COMISION FEDERAL DE ELECTRICIDAD

G U I A D E DISENO P A R A L A A P L I C A C I O NDE VALVULAS AUTO-OPERADAS

ESPECIFICACION PROVISIONAL

CFE GVOOO-19

JULIO 1986

MExIco

I ESPEdFICACIONGUIA DE DISE640 PARA LA APLICACION DE VALVULAS AUTO OPERADAS

CFE GV009 19

P R E F A C I O

Esta especificacibn ha sido elaborada de acuerdo con las Bases Generales para la Normalizaclon en CFE

habiendo preparado el proyecto inicìal la Gerencia de Proyectos Termoektricos.

Participaron en la aprobacibn de la presente las áreas que a continuación se indican:

GERENCIA DE LABORATORIO

GERENCIA DE GENERACION Y TRANSMISION

GERENCIA DE PROYECTOS GEOTERMOELECTRICOS

GERENCIA DE PROYECTOS TERMOELECTRICOS

De acuerdo a las instrucciones de la Dirección General de CFE contenidas en el oficio n6m l-00129del 31 de enero de 1984, presentamos esta ESPECIFICACION PROVISIONAL para que sea aplicadadurante un año a partir de la fecha abajo indicada y poder probar su efectividad durante este periodoen que estar6 en vigor al término del cual deberá ser sometida a la autorización de la Direcci6n General, tomando en cuenta las observaciones que se deriven de la aplicacibn de la misma, las cuales debe-rán enviarse al Departamento de Normalizacibn de la Gerencia del Laboratorio.

Esta especificacibn revisa y substituye a todas las relacionadas con Guia de Diseño para la Aplicacibn deVálvulas Auto-Operadas.

1GERENTE DEL LABORATORIO

NOTA: ENTRA EN VIGOR COMO ESPECIFICACION PROVISIONAL A PARTIR DE: 860902

SS0731 I I I I I I I 1 I I I

ESPECIFICACIONGUIA DE DISEÑO PARA LA APLICACION DE VALVULAS AUTO-QPWAS

CFE GVOOO-19

122 . 12 . 22 . 32 . 42 . 52 . 62 . 72 . 833 . 13 . 244 . 14 . 24 . 34 . 455 . 15 . 266 . 16 . 277 . 17 . 28

OBJETIVO Y CAMPO DE APLICACION .................................DEFINICIONES ...................................................Reduce&% de Pmsibn ...........................................Relevo de Presibn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Presiãn de Ajuste ...............................................Coeficiente de Flujo (CV) ......................................V¿ílvulas Auto-Operadas ..........................................Válvulas Operadas por FiZoto ....................................Banda Proporcional ..............................................Desajuste .......................................................DESCRIFWON ....................................................V¿ilvulas Auto-Operadas..........................................V¿ílvula Operada por Piloto ......................................CLASIFICACION...................................................Vdlvula Reductora de Presibn ....................................V&%n.ila de Alivio de Presibn ....................................V¿ílvula Reductora de Presibn Diferencial ........................V¿ílvula de Corte de Pmsián .....................................MATERIALES DE CONSTRUCCION DEL CUERPO...........................V¿ílvulas Auto-Operadas ..........................................Válvulas Operadas por Piloto ....................................SELECCION.......................................................Cartas de Capacidad.............................................Coefidentes de Flujo ...........................................APLICACIONES EN CENTRALES GENERADORAS...........................Reduce&% de Presibn ............................................Relevo de Presibn ...............................................PROCEDZVIENTO PARA EL DISEflO Y ESPECIFICACION DE VALWLAS AUTO -OPERADAS EN EL PROYECTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Procedimiento General de Dise??o .................................Procedimiento de Especificacibn y Divisibn de Responsabilidad...BIBLIOGRAFIA ....................................................

