Valvulas de Control Para Aplicaciones de Cavitacion

Válvulas de Control para Aplicaciones de Cavitación

[File Name or Event]Emerson Confidential27-Jun-01, Slide 2

Que es Cavitación ?Que es Cavitación ?

� Cavitación es un fenómeno de varios pasos que se produce enuna corriente de flujo liquido

� Cuando el área de flujo del elemento de Control de Flujo cambia(como una válvula), existe la posibilidad de que la presión dellíquido cae por debajo de su Presión de Vapor, lo cual formaalgunas burbujas de vapor en el pasaje de flujo

� Durante la recuperación de la presión, el fluido intenta recuperar auna presión mayor que su Presión de Vapor, causando que lasburbujas de vapor colapsen (implosión)

� A la formación e implosión de las Burbujas de Vapor se le conocecomo Cavitación


Perfiles de Presión y VelocidadPerfiles de Presión y Velocidad1. Cuando un Fluido pasa a través de una restricción, la velocidad del fluido se incrementa.

2. Ley de Bernoulli: Si la velocidad se incrementa, la presión disminuye.

3. Vena Contracta, aguas abajo de la restricción, es e l punto de menor área de flujo, de mayor velocidad y de menor presión.

Perfiles de Presión y Velocidad de un Fluido a trav és de una Restricción

Perfil de Velocidad

Perfil de Presión

FlujoRestricción Vena Contracta


Válvulas de Control para Aplicaciones de CavitaciónVálvulas de Control para Aplicaciones de Cavitación

La Presión de Vapor esta en función de la Temperatura del Fluido

P > Pv � Fase Liquida

P < Pv � Fase Vapor


Teoría de CavitaciónTeoría de Cavitación1. Pvc es menor Pv

2. Se forman Burbujas de Vapor3. Las Burbujas de Vapor

Colapsan (Implosión)• Se genera una onda de choque• Se produce un Rebote “La Implosión

Crece” • Se genera un Jet de Alta Velocidad

en la Implosión Final

Pvc

DIRECCION DE FLUJO


Predicción de CavitaciónPredicción de CavitaciónPredecir Cavitación es difícil― Determinar la presión y la

velocidad en la Vena Contracta es difícil

― Dependemos de métodos experimentales y de análisis

― El Flujo Choque indica la Caída de Presión donde la Cavitación (Incipiente) o el Flasheo evitan un incremento en el Flujo

― El Flujo Choque no significa que existen daños por Cavitación


Flujo ChoqueFlujo ChoqueEl flujo limite o flujo choque (q max), se manifiesta por el no incremento adicional en el flujocon el aumento de la presión diferencial con las condiciones fijas corriente arriba. En loslíquidos, el flujo choque se produce como consecuencia de la vaporización del líquido cuandola presión estática dentro de la válvula cae por debajo de la p resión de vapor del líquido .

FL = Factor de recuperaciónde presiónFF = Factor de relación depresión critica del liquido

PV = Presión de Vapor

FL es utilizado para predecir el flujoa las condiciones de Flujo Choque

Aumento en no produceIncremento en el Flujo

∆Ppermisible


Coeficiente de Recuperación F LCoeficiente de Recuperación F L

Alto F L

Bajo F L

Parámetro de Válvula utilizado para predecir el Flujo Choque

Determinado Experimentalmente

Alto F L = Baja Recuperación

Bajo F L = Alta Recuperación

Por definición, las Válvulas de Alta Recuperación tienen Alta probabilidad de Cavitación

Dirección de Flujo

globo

mariposa


Índice K C Daño por CavitaciónÍndice K C Daño por Cavitación

Kc cae en esta zona, depende del estilo de la válvula y otros factores

� FL define la ∆Ppermisible donde laválvula se encuentra en flujochoque

� La mayoría de las válvulasexperimentan daños porCavitación en Flujo Choque

� KC (Coeficiente de Cavitación)define la ∆P donde el daño porCavitación empieza

� ∆PCAV = KC(P1-PV)

� KC se determina por pruebas deCavitación Incipiente, pruebas deRuido y experiencias en Campo.

� KC incorpora características de laválvula (dureza del Trim, etapas,etc.) que impiden la Cavitación


Determinación de K CDeterminación de K C

KC es función de:� Material de Construcción

� Tiempo de Exposición

� Cantidad de Flujo

� Diseño de Válvula / Trim

� Experiencia y Pruebas


Valores Típicos de K CValores Típicos de K C


Cavitación: Formación de Burbujas e Implosión Cavitación: Formación de Burbujas e Implosión

Fluido Liquido Fluido Cavitante

Flujo

Cavitación

Vena Contracta

Distancia


Daño por CavitaciónDaño por CavitaciónDaño por Cavitación que resulta de la implosión de Burbujas

Daño por Cavitación



Índice del Sistema A r (Application Ratio)Índice del Sistema A r (Application Ratio)


