Válvulas
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PRÁCTICA ELEMENTOS DE CONTROL - VÁLVULAS 5.1. Objetivos Determinar la variación %Q vs x (apertura de válvula) y analizar el comportamiento. Comparar el comportamiento entre las válvulas Comparar el comportamiento de cada válvula con los comportamientos teóricos Calcular Cv para la válvula de compuerta y analizar su comportamiento respecto el Q y P. 5.2. Introducción Una válvula se puede definir como un aparato mecánico con el cual se puede iniciar, detener o regular la circulación (paso) de líquidos o gases mediante una pieza movible que abre, cierra u obstruye en forma parcial uno o más orificios o conductos. Las válvulas son unos de los instrumentos de control más esenciales en la industria . Debido a su diseño y materiales , las válvulas pueden abrir y cerrar, conectar y desconectar, regular, modular o aislar una enorme serie de líquidos y gases, desde los más simples hasta los más corrosivos o tóxicos. 5.2.1.Válvula de control. La válvula automática de control generalmente constituye el último elemento en un lazo de control instalado en la línea de proceso y se comporta como un orificio cuya sección de paso varia continuamente con la finalidad de controlar un caudal en una forma determinada. 5.2.2. Partes de la válvula de control.
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PRCTICA
ELEMENTOS DE CONTROL - VLVULAS
5.1. Objetivos
Determinar la variacin %Q vs x (apertura de vlvula) y analizar el comportamiento.
Comparar el comportamiento entre las vlvulas
Comparar el comportamiento de cada vlvula con los comportamientos tericos
Calcular Cv para la vlvula de compuerta y analizar su comportamiento respecto el Q y P.
5.2. Introduccin
Una vlvula se puede definir como un aparato mecnico con el cual se puede iniciar, detener o regular la circulacin (paso) de lquidos o gases mediante una pieza movible que abre, cierra u obstruye en forma parcial uno o ms orificios o conductos.
Las vlvulas son unos de los instrumentos de control ms esenciales en la industria. Debido a su diseo y materiales, las vlvulas pueden abrir y cerrar, conectar y desconectar, regular, modular o aislar una enorme serie de lquidos y gases, desde los ms simples hasta los ms corrosivos o txicos.
5.2.1.Vlvula de control.
La vlvula automtica de control generalmente constituye el ltimo elemento en un lazo de control instalado en la lnea de proceso y se comporta como un orificio cuya seccin de paso varia continuamente con la finalidad de controlar un caudal en una forma determinada.
5.2.2. Partes de la vlvula de control.
Las vlvulas de control constan bsicamente de dos partes que son: la parte motriz o actuador y el cuerpo.
Actuador: el actuador tambin llamado accionador o motor, puede ser neumtico, elctrico o hidrulico, pero los ms utilizados son los dos primeros, por ser las ms sencillas y de rpida actuaciones. Aproximadamente el 90% de las vlvulas utilizadas en la industria son accionadas neumticamente. Los actuadores neumticos constan bsicamente de un diafragma, un vstago y un resorte tal como semuestra en la figura (lado izquierdo). Lo que se busca en un actuador de tipo neumtico es que cada valor de la presin recibida por la vlvula corresponda una posicin determinada del vstago. Teniendo en cuenta que la gama usual de presin es de 3 a 15 lbs/pulg en la mayora de los actuadores se selecciona el rea del diafragma y la constante del resorte de tal manera que un cambio de presin de 12 lbs/pulg, produzca un desplazamiento del vstago igual al 100% del total de la carrera.
Cuerpo de la vlvula: este esta provisto de un obturador o tapn, los asientos del mismo y una serie de accesorios. La unin entre la vlvula y la tubera puede hacerse por medio de bridas soldadas o roscadas directamente a la misma. El tapn es el encargado de controlar la cantidad de fluido que pasa a travs de la vlvula y puede accionar en la direccin de su propio eje mediante un movimiento angular. Esta unido por medio de un vstago al actuador.
5.2.3.Categoras de vlvulas.
