Curso Válvulas de Control

AADECA 2005Ing. Eduardo Néstor Álvarez

INTRODUCCIONVISIÓN GENERAL

DEFINICIÓN• LA VÁLVULA, QUE ES?

“Es un elemento final de control que implementa la estrategia de control”

• COM O LA IMPLEMENTA?

“Manipula una variable influyente en la plantay modulando el paso de un fluido por medio de un obturador, disco o esfera ”

• COMPENSA

“ Compensa las variaciones de carga que afectan la gananciadel proceso para mantener la ganancia del lazo cte.

La Válvula en un Lazo Realimentado de ControlDiagrama de bloques simplificado del lazo

La Válvula en un Lazo Realimentado de ControlDiagrama P&I (Velocidad de Respuesta)

TIPOS DE VARIABLES EN EL LAZO

• Variable controlada: es la que se quiere manteneren un valor deseado e indicala calidad del producto o condiciones del proceso ( p, T, Q, ph , Nivel, etc.)

• Variable manipulada: sobrela que actúa el FCS: posiciónde la válvula, velocidad de motor o paso de alabe

• Variables de carga: toda otra que afectala variable controlada y no es manipulada

TIPOS DE VARIABLES EN EL LAZO

• Variable de Control: es la que produce el controlador a partir del valor del error mediante un algoritmo que el ingeniero de control ha definido, con las necesarias transformaciones físicas governará en automático la variable manipulada

• Error: Es diferencia entrelo que quiero tener y lo que obtengo en mi variable controlada, en mi sistema realimentado considero su valor para efectuar el control.

• Medición: en todo sistema realimentado es necesario conocer el valor de la variable controlada , es por ellola importancia de la instrumentación del proceso.

Sistema de Control

• Cargas no ctes , Pertubaciones , variaciones el la calidad de la materia prima hacen necesario Control de procesos.

• Sistema de control: determina y actualiza continuamente la posición de la válvula a medida que cambian las condiciones de carga.

• Realimentación Negativa: La realimentación negativa puede brindar lazos estables dentro de ganancias limitadas y cuando el retardo en obtener la medición no es demasisado grande, no consideramos realimentacion positiva.

Sistema de Contro lazo abierto o cerrado

LAZO CERRADO • Controladoren AUTO

La medición se compara con el Set Point o Valor deseado y en función del error aplicando el algoritmo de control (por ej PID) se elaboraala señalde control.

LAZO ABIERTO• Controladoren MANUAL

La señalde control no depende de la medición pues esta no se realimenta

El lazo puede abrirse en forma real o aparente por fallas: sensor, transmisor, saturación del controlador,fricción en actuador, residuos en la válvula

Control de CaudalControl de Caudal de fluído

Por medio de la velocidad de la bomba

Por medio de bomba de caudal variable

Por estrangulamiento con bomba de accionamiento positivo

Por estrangulamiento con bomba centrifuga o cualquier impusor que no sea de accionamiento positivo.

Control por Estrangulación y Alivio

La Pérdida de Presión es Clave para Controlar el Flujo.

La Pérdida de Presión en la Válvula como en cualquier accesorio Depende de:

Rozamiento del fluído contra las paredes

Cambios de Dirección

Cambios de Sección más o menos Bruscos

Obstrucciones (Variable en nuestras Válvulas)

En la Válvula dado que el recorrido es corto el rozamiento en cuanto a longitud de tubo tiene menos peso en esta Caida de Presión

La Pérdida de Presión se calcula Como lo indican los fabricantes de Válvulas o mediante el coeficiente K. Ver bibliografía.

DARCY ∆ P = ρ*f * (L/D)*( V2/2g)

Pérdida en accesorio

∆ P = ρ* K *( V2/2g)

Por ende K = f * (L/D)

También (K/ f )= (L/D)Coeficiente K de perdida de Carga Tablas

(L/D) = Longitud equivalente en Diámetros de cañería

Clasificación•Vástago deslizante o Globo •Válvulas de eje rotatorio.

