ELECCIÓN DE VÁLVULAS DE CONTROL (2ª parte*)

5.- Gama de caudales regulables (Rangeability)

Se denomina rangeabilidad (rangeability) a la relación “caudal máximo/caudal mínimo regulable entre cuyos valores la desviación de la curva característica no excede de los límites establecidos”

La rangeabilidad que dan los fabricantes en sus catálogos es la denominada “inherente”, ya que esa relación la dan para mantener la “curva inherente” de la válvula especificada y corresponden a la curva de caudales-apertura a pérdida de carga constante.

Es bien conocido que la zona cercana al cierre no está bien definida de las curvas características, así como que se reconoce un mínimo caudal de fugas que hacen que las curvas inherentes queden truncadas en unos valores aproximados del 3% del caudal máximo en las lineales y 2% en las isoporcentuales. De esta forma, la característica es verdaderamente lineal entre los valores 100% y 3%, dando una rangeabilidad del orden de 100:3 (o de 33 a 1 aproximadamente) y es verdaderamente isoporcentual entre 100% del caudal y 2% (50:1 de rangeabilidad).

La rangeabilidad real de la válvula una vez instalada y funcionando, dependerá del tipo de curva resultante. Si consideramos, por ejemplo, el caso de una válvula con curva inherente de tipo lineal que es montada en un circuito donde existe un factor modificador (relación Ap de diseño válvula/Ap total (válvula + resto dinámico) pequeño (del orden de 0,05), la curva real será cercana al tipo de apertura rápida y el caudal de fugas resultante se aproximará al 10% del máximo con lo que la rangeabilidad real será del 100:10 (10:1).

Existen diferentes criterios a la hora de definir el factor de rangeabilidad requerido y el de la válvula. Nosotros no vamos a entrar en discusión de cada uno de los criterios, sino que vamos a exponer el que hemos creído más idóneo y práctico de acuerdo con nuestra experiencia. Según esto, definiremos:

formula 1_articulo rivas parte 2El fabricante da la “rangeabilidad inherente” de sus válvulas y suele ser bastante optimista respecto al comportamiento de la válvula en la zona cercana al cierre. Si tenemos en cuenta el comportamiento real de la válvula instalada y somos realistas en el comportamiento en la zona cercana al cierre, creemos que fijar la rangeabilidad de una válvula por la relación entre el CV seleccionado al 100% de apertura y el CV al 10% de apertura, es un criterio que la experiencia demostrado como aceptable

Formula2_articulo rivas parte 2

Siempre debe ser:

Rangeabilidad requerida ≤ rangeabilidad válvula.

En general, la rangeabilidad de las válvulas (con este punto de vista) de tipo isoporcentual es bastante mayor que el de las lineales. En estas últimas anda alrededor del 10:1 y en las isoporcentuales (depende mucho del tipo de válvula) entre 20:1 a 50:1.

Cuando la rangeabilidad requerida sea >, rangeabilidad de la válvula puede pensarse en la utilización de dos válvulas en paralelo como solución más idónea (ver apartado 2.11) o la utilización (si es posible) de otro tipo de válvula con más factor de rangeabilidad consultando este tema con el fabricante.

 6.- Selección de tipo de cuerpo

La selección del diseño del cuerpo de una válvula de control no suele constituir demasiada dificultad.

La mayoría de las válvulas utilizadas son de tipo globo y mayoritariamente de doble y simple asiento.

Las válvulas de globo de doble asiento (Fig. 2) son muy populares debido a su diseño equilibrado (las fuerzas que tienden a cerrar la válvula son solo ligeramente diferentes a las que tienen que abrirla). También están disponibles con obturadores reversibles.

Fig 2

Las válvulas de globo de simple asiento (Fig. 3) normalmente no son equilibradas (existen diseños que sí lo son). Se usan mayoritariamente en tamaños pequeños donde se requiere un cierre lo más estanco posible. Su uso en pequeños tamaños se debe a su diseño sencillo y que aun siendo no equilibradas no requieren grandes tamaños de actuadores.