5.2.3.1. Vlvulas de compuerta.
La vlvula de compuerta es de vueltas mltiples, en la cual se cierra el orificio con un disco vertical de cara plana que se desliza en ngulos rectos sobre el asiento (fig. 1).
Recomendada para Servicio con apertura total o cierre total, sin estrangulacin.
Para uso poco frecuente.
Para resistencia mnima a la circulacin.
Para mnimas cantidades de fluido o liquido atrapado en la tubera.
Aplicaciones.- Servicio general, aceites y petrleo, gas, aire, pastas semilquidas, lquidos espesos, vapor, gases y lquidos no condensables, lquidos corrosivos.
Ventajas
Alta capacidad.
Cierre hermtico.
Bajo costo.
Diseo y funcionamiento sencillos.
Poca resistencia a la circulacin.
Desventajas
Control deficiente de la circulacin. Se requiere mucha fuerza para accionarla.
Produce cavitacin con baja cada de presin.
Debe estar cubierta o cerrada por completo.
La posicin para estrangulacin producir erosin del asiento y del disco.
Instrucciones especiales para instalacin y mantenimiento
Lubricar a intervalos peridicos.
Corregir de inmediato las fugas por la empaquetadura.
Enfriar siempre el sistema al cerrar una tubera para lquidos calientes y al comprobar que las vlvulas estn cerradas.
No cerrar nunca las llaves a la fuerza con la llave o una palanca.
Abrir las vlvulas con lentitud para evitar el choque hidrulico en la tubera.
Cerrar las vlvulas con lentitud para ayudar a descargar los sedimentos y mugre atrapados.
5.2.3.2.Vlvulas de macho
La vlvula de macho es de de vuelta, que controla la circulacin por medio de un macho cilndrico o cnico que tiene un agujero en el centro, que se puede mover de la posicin abierta a la cerrada mediante un giro de 90 (fig. 2).
Recomendada para
Servicio con apertura total o cierre total.
Para accionamiento frecuente.
Para baja cada de presin a travs de la vlvula.
Para resistencia mnima a la circulacin.
Para cantidad mnima de fluido atrapado en la tubera.
Aplicaciones.- Servicio general, pastas semilquidas, lquidos, vapores, gases, corrosivos.
Ventajas
Alta capacidad.
Bajo costo.
Cierre hermtico.
Funcionamiento rpido.Desventajas
Requiere alta torsin (par) para accionarla.
Desgaste del asiento.
Cavitacin con baja cada de presin.
Instrucciones especiales para instalacin y mantenimiento
Dejar espacio libre para mover la manija en las vlvulas accionadas con una llave.
En las vlvulas con macho lubricado, hacerlo antes de ponerlas en servicio.
En las vlvulas con macho lubricado, lubricarlas a intervalos peridicos.
5.2.3.3. Vlvulas de globo
Una vlvula de globo es de vueltas mltiples, en la cual el cierre se logra por medio de un disco o tapn que sierra o corta el paso del fluido en un asiento que suele estar paralelo con la circulacin en la tubera (fig.3).
Recomendada para Estrangulacin o regulacin de circulacin.
Para accionamiento frecuente.
Para corte positivo de gases o aire.
Cuando es aceptable cierta resistencia a la circulacin.
Aplicaciones.- Servicio general, lquidos, vapores, gases, corrosivos, pastas semilquidas.
Ventajas
Estrangulacin eficiente con estiramiento o erosin mnimos del disco o asiento.
Carrera corta del disco y pocas vueltas para accionarlas, lo cual reduce el tiempo y desgaste en el vstago y el bonete.
Control preciso de la circulacin.
Disponible con orificios mltiples.
Desventajas
Gran cada de presin.
Costo relativo elevado.
Instrucciones especiales para instalacin y mantenimiento
Instalar de modo que la presin este debajo del disco, excepto en servicio con vapor a alta temperatura.
Registro en lubricacin.
Hay que abrir ligeramente la vlvula para expulsar los cuerpos extraos del asiento.
Apretar la tuerca de la empaquetadura, para corregir de inmediato las fugas por la empaquetadura.
