Definición de una válvula de control
En las plantas de procesos industriales, usualmente, el elemento final de control es una válvula. Dependiendo de su función, la válvula deberá controlar el caudal, la temperatura, la presión, el nivel o la concentración.
La válvula debe controlar que el proceso se mantiene estable y debe comportarse de acuerdo al diseño, por lo que debe diseñarse para que pueda trabajar dentro de todo el rango de operación del proceso. Para ello, el ingeniero de procesos debe suministrar mediante la hoja de datos de proceso los valores de operación límite (min, normal y máximo) con los que se debe diseñar la válvula de control.
Para determinar los datos de diseño límite se considerará el coeficiente de dimensionamiento de válvula, que fue introducido por Masoneilan en 1944, y que se define por la siguiente fórmula:
Donde dicho coeficiente de dimensionamiento (Cv) está en función del caudal (Q), la gravedad específica (SG) y la caída de presión en la válvula DP.
Haciendo un análisis de la ecuación anterior para determinar el Cv mínimo de la válvula (el cual se corresponderá aproximadamente a un 10% de apertura de esta), se deberán emplear los datos de proceso coincidentes para cuando el caudal es mínimo, la gravedad específica más baja para el caso de operación a dicho caudal (normalmente a mayor temperatura coincidente) y la mayor caída de presión:
Cv min:
- Qmin
- SGmin
- ΔP max
Si los hubiera, se podrían evaluar otros casos de operación donde puede que se establezca otro caudal con otra caída de presión donde la gravedad específica fuera la menor de todo el proceso considerando que dichas variables deben ser coincidentes.
Se dice que las variables de proceso son coincidentes cuando existe la posibilidad de que dichas variables puedan estar presentes de manera simultánea dentro de un caso de operación. Por ejemplo: se bombea 22 m3/h de agua a 5ºC a 5 barg y densidad de 1000 kg/m3. Los datos de proceso en la impulsión de la bomba coincidentes serían:
- Temperatura: 5ºC
- Presión: 5 barg
- Caudal: 22 m3/h
- Densidad: 1000 kg/m3
Para el Cv máximo (que se corresponde normalmente a aproximadamente a un 85% de apertura de la válvula) se aplicaría el mismo procedimiento, se deberán emplear los datos de proceso coincidentes para el caudal máximo, la gravedad específica más alta para el caso de operación a dicho caudal (normalmente a menor temperatura coincidente) y la menor caída de presión:
Cv max:
- Qmax
- SGmax
- ΔP min
Igualmente, si los hubiera, se podrían evaluar otros casos de operación donde puede que se establezca otro caudal con otra caída de presión donde la densidad fuera la mayor de todo el proceso considerando que dichas variables deben ser coincidentes. Igualmente se podríarealizar la misma evaluación para el caso de operación donde la caída de presión fuera mínima.
Una vez determinados los casos de operación donde se obtienen los Cvs mínimo y máximo se reportarían también los valores coincidentes de operación normal, de tal manera que se tenga información de cómo se va a comportar la válvula la mayor parte del tiempo. Durante la operación normal la válvula operará con un valor de Cv dentro de los valores límite garantizando que la válvula opere correctamente.
En la siguiente figura:
Se pueden observar los diferentes Cvs (en este caso expresados como %Cv) en función del tipo de válvula. Por eso es tan importante definir correctamente los datos de proceso límite que definen la válvula de control, para lograr que esta pueda operar según el diseño del proceso.
También se puede observar la diferente rangeabilidad (gama de caudales regulables) que existe entre distintos tipos de válvulas. El instrumentista, con los datos de proceso y siguiendo las especificaciones del departamento de instrumentación y control del proyecto, selecciona en conjunto con los suministradores de válvulas, el tipo de válvula y luego, el ingeniero de procesos revisa y valida si la válvula seleccionada es técnicamente válida para el proceso para el cual está siendo evaluada.
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