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Edwin Mendoza
VALVULAS DE CONTROL
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Definicin ISA:
Una vlvula de control es un dispositivo operado poruna energa que modula la rata de flujo de un fluido
en un sistema de control de proceso, comportndose
como un orificio de rea continuamente variable
VALVULAS DE CONTROL
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COMPONENTES PRINCIPALES
Actuador
! "onete
! #uerpo de la vlvula
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ACTUADOR$s el dispositivo de la vlvula que se encarga
de transformar una energa % neumtica, &idrulica,
el'ctrica( para producir el movimiento %mecnico(de las partes internas mviles del cuerpo
!Suministrar el suficiente recorrido a la vlvula
!)roveer la presin para la condicin de s&ut off
!Sostener la vlvula en la posicin deseada
!)roveer el modo de falla de la vlvula
!)roveer la adecuada velocidad de recorrido
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TIPOS DE ACTUADOR
*eumtico )istn $l'ctrico
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$lectro &idrulico +anual
TIPOS DE ACTUADOR
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COMPONENTES BASICOS DEL ACTUADOR NEUMATICO
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MODOS DE FALLA
! ail -pen
! ail #lose
!.oc/ in t&e last )osition
$l modo de falla de una vlvula est definido
por la perdida total de se0al al actuador, llevando
la vlvula a una 1nica posicin Dic&a posicindepende de cmo el aire act1e en la vlvula
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OPCIONES DE CONTRUCCION DEL ACTUADOR
!Accin Directa
Un incremento de la
presin en el diafragma,
podr causar un
movimiento en el
vstago del actuador&acia el cuerpo de la
vlvula
Aire empuja
&acia abajo
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OPCIONES DE CONTRUCCION DEL ACTUADOR
!Accin Inversa
Un incremento de la
presin en el diafragma,
podr causar un
movimiento en el
vstago del actuadoralejndolo del cuerpo de
la vlvula
Aire empuja
&acia arriba
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SELECCIN Y ACCION DEL ACTUADOR
.a seleccin de un actuador en particular %directa o
reversa( es generalmente determinada por el modo
de falla deseado
$l modo de falla deseado en una vlvula de control
depende de lo siguiente:
!.a accin del actuador!.a accin de la vlvula de control %pus& do2n to open,
pus& do2n to close(
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A##I-* DI3$#4A A##I-* I*5$3SA
SELECCIN Y ACCION DEL ACTUADOR
PDTC PDTO PDTO PDTC
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CONCEPTO DE BENCH SET
Definicin:"enc& set en un actuador especifica el rango de presin
de aire que es requerido en el diafragma para comprimirel resorte, una distancia que es igual a la rata de recorrido
de la vlvula cuando el actuador est desconectado de
todas las fuer6as que se producen en el cuerpo de la
vlvula
! "enc& set tambi'n se refiere al procedimiento fsico
de ajuste del resorte al benc& set especificado
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CONCEPTO DE BENCH SET
!$l rango de presin requerido para obtener un total
recorrido del actuador
*o fuer6as presentes en la vlvula
$l resorte adecuado para las condiciones de
servicio establecidas
$l resorte adecuado para el A*SI 7 la presin
de s&ut off establecidos
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CONCEPTO DE BENCH SET
Travel: #uando el aire es suministrado al diafragma,el vastago es movido &acia abajo desde la posicin
Uer !ravel "!#%posicin limitada por la caja delactuador( $l l#$er li%i! #f !raveles alcan6adocuando el plato del diafragma se pone en contacto
con la parte mas baja de la caja del diafragma
Ac!&a'#r "in v(lv&la
*ota: $l recorrido del actuador es generalmente
mas grande que el recorrido de la vlvula que ser
conectada al actuador
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) * + , -. -/ -0
Actuator Diap&ragm )ressure psig
Ac!&a!#rTravel
.o2er Diap&ragm
#asing
89 3ated
5alve 4ravel
Initial
Spring
#ompres
Spring #ompression
over actuator travel *o travel
Upper travel stop
.o2er limit
of travel
1RAFICA DEL RECORRIDO DEL ACTUADOR
"S lo2er
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Actuador con vlvula:
CONCEPTO DE BENCH SET
4ravel:#uando el actuador est conectado a la vlvula
el sello que ejerce el plug sirve como referencia para el