Comparación de A r y K cComparación de A r y K c

Comparar KC con Ar

Seleccionar Trim con KC > Ar

Se presentan daños por Cavitación

No existen daños por Cavitación



Procedimiento de Selección de la Válvula� Seleccionar Válvula con Alta o Baja Recuperación

basado en FL² como guía inicial� Determinar KC de la hoja PS o de la ayuda de

Fisher FIRST� Calcular ∆P de Cavitación utilizando KC

� Comparar ∆P Cavitación con ∆P actual (ocomparar Ar con KC) para determinar si existendaños por Cavitación


Influencias en el Daño por CavitaciónInfluencias en el Daño por Cavitación

� Proximidad de las Implosiones a las superficies internas de la válvula

� Caída de Presión � Propiedades del Material � Cavitación Combinada con Erosión / Corrosión� Contenido de Aire y Gas � Tiempo de Exposición


Métodos de Manejo de CavitaciónMétodos de Manejo de CavitaciónVálvula de Baja Recuperación


Caida de Presión en EtapasCaida de Presión en Etapas


Resistencia al Daño de los Materiales de ConstrucciónResistencia al Daño de los Materiales de Construcción


Materiales de Construcción Estándar

No Daño por Cavitación

Materiales de Construcción Resistentes


Dureza de MaterialesDureza de Materiales

Material Dureza

17-4 PH H900 40 Rc

440C 59 Rc

316/Colmonoy 6 58 Rc

316/Alloy 6 42 Rc

420 SST HT 52 Rc

416 SST HT 38 Rc


Válvulas de Control para Aplicaciones de CavitaciónVálvulas de Control para Aplicaciones de Cavitación� Daño por Cavitación

� Típico Tapón Dañado

Métodos para Manejo de Cavitación

� Aislamiento

� Eliminación


AislamientoAislamiento� Cavitrol III-I Paso


AislamientoAislamiento� Válvula de Angulo con Liner


AislamientoAislamiento� Trim Anti Cavitación Micro Flat

Válvula de Angulo Flujo hacia Abajo


EliminaciónEliminación

� Tecnología Orificios Maquinados – Múltiples Orificios

– Etapas de Presión

– Diseño Único de Orificios

– Ejemplo – CAV IV


Diseño de los OrificiosDiseño de los Orificios

Placa Delgada Placa Gruesa Orificio Cavitrol

Baja Capacidad

Alta Recuperación

Alta Capacidad Alta Capacidad

Baja Recuperación Baja Recuperación


Caída de Presión en EtapasCaída de Presión en Etapas

Flujo

Presión

Fluido a través de las Etapas de la Válvula


Trim Cavitrol III 2 PasosTrim Cavitrol III 2 Pasos


Trim Cavitrol III 3 PasosTrim Cavitrol III 3 Pasos


Vista Superior Vista Superior


Trim Cav IV – Combinación Flujo Radial / AxialTrim Cav IV – Combinación Flujo Radial / Axial


Trim DSTTrim DST



� Válvula de Angulo Modelo 461


Válvulas de Control para Aplicaciones de Cavitación – Métodos de Manejo de CavitaciónVálvulas de Control para Aplicaciones de Cavitación – Métodos de Manejo de Cavitación

� Válvulas Especiales “SS”


Problema: Requiere Cierre HerméticoProblema: Requiere Cierre Hermético


Caja CaracterizadaCaja Caracterizada


Trim Micro Flat Trim Micro Flat

Trim Micro-Flat para Cavitación proveeprotección al asiento para optimizar eltiempo de vida útil en aplicaciones deCavitación. Es disponible desde 0.25 inchde diámetro de puerto con un coeficienteCv de 0.01. Recomendado para unamáxima caída de presión de 1000 psi.Mas allá de este valor disminuye eltiempo de vida útil.


Trim Micro Flat Múltiple EtapasTrim Micro Flat Múltiple Etapas

Este Trim es utilizado para eliminar laCavitación, Incluye un diseño de asientoprotegido para caídas de presión hasta4000 psi. Para optimizar el tiempo de vidaútil en aplicaciones de Cavitación utilizamateriales como el Stellite y AceroInoxidable 440C. Puede controlar flujosmuy pequeños hasta C v = 0.01.


Trim Cav- FlatTrim Cav- Flat

Este Trim incorpora un diseño deasiento protegido y puedeproporcionar control paracoeficientes C v = 0.05, no serecomienda utilizarlo en valoresmenores. Este Trim es disponibleen materiales estándar de CavitrolIII



Video Demo


FlasheoFlasheo1. Pvc es menor Pv

2. Se forman Burbujas de Vapor3. Las Burbujas de Vapor explotan

• Se vaporiza el Fluido

Cavitación

FlashingPv

Distancia

P1 Pvc P2

Fluido Liquido Vaporización del Fluido (Flashing)

Flujo

Vena Contracta


Daños por FlasheoDaños por Flasheo� Daño por Flasheo

� Típico Tapón Dañado

Métodos para Manejo de Flasheo

� Endurecimiento de los Materiales


GRACIASGRACIAS

Documents

Valvulas de Control Para Aplicaciones de Cavitacion