903-HM120-P09-GUD-014

INEDON PROCESOS

903-HM120-P09-GUD-014 0 Rev. GUÍA PARA LOS DATOS DE PROCESOS DE LAS VÁLVULAS DE CONTROL Y DIMENSIONAMIENTO DE LOS DESVÍOS

FECHA

JUL. 08

OBJETO

Emisión Original

ELABORÓ Iniciales

REVISÓ Iniciales

APROBÓ Iniciales/Cargo

AA

ABA

ABA/GP

Este Documento Sustituye a la “Guía de Diseño de los Desvíos (Bypasses ) de las Válvulas de Control”, N° 903-P3100-P09-GUD-014, REV. 2 AGO. 07

903-HM120903-HM120-P09-G P09-GUD-01 UD-014/31/0 4/31/07/2008 7/2008/AA/p /AA/paa

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Índice Página 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 11.1. 11.2. 11.3. 11.4. 11.5. 12. 12.1. 12.2. 12.3. 12.4. 13. 13.1. 13.2. 13.3. 13.4. 13.5. 14. 15.

INTRODUCCIÓN .......................... .................................................... .................................................... ................................................ ...................... 5 OBJETIVOS ........................ .................................................. ................................................... ................................................... ................................ ...... 5 USO DE LOS CRITERIOS Y LA NORMATIVA ...................................................... ...................................................... 6 PROCEDIMIENTOS DE INELECTRA .................................................................... 6 INSTRUCCIONES DE TRABAJO DE INELECTRA. INELECTRA................................................ 7 ACRÓNIMOS Y SIGLAS S IGLAS .......................... ..................................................... ...................................................... ................................... ........ 8 MEMORIA DE CÁLCULO ................................................... ............................................................................ .................................... .......... 9 LECCIONES APRENDIDAS .................................................... ............................................................................. ............................... ..... 9 DEFINICIONES GENERALES ........................... .................................................... ................................................... ............................ 9 CÁLCULO DE PÉRDIDA DE PRESIÓN ................................................................. ............................................................. 18 VÁLVULAS DE CONTROL .............................. ................................................... ................................................... .............................. .... 20 Información Básica ........................ .................................................. .................................................... ............................................. ................... 20 Características de Flujo ............................. ................................................... .................................................... ................................... ......... 21 Requerimientos de Flujo ........................... ................................................ .................................................. ..................................... ............ 22 Evaluación de una Válvula de Control Existente .................................................. .................................................. 25 Datos de Procesos para las Válvulas de Control .................................................... ................................................ 27 VÁLVULAS DE DESVÍO............................ ................................................... ...................................................... .................................. ....... 38 Importancia de la Selección de la Válvula de Desvío ............................................. ......................................... 38 Dimensionamiento de la Válvula de Desvío ......................................................... ......................................................... 38 Disponibilidad del Tipo de Válvula de Desvío ......................................................... ..................................................... 43 Limitaciones de la Garantía Hidráulica ....................... ................................................ .......................................... ................. 47 CONSIDERACIONES ESPECIALES ................................................................... ................................................................... 49 Caso de Gas Blow-By........................... .................................................. ...................................................... ....................................... ............ 49 Flujo Bifásico Aguas Arriba de la Válvula ............................................................. ............................................................. 50 Servicios en Alta Presión .......................... ............................................... ................................................. ..................................... ............. 51 Cavitación ........................... ..................................................... .................................................... ................................................... .............................. ..... 52 Hidratos de Gas ............................. .................................................... ..................................................... .............................................. .................... 54 RECOMENDACIONES PARA LAS PROPUESTAS TÉCNICAS ............................ ........................ 54 REFERENCIAS ......................... ................................................... .................................................... ................................................. ....................... 54 ANEXO 1 – FORMATO DE HOJA DE DATOS DE VÁLVULA DE CONTROL ....... ... 56


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Índice Página 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 11.1. 11.2. 11.3. 11.4. 11.5. 12. 12.1. 12.2. 12.3. 12.4. 13. 13.1. 13.2. 13.3. 13.4. 13.5. 14. 15.

INTRODUCCIÓN .......................... .................................................... .................................................... ................................................ ...................... 5 OBJETIVOS ........................ .................................................. ................................................... ................................................... ................................ ...... 5 USO DE LOS CRITERIOS Y LA NORMATIVA ...................................................... ...................................................... 6 PROCEDIMIENTOS DE INELECTRA .................................................................... 6 INSTRUCCIONES DE TRABAJO DE INELECTRA. INELECTRA................................................ 7 ACRÓNIMOS Y SIGLAS S IGLAS .......................... ..................................................... ...................................................... ................................... ........ 8 MEMORIA DE CÁLCULO ................................................... ............................................................................ .................................... .......... 9 LECCIONES APRENDIDAS .................................................... ............................................................................. ............................... ..... 9 DEFINICIONES GENERALES ........................... .................................................... ................................................... ............................ 9 CÁLCULO DE PÉRDIDA DE PRESIÓN ................................................................. ............................................................. 18 VÁLVULAS DE CONTROL .............................. ................................................... ................................................... .............................. .... 20 Información Básica ........................ .................................................. .................................................... ............................................. ................... 20 Características de Flujo ............................. ................................................... .................................................... ................................... ......... 21 Requerimientos de Flujo ........................... ................................................ .................................................. ..................................... ............ 22 Evaluación de una Válvula de Control Existente .................................................. .................................................. 25 Datos de Procesos para las Válvulas de Control .................................................... ................................................ 27 VÁLVULAS DE DESVÍO............................ ................................................... ...................................................... .................................. ....... 38 Importancia de la Selección de la Válvula de Desvío ............................................. ......................................... 38 Dimensionamiento de la Válvula de Desvío ......................................................... ......................................................... 38 Disponibilidad del Tipo de Válvula de Desvío ......................................................... ..................................................... 43 Limitaciones de la Garantía Hidráulica ....................... ................................................ .......................................... ................. 47 CONSIDERACIONES ESPECIALES ................................................................... ................................................................... 49 Caso de Gas Blow-By........................... .................................................. ...................................................... ....................................... ............ 49 Flujo Bifásico Aguas Arriba de la Válvula ............................................................. ............................................................. 50 Servicios en Alta Presión .......................... ............................................... ................................................. ..................................... ............. 51 Cavitación ........................... ..................................................... .................................................... ................................................... .............................. ..... 52 Hidratos de Gas ............................. .................................................... ..................................................... .............................................. .................... 54 RECOMENDACIONES PARA LAS PROPUESTAS TÉCNICAS ............................ ........................ 54 REFERENCIAS ......................... ................................................... .................................................... ................................................. ....................... 54 ANEXO 1 – FORMATO DE HOJA DE DATOS DE VÁLVULA DE CONTROL ....... ... 56