Las Válvulas Globo son Guiados por bujes superior y superior e inferior con macho torneado o con Guiado por Jaula.Se las encuentra también con cuerpo dividido y sin bridas, en línea o en Angulo.

Las de Eje rotatorio son las Mariposa, Disco excéntrico , Bola configurada (Pulpa) muy buena Rangeability.Bola de paso total o flotante (Completa)

RANGEABILITY & RESOLUCIÓN

RANGEABILITYEl cociente entre los caudales máximo y mínimo que deja pasar una válvula cumpliendo con su curva característica

RESOLUCIÓN:La menor variación de la posición del vástago y por

ende de caudal en respuesta a una acción de control. El recorrido de una vávlula globo se podrádividir en 60 si la válvula funciona sin posicionador

.

Aplicaciones por Tipo

Tendencia de uso

Guía de Jaula Normal

Cuerpo Dividido MenorValvulas Globo

algunos tipos Sin Brida Menor

Guía Superior e InferiorMucho Menor

Valvulas Globo Guía de Jaula.Las Valvulas Guia de Jaula son la Tendencia Actual. Se las encuentra para presiones en la norma ANSI clases de 125 a 2500.

Gama usual de tamaños entre 0,5 y 16”.

Se las puede encontrar Criogénicas hasta –500 F

Caidas de presión de 4000 PSI.

La tomamos como referencia para las capacidades de flujo dentro de un tamaño de 3”, parámetro en la que solo es superada por la de doble guía.

Su costo de mantenimiento es bajo.

La rangeabilidad está en 50:1 ( en calidades std. 30:1).

Aplicaciones control de caudal con alta caída de presiones. Tomamos su precio como referencia.

Valvulas Globo Cuerpo DivididoLas Valvulas Globo de Cuerpo dividido tienden a se usadas en menor proporción . Se las encuentra para presiones en la norma ANSI clases de 150 a 800.

Gama usual de tamaños entre 0,5 y 8”.

Se las puede encontrar para temperaturas entre –100 F y 450F

Caidas de presión de 300 PSI.

Si tomamos como referencia para las capacidades de flujo la válvula de guía de jaula dentro de un tamaño de 3”, podemos decir que estamos en 0.70 de las mismas.

Su costo de mantenimiento es moderado.

La rangeabilidad está en 50:1 ( en calidades std. 30:1).

Aplicaciones para servicio corrosivo por la facilidad de cambio de sus internos. Precio a un 0.7 de la referencia

Valvulas Globo Sin BridaLas Valvulas Globo sin Brida tienden a se usadas en menor proporción . Se las encuentra para presiones en la norma ANSI clases de 150 a 300.

Gama usual de tamaños entre 0,5 y 4” es decir los menores

Se las puede encontrar para temperaturas entre –100 F y 450F

Caidas de presión de 740 PSI.

Si tomamos como referencia para las capacidades de flujo la válvula de guía de jaula dentro de un tamaño de 3”, podemos decir que estamos en 0.50 de las mismas.

Su costo de mantenimiento es moderado.

La rangeabilidad está en 50:1 ( en calidades std. 30:1).

Aplicaciones para servicio corrosivo. Precio a un 0.70 de la referencia.

Valvula Globo Simple

Port

Simple asiento, macho

torneado guiado

superior. (1”/10”)CHEAPEASY

TO REAPAIR

Simple asiento cuerpo dividido macho torneado

Simple asiento y simple guia pollera reversibleArmada para actuación directa, empujando hacia abajo cierra.Si se monta el cuello o bonnet donde esta el cerramiento inferior puede armarse empujando hacia abajo (afuera el actuador) abre, actuación inversa.

Valvulas Globo con Guía Superior e InferiorLas Valvulas Globo con Guía Superior e Inferior tienden a se usadas en mucho menor proporción . Se las encuentra para presiones en la norma ANSI clases de 150 a 300.

Gama usual de tamaños entre 0,5 y 24” .

Se las puede encontrar para temperaturas entre 50 F y 800 F

Caidas de presión de hasta 3000 PSI.

Si tomamos como referencia para las capacidades de flujo la válvula de guía de jaula dentro de un tamaño de 3”, podemos decir que estamos en 0.90 de las mismas.