Fig 3

Otro tipo de válvula de globo que ha tenido mucho auge los últimos años es la denominada de “jaula” debido a que el obturador es guiado por una especie de “jaula” (Fig. 4) inmersa en el cuerpo de la válvula. Se usa en muchas aplicaciones sustituyendo a las de doble asiento con alguna ventaja adicional tal como mayor capacidad de CV, bajo ruido, buena estabilidad, fácil cambio de los órganos internos (TRIM), uso de Trim de tamaño reducido en el mismo obturador y disminución de problemas con la erosión.

Fig 4.jpg

Las válvulas de bola están siendo muy usadas debido a su alto porcentaje de recuperación de presión. Se presentan en diseño de bola completa o segmentada. En este último caso, son muy útiles con los fluidos viscosos con sólidos en suspensión. Presentan asimismo altas capacidades de CV. En muchos casos es la solución ideal para aplicaciones de control todo-nada.

Las válvulas de mariposa (Fig. 5) son muy usadas en servicios de altos caudales y pequeñas pérdidas de carga. Tienen altos porcentajes de recuperación de presión. Tienen bastantes fugas salvo que se diseñe con asiento blando. Requieren más potencia de actuador y no presentan buenas características de control (especialmente en la zona cercana al cierre y en la zona cercana a la apertura total) salvo en diseños especiales.

 Fig 5

Fig 5 textoLas válvulas de membrana (Fig. 6) se usan principalmente en servicios viscosos y corrosivos. El sello que constituyen la membrana evita el contacto del fluido con los órganos internos. Generalmente tienen malas características de control y las membranas suelen tener corta duración.

Fig 6

Existen otros numerosos tipos de cuerpos (válvulas de tres vías, cuerpo partido, angular etc.) que presentan, asimismo, ventajas e inconvenientes, las cuales adecuadamente sopesadas pueden posibilitar el uso de los mismos.

7.- Simple asiento versus doble asiento

Por ser los tipos de válvulas usados, haremos un resumen de ventajas inconvenientes de ambos tipos:

A) Válvulas de globo de doble asiento

Ventajas:

 1.Mayor capacidad que las de simple asiento para los mismos tamaños.

2.Alta rangeabilidad (gama de caudales regulables).

3.Obturador equilibrado por lo que requieren tamaños de actuador más pequeños que las de simple asiento.

4.Disponibilidad de órganos internos reversibles.

 Desventajas:

 1.Excesivas fugas cuando está cerrada (> 1% de su capacidad nominal).

2.Baja recuperación de presión.

3.Problemas de erosión a ∆p altas en posiciones cercanas al cierre.

4.Presenta inconvenientes a altos caudales y bajas presiones diferenciales.

B) Válvula de globo de simple asiento

Ventajas:

1.Alta rangeabilidad.

2.Pocas fugas con válvula cerrada.

3.Obturador reversible.

4.Usada en tamaños de 2” o menos.

5.Construcción más simple, menor coste.

Desventajas:

1.En diseños no equilibrados requiere actuadores grandes.

2.Baja recuperación de presión.

8.- TRIM (Órganos internos) capacidad reducida

La necesidad de usar el TRIM de capacidad reducida aparece cuando por alguna razón no es deseable utilizar todo el CV disponible para el tamaño nominal de la válvula. Esto es así, entre otras cosas, en las siguientes situaciones:

  1. Para conseguir un buen diseño mecánico con grandes tamaños de cuerpo (evitar tensiones) manteniendo al mismo tiempo el correcto CV requerido por las condiciones del proceso.
  2. Poder aumentar, en el futuro, el tamaño del TRIM, para adaptarse a nuevas necesidades de capacidad (mayor CV).
  3. Lograr mayores tamaños de cuerpo que reduzcan las velocidades de entrada/salida y disminuir el ruido.
  4. Para evitar el uso de reductores.
  5. Para poder corregir errores de dimensionamiento.

 

Julio Rivas
Petronor, S.A.
(* 2ª de 4 partes)

 

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