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LISTA DE SÍMBOLOS Símbolo Símbolo C V V C V, V, G C V, V, G2 C V, V, G+FB C V, V, L C V, V, L2 C V, V, L+FB F F k P 1 P 2 P A P B P C C P CF CF P V V1 P VENA VENA T 1 T 2 W G W G2 W L W L1

Definición Definición

Coeficiente de flujo para las variables en unidades USC Coeficiente de flujo para servicio gaseoso Coeficiente de flujo calculado con el flujo de gas W G2 Coeficiente de flujo para flujo bifásico aguas abajo de la válvula debido al gas que se condensa Coeficiente de flujo para servicio líquido Coeficiente de flujo calculado con el flujo de líquido W L2 Coeficiente de flujo para flujo bifásico aguas abajo de la válvula debido a la expansión del líquido Factor de relación de la presión crítica del líquido Relación de los calores específicos (= c P /cV ) a las condiciones aguas arriba de P 1 y T 1 Presión absoluta aguas arriba de la válvula Presión absoluta aguas abajo de la válvula Presión absoluta y conocida en el punto A Presión absoluta y conocida en el punto B Presión absoluta en el punto crítico termodinámico Presión absoluta de flujo crítico Presión absoluta de vapor aguas arriba de la válvula Presión absoluta en la vena contracta Temperatura aguas arriba de la válvula Temperatura aguas abajo de la válvula Flujo másico de gas Flujo másico del gas remanente aguas abajo de la válvula después de la condensación Flujo másico de líquido Flujo másico de líquido aguas arriba de la válvula


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Unidad

[-] [-] [-] [-] [-] [-] [-] [-] [-] [bara], [psia] [bara], [psia] [bara], [psia] [bara], [psia] [bara], [psia] [bara], [psia] [bara], [psia] [bara], [psia] [°C], [°F] [°C], [°F] [kg/h], [lb/h] [kg/h], [lb/h] [kg/h], [lb/h] [kg/h], [lb/h]

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LISTA DE SÍMBOLOS Símbolo Símbolo

Definición Definición

Unidad

Δ P

Flujo másico del líquido generado aguas abajo de la [kg/h], [lb/h] válvula después de la condensación del gas Pérdida de presión a través de la válvula [bar], [psi]

Δ P 1

Pérdida de presión aguas arriba de la válvula

[bar], [psi]

Δ P 2, 2, 3, 4

Pérdidas de presión aguas abajo de la válvula

[bar], [psi]

Δ P H

Presión estática generada por la diferencia de altura de [bar], [psi] líquido Densidad del fluido a las condiciones aguas arriba de P 1 [kg/m3], [lb/ft3] y T 1 Densidad del fluido a las condiciones aguas abajo de P 2 [kg/m3], [lb/ft3] o P CF CF (si existe flujo crítico para servicio de gas) y T 2

W L2

ρ 1 ρ 2


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1.

INTRODUCCIÓN La Disciplina de Procesos suministra una parte de los datos requeridos para la especificación y posterior diseño de las válvulas de control; también es función de la Disciplina, el dimensionamiento de las válvulas manuales usadas en los desvíos (bypasses ) de las válvulas de control (Figura (Figura 1). 1). El personal de la Disciplina de Procesos requiere estar familiarizado con los criterios usados en inelectra para las válvulas de control y sus correspondientes desvíos. La especificación técnica de las válvulas de control es elaborada por la Disciplina de Automatización y Control. Válvula de control con actuador neumático

Válvula de bloqueo

Válvula de desvío (bypass)

Figura 1. Esquema del desvío de una válvula de control. 2.

OBJETIVOS Los objetivos principales de este INEDON son: A)

Suministrar información general sobre las las válvulas de control y sus desvíos.

B)

Proporcionar información para los los cálculos de pérdida de presión relacionados a las válvulas de control y de desvío.

C)

Válvulas de control: los datos de Procesos de las • Unificar la metodología para suministrar los válvulas de control.


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903-HM120-P09-GUD-014 0 Rev. GUÍA PARA LOS DATOS DE PROCESOS DE LAS VÁLVULAS DE CONTROL Y DIMENSIONAMIENTO DE LOS DESVÍOS • Descripción del formato de la hoja de datos de las válvulas de control.

D)

Válvulas de desvío: • Unificar la metodología para dimensionar los desvíos de las válvulas de

control. • Facilitar el cálculo de la válvula de desvío cuando se desconoce el

coeficiente de flujo (C V) de las válvulas de control. • Seleccionar el tipo de válvula de desvío según la pérdida de presión

requerida.

• Seleccionar al tamaño de la válvula desvío en función de valores

referenciales del coeficiente de flujo cuando no se tiene información del fabricante.

La Disciplina de Automatización y Control selecciona la capacidad de la válvula de control, si ese valor es conocido, se recomienda seleccionar una válvula de desvío con el mismo coeficiente de flujo. 3.

4.

USO DE LOS CRITERIOS Y LA NORMATIVA I.

Los criterios especificados por el Cliente tienen prioridad sobre los indicados en este INEDON. Si las especificaciones del Cliente carecen de algún criterio, el Líder de Procesos en el Proyecto solicita la aprobación del Cliente para usar los criterios mostrados aquí.