.o2er travel stop %)D4#(
"enc& Set Span: #uando la presin del diafragma
incrementa desde psi, el diafragma se mueve en
conjunto con la vlvula 7 comprime el resorte.a presin requerida para comprimir el resorte
una distancia igual al recorrido %travel( de la vlvula
es conocido como el benc& set del actuador
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CONCEPTO DE BENCH SET
#arga de sello: #omo la presin del diafragma se
Incrementa de ;; psi a ;< psi $sto presin adicional
*o es considerada una compresin adicional al3esorte o recorrido del stem $sta presin adicional
$n el diafragma es la disponible para proveer la
Suficiente carga de sello para asegurar que la condi=
ccin de s&uts off es alcan6ada seg1n la especifica=
cin A*SI establecida
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Actuator Diap&ragm )ressure psig
;889 3ated
5alve 4ravel
.o2er Stop
)lug Seated
89 3ated
5alve 4ravel
Initial
Spring
#ompres
Spring #ompression
over rate valve travel S&utoff orce
Upper travel stop
.o2er limit
of travel
%seated plug(
1RAFICA DEL RECORRIDO DE VALVULA
) * + , -. -/ -0
Actuator Diap&ragm )ressure psig
Ac!&a!#rTravel
89 3ated
5alve 4ravel "S lo2er
>it& no friction
force
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EFECTOS DE LA FRICCION Y DEAD BAND
.a friccin: es asociada con los pac/ing 7 otros
componentes de la vlvula que pueden introducir
Dead band en el ensamble de la vlvula de control
Dead "and: $s el rango en que la presin ejercida en
el diafragma no produce cambio en el recorrido de la
vlvula $l Dead band es la resultante de:
!.a friccin producida por los pac/ing!.a friccin producida por los seal ring!Ajustes inadecuados en las partes mviles de la
vlvula %mantenimiento(
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;889 3ated
5alve 4ravel
.o2er Stop
)lug Seated
89 3ated
5alve 4ravel
Ac!&a!#rTravel
89 3ated
5alve 4ravel
) * + , -. -/ -0
Actuator conectado a la vlvula, Dead "and presente
"enc& set
%=;? psi(
"enc& set plus
Dead "and
Dead "and
1RAFICA DEL DEAD BAND
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COMPONETES BASICOS DEL CUERPO
5alve "od7
@as/ets
5alve plug
Seat 3ing
Seat 3ing
@as/et
Stem
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CUERPO DE LA VALVULA
#uerpo de la vlvula: $s el dispositivo de la vlvula
que est en contacto con el fluido 7 sometida a la
presin del proceso
est compuesta por partes internas llamadas 43I+4ambi'n permite la instalacin a la tubera Dic&as
coneiones dependen del tipo de aplicacin
4rim: Se refiere a todas las partes internas que estn$n contacto con el proceso $l trim inclu7e el valve
plug, el stem, el cage, el seat ring 7 el plug sealing
ring
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CUERPO DE LA VALVULA
@as/ets del cuerpo: Son los que proveen el sello
entre el cuerpo 7 el bonete evitando fuga de fluidos
al eterior
Seat ring gas/ets: $s el que provee el sello entre lacaja inferior del cuerpo 7 el seat ring
)ac/ing:Son los que previenen fugas por el stem del
)lug $stos son comprimidos 7 asegurados portuercas Seg1n el dimetro del vstago se puede
establecer el torque adecuado As se contribu7e
a disminuir el dead band
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ESPECIFICACIONES BASICAS
Definicin: Una de las primeras consideraciones
en la vlvula de control es asegurar que el rating
de presin 7 temperatura sean los adecuados
esto est epresado tpicamente por la norma
A*SI %American *ational Standard Institute(
$s importante entender que el rating de presin
*o debe alcan6ar el rating nominal $l rating varia
#on el tipo de material 7 la temperatura
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?88 B88 C88 88 ;888
B888
C88
?88
?B88
?888
;C88
;?88
88
B88
8
)
r
e
si
o
n
)
s
i
g
4emperatura, grados
RATIN1 DE PRESION Y TEMPERATURA
#.ASS ;
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COEFICIENTE DE FLU2O
Definicin #5: .a capacidad de flujo relativo en
@alones por minuto a una temperatura de C8 que
)asa a trav's de la vlvula con una caida de presin; psi
$l #5 es determinado por pruebas 7 clculos de
Acuerdo a la norma A*SI 7 luid #ontrol Institute
%#I( Standard
#v .quidos #g @as #s 5apor
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COEFICIENTE DE FLU2O
Agua a C8
ge F ;; gpm rata de flujo
);F ;88 psig )?F EE psig
3estriccin #v F ;
.a energa disponible para producir el flujo
es la cada de presin ) F );G )?