111111122222233677

10101314141 8191921

8 . 18 . 29

2 22 22 33 2

TABLA 1TABLA 2TABLA 3

TABLA 4TABLA 5

Capacidades para válvulas auto-operadas con diafragmas de neoprsml7Dimensionantiento de válvula8 .................................... 2 4

Valores calvulados para FP y XTp................................ 2 7

Factores representativos para el dimensionamiento ............... 28FR para flujo transicional ...................................... 29

FIGURA 1 Válvula auto-operada............................................ 4

FIGURA 2 Válvula operada por piloto ...................................... 4

FIGURA 3 Válvula reductora de presibn .................................... 5

FIGUR4 4 Válvula de alivio de preaibn ................................... 8

FIGURA 5 Válvula reductora de presibn diferencial ........................ 8FIGURA 6 Válvula reductora de presión diferencial ........................ 9FIGUM 7 VáZvula auto-operada ...... ...? .................................. 12FIGURA 8 Válvula auto-operada ............................................ 1 3

C O N T E N I D O

I ESPECIFICACIONGUIA DE DISEflO PARA LA APLICACION DE VALVULAS AUTO-OPERADAS

1 CFE GVOOO-19

1 OBJ.TIVO Y CA&lPO DE APLICACION1 dfi? 32

EZ objetivo de esta gufa de diseño e8 establecer 108 requerhientos nrdnimo8 nece8a-tiqs para la seleccidn y d&wnsionamiento de la8 vblvuta8 auto-operadas u operadas-con piloto, proporcionando un cr-itetio general y uniforme en lo que 86 ref<ere a laoperacibn de e8tO8 d<8po8itiVo8, asc como 8u seleccibn y principales ai808 en Centrale8 Generadora8.

2 DEFINICIONES

ti8 siguientes tdrminos tdcnicos 8on empleado8 en la seleccibn, especificac&% y -j%ncionamiento de la8 vZílvula8 auto-operadas.

2.1 Reduccidn de PreSibn

Es la cdda de presibn que presenta una v&!uula auto-opemdiz, y que sirve para mm-tener constante la presibn a la descarga de la misma.

2.2 Relevo de Fresibn

Es la disminucibn de presibn que 8e presenta a la entrada de una V¿ílVUla aUtO-OpPada, y que sirve paramantenerconstante lapresibnde entrada.

2.3 E?WSibn de Ajuste

E8 la presibn que 8e desea mantener con8tante, ya 8ea a la entrada 0 a la salida dela válvula.

2.4 Coef&?iente de Flujo (CV)

E8 el número de l/s (galones por minuto) de. agua que pueden pa8aP a trav66 de una -restric&ibn con una cafda d.e presibn de 7 k& (1 PS<).

2.5 V¿ílvulas Auto-Operadas

Tambikn s e l e 8 ZZmnx~reguladoree d e pFe8&%13 ,fittro regul&or, piloto, relevador -newnbtico, e t c . ~1 tdiwtino v&vula 8e aplica a un d2spositivo que controla et flu-jo de un fluido, ya 8ea lQuido, gas, vapor, etc. LcZ8 ubtVUta8 QctarprbtiOaS 863 U8ax1en gran parte en la industria. En esta guganos mferhemos a laa ublvutas auto- -o p e r a d a s .

La8 v&%las auto-opemxda8 8on operadas por medio de una f&rxa externa, ya 8ea -newnbtica, hidrdulica, o electwnw?&tia (motor). Esta j%erBa protiene de una ftcen-

1 te externa al 8istema en donde 8e encuentra instalada la v&Ylvula.

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GUA DE DISEflO PARA LA APLICACION DE VALVULAS AUTO-OPERADASCFE GVOOO-19

2.6 Válvulas Operadas por PilotoI

En el caso de las v¿$lvulas auto-operadas, esta fuerza 0 fuente de energ2a provienedel mismo fluido controlado, o sea, puede ser neumdtica o hidráulica, dependienh-.del fluido de que se trata (lZquido, gas 0 vapor).

Las v¿íZvulas operadas por piloto @wion.an de la misma forma que las auto-operadasla irinica diferencia radica en .@e existe otra válvula auto-operada de presidn di -ferencial de menor capacidad conectada a la cámara de la válvula principal y a las1Znea.s de entrada y salida de esta última. Esta caracterGtica permite un controlmds eficáz y una velocidad de respuesta mayor.este tipo de válvula,

La figwa 2 muestra un esquema de-

2.7 Banda Proporcional

Es el cambio de valor de la variable controlada, que es necesario para que el ele-mento final de control recorra toda su carrera.

