Válvula de control MONOVAR®

SAPAG

MONOVAR® es la válvula disipadora de energía.

Características • Diseño extremadamente simple (patentado) • Excelentes características de cavitación • Control muy preciso del flujo o de la presión • Control manual o automático • Apropiada para la medición de flujo • Hay tamaños pequeños disponibles • Mínima perturbación del flujo • El flujo se divide de manera igual en una gran cantidad de chorros. Esto asegura un rendimiento preciso y estable • Estas singulares características, junto con la amplia gama de materiales de construcción, hacen de las válvulas MONOVAR® una opción automática en todas las situaciones severas industriales y de suministro de agua que demanden una regulación del caudal del fluido o de algunas características asociadas, p. ej. presión, temperatura y nivel • El diseño suprime vibraciones, cavitaciones, fluctuaciones de presión y excesos de ruido • Idónea para aplicaciones con altas velocidades • Idónea para aplicaciones con elevada pérdida de carga

Válvula que se exhibe: MONOVAR® DN2000 (80”) El ejemplo que se muestra es un gran pantano en California, EE. UU.

Aplicaciones Aplicación de MONOVAR®: - Sistemas de suministro de agua (fiabilidad, presión, cavitación), - Flujo industrial, sistemas de enfriamiento y mezcla (cavitación, sensibilidad, presión, fiabilidad), - Trabajos de cabecera de planta de tratamiento de aguas (obras civiles reducidas, cavitación, fiabilidad), - Bancos de ensayo de laboratorio (sensibilidad, ausencia de perturbaciones), - Bypass para turbinas (presas), - Final de línea, descarga libre, - Sustitución de bombas de velocidad variable con bombas de caudal constante o de presión constante en combinación con MONOVAR®, - Aplicaciones de aguas marinas bajo petición.

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Características técnicas Gama de tamaños : DN100 - DN2000 (4” - 80”) Presiones : 50 bar (725 psi) Temperaturas : -50° to +200°C (-60°F to +390°F) Tipos de bridas de montaje : EN 1092-1 PN10/16/20/25 ANSI B16.5 clase 150 MSS SP 44 clase 150 AWWA C207 Otras bajo pedido

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SAHSB-0017-ES-1306

Válvula de control MONOVAR®

Brida de tubería

Principio de funcionamiento La simplicidad del diseño de la MONOVAR® se explica en la Figura 1.

Tubería

Los componentes son sencillamente dos placas circulares perforadas y un cuerpo anular (1) montado entre bridas de la tubería. La placa (2) es fija. La placa (3) en el lado de aguas arriba se puede deslizar libremente arriba y abajo. En la posición totalmente abierta los orificios en las placas están alineados. La posición totalmente cerrada se obtiene desplazando la placa móvil (3) en un diámetro total de orificio.

Flujo

Bajo las condiciones especificadas del caudal, la posición es intermedia, en la que los orificios en la placa fija quedan bloqueados en parte por los de la placa móvil. La válvula se puede operar tanto de forma manual como con el uso de actuadores de modulación neumáticos, hidráulicos o preferiblemente eléctricos.

3 Ventajas La energía liberada por un fluido cuando fluye por una válvula es a menudo causa de perturbaciones en el flujo. Ejemplos de ello: fluctuaciones de flujo y presión que pueden causar vibración en la tubería, burbujas de cavitación (como burbujas de vapor del fluido), y ruido. El ruido es causado por la repentina implosión de las burbujas de cavitación. En las válvulas MONOVAR® la disipación de la energía está controlada por múltiples chorros distribuidos que dividen el flujo. Esto significa que los efectos perturbadores quedan considerablemente reducidos, como se describe más abajo: - Las fluctuaciones del flujo se reducen gracias al diseño del chorro y a la rápida estabilización del flujo. Consiguientemente, los dispositivos como caudalímetros pueden situarse mucho más cercanos a la válvula de control que lo usual, de modo que el sistema se puede construir de forma más compacta. - Las válvulas de control MONOVAR® tienen unos mejores índices de cavitación, más favorables que los de las válvulas convencionales. Debido a su diseño, la válvula MONOVAR® afronta mejor la cavitación que las válvulas de control tradicionales. - Una cavitación totalmente desarrollada no perjudica a las válvulas MONOVAR® por cuanto las implosiones tienen lugar en el fluido y no en las partes vitales de la válvula. Este peculiar diseño supera al diseño de las válvulas convencionales en las que con frecuencia se observa la cavitación sobre el obturador y el asiento. Las burbujas de vapor no se forman cuando se seleccionan las válvulas MONOVAR® de forma apropiada. Un punto final acerca de la fiabilidad operativa: las válvulas MONOVAR® no tienen una tendencia natural a abrirse o a cerrarse cuando controlan el flujo o la presión.

