184 COMPONENTES BÁSICOS DE LOS SISTEMAS Flujo de gas por peso

= W

Vapor (de agua)

= + ( 5 - 7 )

donde:

Q = tasa de flujo de gas en las condiciones estándar son de 14.7 y G = gravedad específica del gas a 14.7 y (aire = 1.0); para los gases

perfectos es la relación entre el peso molecular del gas y el peso molecular del aire (29).

520 = gravedad específica del gas a la temperatura del flujo, = G

T = temperatura en T

= factor de flujo crítico, el valor este factor va de 0.6 a 0.95. En la figura C-44 se muestra este factor para diferentes tipos de válvulas. = presión de entrada a la válvula en

= presión de salida de la en

AP =

W = tasa de flujo, en = grados de

El y se utiliza para expresar la condición crítica o del flujo y se define

como . .

1.63

(5-8)

valor máximo de y = 1.5; con este valor y por cuando alcan- za un valor de 1.5, se tiene la condición de flujo A partir de esta ecuación se ve

que, cuando el y 1.0, el flujo esta en función única- mente de la presión de entrada,

Es importante tener en cuenta que, cuando el flujo es mucho menor que el crítico

y

se cancela el factor (no se necesita) y la ecuación (5-5) se deriva fácilmente de la ecua- ción (5-2). Lo interesante es que todas estas de dimensionamiento se derivan

VÁLVULAS DE CONTROL 1 8 5

de la definición original de ecuación y la única particularidad de las fórmulas para gas es el factor de corrección y la función de compresibilidad que se requieren para describir el fenómeno de flujo crítico, De manera semejante, la ecua- ción (5-6) se deriva fácilmente de la ecuación (5-5).

Fisher define dos nuevos coeficientes para el dimensionamiento de las vulas que se con fluidos compresibles: el coeficiente que se relaciona con la capacidad de flujo de la válvula; y el coeficiente que se define como el cual proporciona una indicación de las capacidades de recuperación de la El último coeficiente, depende en mucho del tipo de válvula y sus valores generalmente están entre 33 y 38. La ecuación de Fisher para diiensionar válvulas para fluidos compresibles se conoce como Ecuación Universal para dimensionamiento de gases,, y se expresa de dos formas:

La condición de flujo crítico se indica mediante el término seno, cuyo argumento se debe limitar a en la ecuación (5-9) o en la ecuación (J-LO); con estos dos valores

se indica el flujo crítico. En la figura y en la C-39d se muestran los valores para Y

A partir de la ecuación (5-2) se pueden obtener las ecuaciones y para la condición de flujo subcrítico. La siguiente aproximación es verdadera bastante abajo

del flujo

El término seno se utiliza para’describir el fenómeno de flujo crítico.

Es interesante notar la semejanza entre los dos fabricantes, ambos utilizan dos coefi- cientes para dimensionar de control para fluidos compresibles; uno de los coeficien- tes se relaciona con la capacidad de flujo de la válvula, para Masoneilan y para Fisher Controls; el otro coeficiente, Masoneilan y para Fisher Controls, de-

pende del tipo de utiliza el para indicar el

flujo crítico; mientras que Fisher utiliza el termino seno; ambos términos son empíricos y el hecho de que sean diferentes no es significante.

1 8 6 COMPONENTES BÁSICOS DE LOS SISTEMAS DE CONTROL

Antes de concluir esta sección sobre dimensionamiento de válvulas de control es ne- cesario mencionar algunos otros puntos importantes. El dimensionamiento de la válvula mediante el cálculo de se debe hacer de manera tal que, cuando la válvula se abra com- pletamente, el flujo que pase sea más del que se requiere en condiciones normales de ope- ración; es decir, debe haber algo de sobrediseño en la válvula para el caso en que se requiera más flujo. Los individuos o las compañías tienen diferentes formas de proceder acerca del sobrediseño en capacidad de la en cualquier caso, si se decide sobrediseñar la válvula en un factor de 2 veces el flujo que se requiere, el flujo de sobrediseño se ex- presa mediante

Si una válvula se abre alrededor del 3% cuando controla una variable bajo condiciones normales de operación, esa válvula en particular esta sobrediseñada; de manera simi- lar, si la válvula se abre cerca de un 97 % , entonces está subdimensionada. En cualquiera de los dos casos, si la válvula se abre o se cierra casi completamente, es difícil obtener menos o más flujo en caso de que se requiera.

El de rango es un término que esta en relación con la capacidad de la válvula. El ajuste de rango, R, de una válvula se define como la relación del flujo máximo que se puede controlar contra el flujo mínimo que se puede controlar:

que se puede controlar

que se puede controlar (5-11)

La definición de flujo máximo o mínimo que se puede controlar es muy subjetiva, algunas personas prefieren definir el flujo que se puede controlar entre el 10% y 90% de abertura de la mientras que otras lo definen entre el y 95%; no existe o dar para esta definición. En la mayoría de las de control el ajuste de rango es limitado y, generalmente, varía entre y 50. Es deseable tener un ajuste de rango gran- de (del orden de 10 o mayor), de manera que la válvula tenga un efecto significativo sobre el flujo.

En los dos últimos párrafos se presentaron los temas de sobrediseño y ajuste de rango de las de control; ambas características tienen efectos definitivos sobre el desem- peño de la válvula de control en servicio, lo cual se abordará cuando se presenten las “características de la válvula instalada’ .

Selección de la caída de presión de diseño

Es importante reconocer que la válvula de control únicamente puede manejar las tasas de flujo mediante la producción o absorción de una caída de en el sistema, la cual es una perdida en la economía de operación del sistema, ya que la presión la debe sumi- nistrar generalmente una bomba o un compresor y, en consecuencia, la economía impone el dimensionamiento de válvulas de control con poca caída de presión. Sin embargo; la

poca caída de presión da como resultado mayores dimensiones de las válvulas de control y, por lo tanto, mayor costo inicial, así como un decremento en el rango de control.

DE CONTROL 1 8 7

consideraciones opuestas requieren un compromiso por parte. del ingeniero, por lo que toca a la elección de la caída de presión en el diseño; existen varias reglas prácticas que se usan comúnmente como auxiliares en esta decisión. En general reglas especi- fican que la caída de presión que se lee en la sección transversal de la válvula debe ser de 20 a 50% de la caída dinámica de presión total en todo el sistema de conductos. Otra regla usual consiste en especificar la caída de presión de diseño en la al 25 % de la caída dinámica total de presión en todo el sistema de conductores, o a 10 psi, la que sea mayor; pero el valor real depende de la situación y del criterio establecido en la com- pañía. Como se supone, la caída de presión de diseño también tiene efecto sobre el de- sempeño de la válvula, tal como se verá en la siguiente sección.