2.8 Desajuste

Es el porcentaje de error que presenta un dispositivo de control i que proviene deno mantener la variable medida en su punto de ajuste.

3 DESCRIPCION

Las válvulas auto-opere mantienen la reduccibn de la presidn deseada a su sali-da, suministrado el fluyo del fluido, de acuerdo al valor de la variable requer&&zaguas abajo.váivula.

Este valor se mantiene por el punto de ajuste de la presibn de la -

Todas las vtr'lvulas son utilizadas para el control de Za presión, nivel e ,f%ujo y -se encuentran divididas en las dos categorcas siguientes:

válvulas auto-operadas,

válvulas operadas por piloto.

3. 1 Válvulas Auto-Operadas

Las válvulas auto-operadas son adecuadas para ser utilizadas en rangos de control-limitados y donde el cambio permitido de Za presión a la salida es entre el 10 y -20 % de la presión de ajuste.vula.

La figura 2 muestra un esquema de este tipo de vál-

3.2 Válvula Operada por Piloto

Las válvulas operadas por piloto son usadas para rangos de control mayores y don-de los cambios permitidos de la presión a la descarga son menores del 10% de la -presión de ajuste, tambidn dstas son comúnmente usadas cuando es requeKdo el pun-to de ajuste remoto.

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WIA DE DISE80 PAR4 LA APLICACION DE VALWLAS AUTO-OPERADASESPECIFICACION

CFE GVOOO-19I

3 de 32

Como puede apreciarse en la figura 2, cualquier vmiacibn de presibn a la descar-ga de la válvula principal se transmite a la cdmara del piloto, que a su ve2 con -trola la presibn de la cdmara de la v¿ílvuZa principat. De esta mnera, se pueden -controlar presiones del orden de pulgadizs de agua con gran precisibn.

4 CLASIFICACION

En los s&@entes pdqafos, se desctiben los diferentes tipos de fknciommiento -de las válvulas auto-operadus:

4.1 Válvula Reductora de Presidn

Lu váhula reductora de presibn mantiene la reducciãn de presibn’a la salida, a lavez que swnhistran el flujo del fluido de acuero! al valor requetido aguas abajo.Este valor a que se mantiene la mduc&n de presibn es el valor de la presibn -de ajuste a la salida de ta válvula.

La figura 3 muestra una vátvuta reductora de presibn. En data, et arregto de ta rpbn y resorte está dhpuesto de ta,1 manera que cu& este tíltimo presiona at d$a-frqma, baj, et tapbn y tiende a mantenerse abierta ta vátvuta. Por otro lado, -para controlar y mantener constante la presidn de descarga, ea necesario que ta -v¿ítvula cierre 0 abra, de acuerdo con las fluctuaciones que presente et fhiido alentrar a ta vátvula; un medio empleado para tal efecto ea un tubo Wltemo o externo que conecta la cámara de la vátvuta y la l?%ea de descarga.

-

La preaibn en ta cámara es contraKa a ta que ejerce et resorte, pezwtitkndo asGque la válvuta se cierre hasta que se atcanoe el equitibrio entre las presiones -del resorte y ta cámara.

La vátvula se puede cerrar comptetamnte, cu& ta fi..ierza ejercida por et resor-te sea rmcho menor que ta ejercida por ta presibn de ta cámara que a -su vea de -pende de la presibn a ta descarga de la válvula

Para fijar un valor de presibn a ta descarga de ta válvuta, ea necesario apretar0 afto jar et torni tlo de ajuste que, a su vea, coqwime 0 pemdte que se expandaet resorte.

En BU seteccibn, se deben considerar toa siguientes parandros:

presidn de a&i8ts a ta satida,

pre&n m&ima peYl?titida,

- flujo mfnhw y mbaEm0,

temperatura y gr&ve&i especZfica det fluido,

dibnaetro de entrada y satida de tubefia,

montaje,

- nivel de ruido, vewteo, corrosibn y temperatura rm%mha.

