¿Qué factores se deben tener en cuenta al seleccionar una válvula de control para servicio de vapor industrial? En artículos recientes, hemos abordado el procedimiento para el dimensionado de válvulas de control basado en el caudal que necesita pasar y la caída de presión a través de la válvula y, a partir de estos datos, se obtener su valor Kvs.
La selección de la válvula de control para servicio de vapor industrial requiere que se tengan en cuenta otros factores. El material del cuerpo debe seleccionarse para adaptarse a la aplicación. Las válvulas están disponibles en:
- Hierro fundido,
- Fundición nodular,
- Bronce,
- Acero,
- Acero inoxidable, y
- Materiales especiales para aplicaciones muy especiales, como el titanio.
El diseño y el material de la válvula de control para servicio de vapor industrial deben ser adecuados para la presión del sistema en la que se instalará. En Europa, la mayoría de las válvulas tienen un rango de presión nominal del cuerpo, estipulada por las letras “PN” que en realidad significa “Pression Nominale”. Esto se refiere a la presión máxima (bar manométrico) que la válvula puede soportar a una temperatura de 120 °C.
Cuanto mayor sea la temperatura, menor será la presión permitida, lo que dará como resultado un gráfico típico de presión/temperatura, como se muestra a continuación. Hay que tener en cuenta que el tipo de material utilizado en la fabricación de la válvula de control desempeña un papel importante en el gráfico de presión/temperatura. Las condiciones límite típicas son:
El espesor del diseño y los métodos de conexión del cuerpo también tienen un efecto. Por ejemplo, una válvula de fundición nodular podría tener un rango de PN16 y también puede estar disponible con un diseño ligeramente diferente, con un rango de PN25. Las normativas locales o nacionales pueden afectar estos límites, así como el tipo de conexión que se utiliza.
20 factores a tener en cuenta al seleccionar una válvula de control para servicio de vapor industrial
Esta es una lista de los 20 principales factores que se deben tener presentes al momento de seleccionar una válvula de control para servicio con vapor:
- Caudal másico o caudal volumétrico a considerar (típicamente el máximo, normal o mínimo).
- Fluido (esto puede afectar el tipo de material utilizado para el cuerpo de la válvula y los
internos).
- Presión aguas arriba disponible a cargas máximas, normales y mínimas.
- Presión aguas abajo a cargas máximas, normales y mínimas.
- Valor Kv requerido.
- Caída de presión a través de la válvula a cargas máximas, normales y mínimas.
- Tamaño del cuerpo de la válvula.
- Material del cuerpo y presión nominal.
- Máxima presión diferencial para el cierre.
- Conexión requerida. ¿Qué conexiones a la tubería se requieren en la entrada y salida de la válvula? Conexiones roscadas o con bridas, y qué tipo de brida, por ejemplo, ASME, EN 1092 o DIN?
- Temperatura máxima del medio que fluye a través de la válvula.
- Todos los requisitos especiales, por ejemplo, variaciones especiales de la estopada, asiento
y obturador de endurecido, asientos blandos para un cierre absolutamente estanco, otros…
Nota: Los fabricantes limitan las tasas de fugas de las válvulas de control a los límites acordados y/o son a veces objeto de normativas nacionales. Ver también el punto 17.
- Detalles de los requisitos del control de la aplicación. En pocas palabras, una aplicación que necesite un modo de control todo o nada (ya sea totalmente abierta o totalmente cerrada) puede requerir una característica de válvula adecuada para ese propósito, mientras que una aplicación que pide modo de control en continuo (diferentes niveles de apertura o cierre) puede podría desempeñar mejor con un tipo de característica de válvula diferente.
- Método de accionamiento y tipo de control a utilizar, por ejemplo, autoaccionado, actuador eléctrico, actuador neumático, actuador electropneumático.
- Niveles de ruido. Generalmente es un requisito mantener el ruido por debajo de los 85 dBA a 1 m de la tubería si hay personas que tienen que trabajar sin protección en la zona. Mantener el mismo tamaño de internos, pero aumentar el tamaño de las conexiones puede lograrlo. (Muchas válvulas de control tienen la opción de internos de multi-étapa, también se dispones de internos de bajo ruido y/o se pueden usar revestimientos acústicos en la válvula ya la tubería. Las válvulas para aplicaciones de procesos críticos deben dimensionarse usando el software IEC 60534 estándar o el equivalente nacional.
- Las caídas de presión, los tamaños del cuerpo de la válvula y el nivel de ruido están relacionados y deben ser considerados. Es una buena práctica mantener la velocidad del vapor aguas abajo del cuerpo de la válvula por debajo de 150 m/s para vapor saturado y 250 m/s para el vapor sobrecalentado. Esto se puede conseguir aumentando el tamaño del cuerpo de la válvula, lo que también reducirá la velocidad en la salida de la válvula y la probabilidad de exceso de ruido. Se deberá considerar una velocidad del vapor saturado a la salida de entre 150 m/s y 200 m/s siempre que se garantice que el vapor será saturado y seco en la entrada de la válvula. Esto se debe a que, en estas circunstancias, el vapor que sale de la válvula de control se sobrecalentará debido al efecto de sobrecalentamiento por la reducción de la presión del vapor seco saturado. Hay que tener en cuenta que estas son cifras son generales, existen diferentes normativas que indican directrices diferentes.
- Estanqueidad y hermeticidad. Las válvulas de control están diseñadas para controlar el caudal en lugar de interrumpir el suministro, por lo tanto es probable que fuguen ligeramente cuando están completamente cerradas. Las válvulas de control se fabrican de acuerdo con una normativa relativa a la estanqueidad del cierre. Generalmente, cuanto mejor sea el cierre, mayor será el coste de la válvula. Para válvulas de control de vapor, una tasa de fuga de 0,01% es perfectamente adecuada para la mayoría de las aplicaciones.
- Rango (turndown). Generalmente se expresa como una relación entre el caudal máximo esperado de la aplicación y el caudal mínimo controlable a través de una válvula de control.
- Rangeabilidad. Normalmente se expresa como el ratio entre el caudal máximo controlable de la válvula y el caudal mínimo controlable, entre las cuales se mantienen las características de control de la válvula. Generalmente, una rangeabilidad de 50:1 es aceptable en aplicaciones de vapor.
- Sería erróneo poner fin a este ciclo de artículos de válvulas de control sin mencionar el coste. El tipo de válvula, sus materiales de construcción, las variaciones en el diseño y los requisitos especiales inevitablemente darán lugar a una variación en el coste. La válvula seleccionada debe ser la correcta para esa aplicación y no sobre-especificada.
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Ejemplos de dimensionado de vapor usando gráficos