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1

Figura 1 1 = Cuerpo anular 2 = Aguas abajo, placa fija 3 = Aguas arriba, placa móvil

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2

Válvula de control MONOVAR® Características hidráulicas

Esta sección da una breve visión general de los datos de diseñó hidráulico y de los criterios de selección para las válvulas de control MONOVAR®. Los datos proceden de mediciones realizadas en los bancos de ensayo de Sapag, de experiencias obtenidas en las instalaciones de prueba de turbinas de Sapag, y de informaciones recibidas de los usuarios de MONOVAR® en la industria y en el campo de los recursos hidráulicos. Cavitación Las contracciones del trayecto del flujo, las expansiones repentinas y cambios de direcciones que el fluido encuentra al pasar por una válvula tienden a crear –localmente– una reducción de la presión. Si la presión local cae por debajo de la presión de vapor del líquido, entonces el líquido hierve. Aparecen entonces en el líquido burbujas de vapor y sus implosiones. A este fenómeno se le llama cavitación. La tendencia de una válvula a cavitar se caracteriza generalmente con un número de cavitación que se define como: P -P σ = 2 v Índice de cavitación de MONOVAR® P -P 2

Estos valores de presión se expresan generalmente como metros de carga hidrostática de líquido. Algunos fabricantes de válvulas emplean un número de cavitación definido como: P -P 1 2 K = P -P 1

Área 1

Área 2

σ

1

P1 : presión absoluta aguas arriba medida en la práctica a un diámetro de tubería por encima de la válvula, P2 : presión absoluta medida a 10 diámetros de tubería por debajo de la válvula y corregida por pérdidas por fricción entre los puntos 1 y 2, PV : presión de vapor del líquido a la temperatura de operación.

Área 3

Área prohibida

v

con las mismas notaciones. Una simple operación algebraica demuestra que los dos números están relacionados por 1 1-K y K = σ = 1+σ K

% de apertura

Para un valor determinado de apertura el fabricante establece varios valores de σ que se corresponden con diversos grados de cavitación. También se define para un valor determinado como varían los valores de σ con la apertura. Estos valores pueden representarse gráficamente en la forma de las curvas conocidas como “de sigma necesaria” que indican el grado de riesgo de cavitación que encontrarán los usuarios de la válvula del fabricante. Caudal específico El caudal específico se define como el caudal que pasa a través de una válvula MONVAR® de un metro de diámetro, que causa una pérdida de carga igual a un metro de carga hidrostática. El caudal específico q11 se puede escribir en términos de pérdida de carga como: Características típicas de caudal Q % de caudal k q11 = 1000 D ΔH 2

q11 : caudal específico en m3/s a una apertura dada de válvula, Q : el caudal total que pasa a través de la válvula en m3/s, ΔH : la pérdida de carga en metros de columna de agua del líquido en la misma apertura de la válvula, D : es el diámetro nominal de la válvula MONOVAR® expresado en metros. 100

La gráfica expone como varía q11 con la apertura de la válvula a una pérdida de carga constante. Obsérvese que q11 se puede expresar en términos del coeficiente de pérdida de carga. Por ejemplo, en la posición totalmente abierta, el q11 específico de una válvula MONOVAR® con un área perforada máxima instalada en una tubería que tenga un diámetro igual al diámetro nominal de la válvula es de 1,3 m3/s. El valor de caudal específico desciende a 0,95 m3/s para una válvula montada en fin de línea. 10 = q 11

π2g 8k

10

20

40

60

80

100

100 80 60 40 20 10

10

20

40

60

80

100

% de apertura

Pérdida de carga La pérdida de carga causada por el caudal a través de las válvulas MONOVAR® se expresa como: ΔH = k

V2

Coeficiente de pérdida de carga / % de apertura de la válvula

2g

1000

k

ΔH : la pérdida de carga en metros de columna de agua a una determinada apertura de la válvula, k : el coeficiente (adimensional) de pérdida de carga a la misma apertura de la válvula, V : la velocidad del líquido en metros por segundo calculada sobre la base de la sección nominal de caudal de la válvula, g : aceleración gravitatoria en metros por segundo al cuadrado.