DE DISE8b PARA LA APLICACX?N DE VALVULAS AVTO-OPERADAS

FIGURA 1 - V¿Mu&a auto-operrrda

FIGURA 2 - V6lvuzà operada por pZ!oto

.

-.

GUIA DE DISEflO PARA LA APLICACION DE VALWLAS AUTO-OPERADASCFE GVOOO-19I 1

sde 32

FIGWM 3 - Vdtvuta nductora de presibn

ESPECIFICACIORGUIA DE DISEii'b PARA LA APLICACIO# DE VALVULAS AUTO-OPERADAS

CFE GVOOO-19

4 . 2 Válvula de Alivio de l?msiha

La fig-ua 4 muestra una vátvuta de alivio de presibn. En dsta, Za8 zx.wiaciones depresibn mayor 0 menor a la de ajuste, en ta entrada 8e contrarrestran con la apertura 0 cierre de ta v¿ilvuZa; dsto es, el tapbn de la válvula 8e abre 0 8e cierrü,depend2endo de estas variaciones. La acción de apertura 0 cierre siempre e8 con-traria a la va.riaci¿% de la presión en la entrada y la velocidad de respuesta quetiene la válvula siempre e8 un poco mií8 lenta por el simple hecho de la sencillézdel .controlador. Al conjunto de eeta do8 aooione8 8e le llama banda proporcionuly el porcentaje de error que presenta 88 .conoce como desaju8te.

Las diferencias que tiene este tipo de Ví$lt>ula con re8pXtO a la ??~?nCirmada ante -riomente., 8OYl:

al La conexión entre la c-a y ta IGea ae Zocaliaa a la entrada d3 -la vúlvu~a y no a la s&&&

.b) La di8posi&bn del tap&e#! t& que la @epaa del resorte tima& amznteneroermdz Za v¿ZwE&

Esta8 do8 Cm)crcte~8th8 tien0n púr sbjato~mmtener oO?.Wt~te la prSSii% a la.-trad¿z de la tbtvuEa. Por lo dh&, Za vt@v&a opera de la ntiamu fom que la re-ductora de ~ZWSi¿%l.

La váZvuZa de alivio de preoibn e8 apttiqbte papa tinth7.r la presión'y evitar 80-bZWpre8<0?%8 en un 8iete?tU dado, La vt$Zvuta de‘ativio abre para prevenir rango6de sobrepresión interna exckdidoa del valor espec~fhdo. Las vdlvulas de aliviopueden formar parte dhecta del aiatetm. Tal 88 el ~80 ap~hzdo para i?a regada -ción de la pre886n agua abajo y te ae uqtin en emergencias para descargar ala atnabsfera. EZ valor a que inicia el alivib de presión es de la presión de -ajuste de la válvula.

Para 8u selección, pueden 8er del tipo auto-operadas con piloto 88 deben conside-rar 108 siguientes parámetro8:

- presión de ajuste a la entrada,

sobre presión &i?na permitida,

presión de operación y mdxima a la entrada,

_ flujo mhimo, m¿íximo y 023 operación,

temperatura y gravedad especZf<ca del fluido controlado,

di&etro de entrada y salida,

montaje,

nivel de ruido, venteo, COPm8iÓn y te??pePatWae ?r~dkhaS.

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ESPECIFICACIONGVIA DE DISEtO PARA LA APLICACION DE VALVVLAS AUTO-OPERADAS

CFE GVOOO-19

/ 7 cik 324.3 VáhuZa Reductora de Presibn Diferencial

La válvula reductora de preaibn d2ferencial mantiene la diferenciu de presibn en-tre do8 sitio8 del 8i8tenKl presurizado. El valor de la preaibn d;ferencial man-t&do ea el valor ajustado de la presibn diferencial de la válvula.

De acuerdo a la figura 5, la v&?vula reductora de preaibn diferencial tiene dos -conexione8 de preshín. La preaibn de kilidu es obtenida del instrumento montado-remotamente o de la presibn del cabva2 que ea sumhistrada a travda de la señalde presibn del lado superior del diafragma phacipal.

