5 Derrames-1

1Colegio Oficial de Ingenieros Industriales de Andaluca Occidental-Sevilla

VALVULAS DE CONTROLClculo y Seleccin

Tema-5

A.Campo Lpez

Colegio Oficial de Ingenieros Industriales de Andaluca Occidental

El derrame en LIQUIDOS puede ser:

Laminar

Turbulento

La circulacin de un fluido por una tubera depende de cuatro factores:

Densidad Viscosidad

Velocidad DN- Tubera


La combinacin de estos cuatro factores permiten calcular el N de REYNOLDS

Re = . V . d / Vis. = . Q . d / Vis. A

Vis-Viscosidad dinmica (cp) -Densidad. V-Velocidad-m/sd-Dimetro-cm. A-Area m2

Bajos N de Re. Las fuerzas viscosas son dominantes. Flujo liso-uniforme [ LAMINAR ]

Altos N de Re. Predominan las fuerzas de inercia produciendo turbulencias, vortices, etc. [TURBULENTO]


Fd Factor de estilo. 0,7 para mariposas y doble asiento. 1 para el resto

CRITERIOS DE SELECCIN PARA FLUIDOS VISCOSOS

Diseos de cuerpo paso sencillo:

- Sector de bola

- Rotary-plug-globo

- Mariposa-macho

Evitar reducciones tuberas, codos en la entrada, angulos cerrados, etc.

Frmula IEC para N de Re

2Colegio Oficial de Ingenieros Industriales de Andaluca Occidental

En una restriccin la presin esttica se transforma en energa cintica.

La presin cae a lo largo del orificio (Pvc) y se recupera despus.

La recuperacin (Fl) depende de la forma de la vlvula. Derrame

P1P2

Pvc

Fl

DERRAME TURBULENTO


Masa Energa

Ecuacin de Bernouillipara fluido incomprensibles

V2 + P =Constante

V PCuando la velocidad aumenta, la presin disminuye.

1A1V1 = 2A2V2A V

Cuando el rea disminuye, aumenta la velocidad.

Conservacin de Masa y Energa

21


RESPUESTA DE DOS VLVULAS

con igual caudal y presin de entrada P1

P2

P2

Mayor friccion

Mayor velocidad

Velocidad


El valor de P2 despus de una restriccin, (vlvula)

depende del tipo de vlvula usado.

Hay vlvulas de ALTA RECUPERACIN y otras que

son de BAJA RECUPERACIN de presin.

El factor relacionado con este fenmeno es:

Fl = Liquid Pressure recovery Factor

(Factor de recuperacin de presin en lquidos)

Se asigna a cada vlvula segn la forma de su paso


Q

p

Q

p

FL = 099

FL = 060

Alta Recuperacin

Baja

recuperacin

El caudal critico se alcanza segn sea Fl tipo de vlvula

FL =

FL =


La tasa de recuperacin de presin viene definida por el coeficiente Fl

PvPPPF l

=1

21

( )PvPlcrtica Fp = 12

Valor en tablas de cada fabricante

Depende de:

Tipo de vlvula

Sentido de circulacin

Con / sin conos reductores.

XF = P1 P2 / P1 Pv Differential pressure ratioXFz Cavitacin incipiente acusticamente detectada

Kc - Fl basado en el anlisis choked flow


( )pFF vflp Pcrtica .1 .2 =

PPF

c

vF 28,096,0 =

Una formula ms completa incluyendo Pc

Siendo

Ejemplo:

Fluido con P1= 12 bar-a; P2 = 8 bar-a Pv= 7,36 bar-a

Pc agua = 221 Delta-p crit= 4,5bar


Anlisis de la cavitacin

Analizar la p con respecto a

Pv Fl Kc XFZ

- sigmaPresindinmica

P1

P2

Pvc

FLKc- Cfte. de cavitacin incipiente. Denuncia el inicio de cavitacin. Experimental de cada vlvula. Ver catlogos.

p Cav. Inc. = Kc (P1 Pv) Derrame

Pv


XFZ es el punto en el que un incremento de nivel de ruido es detectado como aviso de posible inicio cavitacin incipiente.

Puede coincidir con i aunque el factor sigma denota el inicio de cavitacin detectado por un detector de alta frecuencia.

XFZ = p / P1 Pv = 1 /

En el procedimiento IEC-60 534-8-4-2 ed. no interviene sigma.