5.2.3.4.Vlvulas de diafragma
Las vlvulas de diafragma son de vueltas mltiples y efectan el cierre por medio de un diafragma flexible sujeto a un compresor. Cuando el vstago de la vlvula hace descender el compresor, el diafragma produce sellamiento y corta la circulacin (fig. 6).
Recomendada para
Servicio con apertura total o cierre total.
Para servicio de estrangulacin.
Para servicio con bajas presiones de operacin.
Aplicaciones.- Fluidos corrosivos, materiales pegajosos o viscosos, pastas semilquidas fibrosas, lodos, alimentos, productos farmacuticos.
Ventajas
Bajo costo.
No tienen empaquetaduras.
No hay posibilidad de fugas por el vstago.
Inmune a los problemas de obstruccin, corrosin o formacin de gomas en los productos que circulan.
Desventajas
Diafragma susceptible de desgaste.
Elevada torsin al cerrar con la tubera llena.
Instrucciones especiales para instalacin y mantenimiento
Lubricar a intervalos peridicos.
No utilizar barras, llaves ni herramientas para cerrarla.
5.2.3.5. Vlvulas de retencin (check) y de desahogo (alivio)
Hay dos categoras de vlvulas y son para uso especfico, ms bien que para servicio general: vlvulas de retencin (check) y vlvulas de desahogo (alivio). Al contrario de los otros tipos descritos, son vlvulas de accionamiento automtico, funcionan sin controles externos y dependen para su funcionamiento de sentido de circulacin o de las presiones en el sistema de tubera. Como ambos tipos se utilizan en combinacin con vlvulas de control de circulacin, la seleccin de la vlvula, con frecuencia, se hace sobre la base de las condiciones para seleccionar la vlvula de control de circulacin.
Vlvulas de retencin (check).
La vlvula de retencin (fig. 8) esta destinada a impedir una inversin de la circulacin. La circulacin del lquido en el sentido deseado abre la vlvula; al invertirse la circulacin, se cierra. Hay tres tipos bsicos de vlvulas de retencin: 1) vlvulas de retencin de columpio, 2) de elevacin y 3) de mariposa.
5.2.3.9.Vlvulas de retencin de elevacin
Una vlvula de retencin de elevacin es similar a la vlvula de globo, excepto que el disco se eleva con la presin normal de la tubera y se cierra por gravedad y la circulacin inversa.
Recomendada para
Cuando hay cambios frecuentes de circulacin en la tubera.
Para uso con vlvulas de globo y angulares.
Para uso cuando la cada de presin a travs de la vlvula no es problema.
Aplicaciones.- Tuberas para vapor de agua, aire, gas, agua y vapores con altas velocidades de circulacin.
Ventajas
Recorrido mnimo del disco a la posicin de apertura total.
Accin rpida.
Instrucciones especiales para instalacin y mantenimiento
La presin de la tubera debe estar debajo del asiento.
La vlvula horizontal se instala en tuberas horizontales.
La vlvula vertical se utiliza en tubos verticales con circulacin ascendente, desde debajo del asiento.
Si hay fugas de la circulacin inversa, examinar disco y asiento.