Su costo de mantenimiento es mas elevado que en las otras.

La rangeabilidad está en 50:1 ( en calidades std. 30:1).

Aplicaciones para servicio general, son las de mayor precio

Valvulas Globo con Guía Superior e Inferior este diseño es naturalmente balanceado.Buen comportamiento frente a las vibraciones.Capacidades grandes.Las válvulas de doble asiento normalmente se tienden a aplicar a fluidos viscosos o jaleas.

Características de las Válvulas

Las características tipicas son apertura rápida, lineal y porcentaje igual. Apertura Rápida: esta característica se distingue por una alta ganancia al comienzo del recorrido, y el caudal alcanza el máximo con un mínimo recorrido

Características de las VálvulasLineal – En esta característica se produce un aumento del caudal proporcional al recorridodel macho. La ganancia es Constante. Como hablamos de característica inherente esto es con caida de presión constante.

Porcentaje Igual- En esta característica lasvariaciones porcentuales de caudal relacionadas a las variaciones porcentualesdel recorrido del macho son una constante.

Guiado superior por jaula

macho torneado

Guía de Seleccion de Válvulas Globo

Válvulas globo Son durables versátiles y fácies de mantener

La aplicación dependera de las condiciones de servicio.

1. Fluídos Limpios – Guiada con Jaula2. Fluídos Viscosos o Pegajosos – Doble asiento3. Alta Caída de Presión – Guiada con Jaula y

Balanceada.4. Cierre Estricto – Desbalanceadas con

Elastómero en asiento.

Guía de Selección de Válvulas Globo

VALVULAS GLOBO CON

GUIA DE JAULA

La Tendencia Actual en Vástago

Deslizante.

Globo Guiadas por JaulaLas válvulas globo guiadas por la jaula son la tendencia modernapara este tipo.La jaula sujeta al asiento, y al reten de anillo de asiento, así como a los adaptadores.La Jaula a través de la forma de sus ventanas determina la característica inherente.Con un adecuado diseño del cuerpo , es fácil el cambio de todos los internos en este estilo de válvulas.También es posible reducir la capacidad de la válvula cambiando los internos , para hacerla funcionar adecuadamente.Las valvulas en angulo de un asiento se usan mucho en la alimentacion de agua para las calderas, así como en el drenado del calentador.Las Válvulas fabricadas a partir de barra se aplican en general para servicio corrosivo , sus materiales son a veces a pedido y es mucho mas barato partir de maciso que hacer los moldes.

Válvulas Globo con Guía de Jaula

En este caso la forma de las ventanasde la jaula dan las características

AperturaRápida Lineal Porcentaje

igual

Válvulas con macho guiado por jaula balanceado

Tienen todas las ventajas de las válvulas guiadas por jaula a mas de el balanceo del empuje mediante una inteconexion de la salida a la parte superior del macho.

Agregan en general un segundo sello en la parte superior externa del macho para evitar que la presión del lado de alta ingrese a la parte superior del macho donde la presión es la del lado de salida.

Hay interires específicos para la cavitación y el ruido.

Hay válvulas con salida agrandada aguas debajo para bajar la velocidad de los gases ( casos donde se puede alcanzar la velocidad del sonido).

La dirección del flujo en general es hacia arriba cuando la válvula no es balanceada y hacia abajo en válvulas balanceadas .

Válvulas usuales para aplicaciones especiales

Válvula “Saunders” a Diafragma, muy buena aislación a las pérdidas externas, buen cierre final.

Válvula a tubo de elastómero sintético colapsable.

Válvula en ángulo con salida de venturi.

Válvula en ángulo de tres vías, mezcladora

Válvula en ángulo de tres vías divisora.

Válvula “Saunders” a Diafragma

Campo de aplicación

Válvula a tubo de elastómero

Válvula en ángulo con salida de venturi.

Válvula en ángulo de tres vías,

mezcladora

Válvula en

ángulo de tres

vías divisora

.

Este es el fin del primer modulo de cuatro que

componen el curso