XFz (XF) basado en curva de ruido(lquidos)


CAVITACIN y - Sigma


El factor ( basado en niveles de energa no en el choked flow) considera adicionalmente la influencia de:

DN de la vlvula y tubera

(SSE-Size Scale Efect)

Condiciones de proceso

(PSE-Pressure Scale Efect)

Se determina

experimentalmente con

varios tamaos y

a distintas presiones.

Cada fabricante fija

el mr de susdiseos.

Factor SIGMA-

MVmr

C

i

1 P1 - PV = SigmaP1 - P2

Max. VibrationRegime

ConstantCavitationRegime

IncipientCavitationRegime

Hydrodymaic Vibration R i

Acc

eler

atio

n (d

BA

)


- El nivel de cavitacin aumenta cuanto mayor sea la diferencia P1 Pv, influyendo el tipo de vlvula.

Pv Presion de Vapor

Pc Presion crtica

Kc Coeficiente cavitacin incipiente

Fl - Pressure recovery factor (Choked flow)

XF = P1 P2 / P1 Pv Differencial pressure ratio

XFz Valve specific characteristic pressure ratio(Inicio de cavitacin acusticamente detectada)

Factor sigma -

Hemos visto:


PvPv

PP11

Subcrtica

Cavitacin

Flashing

P2

TIPOS DE DERRAME


AGUA

VAPOR

CAVITACION

EBULLICIONpor aumento de T

20 40 60 80 100

1

0

Presin - Bar

Temperatura C

Cavitacin no es ebullicion


CAVITACIN


CAVITACIN


Cavitacin localizada


CAVITACIN + abrasin

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FACTORES DETERMINANTES:

CAVITACIN

Propiedades del fluido: Pv, Presin diferencial,

Tensin Superficial, temperatura, viscosidad, Sp. Gr.

Tipo (diseo) de la vlvula. (forma interna)

Tamao / rgimen de caudal / % apertura.

Velocidad del derrame

Materiales del trim

Nivel de ruido hidrodinamico

Antecedentes y experiencia


Agresividad de la cavitacin

Diseo de vlvula

Naturaleza del fluido

- Agua caliente / condensado de vapor.

- Mezclas con agua- Hidrocarburos y sus mezclas- (menos).

Posibilidad de corrosin

Presencia de partculas


Que hacer frente a un derrame cavitante ?

RESISTIRLOCONTROLARLO

EVITARLO

RESISTIRLO, usando materiales duros en el trim. Aceros endurecido, templados etc.

Vlido hasta moderadas presiones diferenciales, 6-10 bar. en v. de globo, no en mariposas bolas.

La p no es el nico factor: fluido,tipo y tamao vlvula, Fl requerido, P1, etc.


CONTROLARLO:

Hacer que el chorro no impacte en zonas vitales para la vlvula.

Analizar el Fl requerido y compararlo con el Fl de trabajo.

Esto es vlido hasta 30 bar. de p segn sea el Flrequerido.Con Fl requerido 0,92, la p podra ser 20


Una

Etapa

Control de cavitacin

Cort. Fisher


P1P1

PvPv

P2P2SubcriticoSubcritico

CavitationCavitation

Evitarlo:

Buscar diseos con alto coeficiente Fl


Tecnologa multietapa

Mxima resistencia con bajas carreras.

Menor p a vlvula abierta.

600 PSI

450 PSI350 PSI

150 PSI70 PSI

25 PSI

40 PSI

Derrame

Radial

Derrame axial

Colegio Oficial de Ingenieros Industriales de Andaluca OccidentalMasoneilan

Derrame AXIAL

Colegio Oficial de Ingenieros Industriales de Andaluca OccidentalCort. Masoneilan

Derrame AXIAL


Prdida de carga gradual

ltima etapa-mnima p

400 PSI

200 PSI

100 PSIMasoneilan


Una

etapa

Multiorificio 1, 2 o 3 etapas

Construccin bsica Flow-To-Close Jaula

caracterizable

Tres etapas

Fisher-Cavitrol

Derrame Radial


Canales de entrada

SalidaAnillos PER

Juntas

DiscoDiscoDiscoDiscoDiscoDiscoDiscoDiscoDiscoDiscoDiscoDiscoPlacaPlaca

AsientoAsiento

ObturadorObturador

Derrame Radial

Cortesia CCI


Reduce y atenua erosin y ruido

Montaje en stack

Similar diseo FTC-FTO

C. Vulcan -Raven

Derrame Radial

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Diseo de paso tortuoso Contol de velocidad Flow-To-Open (No contrl

cav.) Derrame expansiones-

contracciones Paso expansivo.