3. Datos
- Vlvula de globo (tubera D =1/4)
% Apertura V(ml)t(s)
1002205,95
902255,65
802005,15
702105,3
601904,95
502205,85
402005,25
302005,35
202406,55
102007
- Vlvula de compuerta (Tubera D = 1)
Q (gal/min)h1(cm)h2(cm)
552,352,5
755,155,9
8,955,757,1
1157,959,4
1360,662,9
1563,266,3
1664,468
%aperturaQ (gal/min)
9,13,4
18,184,8
27,275,6
36,365,8
45,455,9
54,546,1
63,636,2
72,726,2
81,816,3
90,96,3
1006,3
- Vlvula neumticaP(PSI)t(s)V(ml)
360100
460130
530672
630862
710870
85720
95920
103721
113950
1231060
122720
132825
142835
152805
4. Clculos, graficas y resultados:
- Vlvula de globo% Apertura Q (ml/s)%Q
10036,9792,8548215
9039,82100,007556
8038,8397,5262468
7039,6299,5043735
6038,3896,3933661
5037,6194,4420834
4038,1095,668604
3037,3893,8804058
2036,6492,0171305
1028,5771,751453
- Vlvula de compuerta
Q (gal/min)%apertura
3,49,1
4,818,18
5,627,27
5,836,36
5,945,45
6,154,54
6,263,63
6,272,72
6,381,81
6,390,9
6,3100
Q (gal/min) h (PSI)Cv
50,0028418193,7934276
70,0113672465,6553993
8,90,0198926863,1020385
110,0213135875,3467382
130,0326808371,9112495
150,0440480771,4706633
160,051152670,7434333
Donde:
Donde Q = caudal de agua (G.P.M)
S = densidad relativa (H2O, S=1)
P = cada de presin (psi)
- Vlvula neumtica
P(PSI)Q (ml/s)%Q
31,670,3992016
42,170,51896208
522,405,36526946
628,736,88223553
787,0020,8383234
8144,0034,491018
9184,0044,0718563
10240,3357,5648703
11316,6775,8483034
12353,3384,6307385
12360,0086,2275449
13412,5098,8023952
14417,50100
15402,5096,4071856
5.6. Conclusiones Analizando el comportamiento de la variacin de %Q respecto a la apertura de la vlvula de globo, se observa que al disminuir la apertura hasta el 54%, el caudal aumenta; y desde esta apertura existe disminucin de caudal.
Lo mismo ocurre con la vlvula de diafragma, la cual alcanza un 68% con caudal en aumento, y desde esa apertura empieza a disminuir el caudal
Para la vlvula neumtica este efecto se repite; aumentando el caudal hasta 14 psi (93,3%) y teniendo una disminucin brusca desde ese punto hasta la mxima apertura.
Comparando este comportamiento con la informacin terica, se observa que el caudal debera aumentar con la apertura, y no disminuir desde un determinado punto como sucede en la prctica.
Esto se puede deber a algunas fallas en la medicin de volumen y tiempo (vlvulas de globo y de diafragma) y tambin a el estado del obturador de las vlvulas.
Comparando el comportamiento entre las vlvulas; se observa que la vlvula de globo alcanza con mayor rapidez el caudal mayor, seguida de la vlvula de diafragma y finalmente la neumtica.
Comparando sus grficas (%Q vs %A) con las grficas tericas, se puede decir que tanto la vlvula de globo como la de diafragma tienen una tendencia a la apertura rpida y la neumtica tiende a un comportamiento lineal.
Se clculo Cv para la vlvula de compuerta, el cual disminuye lentamente al aumentar el caudal (94%) y la presin (93%) ; pero desde esos puntos aumenta bruscamente.
Tericamente el Cv debera ser igual al caudal (esta condicin se cumple para H2O, a 60F (13,89C) ); e ir aumentando proporcionalmente al caudal. Esta variacin puede deberse a muchos factores como ser, la prdida de carga, etc.
Para las vlvulas de globo y diafragma se observ la zona muerta existente, la cual afecta seal del caudal conforme se efecta la apertura de las vlvulas.
5.7. Bibliografa
Creus Antonio. Instrumentacin Industrial.6 Edicin.
