UNIVERSIDAD DE COLIMAFacultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica CÁLCULO Y SELECCIÓN DE VÁLVULAS Y ACTUADORES 4°A Alumna: Montserrath del Rosario Aguirre Fuentes Materia: Potencia Fluida Jueves 15 de Junio de 2017 Compatibilidad del material con la aplicación y durabilidad 9. Requerimientos de las conexiones de la válvula al sistema de cañería 8. Pérdidas de presiones normales y cuando la válvula está cerrada 7. . La Figura 1 muestra las distintas características de flujo de las válvulas comerciales. Característica de flujo y rangeabilidad 4. igual porcentaje. Los valores normales y límites de presión que soporta el cuerpo de la válvula 2. Las características inherentes de flujo típicas son: lineal. la característica de flujo inherente es la relación entre coeficiente de flujo Cv y la apertura. parabólica y apertura rápida. En forma equivalente. Caudal de fuga 6. Costo y vida útil Característica de flujo Un criterio importante en la selección de las válvulas es la característica inherente de flujo que define la relación caudal .Introducción.apertura del elemento final de control cuando la caída de presión a través de la válvula se mantiene constante. La elección de la característica de flujo inherente tiene influencia en la estabilidad y controlabilidad debido a la influencia de la ganancia del cuerpo de la válvula en la ganancia global de los elementos del lazo. Durante el cálculo y selección de válvulas de control y actuadores se deben tener en cuenta los siguientes aspectos 1. Dimensionamiento y capacidad de flujo 3. Límites de temperatura 5. En la tabla 1 se describen algunas recomendaciones para la selección de la característica de flujo inherente de acuerdo a la variable que se desea controlar y al fluido. . nivel y presión. Tabla 1 Recomendaciones para elegir la característica de flujo de válvulas de control en lazos de caudal. Figura 1. Característica inherente de válvulas de control comerciales. Cálculo de Cv para líquidos Si la viscosidad cinemática es ≥ 20 cst el régimen es laminar y la ecuación del coeficiente de descarga de la válvula es: 𝑄 𝐺𝑓 𝐶𝑣 = √𝑃 −𝑃 [2] 𝐹𝑝 1 2 Donde: 𝐹𝑝 =Factor de operación de la válvula. Con estas condiciones de cálculo se aseguran capacidad de regulación y rangeabilidad adecuadas.Dimensionamiento de válvulas de control Una vez seleccionado el tipo de válvula teniendo en cuenta los aspectos enunciados anteriormente se debe dimensionar.25 veces el caudal normal máximo. Al caudal máximo (válvula completamente abierta) se lo puede calcular como el máximo que circularía si válvula estaría completamente abierta. es la siguiente: ∆𝑃𝑣 𝑄 = 𝐶𝑣 √ 𝛾 Donde: Q = Caudal en gpm (galones por minuto). 𝐶𝑣 = Coeficiente de dimensionamiento de la válvula. . γ = Densidad relativa Dimensionar una válvula significa determinar el diámetro del orificio de manera que cuando deba circular el caudal normal mínimo y normal máximo las aperturas se encuentren en el tramo intermedio de su carrera (entre el 30 y el 70 %). ∆𝑃𝑣 = Caída de presión entre aguas arriba y aguas abajo. Determinación de los caudales de operación Se deben conocer (información del proceso) los caudales normales de trabajo máximo y mínimo. Se puede adoptar como estimación 1. 𝐺𝑓 = es el peso específico del fluido Cálculo de Cv para vapor y gases. Determinado midiendo el caudal de que circula a caída de presión constante. La ecuación general de flujo de una válvula de control propuesta por Daniel Bernoulli debido a pruebas experimentales. La apertura será del 100 % para el caudal máximo. Caso 1. La densidad del agua a 90°C es 𝜌 = 965.0261 = 414. En la Tabla 2 se presentan los datos iniciales para el diseño y selección de los componentes. Agua líquida Datos Unidad inicial Equivalencia Temperatura 90-105 °C 194-221 °F Presiones 10-15 kg/cm^2 142.965 𝐶𝑣 = √ 1 (142. Tabla 2. Características del fluido de trabajo.51 𝑔𝑝𝑚 0. 𝑚̇ 25 𝑘𝑔/𝑠 𝑚3 𝑄= = = 0. tomando en cuenta el flujo másico y la densidad de la misma.06 𝑘𝑔/𝑚3 𝑠 Utilizando la ecuación [2] se determina el Coeficiente de dimensionamiento de la válvula: El peso específico del a gua liquida a 90°C es 𝐺𝑓 = 0.23-213.06 𝑘𝑔/𝑚3 .416 lb/h Diámetro tubería 4 '' Se determina primero el caudal del agua a válvula abierta.23 − 213.35)psi 𝐶𝑣 = 48. ∆𝑃 = Caída de presión (P1 . Selección de válvula y actuador para fluido líquido. Se tomará un factor de operación de la valvular de 100%.El Cv para un estado de vapor saturado se calcula con la siguiente ecuación: 𝑊 𝐶𝑣 = [3] 2.0007𝑇𝑠ℎ ) 𝐶𝑣 = [4] 2.1√∆𝑃(𝑃1 +𝑃2 ) Para un estado de vapor sobrecalentado es: 𝑊(1+0.965.27 .35 psi Flujo másico 25 kg/s 198.1√∆𝑃(𝑃1 +𝑃2 ) Donde: W = Taza de flujo en lb/h.51 𝑔𝑝𝑚 𝜌 965.P2) 𝑇𝑠ℎ = Temperatura de sobrecalentamiento. 