II.

El usuario de este INEDON tiene la obligación de utilizar la revisión más actualizada de la normativa (normas, códigos, estándares, especificaciones, leyes, etc.) nacional e internacional usada en el Proyecto. Así como, solicitar al Cliente o ente gubernamental correspondiente, la normativa local usada en el país donde se construye la instalación.

PROCEDIMIENTOS DE INELECTRA Procedimientos para la gestión de la calidad relacionados con este INEDON: Ingeniería (HM010) 903-HM010-A90-TEC-003

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Equivalencia de Términos entre Centros de Ejecución 6 de 56

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903-HM120-P09-GUD-014 0 Rev. GUÍA PARA LOS DATOS DE PROCESOS DE LAS VÁLVULAS DE CONTROL Y DIMENSIONAMIENTO DE LOS DESVÍOS Gestión de la Calidad (HM060) 903-P9010-G09-ADM-914 Elaboración y Actualización de Instrucciones de Trabajo Procesos (HM120) 903-K3100-P09-ADM-919 Listas de Verificación 903-P3100-P09-ADM-901 Bases de Diseño 903-P3100-P09-ADM-912 Hoja de Datos de Proceso para Válvulas de Control (HDPVC)

5.

INSTRUCCIONES DE TRABAJO DE INELECTRA Instrucciones de trabajo relacionadas con este INEDON: Procesos (HM120) 903-HM120-P09-GUD-013 Bases y Criterios de Diseño 903-HM120-P09-GUD-025 Guía para la Elaboración de los Diagramas de Tuberías e Instrumentación 903-HM120-P09-GUD-041 Guía de Diseño para los Sistemas de Alivio de Presión 903-HM120-P09-GUD-049 Guía para los Cálculos de “Gas Blow-By” 903-HM120-P09-GUD-050 Guía sobre Flujo Crítico para Fluidos Compresibles 903-P3100-P09-GUD-052 Guía para la Elaboración de la Memoria de Cálculo 903-HM120-P09-GUD-054 Guía para la Selección de los Materiales de Construcción 903-P3100-P09-GUD-063 Lineamientos para la Evaluación de los Hidratos de Gas 903-P3100-P09-GUD-067 Dimensionamiento de Líneas de Transporte con Flujo Multifásico 903-P3100-P09-GUD-069 Guía para los Cálculos de Pérdida de Presión 903-HM120-P09-GUD-071 Guía para los Cálculos de Despresurización Diseño Mecánico (HM140) 903-P3060-T05-GUD-X02 Instructivo de Especificaciones de Materiales de Tuberías

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903-HM120-P09-GUD-014 0 Rev. GUÍA PARA LOS DATOS DE PROCESOS DE LAS VÁLVULAS DE CONTROL Y DIMENSIONAMIENTO DE LOS DESVÍOS Au tomat izac ión y Con tr ol (HM160) 903-K3200-I41-ESP-068 Control Valves and Regulators Specification 903-P3200-I01-GUD-033 Criterios de Diseño de Automatización y Control

Los Procedimientos y las Instrucciones de Trabajo están relacionados de manera directa: el INEDON es citado en este documento, o indirecta: el INEDON contiene información adicional para el usuario; pero no es citado en este documento. 6.

ACRÓNIMOS Y SIGLAS ANSI ASME DFP DN DTI

American National Standards Institute American Society of Mechanical Engineers

Diagrama de Flujo de Procesos: Process Flow Diagram Diámetro Nominal [en milímetros] Diagrama de Tuberías e Instrumentación: Piping and Instrumentation Diagram

EUA FC FIP FO FS HdD IEC INEDON ISA

Estados Unidos de América Fail-Closed (Cuadro 2) Fail-In-Place (Cuadro 2) Fail-Open (Cuadro 2) Fail-Safe (Cuadro 2) Hoja de Datos

ISO

International Organization for Standardization : Organización

NPS PSV RO SI USC

International Electrotechnical Commission inelectra Documento Normalizado International

Society for Measurement (antiguamente: Instrument Society of America )

and

Control

Internacional de Estandarización Nominal Pipe Size : Tamaño Nominal de la Línea o de la Válvula [en pulgadas] Pressure Safety Valve : Válvula de Seguridad por sobre Presión Restriction orifice: Orificio de Restricción Sistema Internacional de Unidades United State Customary (Units): (Unidades de Medición) Habituales en los EUA

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7.

MEMORIA DE CÁLCULO La memoria de los cálculos de pérdida de presión de las válvulas de control y sus desvíos, es realizada según el INEDON “Guía para la Elaboración de la Memoria de Cálculo”, N° 903-P3100-P09-GUD-052. El formato para la Hoja de Datos (HdD, Anexo 1) no solicita las condiciones aguas abajo de la válvula, porque estas no son requeridas para dimensionar la válvula. Sin embargo, los datos aguas arriba y aguas abajo son incluidos en la memoria de cálculo. La HdD de la válvula de control, elaborada por la Disciplina de Procesos es incluida en la memoria de cálculo del circuito de pérdida de presión, para su revisión.

8.

LECCIONES APRENDIDAS Las Lecciones Aprendidas están disponibles a través de la página de intranet de Ingeniería. El sistema de Lecciones Aprendidas puede contener información adicional para el tema de este INEDON. El INEDON “Procedimiento para la Identificación, Registro y Aplicación de Lecciones Aprendidas”, N° 903-P3000-A20-ADM-917, establece los pasos para la identificación, captura, registro en el sistema, etc. de las Lecciones Aprendidas. El INEDON “Procedimiento para la Identificación, Registro y Aplicación de Lecciones Aprendidas”, N° 903-P3000-A20-ADM-917, indica lo siguiente “cuando no se encuentre evidencia del uso del Sistema de Lecciones Aprendidas, se levantará una No Conformidad” durante una revisión técnica.

9.