lujo
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COEFICIENTE DE FLU2O
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CARACTERISTICA DEL FLU2O
Definicin: .a caracterstica de una vlvula de control
$s definida como la relacin entre el coeficiente de
flujo 7 el recorrido de la vlvula desde 8 a ;889 de su
apertura
$l propsito es mantener un la6o de control uniforme
#umpliendo con las necesidades propias del proceso$n todo el rango de recorrido de la vlvula
Igual )orcentaje .ineal Apertura 3apida
.a define la canasta o el tapn
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Huic/ -pening
.ineal
Igual )orcentaje
)osicin stem de la vlvula 9
#ven9
mAimo
8 ;888
;88
CARACTERISTICA DEL FLU2O
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CARACTERISTICA DE LA VALVULA
Igual )orcentaje: Debe cumplir que la relacin de
flujo de apertura, debe ser igual en porcentajes
iguales $j $l cambio de flujo entre B89 7 C89 de
apertura debe ser igual al cambio entre ?89 7 B89
!+uc&as presiones 7 flujos donde el
delta ) decrece 7 el flujo incrementa
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.ineal: $sta caracterstica busca que para cada cambio
en el recorrido &alla un porcentaje igual en el flujo
!#adas de presin constante
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CARACTERISTICA DE LA VALVULA
Apertura 3pida: )ermite grandes flujos desde el
principio de la carrera de apertura de la vlvula,
generalmente se usa en sistemas de dos posiciones
!3elief!-n = off!Dump
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PLU1 POST 1UIADO Y MICRO3FORM
.a forma del plug
define la caracterstica
del flujo
Dise0ados para proveer
un flujo caracterstico a
a una baja rata de flujo
6
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ANSICLASS
MA4IMO DEFU1A
ACEPTABLEPRUEBA
MEDIANTE PRUEBA DE PRESIONPROC DE PRUEBA RE5UERIDO PARA EVALUACION
DE DE DEMOSTRACION
II
5alorado al
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DIAMETRO DELPUERTO
Burbujaspor
minuto
mL por
minutoPuladas Milimetros
To !" #$ ! %&!$
! !'#" () # %&(%
# $! ( %&*$
# !'#" +* * %&+%
(" ,+ + %&-%
*" !%# !! !.,
+" !$# #, *&%%
)" #%( *$ +.,$
CLASIFICACION ANSI SE16N SELLO
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PLU1 BALANCEADO Y DESBALACEADO
)lug "alanceado: #uando la presin es igual en
ambos lados del tapn Se identifica por el orificio
u orificios que tiene el tapn, el cual se comunica
la presin en la parte inferior con la cmara superior
5entaja:.a fuer6a generada por el actuador es muc&o
menor, por lo tanto el dise0o puede ser mas peque0o
Desventaja: $l plug balanceado introduce otro caminomas de fuga entre el plug 7 la pared del cage, cuando la
vlvula est cerrada
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)lug Desbalanceado: .a presin es diferente en ambos
lados del tapn .a presin aguas arriba es ma7or que
la presin aguas abajo
5entajas: Solo se presenta un solo camino de fugas,
#uando la vlvula se encuentra cerrada
Son tpicamente aplicables de ; a
Desventajas:#uando una vlvula desbalanceada esseleccionada Un actuador considerable debe ser
seleccionado para mover el plug de la vlvula 7
conseguir la condicin de s&utoff
PLU1 BALANCEADO Y DESBALACEADO
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);
5ista inferior del plug
5ista superior del plug
PLU1 DESBALANCEADOS
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COMPONENTES BASICOS DEL BONETE
"onnet
)ac/ing
)ac/ing lange
*ut
)ac/ing "o
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BONETESu objetivo es unir el cuerpo de la vlvula al actuador$s atravesado por el vstago que est seccionado en
dos partes, unidas por una prensa Una unida al actuador
7 el otro al obturador
$n la unin se dispone de un se0alador que indica la
posicin de apertura de la vlvula en una regla fijada
en la parte media del jo/e del actuador
Una empaquetadura es necesaria para evitar fugas a trav's
de la cavidad donde va alojado el vstago
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TIPOS DE BONETE
Standard
Adecuadas para trabajar
con fluidos entre 8=??8
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Adecuados para fluidos
que se encuentran a
temperaturas mu7 bajas
Se recomienda seg1n lasiguiente tabla
E4TENDIDO
4emperatura de 4rabajo
4ama0o vJv en pulg
=?8 a =8 =; a =;
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BONETE CON ALETAS DE ENFRIAMIENTO
$l lmite de temperatura para