100

La gráfica expone un ejemplo de la curva de los valores de k para la máxima área perforada de las placas MONOVAR®.

10 10

20

40

60

80

100

% de apertura

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Válvula de control MONOVAR® Características hidráulicas

Método gráfico de determinación de la sigma disponible Las cifras disponibles de cavitación se pueden calcular de forma bastante sencilla por medios gráficos. El cálculo de ejemplo que aparece en la Figura inferior se basa en el flujo entre tanques a diferente nivel. La figura representa la tubería de conexión y la válvula de control incorporada y, a la derecha, una q11 gráfica de carga hidrostática frente a caudal. Las presiones se expresan aquí como cargas hidrostáticas del caudal porque este es el procedimiento usual. Sin embargo, las variables H1, H2, HV tienen los mismos significados básicos que P1, P2, PV citadas más arriba, p. ej., Hv es la presión de vapor del líquido de fluye expresada en metros de columna de dicho líquido. La vertical a b c d representa de forma clara los componentes de pérdida de carga en el valor máximo de descarga Q. 4 3 y por debajo de la 2 válvula son ab y cd respectivamente. 1 Las pérdidas de carga por encima La distancia intermedia bc, esto es, (H1 - H2), representa la pérdida de carga que puede ser regulada por la válvula. Las curvas (cuadráticas) que descienden a b y ascienden a c muestran como se pierde carga por efectos de fricción a lo largo de dos longitudes de tubería. Ha, la carga hidrostática en el punto a, se corresponde con la presión en la superficie del tanque superior, esto es, la atmosférica. Habiendo trazado los elementos esenciales de la figura hasta ahora, solo queda por añadir una línea horizontal adicional rotulada como e. Dicha línea debería dibujarse a una distancia igual a (Ha - HV) por debajo del eje de cero carga. El numerador (P2 - PV) de la expresión sigma se representa por la longitud ce, que es evidentemente equivalente a H2 + Ha - HV, siendo el denominador bc. Así, el número sigma de cavitación deseado es por ello ce/bc.

Carga H en metros frente al caudal Q Tanque aguas arriba

Pérdida de carga a

H1

b

H2

c

d

0

1 2

Válvula MONOVAR®

e

– (Ha – Hv)

Q

Caudal

Tanque aguas abajo

Límites operativos • Temperatura Las válvulas MONOVAR® fabricadas con materiales estándar no deberían funcionar fuera de la gama de temperaturas entre 0 y 80°C. La eficacia del cierre se puede elevar hasta 200°C usando material de cierre especial. Los cierres elastómeros y plastómeros se emplean para temperaturas bajas hasta -50°C. Los límites de temperatura dados en los párrafos anteriores son solo aproximados y dependen del fluido y de la presión de trabajo. • Presión PN64 : DN100 PN40 : DN150 PN25 : DN200 to DN600 PN16 : DN700 to DN800 PN10 : DN900 to DN2000 • Estanqueidad La válvula no es estanca a la burbuja porque se recomienda instalar la MONOVAR® entre dos válvulas de aislamiento. • La MONOVAR® es unidireccional. En caso de reflujo, sírvase consultar con el suministrador.

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Válvula de control MONOVAR®

Características de flujo y cavitación de Monovar® q11 MONOVAR® DN ≥ 450 q11 MONOVAR® DN ≤ 400 q11 válvula MONOVAR® de fin de línea

Figura 2

Características Las características de flujo y cavitación de la MONOVAR® se muestran en la Figura 2 en términos de caudal específico q11 en m3/S. q11 =

% de apertura Posible Imposible

Q D

ΔH

Área prohibida

2

Q : m3/S D : m ΔH : pérdida de carga en m

σ

=

Area 3

P2-Pv

Area 1

P1-P2 Area 2

K =

P1-P2 P1-Pv

Área 1: Operación excelente Área 2: Operación aceptable Área 3: Operación posible Área 4: Área prohibida Sírvase consultar con el suministrador para las aplicaciones en las áreas 3 y 4.