DEFINICIONES GENERALES Ac tuado r ( Actuator )

Dispositivo accionado neumática, hidráulica o eléctricamente, el cual suministra fuerza y movimiento para posicionar el dispositivo de cierre de las válvulas de control entre una posición cerrada o abierta [2]. La Figura 2 muestra los principales tipos de actuadores y su simbología en los DTI.

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Neumático Electromecánico o motorizado

Pistón

Diafragma

Figura 2. Simbología en los DTI de los principales tipos de actuadores. Ag uas o Corri ente Ar ri ba ( Upstream )

Término usado para indicar que una variable del procesos (por ejemplo, la presión y temperatura), un equipo o instrumento, está ubicado antes de otro equipo o instrumento en el sentido del flujo (Figura 3). Sentido de flujo Elemento que define el límite

Ag uas arrib a

Aguas abaj o

Figura 3. Descripción de los términos aguas arriba y aguas abajo. Ag uas o Corri ente Ab ajo (Downstream)

Término usado para indicar que una variable del procesos (por ejemplo, la presión y temperatura), un equipo o instrumento, está ubicado después de otro equipo o instrumento en el sentido del flujo (Figura 3). Bases de Diseño (Basis of Design )

Consulte el INEDON “Bases de Diseño”, N° 903-P3100-P09-ADM-901. Carrera Nomin al (Rated Travel )

Desplazamiento del dispositivo de cierre desde su posición cerrada hasta la posición definida de apertura total [2]. 903-HM120-P09-GUD-014/31/07/2008/AA/pa

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903-HM120-P09-GUD-014 0 Rev. GUÍA PARA LOS DATOS DE PROCESOS DE LAS VÁLVULAS DE CONTROL Y DIMENSIONAMIENTO DE LOS DESVÍOS Clasificación de Presión-Temperatura ( Pressure-Temperature Rating )

Las clasificaciones de presión-temperatura son las máximas presiones manométricas permitidas de operación para el material y la designación de la clase para un rango de temperaturas definidas [1]. Las clasificaciones más comunes son 150, 300, 600, 900, 1500, 2500. En varios INEDON de inelectra, la clasificación de presión-temperatura es denominada como “libraje” o “rating ”. Coeficiente de Flujo, C V ( Flow Coefficient )

Coeficiente de una válvula de control, el cual es numéricamente representando como la cantidad de galones por minuto de agua a una temperatura entre 40 °F y 100 °F, la cual fluye a través de una válvula durante un 1 minuto cuando se genera una pérdida de presión de una libra por pulgada cuadrada [13]. El coeficiente de flujo está relacionado con la geometría de la válvula para una apertura o carrera definida [12] y es establecido por el fabricante de la válvula. La nomenclatura del SI usa K V en metros por hora [m/h] y, en resumen, equivale al flujo de un metro cúbico por hora para generar una pérdida de presión de 105 Pa (1 bar) con una temperatura del fluido entre 5 °C a 40 °C. El término de coeficiente de flujo también es usado para las válvulas manuales y algunos instrumentos con paso de flujo; sin embargo, la manera para determinarlo es diferente a la usada para las válvulas de control. La norma IEC 60534-1 [13] no establece unidades de medición para el C V; pero de la siguiente ecuación, se puede establecer que sería galones de los EUA por minuto: ⎛ Δ pCv ⎞⎛ ρ ⎞ ⎟⎟⎜⎜ ⎟⎟ Δ p ⎝ ⎠⎝ ρ w ⎠

C V = Q ⎜⎜

Ec. 1

Donde: Q

es el flujo volumétrico medido en USgpm;

ρ

es la densidad del fluido en lb/ft3;

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ρw

es la densidad del agua en un rango entre 40 °F y 100 °F, en lb/ft3;

Δ p

es la pérdida estática de presión medida a través de la válvula en psi;

Δ pCv =

1 psi.

Basado en lo anterior: ⎛ psi ⎞⎛ lb/ft 3 ⎞ ⎟ ⎟⎟⎜⎜ C V = USgpm ⎜⎜ 3⎟ ⎝ psi ⎠⎝ lb/ft ⎠

Ec. 2

Hasta que la unidad de medición no esté establecida formalmente en la normativa internacional para las unidades USC, se indica que el C V no tiene dimensión [ - ], lo cual está acorde con la “costumbre general” de la industria. Coeficiente de Flujo Evaluado o Clasificado ( Rated Flow Coeffic ient )

Valor del coeficiente de flujo a la carrera nominal [2]. Condiciones Estándar y Normales ( Standard & Normal Condit ions )

Presión y temperatura base para la especificación del volumen de gas y líquido, los valores típicos son: Condición

Estándar Normal

Presión absolu ta [bar] [psi]

1 atmósfera estándar

1,01325 14,6959

Temperatura [°C] [°F]

15,56 0,00

60,00 32,00

Las designaciones “S” para estándar y “N” para normal son de uso común en la industria. Ejemplos: SCF (Sft3), pie cúbico estándar; Nm3, metro cúbico normal. Las condiciones estándar o normales están definidas en las Bases de Diseño del Proyecto.

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903-HM120-P09-GUD-014 0 Rev. GUÍA PARA LOS DATOS DE PROCESOS DE LAS VÁLVULAS DE CONTROL Y DIMENSIONAMIENTO DE LOS DESVÍOS Designacion es para el Espesor d e Pared y No. de Cédula (Schedule, SCH)

A)

Acero al carbono (carbon steel : CS), ASME B36.10M [9]: Las designaciones para el espesor de pared STD (estándar), XS (extra fuerte) y XXS (doble extra fuerte) han sido comercializadas por años [9]. Los números de cédula fueron añadidos luego. El No. de cédula 40 y la designación STD son idénticos hasta un NPS de 10, inclusive. El No. de cédula y designación XS son iguales hasta un NPS de 8, inclusive.

B)

Acero inoxidable (stainless steel : SS), ASME B36.19M [10]: Las designaciones son 5S, 10S, 40S y 80S.

