Hay que señalar que en la mayor parte de las válvulas que trabajan en condiciones reales, la ecuación diferencial cambia cuando varía la apertura de la válvula, por lo cual la apertura real que relaciona la carrera de la válvula con el caudal, se aparta de la característica de caudal inherente. Esta nueva curva recibe el nombre de característica de caudal efectiva.
Como la variación de presión diferencial señalada depende de las combinaciones entre la resistencia de la tubería, y las características de las bombas y tanques del proceso, es evidente que una misma válvula instalada en procesos diferentes presentará inevitablemente curvas características efectivas distintas.
Sea, por ejemplo, un circuito típico de un proceso industrial formado por una bomba centrífuga, la válvula de control y la tubería. Es evidente que las características de impulsión de la bomba y la pérdida de carga absorbida por la válvula y que esta aumenta al disminuir el caudal.
Gráfica descriptiva de las Características de Caudal
Efectivas
Expresando la pérdida de la presión de la válvula a su capacidad nominal (apertura completa), con relación a la pérdida de carga del sistema se obtiene un coeficiente r. El valor de este coeficiente dependerá del tamaño relativo de la válvula con relación al de la tubería y de la resistencia de la tubería con relación al conjunto. Para cada valor de r puede construirse una curva característica efectiva que se apartará de la curva inherente y que coincidirá con ella cuando r = 1, es decir, cuando la línea no absorbe presión y queda toda disponible para la válvula. Si el valor de r fuera muy pequeño, la válvula de control absorbería muy poca presión y quedaría muy distorsionada la característica inherente.
El valor de este coeficiente dependerá del tamaño relativo de la válvula con relación al de la tubería y de la resistencia de la tubería con relación al conjunto.
• A medida que disminuye el diámetro de válvula aumenta el valor de “r”
• A medida que disminuye la resistencia de tubería, aumenta el valor de “r”
De modo general, el caudal que pasa por la válvula corresponde a la ecuación:
en la que:
Caudal a través de la válvula
K = Constante.
A = Área de paso.
= Presión diferencial a través de la válvula.
Si consideramos una pérdida de carga de un bar y llamamos K al caudal que circula tenemos:
luego:
y por analogía, el caudal que pasa por la tubería es:
expresión en la que K l es el caudal que pasa por la tubería con una pérdida de carga de:
Por otro lado, el coeficiente efectivo de la válvula que sustituye al conjunto anterior válvula + tubería sería Ke.
Veamos un ejemplo: sea el siguiente proceso:
Cuyo circuito equivalente es:
H 1 es la pérdida de carga disponible para la válvula, H 2 la producida en la tubería en el tramo comprendido entre P 2 y P 3, y H es la caída total en el sistema.
Por lo tanto, el valor de “r” se calcula como:
Recordemos que el caudal inherente en las válvulas lineales es:
Y para las isoporcentual es:
Hemos agregado el subíndice i para denotar su característica inherente.
Trabajando algebraicamente a partir de las expresiones anteriores se llega a la siguiente relación entre el caudal efectivo (el real) y el caudal inherente en función de r:
Que es una familia de curvas efectivas función del valor de r y de la característica inherente q i.
Si r = 1 la característica efectiva se confunde con la inherente. Si la característica es lineal q i = Kl, resulta:
Es importante destacar que dicha ecuación representa una familia de curvas para cada tipo de válvula, cada una representativa de un valor particular de r.
Un criterio más o menos aceptado para la selección de válvulas de control es el siguiente:
- Si r es mayor o igual a 0.5 se selecciona una válvula lineal.
- Si 0.35
0.50 la selección debe ser evaluada tomando en cuenta otras consideraciones tales como: capacidad de evaluación en la emergencia, etc. - Si r es menor o igual a 0.35 se selecciona una válvula isoporcentual.
Alejandro Font
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