Flujo obstruido en válvulas de control

El flujo obstruido es un fenómeno poco conocido que puede afectar el tamaño de la válvula de control, junto con la especificación del material y los internos. Este artículo se publicó originalmente en la edición de julio/agosto de InTech.

El flujo obstruido en las válvulas de control es un tema de gran preocupación para los usuarios industriales. El término generalmente se asocia con condiciones de proceso destructivas que pueden dañar el interior de la válvula o exponer a los operadores a niveles de ruido muy por encima de los límites de OSHA. Aunque el flujo obstruido no siempre es la causa de estas condiciones, puede indicar cuándo ocurren. Este artículo describe el fenómeno del flujo obstruido y muestra por qué ocurre y cómo se puede predecir. También explica cuándo las condiciones de flujo obstruido son dañinas y cómo se puede reducir o evitar este daño.

Si la presión de entrada (P1) y el área de flujo de la válvula son fijos, el flujo a través de una válvula normalmente aumentará a medida que se reduzca la presión aguas abajo (P2). La línea "Ideal" en la Figura 1 ilustra este punto, mostrando cómo el flujo de líquido aumenta linealmente cuando se grafica contra la raíz cuadrada de la presión diferencial a través de la válvula dividida por la gravedad específica.

En aplicaciones líquidas, la obstrucción es el resultado de la reducción de la presión a través de los elementos de control. La figura 2 muestra la presión instantánea a medida que el líquido se mueve a través de una válvula de control. Las áreas transversales de entrada y salida de una válvula son mucho más grandes que el área de control, como la jaula o el área alrededor del obturador y el asiento. Debido a que el flujo total en cualquier lugar de la válvula es el mismo, la velocidad del líquido en el área reducida (vena contracta) debe ser mucho mayor para que pase el mismo flujo.

El flujo obstruido por sí solo generalmente no daña una válvula, pero existen condiciones de flujo comúnmente asociadas con el flujo obstruido que pueden crear problemas, que incluyen:Niveles de ruido: El flujo obstruido no crea ruido directamente, pero un alto nivel de ruido puede resultar de fenómenos de proceso normalmente asociados con el flujo obstruido. En los sistemas líquidos, la cavitación puede estar presente durante el flujo obstruido, lo que genera ruido y, en última instancia, puede dañar la válvula. A medida que se reduce la presión aguas abajo, la cavitación pasa a ser intermitente. Mientras que la cavitación puede tener un alto nivel de presión de sonido debido a la implosión de las burbujas de vapor que colapsan de los microchorros y las ondas de choque, el destello tendrá un ruido reducido debido al flujo de dos fases resultante. En el flujo de vapor, el ruido aumentará significativamente a medida que la la velocidad se vuelve sónica. A medida que se reduce la presión aguas abajo, la energía extra se convierte en energía sonora. Las válvulas con una caída de presión excesiva pueden generar niveles de sonido superiores a 100 dB. Ya sea con flujos de líquido o de vapor, el nivel general de ruido generalmente está relacionado con la presión diferencial a través de la válvula. Cuando aparece la asfixia por primera vez, el ruido estará presente pero puede no ser excesivo. A medida que cae la presión aguas abajo, el ruido aumentará drásticamente y puede dañar los componentes internos de la válvula y someter a los operadores a niveles de sonido inseguros.Intermitente y cavitación: Un concepto erróneo común es que las condiciones de flujo obstruido requieren condiciones intermitentes, pero el flujo obstruido también puede ocurrir en condiciones de cavitación. Como se muestra en la Figura 2, la cavitación se producirá cuando la presión P2 aumente por encima de la presión de vapor del líquido. Cuando esto ocurre, las burbujas colapsan y vuelven a convertirse en líquido. Si la presión de P2 permanece por debajo de la presión de vapor, el líquido hervirá y se convertirá en vapor al pasar por la válvula y seguirá siendo vapor al salir (Figura 3).

Muchos proveedores de válvulas tienen programas de dimensionamiento de válvulas de control que pueden predecir condiciones de flujo obstruido y ayudar a los usuarios a dimensionar la válvula correctamente. Sin embargo, estos programas son tan precisos como los datos ingresados, por lo que se debe ingresar la información correcta del proceso y de la válvula. y presiones aguas abajo, temperatura del proceso y configuraciones de tuberías de entrada y salida, así como una serie de detalles asociados con la válvula de control en sí. Los parámetros especiales, como la relación de caída de presión, el factor de recuperación de presión y el índice de cavitación, ayudan a predecir exactamente cuándo ocurrirá la cavitación o el ahogo, y cuánto flujo pasará una válvula. Debido a que los parámetros para cada estilo de cuerpo y configuración son diferentes, cada opción debe evaluarse individualmente para determinar el flujo real que se puede pasar de manera segura en un conjunto específico de condiciones de proceso. Dichos cálculos de tamaño pueden volverse complicados, especialmente cuando hay varias opciones de configuración disponibles. , por lo que es aconsejable consultar a su proveedor de válvulas para ayudar a evaluar las opciones y determinar la mejor solución para su aplicación.

El flujo ahogado, en sí mismo, no es motivo de preocupación. La confusión surge de la asociación del flujo obstruido con muchos fenómenos negativos que pueden afectar y dañar las válvulas de control. Cuando se enfrente a la posibilidad de un flujo obstruido, o si tiene inquietudes o preguntas sobre cómo proceder con el tamaño o la selección de válvulas, comuníquese con los proveedores de válvulas para obtener asistencia técnica. Por lo general, pueden proporcionar programas de dimensionamiento de válvulas que predicen cuándo ocurrirá la obstrucción y su impacto en el tamaño y la selección de válvulas. También pueden ayudar a los usuarios a elegir la mejor combinación de materiales y diseños de molduras para aliviar las condiciones dañinas. Este artículo se publicó originalmente en la edición de julio/agosto de InTech.

Katherine Bartels es ingeniera de diseño en Emerson Automation Solutions, especializada en válvulas anticavitación personalizadas. Se graduó con una licenciatura en ingeniería mecánica de la Universidad Estatal de Iowa y ha estado con Emerson durante seis años. Adam Harmon es ingeniero de diseño sénior en Emerson Automation Solutions, con un enfoque en válvulas en aplicaciones de acondicionamiento de vapor. Tiene una licenciatura en ingeniería mecánica de la Universidad Estatal de Iowa y ha estado en Emerson durante 11 años.

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