Consulte también el INEDON “Guía para los Cálculos de Pérdida de Presión”, N° 903-P3100-P09-GUD-069. Diámetro Nominal (DN) y Tamaño Nominal de la Línea (NPS) ( Nominal Diameter y Nominal Pipe Size )

El sistema de medición métrico usa la abreviatura DN, en vez de Nominal Pipe Size (NPS); el Cuadro 1 muestra las equivalencias. El ASME B36.10M [9] contiene valores de NPS hasta 80 (DN 2000) y también los valores en el sistema métrico. Cuadro 1. Equivalencias entre NPS y DN [9]. NPS

DN

NPS

DN

NPS

DN

NPS

DN

1/8 1/4 3/8 1/2 3/4 1 1¼ 1½

6 8 10 15 20 25 32 40

2 2½ 3 3½ 4 5 6 8

50 65 80 90 100 125 150 200

10 12 14 16 18 20 22 24

250 300 350 400 450 500 550 600

26 28 30 32 34 36 38 40

650 700 750 800 850 900 950 1000

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Componentes funcionales de la válvula que están en contacto con el fluido. Estos componentes excluyen el cuerpo (body), bonete (bonet) y la tapa cegada (blind head ), si está presente [2]. En este INEDON, se usa la palabra “interno” como simplificación. Escape o Fuga del Asient o ( Seat Leakage)

Cantidad del fluido que pasa a través de la válvula, cuanto esta se encuentra completamente cerrada con una presión diferencial a través del interno. Las clases de fugas son designadas con números romanos desde I hasta VI; mientras mayor el número, más hermético es el asiento de la válvula. Si no se establece un valor, la mínima clase es IV, consulte el INEDON “ Control Valves and Regulators Specification ”, N° 903-K3200-I41-ESP-068. La palabra escape o fuga es usada en esta definición como un paso interno del fluido, no una salida del fluido hacia la atmósfera. Especific ación de Materiales de la Línea (Piping Material Specifi cation )

Código de cuatro dígitos que indica la clasificación de presión-temperatura, el grupo del fluido, el tipo de material y sobre espesor por corrosión o la variable de civil. Ejemplo: 1 AC D [Corrosión permitida, D: 1,27 mm] [Clase, AC: hidrocarburos no corrosivos (entre otros fluidos) y acero al carbono como material] [Clasificación de presión-temperatura, 1: 150]

Consulte el INEDON “Instructivo de Especificaciones de Materiales de Tuberías”, N° 903-P3060-T05-GUD-X02, para más información. Línea (Line, Pipe)

Con el objeto de generalizar este término, el INEDON usa el concepto de “línea” para los tubos, las tuberías, cañerías, los caños y ductos: conducto de forma cilíndrica por donde se transportan los fluidos de procesos

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(hidrocarburos, productos petroquímicos, etc.) o de servicios (agua, aire, gas combustible, gas inerte, etc.). Modo de Falla de las Válvulas

Posición a la cual se mueve el dispositivo de cierre de la válvula cuando falla la fuente de energía [2], generalmente aire de instrumentos (por ejemplo una válvula neumática) o potencia eléctrica (por ejemplo una válvula motorizada). El modo de falla es usado para las válvulas de control y las de apertura y cierre (on/off ). El Cuadro 2 muestra la nomenclatura típica. Cuadro 2. Modo de falla de las válvulas [2]. Nomenclatura Modo de falla Descripción (inglés) Cerrada

FC

Abierta

FO

Última posición de operación

FIP

Falla segura

FS

El dispositivo de cierre va la posición cerrada El dispositivo de cierre va la posición abierta El dispositivo de cierre permanece en la posición de operación El dispositivo de cierre va la posición cerrada, abierta o permanece en la posición de operación, según la definición requerida para proteger el proceso

Presión de Flujo Crítico ( Critical Flow Pressure )

Usada para gas y vapor, corresponde a la presión que se alcanza en la garganta o vena contracta de una restricción de flujo (por ejemplo una válvula de alivio de presión). Depende de la presión absoluta aguas arriba de la restricción y de la relación de las capacidades caloríficas del fluido (k ). Para los hidrocarburos gaseosos, oscila entre el 50 % (× 0,5) y 58 % (× 0,58) de la presión absoluta de entrada. Consulte el INEDON “Guía sobre Flujo Crítico para Fluidos Compresibles”, N° 903-HM120-P09-GUD-050. Evite confundir la Presión de Flujo Crítico con la Presión Crítica Termodinámica (Figura 4).

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903-HM120-P09-GUD-014 0 Rev. GUÍA PARA LOS DATOS DE PROCESOS DE LAS VÁLVULAS DE CONTROL Y DIMENSIONAMIENTO DE LOS DESVÍOS Punto Crítico Termodin ámico ( Thermodynamical Critical Point )

Presión y temperatura a la cual el estado líquido de la materia cesa de existir (Figura 4). Cerca del punto crítico i) las densidades del líquido y del gas se acercan una a la otra hasta que son iguales y el límite de las fases desaparece, ii) pequeños cambios de presión o temperatura originan grandes cambios de densidad. 13

Punto crítico termodinámico Presión crítica a c i t í r c a r u t a r e p m e T

n ó i s e r P

Curva de punto de rocío

Curva de punto de burbuja

Temperatura

Figura 4. Diagrama de presión y temperatura. Temperatura Mínima de Diseño del Metal ( Minimum Design Metal Temperature , MDMT)

Mínima temperatura esperada en servicio para el metal [8], excepto cuando se permiten temperaturas más bajas según el código de diseño, por ejemplo el ASME B31.3. Unidades de Medición de Presión

El SI establece que las unidades de presión no llevan la letra “a” para valores absolutos ni “g” para valores manométricos. Actualmente, los estándares estadounidenses también están comenzando a usar el SI, especialmente cuando son estándares idénticos para la ISO. El SI indica que la palabra “presión” es calificada apropiadamente, ejemplo: presión absoluta de 10 kPa. Sin embargo, este INEDON aún emplea las unidades bar g , bar a, psia, psig , etc. hasta que el uso del SI esté más generalizado. 903-HM120-P09-GUD-014/31/07/2008/AA/pa

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903-HM120-P09-GUD-014 0 Rev. GUÍA PARA LOS DATOS DE PROCESOS DE LAS VÁLVULAS DE CONTROL Y DIMENSIONAMIENTO DE LOS DESVÍOS Válvula Tipo Glob o ( Globe Valve)

Válvula manual o de control con una cámara globular (Figura 5). Volante Prensa estopas Vástago Disco Shangyu Group Co., Ltd.

