Serie 5

VÁLVULAS

Función de Transferencia

X(s) salida del controlador

VÁLVULA GV (s) = Y(s) / X(s)

Y(s) variable manipulada

Actuadores a diafragma Acción directa: al aumentar la presión de aire, el diafragma baja, extendiendo el vástago. Acción reversa: al aumentar la presión de aire, el diafragma sube, retrayendo el vástago. El aumento de presión puede hacer que la válvula abra (CAA / FC) o cierre (CAC / FO), dependiendo de las características constructivas. CAA: Con aire abre CAC: Con aire cierra FC: Cierra ante falla FO: Abre ante falla

Acción directa

Acción reversa

Posicionador El posicionador recibe una señal y la convierte en un valor de posición de la válvula, entregando al actuador la señal requerida para la apertura correcta de la válvula.

Cv = Coeficiente de flujo = gal/min de agua a 15°C que circulan por la válvula para una caída de presión de 1 psi.

Apertura rápida

Lineal

Igual porcentaje

CARACTERÍSTICA INHERENTE

CARACTERÍSTICA INHERENTE LINEAL Es aquella donde un incremento en la posición del vástago (apertura de la válvula) produce un cambio en el caudal, que es proporcional a la posición del vástago y no depende del caudal. x = Apertura

F = Caudal de operación Fmáx = Caudal para 100% de apertura

Definimos:

Modelo:

F F* = Fmáx

dF * =k dx *

xmáx = Apertura máxima

y

Integrando

x* =

x xmáx

F * = k .x *

CARACTERÍSTICA INHERENTE IGUAL % Es aquella donde un incremento en la posición del vástago (apertura de la válvula) produce un cambio en el caudal, que es proporcional a la posición del vástago y a la variación del caudal. dF * = kF * dx *

ln (F * k1 ) = kx *

k1 = cte.

Los fabricantes hacen variar k1. Graficando x* vs. ln(F*), se ve que para apertura 0, el caudal puede no ser 0. Esto está relacionado con la Rangeability, que es la relación entre el máximo caudal controlable y el mínimo caudal controlable, para una caída de presión constante.

CARACTERÍSTICA INHERENTE PARABÓLICA Es aquella donde un incremento en la posición del vástago (apertura de la válvula) es proporcional al incremento de caudal e inversamente proporcional a la posición del vástago.

dF * = kx * dx *

2

x* F* = k 2

Para bajos valores de apertura tenemos ganancias altas y para altos valores de apertura tenemos ganancias bajas y bajan los % de caudal, al igual que en las válvulas de igual porcentaje.

CARACTERÍSTICA INHERENTE APERTURA RÁPIDA Es aquella donde un incremento en la posición del vástago (apertura de la válvula), produce un cambio en el caudal, que es proporcional a la posición del vástago e inversamente proporcional al caudal.

dF * k = dx * F *

0.5

F * = kx *

El exponencial puede variar levemente, generando una familia de curvas.

CARACTERÍSTICA EFECTIVA Es la que corresponde a la válvula cuando está instalada. Cuando el caudal aumenta, para una pérdida de carga total constante, la pérdida de carga en la válvula empieza a disminuir porque aumenta la pérdida de carga en los equipos de proceso y en las cañerías. La pérdida de carga en la válvula es un factor primordial para efectuar el diseño. Las válvulas se diseñan con una pérdida de carga de 50% a 70% de la pérdida de carga total. La pérdida de carga de la válvula nunca puede ser menor que 25% de la pérdida de carga total, desde el punto de vista del control.

Válvula y línea en serie

FT = CE * √ ∆PT ∆PT = ∆PV + ∆PL

FV = CV * √ ∆PV FT = FV = FL

1 1 1 = + 2 2 2 (CE ) (CV ) (CL )

FL = CL * √ ∆PL

Válvula y línea en paralelo

FT = CE * √ ∆PT ∆PT = ∆PV = ∆PL

FV = CV * √ ∆PV FT = FV + FL

C E = CV + C L

FL = CL * √ ∆PL

Bomba

Caída en válvula ∆PV

∆PV

Carga de fricción ∆PL1 + ∆PL2 Carga de presión PS + PD Carga de altura h1 –h2

¼

½

¾ Caudal

Máx

Carga total de bomba

∆PV

Carga estática

∆PV

Carga dinámica

Presión

Línea

Bomba Línea

α mide la influencia de la instalación en la característica de flujo de la válvula. Si α = 1, toda la pérdida de carga está en la válvula. A medida que α disminuye, aumenta la influencia de la línea.

La característica de flujo instalada permite determinar la ganancia de la válvula, que como se ve en los gráficos puede tener grandes cambios, dependiendo del punto particular de trabajo. Debe elegirse la característica que asegure una ganancia global de lazo lo más constante en el rango de trabajo. Así, el margen de estabilidad será lo más constante dentro de ese rango.

SELECCIÓN DE VÁLVULAS DE CONTROL

1.- Determinar condiciones de servicio (P, Q, T, fluido, etc.). 2.- Calcular Cv requerido (preliminar). Analizar niveles de ruido y cavitación. 3.- Seleccionar tipo de conjunto de componentes internos (trim). 4.- Seleccionar cuerpo de válvula y tamaño del trim. 5.- Seleccionar materiales del trim.