Coeficiente para dimensionamiento de Válvulas

1. 1 Coeficiente para dimensionamiento de Válvulas 1) Cv: Indica el caudal de agua en galones/minuto, que pasa a través de la válvula completamente abierta y con caída de presión en ella de 1 psi. 2) Kv: Indica el caudal de agua en m3/hora , que pasa a través de la válvula completamente abierta y con caída de presión en ella de 1 Kg/cm2.

2. 2 Teniendo en cuenta que en el punto de estrangulamiento del fluido: Pérdida de presión (Kg/cm2) Densidad del fluido (gr/cm3) Coeficiente de descarga. Para

3. 3 Fórmula para el cálculo de válvulas.

4. 4 Se requiere que: De la misma forma: Galones por minuto. Densidad relativa. PSI

5. 5 Válvulas para el Control de Procesos • FLUIDOS: • Flujo Laminar # Reynolds < 2000 • Flujo Turbulento # Reynolds > 4000

6. 6 Corrección por Viscosidad Para viscosidades superiores a 20 centistokes (20Cs) 0 200 saybolt ( 200 SSU), las medidas de viscosidad son dinámicas; es necesario introducir un factor de corrección R* al calcular el Cv o el Kv y obtener: Se obtiene de tablas a partir de así:

7. 7 Cuando Q está dado en m3/hora: Cuando Q está dado en g.p.m : Cp= centipoise Densidad relativa

8. 8 • Ejemplo: • Determinar la dimensión de la válvula que satisfaga las siguientes especificaciones: • Caudal máximo : 10.000 litros/hora • Peso específico : 0.95 a 38ºC • Temperatura trabajo : 38ºC • Caída de presión: 0.35 Kgr /cm2 • Viscosidad : 2800 ssu a 38ºC • Solución: • Se debe tener corrección por viscosidad:

9. 9 • La corrección por viscosidad es : De tablas se obtiene el factor de corrección que corresponde para : La caída de presión en la válvula debe ser menor o igual a la mitad de la presión de entrada. De tablas se lee que se necesita una válvula de 2”.

10. 10 Vaporización (Flashing) Líquido Líquido + Vapor El problema se presenta cuando se trabaja a temperaturas altas. Debido a la caída de presión en la válvula, a la salida de ella existe una caída de presión menor o igual a la presión de saturación del líquido a la temperatura de trabajo. Para evitar el fenómeno de vaporización se procede: 1. Si la temperatura de entrada es inferior en 2.8ºC (5ºF), a la temperatura de saturación del agua, es decir: la pérdida máxima de carga admisible es: Que es la máxima caída de presión admisible en la válvula.

11. 11 2. Si la temperatura de entrada es inferior en más de 2.8ºC (5ºF), a la temperatura de saturación del agua, es decir: la pérdida máxima de carga admisible es: Donde, Temperatura de saturación a la presión P1 Presión de saturación correspondiente a la temperatura de entrada.

12. 12 • Problema: • Determinar el coeficiente de la válvula que cumpla con las siguientes condiciones: • Caudal máximo : 16.000 litros/hora • Presión de entrada : 8.475 Kgr /cm2 • Temperatura de entrada : 171ºC • Caída de presión: 2.1 Kgr /cm2 • Líquido : Agua • Solución: (abs) (dado)

13. 13 Debido a la temperatura alta hay que chequear si hay vaporización con el P dado y con la presión de entrada, La temperatura de saturación es (de tablas de vapor): Para, interpolando

14. 14 Por tanto, La caída de presión máxima admisible es: NOTA: Se selecciona el menor entre el P dado y el P calculado: Con P= 0.5 Kg/cm2 , todavia no se presenta el problema de flashig. De tablas la válvula requerida es de 1 ½”

15. 15 • Problema: • Calcular la dimensión de la válvula que cumpla con las siguientes especificaciones • Caudal máximo : 242.16 G.P.M. • Presión anterior : 162.9 p.s.i (abs) • Temperatura anterior : 330ºF • Presión Posterior: 77.1 p.s.i (abs) • Líquido : Agua • Solución:

16. 16 La temperatura de saturación a la presión de entrada es : Interpolando: Con la caída de presión hay Flashing.

17. 17 Donde PS es la presión de saturación a temperatura de entrada. Para. No hay problema de flashing con este P. De tablas la válvula requerida es de 2”.

