VÁLVULAS DE CONTROLLas válvulas de control son las encargadas de regular el caudal del fluido de control que modifica a su vez el valor de la variable medida y por lo tanto la variable controlada, comportándose como un orificio de área continuamente variable.
CARACTERÍSTICAS DE CAUDAL INHERENTE:
La característica de un fluido incompresible fluyendo en condiciones de presión diferencial constante a través de una válvula, se denomina característica de caudal inherente y se representa usualmente considerando como abscisas la carrera del obturador y como ordenadas el porcentaje de caudal máximo bajo una presión diferencial constante.
Válvula de Tipo Lineal
Una válvula de igual porcentaje tiene la propiedad de que iguales incrementos en la abertura de la válvula producen iguales aumentos relativos o en porcentajes en el coeficiente de la válvula.
Las curvas características se obtienen mecanizando el obturador para que al variar la carrera el orificio de paso variable existente entre el contorno del obturador y el asiento configure la característica de la válvula. En la siguiente figura se muestra las curvas caracteríticas del caudal inherente.
A continuación se analizarán el obturador con característica lineal e isoporcentual.
Obturador con Característica Lineal.
En el obturador con característica lineal, el caudal es directamente proporcional a la carrera según la ecuación:
q = k * l
donde:
• q = caudal.
• k = cte.
• l = carrera (lineal o rotacional)
Gráficamente se representa por una línea recta. Para entender porqué de estos tipos de válvulas, introduciremos un primer concepto: el de rangeabilidad (rangeability), la cual definimos como:
La rangeabilidad o campo de control de caudales que la válvula es capaz de regular manteniendo la curva característica inherente es en la válvula lineal de 15 a 1 o de 30 a 1. Si bien teóricamente ésta podría ser infinita, las dificultades de fabricación la limitan a estos valores. Debe apreciarse en las curvas características de caudal inherente que ninguna de ellas llega al cero de carrera y por lo tanto, ninguna llega al cero de caudal. Por consiguiente, el valor de rangeabilidad jamás podrá ser infinito, aunque teóricamente pueda pensarse así.
Obturador con Característica Isoporcentual.
En el obturador con característica isoporcentual, cada incremento de carrera del obturador produce un cambio en el caudal que es proporcional al caudal que fluía antes de la variación
En la que:• q = caudal a pérdida de carga constante.
• l = carrera.
• a = cte.
Trabajando matemáticamente la expresión anterior:
Donde:• a y b = ctes. A continuación, puede verse que:
Basándonos en la definición de rangeabilidad, la expresión anterior queda:
Los valores típicos de rangeabilidad para este tipo de válvula están en un rango de 30 a 50. Esta última expresión nos da el porcentaje de caudal en función del campo de control o rangeability de la válvula La representación gráfica de la curva de una válvula isoporcentual, se caracteriza porque al principio de la carrera, la variación de caudal es pequeña, y al final, pequeños incrementos en la carrera se traducen en grandes variaciones de caudal.
El término de isoporcentual deriva del hecho que, por cada incremento porcentual de la carrera de la válvula, se produce el mismo incremento porcentual del caudal. Supongamos que estando al 20% de la carrera, el caudal es 5 m3/h, un incremento del 1% nos lleva a 5,05 m3/h. Luego estando al 80% de la carrera, un incremento con igual porcentaje nos lleva de 45 m3/h a 45,45 m3/h. Notar que la proporción se ha mantenido, no obstante el incremento en los respectivos caudales son bastante distintos, 50 litros/h en el primer caso y 450 litros/h en el segundo.
En otras palabras, si nos situamos en la parte de bajos valores de carrera que se corresponde con bajo valores de caudales, una variación en la carrera nos dará un caudal similar al previo, o sea pequeño. Igualmente, si nos situamos en la parte alta de la carrera que se corresponde con altos caudales, el mismo incremento nos dará un caudal similar al previo o sea
Grande .
Valvula de tres Vias. 
Este tipo de válvula se emplea generalmente para mezcla de líquidos o para derivar de un flujo de entrada dos salidas (Diversoras). Intervienen típicamente en el control de temperatura de intercambiadores de calor.
Dimensionamiento de la valvula de control.