414. Del catálogo de Masoneilan. Se propone un diámetro de vástago de 1 pulgada: 𝑙𝑏 𝜋 𝐹 = (213.35 psi. Para dimensionar un cilindro es necesario conocer los siguientes aspectos a) Cuál es la fuerza que deberá desarrollar el cilindro. se selecciona la válvula de acuerdo al Coeficiente de dimensionamiento obtenido. En la siguiente Tabla se muestra el modelo de válvula y sus características y dimensiones a diferentes valores de Cv.35 ) ( ) (1 𝑖𝑛)2 = 167 𝑙𝑏𝑓 = 75 𝑘𝑔𝑓 𝑖𝑛2 4 . Se seleccionó una válvula Modelo 41395 Tipo globo Anti-cavitación con un orificio de 4. Tabla 3.023 pulgadas de diámetro para flujo lineal. A partir de la presión se calcula la fuerza de avance del cilindro necesaria. Selección del actuador. c) Cuál es el curso de trabajo. b) Cuál es la presión de trabajo. Dimensiones de las válvulas a diferentes Cv del Tipo Anti-cavitación. De la Tabla 2 se sabe que la presión de cierre de la válvula es de 213. Esta válvula trabajará con una apertura máxima de 80%. Caso 2. Cilindros de Doble Efecto de 1 1/2" a 6" De acuerdo con la Tabla 4 se determina un cilindro de 2 pulgadas de diámetro con un vástago de 5/8 de pulgada de diámetro.Utilizando el catálogo de selección de actuadores neumáticos de Parker.47-312.47)𝑝𝑠𝑖 ∙ (312. se determinan con la siguiente tabla. las dimensiones reales del cilindro y vástago. modelo Heavy Duty Series 3400. La fuerza de avance es de 285 kgf y la de retorno de 257 kgf.91 psi Flujo másico 25 kg/s 198.91 + 284.91 − 284. Tabla 5. Vapor de agua Datos Unidad inicial Equivalencia Temperatura 135-150 °C 275-302 °F Presiones 20-22 kg/cm^2 284. Características del fluido de trabajo.416 lb/h Diámetro tubería 4-6 '' Se calcula el coeficiente de dimensionamiento de la válvula utilizando la ecuación [3] la cual corresponde a vapor saturado: 198.1√(312. Tabla 4. Fuerzas Estáticas en kgf.416 lb/h 𝐶𝑣 = 2. Marca Parker.8 . En la tabla 3 se muestran los datos iniciales para el dimensionado y selección de válvula y actuador usando como fluido vapor de agua.47)𝑝𝑠𝑖 𝐶𝑣 = 747. Selección de válvula y actuador para vapor. de igual forma para flujo lineal. Selección de actuador. Se propone un diámetro de vástago de 1 pulgada: 𝑙𝑏 𝜋 𝐹 = (312 ) ( ) (1 𝑖𝑛)2 = 245 𝑙𝑏𝑓 = 112 𝑘𝑔𝑓 𝑖𝑛2 4 De acuerdo con el catálogo de selección de actuadores neumáticos de Parker. por lo cual es posible calcular la fuerza de avance del cilindro. Tabla 7. Primero se sabe que la presión de cierre de la válvula es de 312 psi. Fuerzas Estáticas en kgf. La válvula trabajará con una apertura máxima de 70% para cumplir con las condiciones establecidas. con un orificio diámetro de 8 pulgadas de diámetro. Tabla 6. se determinan con la siguiente tabla. Dimensiones de las válvulas a diferentes Cv.En la siguiente Tabla obtenida del catálogo de Masoneilan se muestra el modelo de válvula y sus características y dimensiones de acuerdo al Cv. Tipo estándar. Cilindros de Doble Efecto de 1 1/2" a 12" . las dimensiones reales del cilindro y vástago. El equipo seleccionado es una válvula modelo 41315 tipo estándar. parker.edu. Sitio web: https://catedras. Sitio web: http://www.pdf.pdf . [3] Dresser (2007). Masoneilan 41005 Series Control Valves. Marca Parker.ar/iidpr/wp-content/uploads/sites/86/2016/08/Tema-7-Anexo-Gu%C3%ADa-para- seleccion-y-dimensionamiento.facet.De la Tabla anterior se determina un cilindro de 2 pulgadas de diámetro con un vástago de 5/8 de pulgada de diámetro. modelo Heavy Duty Series 3400. 2014. (2014).unt. Sitio web: https://www. La fuerza de avance es de 427 kgf y la de retorno de 386 kgf. Bibliografía [1] Antonio Campo López.com/wwwdat/pdf/9788499697994.ipsa- cv.editdiazdesantos. [2] GUÍA PARA SELECCIONAR Y DIMENSIONAR VÁLVULAS DE CONTROL. Válvulas de control selección y cálculo. de ISA Sitio web: http://www.pdf [4] Parker Automation (2002). Catálogo 1001-4 BR-E Septiembre 2002.mx/masoneilan/docs/specdata/Reciprocating/CH41005-0107.com/literature/1001_4_br_e.pdf.com.
Report "Cálculo y Selección de Válvulas de Control y Actuadores"