Valvulas de Control Inteligentes II

La Válvula

Cada válvula de control debe diseñarse y seleccionarse para proveer una operación y control confiable a las condiciones de operación y diseño especificadas.

Se debe de seleccionar una válvula de control junto con su actuador y evaluar cuidadosamente el requerimiento mínimo de funcionamiento de sus internos. Los cálculos de capacidad de la válvula para todas las condiciones de operación actualmente se realizan por computadora, siendo uno del software más potente el desarrollado por FLOWSERVE (Performance 8.0).

La capacidad seleccionada de los internos de la válvula de control Cv debe de cumplir con lo siguiente:

Para una característica de igual porcentaje los internos deben operar al 95% de carrera a máximo flujo. Para característica lineal y de apertura rápida los internos deben de operar al 90 % a máximo flujo. Cuando se menciona 95 o 90 % se refiere a la abertura que debe de mostrar la válvula de control con el flujo máximo. A la capacidad requerida Cv que cumpla con el criterio mencionado se le llama “Cv requerida”. A la capacidad Cv actual de la válvula se le llama “Cv seleccionada”. Las aplicaciones específicas pueden requerir una capacidad Cv sobre dimensionada, lo cual debe ser especificado por el usuario.

Para cualquier caso el tamaño del cuerpo de la válvula no debe de exceder el tamaño de la tubería que la contendrá. El tamaño de cada válvula de control seleccionada debe de cumplir con cualquier variación de flujo a todas las condiciones de operación especificadas. La condición de flujo mínimo especificada debe ser totalmente controlable. El cuerpo de la válvula de control debe de calcularse para que tenga el grueso suficiente debido a las condiciones de presión y temperatura especificadas.

Trim (Internos)

Los internos de una válvula de control en inglés lo llaman trim. Los internos tienen una parte fija y una parte móvil que es la permite que la válvula se mantenga abierta o cerrada. La parte móvil es el ensamble del tapón con la parte de el vástago que estará en contacto con el medio. La parte fija de los internos es muy sencilla en aplicaciones convencionales, pero en aplicaciones para servicio severo es una jaula con diferentes diseños, por ejemplo jaulas concéntricas, placas perforadas, pila de discos, etc., y con las piezas necesarias para acomodar la jaula por dentro. Los internos deben de ser del tipo de cambio rápido, por lo que ningún componente debe de ir soldado o roscado en el cuerpo bonete. Como en algunas válvulas de control se nota que el tapón a veces se pega y queda fijo en una posición, por lo tanto se debe de especificar que los internos deben de tener un anillo igualador de presión alrededor del tapón para minimizar la vibración y que no se flexione el tapón por flujo concentrado en una sola porción del tapón.

El fabricante debe de cumplir con este diseño para cumplir con los requerimientos de la especificación. Para las aplicaciones de servicio severo, cuando un fabricante proponga el diseño de ciertos internos, debe de haber probado durante cinco años este diseño lo cual debe de certificarlo.

Los fluidos líquidos o gaseosos al pasar por una válvula de control con gran caída de presión pueden provocar ciertos Fenómenos, los cuales normalmente son destructivos. Los líquidos pueden provocar cavitación y “flashing”, y los gases pueden provocar ruido y su fenómeno asociado que es la vibración. Todos estos fenómenos son función de la velocidad alta del fluido, por lo que todos pueden evitarse controlando la velocidad del fluido al pasar y salir de los internos. Lo único que no puede evitarse es el flashing porque las condiciones del proceso no lo permiten, pero regulando la velocidad del líquido a través de la válvula se modera el efecto destructivo de este fenómeno. Por lo tanto cuando se detecte que la presión de entrada es igual al doble o mas de la presión de salida de la válvula, se sabe que se trata de una aplicación de servicio severo o crítico o riguroso o riesgoso pues la energía potencial de la diferencial de presiones puede convertirse en energía cinética dentro y a la salida de los internos de la válvula que es donde la velocidad sería la mayor, entonces se deberá especificar cuidadosamente la requisición de una válvula, pues de no hacerlo el ingeniero se arriesga a seleccionar un equipo deficiente que podría causar problemas operativos de control y físicos, costos enormes operativos y de mantenimiento y en algunas ocasiones riesgos, sobre todo cuando se manejan combustibles. Las especificaciones que se mencionan en los libros especializados como el de Crane y de la ISA son el resultado de las experiencias recopiladas en los últimos 50 años y muy someramente se mencionan. Especificaciones relacionadas con los internos de las válvulas de control que manejen líquidos

Los Principos Básicos

En convencional válvula de regulación y Control, una vena contracta (el punto de mayor restricción de flujo) aparece inmediatamente agua abajo del punto de estrangulamiento, produciendose una sustancial reducción de presión. Note que la completa caída de presión entre el ingreso y la salida no revela hasta que punto la presión puede haber caído dentro de la válvula misma.

El problema con gases

El problema se vuelve obviamente complicado cuando la caída de presión supera los límites estándares de las válvulas de Control Simples. La velocidad es ampliamente incrementada en la vena contracta y un sonido considerable puede ser generado, llegando a magnitudes sónicas. El sonido substancialmente puede ser generado incluso donde las velocidades de ingreso y salida son significativamente menores que las sónicas.

La solución

La solución al problema es reducir la presión de ingreso a la salida gradualmente no permitiendo una aguda caída de presión en la vena contracta. Así, la velocidad de los gases son mantenidas a valores razonables a lo largo de la válvula y los niveles de sonido simplemente no son generados. También, rompiendo el flujo dentro de muchos pequeños flujos de vapor, la energía de la turbulencia es reducida y disipada. Además, el sonido generado agua arriba es substancialmente bloqueado por los sucesivos estados.

Nivel de Sonido

El nivel de sonido de un gas o vapor a la salida de los internos de una válvula de control debe ser menor a 85 decibeles audibles a un metro de distancia, sin aisalmiento de ningún tipo, pues el ruido se genera por el paso del gas a través de la válvula y si se modera el ruido con aislamiento, el efecto físico del ruido a la válvula no se elimina. El ruido tiene efecto sobre las aleaciones y está asociado con la vibración. El nivel de sonido < 85 decibeles audibles a un metro de distancia se debe alcanzar sin artificios en la tubería anterior y posterior a la válvula, como orificios, deflectores, etc. Para aplicaciones no frecuentes y recirculación se acepta un nivel de sonido < 90 decibeles A.

Válvula Megastream (Reducción de Sonido).

La Válvula Megastream de VALTEK, reduce eficientemente el sonido generado en Gases en las válvulas automáticas de control. Esta válvula se caracteriza por el diseño de su TRIM, el cual puede tener varias etapas, llegando a reducir el sonido hasta 30 Dba.

Este trim es el resultado de una amplia investigación y estudios de ingeniería. Pude ser utilizado en una amplia variedad de aplicaciones: Plantas químicas y de Petroleo, Refinerías, Centrales Eléctricas, Procesos Industriales y dondequiera que se requiera tener éxito en la reducción del sonido.

Algunas de las características inherentes de la válvula de control reductora de sonido son:

1. Reducción de presión por etapas a través de una serie de jaulas cilíndricas cuidadosamente perforadas llamadas “estados”.

2. Control de la velocidad

3. Control de la turbulencia