Elección de diámetro Ejemplo (agua)

1. Entrada de datos del líquido

• Caudal ajustable entre • Margen de presión absoluta aguas arriba • Margen de presión absoluta aguas abajo • Margen de regulación disponible de la MONOVAR® • Presión de vapor del líquido a la temperatura de trabajo • Diámetro nominal de la tubería

Q y Q’ P1 y P’1 P2 y P’2 ΔH y ΔH’ PV D

Q D 2

Q’ = 0,250 m3/s P’1 = 48 mWC P’2 = 28 mWC

ΔH = 25 mWC

ΔH’ = 20 mWC

PV = 0,2 mWC

D = 0,3 m

Ejemplo (agua)

2. Primer paso del cálculo

calcule q11 =

Q = 0,150 m3/s P1 = 50 mWC P2 = 25 mWC

q’11 =

y ΔH

q11 =

Q’ D 2

ΔH’

0,15 0,3

25

= 0,33

q’11 =

0,25 0,3

2

• si q’11 < 1,3, el diámetro de la MONOVAR® será inferior o igual a D • si q’11 > 1,3 el diámetro de la MONOVAR® será mayor que D, y se debe escoger la nueva válvula de modo que q’11 ≤ 1,3

20

= 0,62

2

• 0,62 < 1,3: la MONOVAR® tendrá por ello un diámetro ≤ 0,3

Nota: las conexiones de tuberías, como codos, conos u otros equipos mecánicos alterarán las especificaciones de la MONOVAR®. En tal caso, sírvase consultar con el suministrador. 3. Segundo paso de cálculo



σ

=

P2-Pv P1-P2



Ejemplo (agua)



P’2-Pv

σ’ =

P1-P’2

Si los puntos (q11, σ) están situados en la área de cavitación 1 (excelente) en la Figura 2, en tal caso no hay riesgo de cavitación y se puede seleccionar el diámetro inicialmente adoptado de la MONOVAR® - o incluso se puede reducir. Si los puntos (q11, σ) están situados en ás áreas 2 ó 3 (aceptable o posible), el riesgo efectivo de cavitación dependerá de la vida de operación y puede que sea necesario escoger una MONOVAR® de mayores dimensiones.



25 - 0,2

σ =

50 - 25

= 0,99

28 - 0,2

σ’ =

48 - 28

= 1,39

Como ambos puntos quedan en el área 1, se puede escoger una MONOVAR® de 0,3 m de diámetro. Si D se redujera a 0,25 m, entonces q11 = 0,48

q’11 = 0,89

y la válvula quedaría sujeta a cavitación en ciertos casos.

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Válvula de control MONOVAR® Dimensiones de la válvula

Actuadores eléctricos

Actuadores manuales

Cotas de la válvula (mm) DN (mm) (pulg.) C

Peso øD

G

H

K

L

M

P

R

S manual eléctrico

100 4” 60 162 313 446 404 309 64 296 125 125 11 30 150 6” 80 220 348 516 428 309 110 558 148 374 73 67 200 8” 80 290 348 541 428 309 110 583 148 374 86 79 250 10” 84 350 348 576 428 309 110 618 148 374 105 80 300 12” 95 400 348 636 428 309 110 678 148 374 127 115 350 14” 110 438 589 1266 428 309 178 1210 178 530 258 286 400 16” 110 516 589 1271 428 309 178 1215 178 530 290 318 450 18” 140 560 589 1276 428 309 178 1220 178 530 320 350 500 20” 150 594 589 1296 428 309 178 1240 178 530 351 390 600 24” 160 696 589 1366 428 309 178 1310 178 530 432 470 700 28” 160 806 589 1396 428 309 178 1340 178 530 494 510 800 32” 160 914 589 1456 428 309 178 1400 178 530 614 610 900 36” 160 1017 589 1519 428 309 178 1460 178 530 662 690 1000 40” 160 1124 589 1596 428 309 178 1540 178 530 778 806 1200 48” 160 1342 589 1666 283 160 178 1610 178 530 1015 1043 1400 56” 160 1580 589 1816 283 160 178 1760 178 530 1336 1364 1500 60” 250 1660 589 1866 283 160 178 - - - - 2100 1600 64” 330 2032 331 2510 994 254 384 - - - - 5500 2000 80” 450 2345 352 3767 368 437 913 - - - - 8500

Materiales de construcción Los materiales de serie son como sigue: - Cuerpo: fundición nodular EN GJS 500-7 - Placa fija: fundición nodular EN GJS 700-2 o acero inoxidable 13% Cr (X20 C13) - Placa móvil: fundición nodular EN GJS 700-2 o acero inoxidable 13% Cr (X20 C13) - Soporte: fundición nodular EN GJS 700-2 - Vástago: acero inoxidable 13% Cr - Cierres de brida y vástago: Perbunan de dureza 70 Shore Hay disponibles otros materiales de construcción bajo pedido para adecuarse a las condiciones particulares de operación. Notas Dimensiones en mm, pesos en kg Las dimensiones (mm) y los pesos se dan a título indicativo

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Válvula de control MONOVAR®

Actuadores de válvulas as válvulas de control MONOVAR® pueden ser controladas manualmente (volante con indicador micrométrico de posición) o mediante actuadores motorizados eléctricos, neumáticos o hidráulicos. Hay información disponible bajo pedido acerca de la amplia gama de posibilidades para los actuadores.