18. 18 Cálculo de Válvulas para Gases Se fundamenta en las expresiones deducidas para el KV y el CV . En general para el cálculo de válvulas para manejar gases se utilizan las siguientes fórmulas: Se toma para diseño Temperatura de servicio (ºK) ºK =ºC + 273

19. 19 m3 /horas. Peso específico relativo al aire. Caída de presión. (Kg/cm2) Presión anterior. (Kg/cm2) Presión posterior. (Kg/cm2)

20. 20 ft3 /horas.(Flujo de diseño) scfh Peso específico relativo al aire. Caída de presión. (p.s.i) Presión anterior. (p.s.i) abs Presión posterior. (p.s.i) abs Temperatura de servicio. (ºR) Flujo de diseño.

21. 21 Nota: Las formulas anteriores son utilizadas con presiones de trabajo menores de 7Kg/cm2 o menores que 100psi. Para presiones mayores de 7Kg/cm2 o 100psi es necesario compensar el Cv o el Kv, introduciendo en las respectivas fórmulas un factor de corrección por comprensibilidad, en la siguiente forma:

22. 22 Cálculo del factor Z Se calcula a partir de tablas utilizando las siguientes ecuaciones: Presión reducida. Temperatura reducida. En fórmula:

23. 23 • Problema: • Calcular la dimensión de la válvula que cumpla con las siguientes especificaciones: • Fluido : Gas • Caudal máximo : 30500 m3/h=Q max • Peso específico : 0.6 a 15ºC • Temperatura de trabajo : 15ºC • Caída de presión : 3 Kg/cm2 • Presión anterior: 7 Kg/cm2 • Solución: • Comparando P con presión de entrada:

24. 24 Entonces: Z=1, ( Presión de entrada)

25. 25 De tablas con, Cv = 311.1 la válvula debe tener

26. 26 • Problema: • Calcular la dimensión de la válvula que cumpla con las siguientes especificaciones: • Fluido : Aire • Caudal máximo : 3850 m3/h • Peso específico : 1 • Temperatura de trabajo : 15ºC • Caída de presión : 56 Kg/cm2 • Presión anterior: 70 Kg/cm2 • Solución:

27. 27 Las fórmulas a utilizar son las segundas y entonces se debe obtener el factor Z. Para el factor Z.

28. 28 Con, De tablas se necesita una válvula de 1”.

29. 29 Cálculo de Válvulas para Vapor (Otros tipos de vapor) a) Cálculo de Kv: (Sistema SI) Flujo de vapor (Kg /horas) Caída de presión (Kg/cm2) Presión anterior (Kg/cm2)abs Volumen específico a la presión Volumen específico a la presión

30. 30 Nota: entonces V2, es el volumen específico a la presión b) V1 y V2 se evalúan a partir de tablas de vapor *para vapor de H2Oespecíficamente: Se hace: Los ºC: grados centígrados de recalentamiento ( se obtienen de tablas)

31. 31 b) Cv Sistema Inglés: Flujo de vapor (lb /horas) Caída de presión (psi) abs Presión anterior (psi)abs Volumen específico a la presión Volumen específico a la presión *para vapor de H2Oespecíficamente:

32. 32 grados centígrados de recalentamiento . Nota: Si el P no es especificado, se puede utilizar para diseño.

33. 33 • Problema: • Determinar el tamaño de la válvula de control adecuada para regular el flujo de vapor del intercambiador de la figura., para el cual se tienen los siguientes datos. • Presión máxima del vapor: 50 psi • Presión normal del vapor: 40 psi • Presión máxima del H2O: 65 psig • Presión máxima del H2O: 40 psig • Temperatura de entrada del H2O : 52ºF • Temperatura máxima de salida del H2O : 200ºF • Flujo máximo del H2O : 50 gpm • Flujo normal del H2O : 20 gpm • Diámetro del tubo del intercambiador: 4”

34. 34 Vapor Agua Fría Agua Caliente Solución: Como nos se da el P asumimos: Para W: flujo de vapor necesario para pasar del H2O desde 52ºF hasta 200ºF.

35. 35 Calor necesario para calentar el Agua

36. 36 Recurriendo a tablas de vapor: El calor por libra que suministra el vapor se encuentra de tablas de vapor y de acuerdo a la presión que se e4stá trabajando. A 65 psi, la entalpía del vapor de H2O es aproximadamente H=1180Btu/lb. El flujo es : Relacionando 40 psi + P1= 55 psi abs De tablas se obtienen V1 y V2 : Por interpolación:

37. 37 De tablas a presión Válvula de =2”