trabajar est entre =?8 a B
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PAC7IN1 8EMPA5UETADURA94iene como funcin evitar fugas a trav's de la cavidad
Donde va alojado el vstago.a seleccin de la empaqueatura debe ser determinada
bsicamente por los siguientes aspectos
! )roceso del fluido
! $l dimetro del vstago! $l dimetro de la caja del jo/e
! $l dise0o de la vlvula
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PAC7IN1
)ac/ing
ollo2er
)ac/ing3ing
.anster
3ing
)ac/ing
3ing
)ac/ing
"o 3ing
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Spring
.oaded
)4$
!"aja friccin
!)oseen buen sello
!"uen ciclo de vida
!#ompatible con
variedad de fluidos
SELECCIN DE LA EMPA5UETADURA
ilamento
@rafito J 3ibbon
!Altas temperaturas!)resenta solidificacin
ajustes frecuentes son requeridos
!Alta friccin al mate=
rial
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SELECCIN DE LA EMPA5UETADURA
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SELECCIN DE LA EMPA5UETADURA
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CAVITACION
$s un fenmeno multietapa que ocurre en las corrientes
de flujo de lquidos debido a algunos cambios en la
geometra del flujo %pasando por una vlvula(, el fluido
cae por debajo de la presin de vapor, el cual crea
algunos vapores en el lquido
.uego el fluido retorna a la presin que es mas grande
que esta presin de vapor, causando que el vapor colapse.a formacin 7 el colapso del vapor %burbujas( es
definido como el fenmeno de cavilacin
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TEORIA DE LA PRESION Y VELOCIDAD.e7 de "ernoulli: .a seccin mas peque0a de un orificio
donde &a7 una corriente de fluido %vena contracta( es
el punto donde la velocidad del fluido aumenta 7 la
presin disminu7e
5elocidad
)resin
5ena contracta
lujo
3estriccin
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PRESION DEL FLUIDO Y PRESION DE VAPOR DEL FLUIDO
)resin de 5apor: 4odo fluido tiene una presin de
vapor $s la presin el cual el fluido cambia de lquido
a vapor %dada una temperatura especifica(
5apori6acin del luido: Si la presin de un fluido caepor debajo de la presin de vapor, el lquido comen6ar
a vapori6arse $ste fenmeno causa que un lquido &ierva
reduciendo su presin en un instante 7 aumentando la
temperatura)vc )v:Si la presin del fluido en la vena contracta
decrece por debajo de la presin de vapor del fluido, la
5apori6acin del fluido podr ocurrir
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PRESION DEL FLUIDO Y PRESION DE VAPOR DEL FLUIDO
5ena contracta
)?
);
)v
)vc
Upstream Do2nstream
)vc F )resin vena contracta
)v F )resin de vapor
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COLAPSO DE LAS BURBU2AS
Si la presin do2nstream )?incrementa a un valor que
$s mas grande que la presin de vapor del fluido, las
burbujas colapsaran 7 el fluido est cavitando
#avitacin en el )lug de una vlvula de control
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57/106
Da0o por
cavitacin
)?
);
)v
)vc
#avitacin
COLAPSO DE LAS BURBU2AS
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FLASHIN1
#uando un lquido flu7e 7 el fluido cae por debajo de
la presin de vapor, el fluido llega a vapori6arse
burbujas de vapor se forman en la corriente de flujo
Si la presin do2nstream alcan6ada es menor que lapresin de vapor del fluido, las burbujas permanecen
en la corriente del fluido #onsideramos que el fluido
est flas&ing
$l flas&inges la resultante de la alta velocidad de la
corriente del fluido, que puede incidir en erosiones
criticas de una superficie
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59/106
FLASHIN1
5ena contracta
)?
);
)v
)vc
Upstream Do2nstream
las&ing
lujo
luido .quido 5apori6acin del fluido
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PREDICIENDO EL POTENCIAL DE LA CAVITACION
#lculo sencillo para establecer el factor Ar el
cual previene el fenmeno de la cavitacin %fisc&er(
Ar );G )?);G )v
Si el valor de ); G )? se aproima a al valor de
); G )v, la presin en la vena contracta llegar
A un valor inferior a la presin de vapor
Un incremento de Ar por encima de 8L< indica
un potencial del fenmeno de cavitacin
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Un valor de Ar de 8EE es valor mimo de potencial
)ara cavitacin 7 danos por cavitacin
Si el valor de Ar es ;8 o mas grande, )? es menor que
la presin )v $l fluido no est cavitando pero est
las&ing
PREDICIENDO EL POTENCIAL DE LA CAVITACION
)?