L

Posición estándar recomendada de instalación

Flujo

Exento de cualquier equipo mecánico 5 x DN

Tramos rectos de tubería

Exento de cualquier equipo mecánico 3 x DN

Instrucciones generales de instalación - Deje que la MONOVAR® sea extraída en una etapa posterior (observe espacios necesarios, emplee juntas y uniones deslizantes, etc.). - Instale la tubería, o emplee conexiones apropiadas, de modo que la MONOVAR® no tenga que soportar cargas anormales que resulten de esfuerzos mecánicos de la tubería o por dilataciones térmicas. - Compruebe que las secciones de la tubería estén alineadas, que las bridas estén paralelas, y que todas las bridas deslizantes estén funcionando correctamente, y que los orificios de las bridas de montaje se corresponden. - Dependiendo de la clase de agua que se transporta, proporcione una criba, un filtro o un colector de cienos aguas arriba de la válvula, para prevenir atascos o que experimente daños mecánicos. - Compruebe que la válvula está instalada correctamente con respecto a la dirección del flujo. Una flecha en el cuerpo de la MONOVAR® muestra la dirección correcta. Esta dirección debe ser obedecida para prevenir averías. - Antes de instalar la MONOVAR®, límpiela con un chorro de aire comprimido. Cerciórese de que las tuberías están perfectamente limpias y especialmente que no haya material en ellas que pueda causar daños graves (aglomerados de óxido, perlas de soldadura, escoria, etc.). - Tenga presente que la instalación apropiada de la MONOVAR® es una precondición para un funcionamiento satisfactorio de la válvula. - Las válvulas MONOVAR® se pueden montar entre bridas de tubería con ayuda de varillas de anclaje, que aseguran una alineación correcta. También se pueden montar en el extremo de una tubería. Para facilitar el montaje y desmontaje, se recomienda el uso de bridas o camisas deslizantes. - Las válvulas pueden instalarse en tuberías verticales u horizontales. En tuberías verticales, sería preferible que el flujo fuese descendente. Las válvulas montadas horizontalmente debería montarse con el actuador en la parte superior para poder emplear de forma apropiada el orificio de drenaje, que quedará así situado en el lado inferior.

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Válvula de control MONOVAR®

Detalles de control Un controlador está diseñado para controlar una válvula que regulará el caudal o la presión en una instalación. El controlador es de tipo PID (Proporcional, Integral, Derivativo). Además de realizar la regulación, el controlador puede aceptar entrada de datos pertinentes al proceso procedentes de diversas fuentes (manómetros, etc.). El controlador puede analizarlos (alarma, etc.). El controlador se puede instalar por sí (autónomo) o puede formar parte de un sistema centralizado. Ejemplo de regulación - Presión aguas arriba - Nivel aguas arriba - Presión aguas abajo - Nivel aguas abajo - Caudal (con medición de la pérdida de carga) - Caudal (con caudalímetro) - Totales de presión aguas arriba y caudal - Totales de presión aguas abajo y caudal - Totales de nivel aguas arriba y caudal - Totales de nivel aguas abajo y caudal

Diagrama de operación:

Suministro eléctrico

Alimentación eléctrica del controlador 220V CA

Salida analógica del control de salida (4-20mA)

Salida digital: alarmas

Salida digital de los limitadores de par y de carrera

Posicionador de caja y control local

Salida analógica

Controlador

(4-20mA): caudal de la MONOVAR®

Salida análoga de la posición de la válvula (4-20mA)

Entrada de valor

externo (4-20mA): Entrada del valor analógico de presión (4-20mA)

Actuador eléctrico (7) Placa o caja de montaje

Válvula MONOVAR®

Flujo

Entrada analógica de la entrada del transmisor de valores (4-20mA) Dimensión

Aguas arriba

(6) Regletas de bornes

Aguas abajo

Transmisor de presión de aguas abajo Transmisor de presión de aguas arriba

Transmisor de la presión diferencial *

* Para los detalles para la instalación apropiada del transmisor de presión, sírvase consultar con el suministrador.

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