Asiento Cuerpo

Figura 5. Esquemático [16] y ejemplos de válvulas manuales tipo globo. Válvula Tipo Mariposa ( Butterfly Valve )

Válvula manual o de control con un disco interno y conectado con un eje al cuerpo de la válvula (Figura 6).

Prensa estopas Eje

Disco

Asiento ARI Valve Corp.

Cunico

Cuerpo

Figura 6. Esquemático [16] y ejemplos de válvulas manuales tipo mariposa. 903-HM120-P09-GUD-014/31/07/2008/AA/pa

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903-HM120-P09-GUD-014 0 Rev. GUÍA PARA LOS DATOS DE PROCESOS DE LAS VÁLVULAS DE CONTROL Y DIMENSIONAMIENTO DE LOS DESVÍOS Vena Contracta

Constituye la porción de la corriente de flujo donde la velocidad del fluido corresponde a la máxima, y donde la presión estática del fluido y el área de la sección transversal son mínimas. La vena contracta normalmente ocurre justo aguas abajo de la restricción física (Figura 7). Flujo Presión aguas abajo

Presión aguas arriba

Vena contracta

Restricción

Figura 7. Ilustración de la vena contracta. Volante (Handwheel )

Dispositivo manual y mecánico usado para abrir o cerrar una válvula o limitar su carrera [2].

Volante

Figura 8. Indicación en el DTI del volante de una válvula de control. 10.

CÁLCULO DE PÉRDIDA DE PRESIÓN El INEDON “Bases y Criterios de Diseño”, N° 903-HM120-P09-GUD-013, estable los criterios para los circuitos de pérdida de presión. El INEDON “Guía para los Cálculos de Pérdida de Presión”, N° 903-P3100P09-GUD-069, contiene información detallada sobre ese tema. Esta sección muestra los pasos básicos para el cálculo de la pérdida de presión aguas arriba y abajo de una válvula de control y desvío. La principal diferencia

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es que la válvula de desvío considera las secciones de línea aguas arriba y aguas abajo de la misma. La Figura 9 es un ejemplo de un circuito de pérdida de presión; la válvula de control y su válvula de desvío están ubicadas entre dos recipientes a presión. Valor de ajuste a P A

PC

Valor de ajuste a P B

PC

P 4 P 3

V-1 LLLL

V-2

LC

P H P 1

= P + P H – Δ P 1

P 2 = P B

A

+ Δ P 2+ Δ P 3+ Δ P 4 P 2

P 1 P 1

P 2

Figura 9. Ejemplo de la pérdida de presión requerida en las válvulas. 1

Calcule la presión aguas arriba de la válvula de control ( P 1), la cual puede ser usada también para la válvula de desvío (véase la Figura 9): a)

Determine el punto de presión conocida, P A.

b)

Calcule la presión de la altura estática del líquido con el nivel más bajo (LLLL), Δ P H . El ejemplo considera el LLLL para ser conservador en el coeficiente de flujo calculado.

c)

Elabore el circuito de pérdida de presión según la geometría de la línea y los accesorios; y calcule la pérdida de presión aguas arriba de la válvula, Δ P 1.

d)

La presión aguas arriba de la válvula es: P 1 = P A + Δ P H − Δ P 1

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903-HM120-P09-GUD-014 0 Rev. GUÍA PARA LOS DATOS DE PROCESOS DE LAS VÁLVULAS DE CONTROL Y DIMENSIONAMIENTO DE LOS DESVÍOS 2

Calcule la presión aguas abajo de la válvula de control ( P 2), la cual puede ser usada también para la válvula de desvío (véase la Figura 9): a)

Determine el punto de presión conocida, P B.

b)

Elabore el circuito de pérdida de presión según la geometría de la línea y los accesorios; y calcule la pérdida de presión aguas abajo de la válvula, Δ P 2.

c)

La presión aguas abajo de la válvula es: P 2 = P 2 + Δ P 3 + Δ P 4 B + Δ P

3

Ec. 4

La pérdida de presión requerida en la válvula es: Δ P = P 1 − P 2

Ec. 5

Hasta el Paso 3, llega el cálculo de pérdida de presión para la válvula de control y de desvío. El dimensionamiento de las válvulas de desvío continúa en la Sección 12.2. 1

Presión aguas arriba de la válvula 3

2

Presión aguas abajo de la válvula

Pérdida de presión requerida

Figura 10. Pasos básicos para la pérdida de presión requerida en las válvulas. 11.

VÁLVULAS DE CONTROL

11.1.

Información Básica Las válvulas de control son los elementos finales para el control de las variables de procesos como flujo, temperatura, presión, composición, etc. (Figura 11). El control es logrado por medio de la restricción del paso de flujo, lo

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que origina un Δ P a través de la válvula en función de una señal de la variable del proceso.

Control de flujo

Control de nivel

Control de flujo en cascada con la señal de temperatura

Control de flujo en cascada con la señal de nivel

Figura 11. Sección de un DFP con válvulas de control. 11.2.

Características de Flujo El diseño del interno de la válvula de control afecta cómo cambia la capacidad de la válvula en función del movimiento del dispositivo de cierre. Los internos son diseñados o “caracterizados” para lograr una amplia variedad de requerimientos de control. Las características de flujo se definen como: A)

Características inherentes de flujo (Figura 12), las más comunes son: a)

Lineal: la capacidad de flujo se incrementa linealmente con el movimiento del dispositivo de cierre.

b)

Igual porcentaje: la capacidad de flujo se incrementa exponencialmente con el movimiento del dispositivo de cierre. Esta las característica más común para las válvulas de control.

