Serie 5

VÁLVULAS

Función de Transferencia

VÁLVULA

GV (s) = Y(s) / X(s)

X(s)salida del

controlador

Y(s)variable

manipulada

Actuadores a diafragma

Acción directa Acción reversa

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 abreCAC: Con aire cierraFC: Cierra ante fallaFO: Abre ante falla

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 circulanpor la válvula para una caída de presión de 1 psi.

Apertura rápida Lineal Igual porcentaje

CARACTERÍSTICA INHERENTE

CARACTERÍSTICA INHERENTE LINEAL

kdx

dF=

*

*

máxF

FF =*

máxx

xx =*

Es aquella donde un incremento en la posición del vástago(apertura de la válvula) produce un cambio en el caudal, que esproporcional a la posición del vástago y no depende del caudal.

apertura de 100% para Caudal

operación de Caudal

=

=

máxF

F

máxima Apertura

Apertura

=

=

máxx

x

*.* xkF =

Definimos: y

Modelo:Integrando

CARACTERÍSTICA INHERENTE IGUAL %

**

*kF

dx

dF=

Es aquella donde un incremento en la posición del vástago(apertura de la válvula) produce un cambio en el caudal, que esproporcional a la posición del vástago y a la variación del caudal.

( ) **ln 1 kxkF = cte.1 =k

Los fabricantes hacen variar k1. Graficando x* vs. ln(F*), se ve quepara apertura 0, el caudal puede no ser 0. Esto está relacionado con laRangeability, 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 caudale inversamente proporcional a la posición del vástago.

**

*kx

dx

dF=

2

**

2x

kF =

Para bajos valores de apertura tenemos ganancias altas y para altosvalores 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.

**

*

F

k

dx

dF=

5.0** kxF =

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

∆PT = ∆PV + ∆PL FT = FV = FL

FT = CE * √ ∆PT FV = CV * √ ∆PV FL = CL * √ ∆PL

( ) ( ) ( )222

111

LVECCC

+=

Válvula y línea en paralelo

∆PT = ∆PV = ∆PL FT = FV + FL

FT = CE * √ ∆PT FV = CV * √ ∆PV FL = CL * √ ∆PL

LVECCC +=

BombaP

resi

ón

Carga de fricción∆∆∆∆PL1 + ∆∆∆∆PL2

∆∆∆∆PV ∆∆∆∆PV ∆∆∆∆PV

¼ ½ ¾ MáxCaudal

Línea

Caída en válvula ∆∆∆∆PV

Carga de presiónPS + PD

Carga de alturah1 –h2

Car

ga d

inám

ica

Car

ga e

stát

ica

Car

ga t

otal

de

bom

ba

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 elrango 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.