);
)v
)vclas&in
g
#avitacin
)?
Aracerca a 8EE incrementa
el potencial de cavitacin
ArF 8EE + potencencial
para cavitacin
ArF o ; las&ing
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COMPARACION DEL Ar : 7c
7c;es un valor establecido en laboratorio para cadadise0o de una vlvula
Si Mc Ar la vlvula podr eperimentar cavitacin
Si Mc Ar no eperimentar da0os por cavitacin
Se debe evaluar todas las cadas de presin %condiciones
del flujo( lujo mnimo, normal 7 mimo
Se debe evaluar tambi'n el valor de Ar en al arranque
$s decir cuando la vlvula se encuentra en condicin de
S&utoff
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TECNOLO1IAS ANTICAVITACION
.a estrategia mas com1n para evitar la cavitacin es
Usar los trim con baja coeficiente de recuperacin
$l objetivo es mantener la presin del fluido de la vena
contracta por encima de la presin de vaporAlcan6ar el valor de l o Mm F ; $sto quiere decir que
la presin se &ace mas peque0a 7 no &a7 presin de
recuperacin )odemos decir queN
)vc )v
)? )v
l %Mm( F actor de recuperacin de presin
de lquidos en la vlvula
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TECNOLO1IAS ANTICAVITACION
5ena contracta
)?
);
)v
)vc
In vJv -ut vJv
Alto coeficiente
de recuperacin
"ajo coeficiente
de recuperacin
Distancia
)vc )v
)vc )v
$l potencial de cavitacin es como una funcin de la presin
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TECNOLO1IAS ANTICAVITACION
)ara mantener la )vc por encima de la )v, se emplean
trim con cadas de presin multi etapa .as etapas
envuelven directamente el fluido a trav's de una serie
de restricciones o etapas que estn epuestas directa
mente al fluido #ada restriccin sucesivamente disipa
cierta cantidad de energa, ocasionando la entrada del
fluido con una presin mas baja a la siguiente etapa
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TECNOLO1IAS ANTICAVITACION
)?
);
)v
In vJv St; St? St -ut vJv
Distancia
Single )ort trim
+ulti stage trim
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DISE
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CONTROL CAVITACIONVALVULAS DE ROTACION
$stas vlvulas tienen una alta
recuperacin )ocas opciones
para control de cavitacin
usadas para aplicaciones
como reduccin de las bajas
frecuencias de ruido o para
cavitciones intermitentespresentadas por las condiciones
del fluido
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RUIDO EN LAS VALVULAS DE CONTROL
5ibracin Dinmica:$s la resultante de las fluctuaciones
aleatorias presin dentro de la vlvula .as fuentes mas
comunes son el piston ring 7 los movimientos laterales
del )lug relativo a la superficie de gua3uido Oidrodinmico: )roducido por el fenmeno de la
cavitacin $l flas&ing no produce niveles de ruido que
no sean aceptables
3uido Aerodinmico:$l cual se genera por turbulencias
en el fluido o por algunos fluidos en particular, vlvulas
para control de gas o vapor
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MECANICA DEL RUIDO EN LAS VALVULAS
@eneracin: $s generado en el trim de la vlvula como
resultante de la turbulencia o porque el rea de salida
es insuficiente
)ropagacin:$l ruido que es generado en la vlvula se)ropaga aguas debajo de la tubera como una resultante
Del flujo que pasa a trav's del sistema
Acople: $l ruido en la tubera &ace que la pared de la
tubera vibre .a energa del sonido es convertida en
vibraciones en la tubera 7 es determinado por muc&as
variables complejas que inclu7en:
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MECANICA DEL RUIDO EN LAS VALVULAS
!.a resonancia o frecuencia natural de la tubera vs la
frecuencia predominante del ruido generado por la
vlvula
!.a masa de la pared de la tubera
!.a masa del medio flu7endo
!.a rigide6 de la tubera
3adiacin: .a vibracin de pared de la tubera radia
ondas de sonido que son detectadas por el odo &umano
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MECANICA DEL RUIDO EN LAS VALVULAS
3adiacin
Acople
)ropagacin
@eneracin
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TECNOLO1IAS PARA COMBATIR EL RUIDO
4rim: Se &an desarrollado cagePs con el cual se puede
disminuir el ruido, atenuando la turbulencia 7 reduciendo
la velocidad del fluido
-rificios
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CALCULOS DEL RUIDO
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CALCULOS DEL RUIDO
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