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c)

Apertura rápida: proporciona el máximo cambio de la capacidad de flujo con pequeños cambios del movimiento del dispositivo de cierre.

El INEDON “Criterios de Diseño de Automatización y Control”, N° 903P3200-I01-GUD-033, contiene información adicional sobre las características inherentes de flujo. 100

o m i x á m o j u l f l e d e j a t n e c r o P

80

Apertura rápida Lineal

60

40

20

0 0

Igual porcentaje 20

40

60

80

100

Porcentaje de la carrera nominal

Figura 12. Características inherentes de flujo, adaptado de [12]. B)

Característica instalada de flujo: Es la relación entre la capacidad de flujo y el movimiento del dispositivo de cierre mientras la pérdida de presión a través de la válvula de control es influenciada por el circuito de pérdida de presión, es decir, las bombas, líneas, los accesorios y otros equipos.

11.3.

Requerimientos de Flujo Existen Proyectos que no disponen de información suficiente para establecer los requerimientos de flujo de las válvulas de control, debido a que se dispone de una simulación del proceso con un flujo normal de operación y no existen casos mínimos ni máximos de operación.

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El uso de un solo valor de flujo para la especificación de las válvulas de control, puede ocasionar que la válvula carezca de un rango adecuado para operar ante fluctuaciones en la operación de la instalación. A continuación, se indican los requerimientos cuando no se dispone de otra fuente de información para establecer los flujos mínimos y máximos, y otras consideraciones: A)

Flujo mínimo de la válvula: a)

Si el diseño de la instalación considera un flujo mínimo de operación (designado en inglés como turndown ) o un flujo de arranque, utilice ese valor, el cual puede ser (por ejemplo) 50 % (× 0,5) del flujo normal de operación. Referencia: Bases de Diseño del Proyecto. Es posible que no exista una simulación del proceso y que el requerimiento de flujo mínimo de operación sea especificado para algunos equipos y no todos los existentes en la instalación.

b)

B)

Si no existe definición del flujo mínimo de operación o flujo de arranque, use el 70 % (× 0,7) del flujo normal como flujo mínimo, esto significa una reducción del 30 % considerando al flujo normal como 100 %.

Flujo máximo de la válvula: Use el 110 % (× 1,1) del flujo normal como flujo máximo.

C)

D)

Válvulas de control en la descarga de equipos rotativos: a)

El flujo máximo de la válvula de control equivale al flujo de diseño del equipo.

b)

El flujo normal de la válvula de control es el flujo normal del equipo.

c)

El flujo mínimo se determina de acuerdo la capacidad mínima del equipo.

Válvulas de control para flujo mínimo de las bombas centrífugas: El flujo mínimo de una bomba centrífuga es el flujo normal de la válvula de recirculación por flujo mínimo. Debido a la operación discontinua de las

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líneas de flujo mínimo, no se requiere la especificación de flujo mínimo ni máximo para la válvula de control. E)

Línea de desvío para control de temperatura (Figura 13), los flujos para el diseño de la válvula de control (y su correspondiente desvío) son: a)

El flujo máximo de la válvula de control es 130 % (× 1,3) del flujo de diseño del intercambiador.

b)

El flujo mínimo de la válvula de control es 10 % (× 0,1) del flujo normal del intercambiador.

Este caso tiene mayor rango para el flujo de la válvula de control, debido a lo crítico que puede ser el control de temperatura.

TC

Figura 13. Esquema de un desvío con válvula de control para control de temperatura a través de un intercambiador de calor. F)

Gas para compensación de presión: El flujo de desalojo es suministrado en la simulación del proceso (Figura 14); pero el flujo de inyección no es suministrado. La recomendación es usar el mismo flujo volumétrico actual aguas arriba de las dos válvulas. El Cuadro 3 muestra un ejemplo de cálculo cuando se conoce el flujo másico del gas de salida.

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PV-001B

PC

PV-001A

Figura 14. Esquema de un sistema de compensación de presión. Cuadro 3. Ejemplo de cálculo para gas de compensación de presión. PV-001A PV-001B Condiciones y Condiciones y Propiedades a las propiedades del condici ones aguas arriba propiedades del gas de salida gas inyectado Flujo másico Presión Temperatura Peso molecular Factor de compresibilidad Densidad Flujo volumétrico

[kg/h] [barg] [°C] [-]

562 5 45 35

69,6 0,14 30 22

[-]

0,89

0,91

[kg/m3] [m3/h]

8,9 62,9

1,1 62,9

Nota: (1) El gas de salida puede ser diferente al gas inyectado. Ejemplo: gas salida con componentes pesados; gas de inyección del sistema de gas combustible tratado.

11.4.

Evaluación de una Válvula de Control Existente La pérdida de presión en una válvula de control existente está definida por el tipo de válvula y la geometría de la instalación, entre otras variables. En este

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caso, la Disciplina de Procesos suministra los datos requeridos a la Disciplina de Automatización y Control (o al fabricante) para que determine el Δ P y luego incorporarlo al cálculo de pérdida de presión como un Δ P conocido. Si la Disciplina de Procesos tiene que calcular el Δ P de la válvula de control existente, se usan las siguientes recomendaciones: A)

Verifique que el C V evaluado del modelo de la válvula no está restringido debido a internos especiales y limitaciones en la apertura (mecánicas o de configuración en la sala de control).

B)

Use las ecuaciones adecuadas:

C)

•

Preferiblemente, consiga el programa de dimensionamiento del fabricante de la válvula a través de la Disciplina de Automatización y Control o por la Internet.

•

La norma ANSI/ISA-75.01.01 [1] contiene las ecuaciones usadas en la industria.