Valtek Tiger-ToothColegio Oficial de Ingenieros Industriales de Andaluca Occidental

Derrame axial

Varias etapas(mx4)

Proteccin asiento

Flujo expansivo Menorp ltimo

paso Fluido limpio Montaje verticalFisher CAV.4


FLASH cuando P2 cae por debajo de Pv y no se recupera.

Flash no se puede evitar.

Con derrame en flash: Materiales duros

en cuerpo e internos.

Vlvula angular FTC

Reducir velocidad salida

P1

P2

Flashing

FLASH

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FLASH EN ALTA PRESION

Fluido: Hidrocarbon 316 C Pv= 115,61 kg/cm2 a.

Pc= 19,39 kg/cm2 Sp. Gr. = 0,567 Visc = 0,228 cp

Diseo: 122 Kg/cm2 / 385 C

Caudales : 245,2 / 291,8 m3 /hora

P1 : 114,65 / 114,71 kg/cm2 g

P2 : 28,60 / 28,74

Tubera: 6 Sch 40 x 8 Sch-40

Aire cierra. Cierre Clase - V


Cuerpo angular. Expansin dentro de tubera en dos fases: liquido+vapor.

h Paso de area creciente. h 3-6 etapas activas en la

expansin.h Fl = 0,99--------------------------------Para este caso:6 x 6 x 8 Cr. Mo. WC 9

SOLUCION


Derrame

cavitacin:

ruido alto.

Derrame flash :

ruido bajo.

Ruido Hidrodinmico

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Ruido hidrodinmico

Producido por:

Turbulencia en derrame subcritico

Cavitacin

Falshing

El ruido hidrodinmico puede ser destructivo por las vibraciones mecnicas asociadas.

Procedimiento ms actualizado: IEC-534-8-4

Vlido para cualquier vlvula.

Precisin +/- 5dB a.

Otro procedimiento es el VDMA-24.422 Apendix-KColegio Oficial de Ingenieros Industriales de Andaluca Occidental

Ruido hidrodinmico

Proceso de clculo:[1] Se determina la Potencia del derrame ( Wm Stream Power)

[2] Se transforma a potencia snica (Lwi en dos situaciones:

no cavitando y cavitando.

(factores influyentes: Caudal y p )[3] Se determina la prdida de transmisin por la tubera(TL)

(Factores influyentes:Dimetro, Sch y ratio de frecuencias)

[4] Clculo de la potencia acstica externa (Sound power Lwe)

[5] Se transforma a Nivel de Presin Acstica (SPL) en dB A.

[6] Se refiere a un punto 1m aguas abajo, 1 m. separado.


Ruido hidrodinmico

WmLwi

TL

Lwe

LpAe


DERRAME EN GASES Y VAPOR

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Q

A

B

C D

X=

FK

X

T

SUBCRITICOSUBCRITICO CRITICOCRITICO

x=

0,2

P1

fl2

YY

Q= k .

Q=k . Y

Por variacin de densidad Por alargamiento

vena contracta

Choked Flow

x

x

x

Vel.Snica

p = Fk.XT. P1

Derrame de gases

p crtica = Fk . xT . P1

xT-pressure drop ratio factor

Fk-ratio of specific heads factor k/1.40

Y-gas expansion factor

K Ratio calores esp. Cp / Cv.


RUIDO: Percepcin auditiva de unas vibraciones (ondas) quese propagan en el espacio.

La intensidad sonora puede llegar a ser proporcional a la octavapotencia de la velocidad en la extrangulacin.El ruido final no slo depende de la vlvula y su trim, influyen tambin :

Mach (velocidad) de salida Expansin de tubera Prdida de transmisin en la lnea (Sch., material et.) Combinacin con ruidos adyacentes.


Standard internacional para Vlvulas de Control Gases secos y vapores. Para cualquier estilo de vlvula, excepto full-bore. Slo aplicable cuando la velocidad de salida sea

inferior a 0,8 de Mach. ( 1/3 de Mach en vlvulas Lo-dB )

Precisin +/- 5 dB- A

Es necesario evaluar el nivel de ruido por: Limitaciones (OSHA) tiempo de exposicin

[90 dBA para < 8 horas] Evitar las vibraciones que ocurren > 110 dBA Evitar la fatiga y fallos de tubera > 130 dBA

Metodo de prediccin basado enIEC-534-8-3


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