oficina de ingeniera.

Determinar la cada correcta de presin en este caso es ms complejo, pero slolevemente. La dificultad es que para usar la ecuacin de cada de presin requerida, sedebe conocer Ps. Desafortunadamente, Ps no se puede determinar a partir del equilibriode la presin hasta que se conozca la cada de presin de la vlvula de control.

En este caso, la presin de trmino del sistema, Pe, es establecida en 35 psig. Lacada de friccin en el sistema es de 124 psi (= F). Adems, los diseadores deprocesos estn dispuestos a acordar un valor de Qm = 120% de Qd, por lo tanto Qm/ Qdes 1,2. El tipo ms apropiado de vlvula de control sera una vlvula de jaula, para lacual B = 4 psi.

A partir de la ecuacin de equilibrio de presin [Ecuacin (2)]:

P disponible = Ps 35 124 = Ps 159

A partir de la ecuacin de cada de presin requerida [Ecuacin (5)]:

P requerido = 0,05 x Ps + 1,1 x (1,22 1) x 124 + 4 = 0,05 Ps + 64

Igualar estas dos expresiones para la vlvula de control P da como resultadouna presin de inicio del sistema, Ps, de 235 psig y una cada de presin de la vlvula decontrol de 76 psi.

Note que este nmero es incluso mayor que la cada de presin al cual podrahaberse llegado asignando un tercio de la cada de presin del sistema la vlvula decontrol. Sin embargo, 76 psi es la cada de presin que debe ocurrir en la vlvula decontrol al caudal de diseo para este sistema, si fuera posible aumentar el caudal por lacantidad especificada, 20%.

Recuerde que una cada de presin de 25 psi fue la mejor oferta del ingeniero dediseo y fue aceptada por el ingeniero de instrumentos frente a una mejor opinin. Si 25psi fueran realmente elegidos, entonces Ps se transforma en 184 psig. Usando estosdos nmeros en la ecuacin de cada de presin requerida, el valor de Qm/ Qd puede sercalculado nuevamente. Esto da como resultado 1,04! En otras palabras, con una cadade presin de 25 psi a caudal de diseo, el caudal del sistema podra aumentarsesolamente 4% antes de que la vlvula de control se abriera completamente por una faltade cada de presin y el lazo de control estara fuera de control.


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ATANDO LOS CABOS SUELTOS

Esto completa esencialmente la descripcin del mtodo, pero tendremos quepreocuparnos de algunos cabos sueltos.

Primero, los diseadores de procesos normalmente calcularn el valor de la cadade presin de friccin, F, en la medida del caudal Qd. Sin embargo, ocasionalmentecalcularn F en Qm. Esto a menudo no ocurre, pero sucede lo suficientemente quesiempre se debera verificar con los diseadores para verificar la medida del caudal en laque se calcul F. Si se calcul en Qm, debe ser reducido por el factor (Qd / Qm)2.

Segundo, si no se puede obtener compromiso del diseador de procesos respectode la relacin Qm/ Qd , entonces los valores sugeridos para calcular la cada de presinrequerida de la vlvula de control son 1,1 para vlvulas de control de flujo y 1,25 paravlvulas de control de temperatura, presin y nivel. Estos nmeros se basansimplemente en fluctuaciones transitorias previstas de la medida del caudal a medidaque el lazo de control se recupera de una alteracin.

Tercero, si se usa el mtodo que se describe en este documento para la cada depresin requerida y el tamao de la vlvula de control resulta ser el tamao de la lnea,no es causa de preocupacin. Podra ser una indicacin de que la tubera est chica,pero el lazo de control podr hacer el trabajo que de l se espera.

Por ltimo, la Ecuacin (5) para calcular la cada de presin requerida de lavlvula de control trabajar igualmente bien si los nmeros insertados estn todos en psio en kPa.

Roy V. Hughson, Editor

SOBRE EL AUTOR

J.R. (Bob) Conell es instructor del Programa de Tecnologa de Ingeniera deInstrumentacin en el Instituto de Tecnologa de Alberta del Norte en Edmont. Sucarrera la ha enfocado exclusivamente a la ingeniera de control e instrumentacin deprocesos, incluyendo tres aos en Taylor Instrument Co., 23 aos en Imperial Oil Limitedy 10 aos en Syncrude Canada Limited. A fines de 1982 dej su puesto de supervisorde ingeniera y desde esa poca ha sido instructor a tiempo completo. Tiene un gradoen Fisca de Ingeniera en la Universidad de Toronto, es miembro de Alberta Assn. ofProfessional Engineers, Geophysicists and Geologists y como Fellow Member of theInstrument Soc. of America.

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