Greene Richard.Vlvulas, Seleccin, uso y mantenimiento
Figura SEQ Figura \* ARABIC 1
Figura SEQ Figura \* ARABIC 2
Figura SEQ Figura \* ARABIC 3
Figura 4
Figura 5
Figura 6
EMBED Excel.Chart.8 \s
_1301097609.xlsGrfico2
0.3992015968
0.5189620758
5.3652694611
6.8822355289
20.8383233533
34.4910179641
44.0718562874
57.5648702595
75.8483033932
84.630738523
86.2275449102
98.8023952096
100
96.4071856287
% Caudal Vs. Presion
P (PSI)
% Q
% Caudal Vs. Presion
Hoja1
VALVULA TIPO GLOBO
D=1/4"
% AperturaV(ml)t(s)Q (ml/s)%Q
1002205.9536.9792.8548214866
902255.6539.82100.0075561265
802005.1538.8397.5262467512
702105.339.6299.5043734541
601904.9538.3896.3933661071
502205.8537.6194.4420833924
402005.2538.1095.6686039559
302005.3537.3893.8804057511
202406.5536.6492.0171305225
10200728.5771.7514529669
Valvula neumatica
P(PSI)t(s)V(ml)Q (ml/s)%Q
3601001.670.3992015968
4601302.170.5189620758
53067222.405.3652694611
63086228.736.8822355289
71087087.0020.8383233533
85720144.0034.4910179641
95920184.0044.0718562874
103721240.3357.5648702595
113950316.6775.8483033932
1231060353.3384.630738523
122720360.0086.2275449102
132825412.5098.8023952096
142835417.50100
152805402.5096.4071856287
Valvula de Compuerta
Q (gal/min)h1(cm)h2(cm)D h (cm)D h (PSI)Cv
552.352.50.20.00284181193.7934275945
755.155.90.80.011367244165.6553993162
8.955.757.11.40.019892677263.1020385098
1157.959.41.50.021313582775.3467381909
1360.662.92.30.032680826871.9112494829
1563.266.33.10.044048070971.4706632977
1664.4683.60.051152598470.7434332617
%aperturaQ (gal/min)
9.13.4
18.184.8
27.275.6
36.365.8
45.455.9
54.546.1
63.636.2
72.726.2
81.816.3
90.96.3
1006.3
Hoja1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
VALVULA TIPO GLOBO
% Ap
% Q
% Caudal Vs. % Apertura
Hoja2
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
% Caudal Vs. Presion
P (PSI)
% Q
% Caudal Vs. Presion
Hoja3
_1301097949.xlsGrfico5
93.7934275945
65.6553993162
63.1020385098
75.3467381909
71.9112494829
71.4706632977
70.7434332617
Cv Vs. Q
Q
Cv
Cv Vs. Q
Hoja1
VALVULA TIPO GLOBO
D=1/4"
% AperturaV(ml)t(s)Q (ml/s)%Q
1002205.9536.9792.8548214866
902255.6539.82100.0075561265
802005.1538.8397.5262467512
702105.339.6299.5043734541
601904.9538.3896.3933661071
502205.8537.6194.4420833924
402005.2538.1095.6686039559
302005.3537.3893.8804057511
202406.5536.6492.0171305225
10200728.5771.7514529669
Valvula neumatica
P(PSI)t(s)V(ml)Q (ml/s)%Q
3601001.670.3992015968
4601302.170.5189620758
53067222.405.3652694611
63086228.736.8822355289
71087087.0020.8383233533
85720144.0034.4910179641
95920184.0044.0718562874
103721240.3357.5648702595
113950316.6775.8483033932
1231060353.3384.630738523
122720360.0086.2275449102
132825412.5098.8023952096
142835417.50100
152805402.5096.4071856287
Valvula de Compuerta
Q (gal/min)h1(cm)h2(cm)Cv
552.352.50.20.00284181193.7934275945
755.155.90.80.011367244165.6553993162
8.955.757.11.40.019892677263.1020385098
1157.959.41.50.021313582775.3467381909
1360.662.92.30.032680826871.9112494829
1563.266.33.10.044048070971.4706632977
1664.4683.60.051152598470.7434332617
%aperturaQ (gal/min)