L.Q aeñul de salida para el control d.e preaibn ea 8uminiatrada del lado del asientodel dhzfragnaa a trav&a de la conexibn extemux de presibn.

La preaibn diferencial es aplicada al reaòrte y mecanismo del diafragma que empleaet ihzpbn de la v&n.ila para obstuir el paso del flujo, a trau&a de la válvula.

En 8u aeleccibn 8e deben considerar 108 siguientes parámetros:

presibn diferencial de ajuste,

- m&cima preaibn diferencial permitida,

- presibn de entrada,

preaibn de salida,

- f l u j o mdnimo y m&imo,

temperatura, gravedad especZfica del fluido que pasa a travda -de la válvuta,

temperatura del fluido que sumhistra la señal & control de -preaih diferencial de la válvula,

d<&etro entrada y salida tuberZa,

inetataci6n,

nivel de rui&, corrosibn y temperatura8 mákimae.

4.4 VblvuZa de Corte de Preaidn

La válvula de corte de pre8%1 corta, el ftu jo del fluido, a travda del cierre de-Za v&vula cuando ae detecta una preaibn mayor de la ajustada. Dependiendo de laaobrecapacidad de la váttita seleccionada, gata puede cerrar en respuesta a una-cond?kibn de baja prea&%z, atta presh%t o ambas.

Eh Za figum 6, ae muestra unu válvula de corte; la vblvula de corte de preaibn -pue& obtwzer Za señal del control de presibn interna o externa antes o deapuda -de la válvula y, en algunos ~808, kata puede ser remota. La señal de control de

I I I I I l

mmLLo#Mu8T8

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860731 I I I I I I I II m I

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FIGURA 4 - Vdftvula & alivio de presibn

FIGURA 5 - V¿Ztvula redkctora de presi6n d{ferenuiat

ESPECIFICACIONGUIA DE DISE80 PARA LA APLICACION DE VALVULAS AUTO-OPERADAS

_ CFE GVOOO-19

9de 32la presibn opera por desequilibrio de fzlerzas el mecani8mo integrado por el re -sorte y diafragma y dste a la ve3 'desplazca eZ asiento de la va'lmla a la posicibnde cerrado cortando LZZSC? e 1 flujo del fh&i!o que pasa por la vdlvula.

En 81.4 seteccibn, deben COnSiderar 108 siguientes parhetros:

- presián ajustada de corte,

presidn mb=cim,

- presi6n de operac%,

- flqjo mt5imho y. de operacii3n,

temperatura y gravedad espec<fha del fluido,

dihetro de entradu y salida de la tuberZa,

- montaje,

-1 nivel de ruido, corm8ión y temperatura mhima.

FIGURA 6 - Wlvula reductora de presibn diferencial

8f%l731 I. i 1 ! I I 1 1 1 1 1

GUIA DE DISERO PARA LA APLJCACION DE VALVULAS i+UTb-OPERADASCPE GVOOO-19 L

10 ds 32

5 MAmHALES Y COh’hTRWCIORl DEL’:CUERFQ

Como se mncW en el cc&tùlo 4, exhten dos t+os de v¿ilvulas que operan por -msdio de la fzcersa propomhada por el mho siattmz al que se snacsntran txmeo-tadas, 0 sea: válvula8 autoqmwda8 ~rezSVad0~ y reductoras de pesidn) y V¿il-vulas operadas por piloto. En seguida se indtian tas difez%woias de mte~ales-y constmocibn del cuerpo de los dos tipos ds v6lvulas~~onadas.

5.1 V6Zvulas Auto-Operaks

En el merca& existe unu gran variedud de .mzt&ales y omtrucciones del cuerpode válvulas auto-opemdas, por tal ra&k, solímsnte se msmionan lo8 mbs inportcol_tS8.