Dimensionar una válvula de control es seleccionar correctamente el diámetro del orificio que permita el pasaje del caudal necesario. El correcto dimensionamiento proveerá un mejor funcionamiento de la válvulareguladora y consecuentemente, que el lazo de control cumpla su objetivo de manera eficaz. Masoneilan en 1944 introdujo el concepto de CV o KVcon la intención de normalizar el cálculo de dimensionamiento.
Por definición, el CV es el caudal de agua a 60 ºF en gal/min que pasa a través de la válvula ensayada completamente abierta y provoca una pérdida de carga de 1 psi.
Mientras que, por definición, el KV es el caudal de agua a 15 ºC en m3/h que pasa a través de la válvula ensayada completamente abierta y provoca una pérdida de carga de 1 kg/cm2. V V V V
1 K = 0,86 C y 1 C = 1,17 KM
unidos con todos los datos requeridos para una aplicación determinada, la idea es encontrar el diámetro de la válvula que se corresponda con el CV calculado o el inmediato superior.
Datos necesarios para el diseño:
Caída de presión en la válvula:
la evaluación de este parámetro es de fundamental importancia, por lo que se sugiere tomar debida nota de lo siguiente:
a) Al decidir el Δpv , si es que no está definida por el proceso, se presenta la disyuntiva de optar por un bajo costo de operación ( Δpv bajo). con detrimento del desempeño o un mejor control con mayor costo deoperación dándole a la válvula mayor pérdida de carga disponible ( Δpvalto).
b) A manera de guía se sugieren los siguientes lineamientos:
b.1) En circuitos con bombas el Δpv será el 33% de la carga dinámica del sistema y no menor a 1 kg/cm2 (aprox. 15 psi).
b.2) El Δpv asignado a la succión o descarga de un compresor será el 5% de la presión absoluta de succión o el 50 % de las pérdidas dinámicas del sistema, se elegirá siempre la mayor. Estas relaciones deben ser aumentadas cuando el campo de variación de caudal es grande(atención: variación de caudal grande, no confundir con caudal grande) y reducirlas cuando la variación de caudal es pequeña.
b.3) Si el Δpv es sólo un pequeño porcentaje de la pérdida total del sistema, la válvula pierde rápidamente su capacidad para aumentar ulteriormente el caudal (recordar rangos altos de la carrera en la tipo quick opening).
Caudal: se adoptarán las siguientes definiciones:
a) Caudal normal mínimo (Qn-mín): mínimo caudal necesario para mantener el proceso bajo control en cualquier condición de operación.
b) Caudal normal máximo (Qn-máx): máximo caudal necesario para mantener el proceso bajo control en cualquier condición de operación.
c) Caudal máximo (Qmáx): máximo caudal que puede circular por la válvula para el 100 % de apertura.
Excepto Qmáx, los demás son datos de proceso (diseño o condiciones de operación). El Qmáx suele adoptarse alrededor del 25 % mayor que el Qn-máx.
Fórmulas.
El punto de partida para un mejor entendimiento se hará con los fluidos incompresibles, para luego extendernos a las expresiones propias de gases y vapores.
No habrá un desarrollo teórico (el cual está brillantemente tratado en la obra de A. Creuss), pero las expresiones mostrarán de qué forma intervienen los datos requeridos y mencionados en el punto anterior.
Fluidos incompresibles.
Un fluido a través de la válvula de control sigue las mismas leyes de conservación de masa y energía como la expresada en la mecánica de los fluidos.
Los líquidos son incompresibles; cuando estos pasan a través de una restricción en la cañería deben acelerarse.
La energía para esta aceleración debe ser tomada de la energía disponible como presión del fluido o altura estática. Luego de la restricción el fluido se frena y parte de esta altura o presión es recuperada. La parte no recuperada se convierte en energía de fricción.
Despreciando las pérdidas por fricción, el Principio de conservación de energía (Teorema de Bernoulli) nos da:
(v2-v1)^2=2gh
Donde:
• v2 es la velocidad en el área 2 (restricción).
• v1 es la velocidad en el área 1 (cañería).
• h = Δp medido en m de columna de agua.
* Pulido con chorro de arena.
Proceso de enfriamiento de la alúmina electrofundida.
Galpon de almacenamiento de la alúmina electrofundida.
(hornos de Cocción)