9.13.4
18.184.8
27.275.6
36.365.8
45.455.9
54.546.1
63.636.2
72.726.2
81.816.3
90.96.3
1006.3
Hoja1
92.8548214866
100.0075561265
97.5262467512
99.5043734541
96.3933661071
94.4420833924
95.6686039559
93.8804057511
92.0171305225
71.7514529669
VALVULA TIPO GLOBO
% Ap
% Q
% Caudal Vs. % Apertura
Hoja2
% Caudal Vs. Presion
P (PSI)
% Q
% Caudal Vs. Presion
Hoja3
Cv Vs. Q
Q
Cv
Cv Vs. Q
_1301098290.xlsGrfico6
3.4
4.8
5.6
5.8
5.9
6.1
6.2
6.2
6.3
6.3
6.3
% Caudal Vs. % Apertura
% Ap
% Q
% Caudal Vs. % Apertura
Hoja1
VALVULA TIPO GLOBO
D=1/4"
% AperturaV(ml)t(s)Q (ml/s)%Q
1002205.9536.9792.8548214866
902255.6539.82100.0075561265
802005.1538.8397.5262467512
702105.339.6299.5043734541
601904.9538.3896.3933661071
502205.8537.6194.4420833924
402005.2538.1095.6686039559
302005.3537.3893.8804057511
202406.5536.6492.0171305225
10200728.5771.7514529669
Valvula neumatica
P(PSI)t(s)V(ml)Q (ml/s)%Q
3601001.670.3992015968
4601302.170.5189620758
53067222.405.3652694611
63086228.736.8822355289
71087087.0020.8383233533
85720144.0034.4910179641
95920184.0044.0718562874
103721240.3357.5648702595
113950316.6775.8483033932
1231060353.3384.630738523
122720360.0086.2275449102
132825412.5098.8023952096
142835417.50100
152805402.5096.4071856287
Valvula de Compuerta
Q (gal/min)h1(cm)h2(cm)Cv
552.352.50.20.00284181193.7934275945
755.155.90.80.011367244165.6553993162
8.955.757.11.40.019892677263.1020385098
1157.959.41.50.021313582775.3467381909
1360.662.92.30.032680826871.9112494829
1563.266.33.10.044048070971.4706632977
1664.4683.60.051152598470.7434332617
%aperturaQ (gal/min)
9.13.4
18.184.8
27.275.6
36.365.8
45.455.9
54.546.1
63.636.2
72.726.2
81.816.3
90.96.3
1006.3
Hoja1
VALVULA TIPO GLOBO
% Ap
% Q
% Caudal Vs. % Apertura
Hoja2
% Caudal Vs. Presion
P (PSI)
% Q
% Caudal Vs. Presion
Hoja3
Cv Vs. Q
Q
Cv
Cv Vs. Q
% Caudal Vs. % Apertura
% Ap
% Q
% Caudal Vs. % Apertura
_1301096107.xlsGrfico1
92.8548214866
100.0075561265
97.5262467512
99.5043734541
96.3933661071
94.4420833924
95.6686039559
93.8804057511
92.0171305225
71.7514529669
VALVULA TIPO GLOBO
% Ap
% Q
% apertura Vs. % caudal
Hoja1
VALVULA TIPO GLOBO
D=1/4"
% AperturaV(ml)t(s)Q (ml/s)%Q
1002205.9536.9792.8548214866
902255.6539.82100.0075561265
802005.1538.8397.5262467512
702105.339.6299.5043734541
601904.9538.3896.3933661071
502205.8537.6194.4420833924
402005.2538.1095.6686039559
302005.3537.3893.8804057511
202406.5536.6492.0171305225
10200728.5771.7514529669
Valvula neumatica
P(PSI)t(s)V(ml)
360100
460130
530672
630862
710870
85720
95920
103721
113950
1231060
122720
132825
142835
152805
Valvula de Compuerta
Q (gal/min)h1(cm)h2(cm)Cv
552.352.50.20.00284181193.7934275945
755.155.90.80.011367244165.6553993162
8.955.757.11.40.019892677263.1020385098
1157.959.41.50.021313582775.3467381909
1360.662.92.30.032680826871.9112494829
1563.266.33.10.044048070971.4706632977
1664.4683.60.051152598470.7434332617
%aperturaQ (gal/min)
9.13.4
18.184.8
27.275.6
36.365.8
45.455.9
54.546.1
63.636.2
72.726.2
81.816.3
90.96.3
1006.3
Hoja1
VALVULA TIPO GLOBO
% Ap
% Q
% apertura Vs. % caudal
Hoja2
Hoja3