LUS v&mlas auto-operadas pomroialmante dkp&btSs os&an entre i6.i mn y 152tnn3 CI/4 pg y 6 1 pgI) de &titm. @8taSpoladarr~Star~~&UnrrgWm~dcrd

de mzteriules nomulhx&?s y pamwim enphareg pam 80rv26to8 &n& la 2’88iStenoia

a la comosián sea un faotor Gnpwtmte. &W&O de %8tS t@W & VáttiUt+S 638th -

l a s de d o s puertos c o n 0 tin cxmtmt & nO~-apag&pcrgcrdon. L a mayorfa de s e t a s

válvulas sonde asiento smcillo pro Zas hay tamb&de tdento &ble. Las co -)tB=cims para vátva&zs de no más de 51 nm C@g, de dir9nstr.w son PoBCdZS y brkh-dzs para ublvulas de mbs de 51 mn (2 pg). El dtijhgma puede 88~ de hule o metal. -Estas válvulas pueden prescindir del resorte mdhnts el uso & pesas oonectahsmecbnicamente a l v¿ístago de l a misma.

Las válvula8 auto-operadas que se emplean conw reguladoras de presión tienen la *pmpiedud & manejar grandes flujos y altas 0aZdus d8 pmsibn. Se corrpmen pin-cipalniente de un cuerpo y sus conetiones son rosoadus. El maternal ds que estb -h43cha la válvula puede ser ahtinio, bronce, aoero al omb¿in y acero irwxiduble -Este tipo de válvulas pueden tener una o dos gu&zs para el tap!h pero lo mbs oomthesunu guSa en la parte supetior. Cn la parte infekor &I tapbn, tienen un zworte de compensacibn que actúa en forma oontrarh al resorte ptincipal, con el fin=de mantener el tapbn en un equilibrio constante. Algunus válvulas tienen un ta -pbn batanceado que ayuda a estalbecer el equilibrio mncionado; ksto es, el equi-l$btio se logra en el momento en que comiensa a operar la válvula.

El diafhzgma, como se indicb antetiomente, puede ser ds hule o metal, los hules-~ti!d&icos más comiínnmte empleados lson. teflbn (TFEI, vit6n, dacrbn, neopeno,

Estos materiales resisten los ataques UOZ?POSiVOS de tos fluidos mrnsjadas -

pró tienen la desventaja de que las altas temperaturas los datimr con mucha fmi-lidad. para contrarrestar esta desventaja, existen diafmgms & mero al cmb6nacero inoxidable y sus aleaciones.

k seleccibn del mateAa de t diafragma depende &l fluido mane jada, as{ oomo -de sus condicioms de operacibn, temperatura, presidn a controlaro y cd& & pre-sibn.

El bowte de Za válvula tiene como objetivo sostener el resorte y tornillo de a -juste. El mteriui! de que puede estar hecho no necesariamsnte tiene que ser el -m2sm del cuerpo de la vátvula, ya que normalmente no entra en contacto oon el -fluido. Una excepcibn a dato la constituyen algunos diseiios de válvulas que cue?~tan con una conexibn que se encuentra localiaada en el centro del d;afragma. un-

GL’IA DE DISEflO PARA LA APLICACION DE VALVULAS AUTO-OPERADAS

13 de 32

Los rangos de uperacibn de estas v&?vuta8 dependen de la combinución que 8e haga -ai? ajustar e 1 resorte y del tamaño & 1 diafkagm que 88 haya seleccionado; dete -últim, junto con 8u cLIja, determina la presibn m&ima a controlar, ya que está -conectoda directamnte con la 1Znea de proceso. Por esta ras&, tambidn ee debe -tener cuidado en la seleccidn de me materiales.

En la figura 8, ee muestra una vblvula auto-operada que ee equivalente a la ante -PiOP. La zltzica diferencia radica en que las pesas sustituyen al resorte.

.

FIWRA 8 - Vdlvula auto-operada

Este tipo de vblvulas operan en un rango de presibn bajo, sin embargo, 8u mteni-miento, ae{ como 8u Qjuste es enteramente sencillo.

5.2 Jílvula8 Operadas por Piloto

En el ca80 de las v¿ílvulae operadus por piloto, tanto el cuerpo de la vblvula pri~cipal como el de la vtilvula piloto deben estar hechos del mismo material.

Los materiales generalmente empleados 8on hierro fundido, acero inoxidable y su8 -~aleaciones. El diseño mcfe com% para el cuerpo de la vblvula es el tipo globo ‘conuno 0 dos asientos.