Como regla general, el porcentaje de apertura está entre 20 % y 80 % para un control óptimo; si el resultado es menor o mayor, consulte a la Disciplina de Automatización y Control o al fabricante. Fabricante, datos del modelo, curva característica de la válvula, C V evaluado Flujo

Coeficiente de flujo

Propiedades del fluido

Porcentaje de apertura Δ P de

la válvula

Cálculo de pérdida de presión en el circuito Figura 15. Evaluación de una válvula existente en un circuito de pérdida de presión. 903-HM120-P09-GUD-014/31/07/2008/AA/pa

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Las válvulas de control pueden ser del tipo globo, mariposa, etc.; pero su Δ P no se calcula con los valores de la longitud equivalente ( L/ D) de las válvulas manuales. 11.5.

Datos de Procesos para las Válvulas de Control El Anexo 1 muestra el formato de inelectra para la HdD de las válvulas de control; el formato está basado en el estándar de la Disciplina de Automatización y Control para el programa INtools® (Intergraph Corporation ). El formato se encuentra, al momento de la emisión de este INEDON, en revisión por parte de la Unidad de Automatización y Control. El Elaborador de la Disciplina de Procesos consulta a la Disciplina de Automatización y Control si existe algún cambio en el formato. El objetivo de este INEDON es guiar a los elaboradores de la HdD de las Disciplinas de Automatización y Control y de Procesos. Es importante tener presente que algunos datos que añade la Disciplina de Procesos, pueden ser verificados por la Disciplina de Automatización y Control, y viceversa. Adicionalmente, ambas Disciplinas pueden apoyarse mutuamente para completar la HdD. La emisión de la HdD por parte de la Disciplina de Procesos aplica en los Proyectos donde está establecido que Procesos y Automatización y Control emiten HdD por separado o cuando no existe apoyo de la Disciplina de Automatización y Control. La recomendación es que la Disciplina de Procesos coloque los datos directamente en la Hoja de Datos de la Disciplina de Automatización y Control. Las siguientes secciones describen los datos requeridos, ejemplos y las referencias. Solo se describen los datos que son añadidos por la Disciplina de Procesos. Las celdas con los datos que añade la Disciplina de Procesos tienen color amarillo claro, las celdas restantes son llenadas por la Disciplina de Automatización y Control o el fabricante. A)

Datos Generales (General Data). N° de identificación (Tag Number ) •

Número asignado por la Disciplina de Automatización y Control o Procesos para identificar la válvula de control. Ejemplo: PCV-1001.

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903-HM120-P09-GUD-014 0 Rev. GUÍA PARA LOS DATOS DE PROCESOS DE LAS VÁLVULAS DE CONTROL Y DIMENSIONAMIENTO DE LOS DESVÍOS •

Referencias: Lista de Instrumentos, DTI.

Caso (Case) •

Caso de operación usado para la especificación. Ejemplos: caso rico, caso normal, caso pobre. Si es requerido, se puede elaborar una HdD para diferentes casos.

•

Referencia: Bases de Diseño, Descripción del Proceso, Balance de Materia y Energía.

Servicio (Service) •

Descripción breve o nombre del fluido del proceso o del servicio industrial que maneja la válvula. Ejemplos: gas combustible al horno, vapores de tope de la T-1001, agua para la caldera SG-5001.

•

Referencias: DFP, DTI.

N° del DTI (P&ID N°)

N° del DTI donde se muestra la válvula de control. B)

Línea de entrada (Inlet Line). Diámetro (Diameter ) •

Diámetro nominal de la línea de entrada. Ejemplo: 12” (para unidades USC).

•

Este diámetro no es el resultante de alguna reducción aguas arriba de la válvula de control (Figura 16). El tamaño de la reducción es establecido con el tamaño de la válvula.

•

Referencias: DTI, Lista de Líneas, Memoria de Cálculo.

Número (Number ) •

Número completo de identificación de la línea de entrada. Ejemplo: 12”-HC-10001-1ACD-NI.

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Referencias: DTI, Lista de Líneas, Memoria de Cálculo. Diámetro de la línea para la HdD 12” x 10” 12”

12” 12” x 10”

El tamaño de la reducción/expansión es determinado cuando se conoce el tamaño de la válvula de control

Figura 16. Ejemplo para el valor de diámetro que es colocado en la HdD. Cédula de la línea (Line schedule ) •

Número de cédula de la línea de entrada. Ejemplos: 40, XS.

•

Referencias: Especificación de Materiales del Proyecto, Memoria de Cálculo.

Clase de la Línea ( Piping class )

C)

•

Clase de la especificación de la línea de entrada. Ejemplo: 1ACD.

•

Referencias: DTI, Especificación de Materiales del Proyecto.

Línea de salida (Outlet Line). Diámetro (Diameter ) •

Diámetro nominal de la línea de salida. Ejemplo: 12” (para unidades USC).

•

Este diámetro no es el resultante de alguna expansión aguas abajo de la válvula de control (Figura 16). El tamaño de la reducción es establecido con el tamaño de la válvula.

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Número (Number ) •

Número completo de identificación de la línea de salida. Ejemplo: 12”HC-10002-1ACD-NI.

•


Cédula de la línea (Line schedule ) •

Número de cédula de la línea de salida. Ejemplos: 40, XS.

•

Referencias: Especificación de Materiales del Proyecto, Memoria de Cálculo.

Clase de la Línea ( Piping class )

D)

•

Clase de la especificación de la línea de salida. Ejemplo: 1ACD.

•

Referencias: DTI, Especificación de Materiales del Proyecto.

Condiciones de Operación (Operating Conditions ). Servicio ácido o agrio ( Sour service ) •

Indique la existencia y cantidad de componentes que promuevan la corrosión ácida. Ejemplo: H2S, CO2.

•

Referencias: Descripción del Proceso, Balance de Materia y Energía, Simulación del Proceso.

•

Consulte el INEDON “Guía para la Selección de los Materiales de Construcción”, N° 903-HM120-P09-GUD-054.

Condiciones de especiales ( Special conditions ) •

Indique la existencia de componentes que promuevan la corrosión, a excepción de los indicados anteriormente (por ejemplo el ácido sulfúrico diluido) o la erosión (por ejemplo la arena).

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Peso molecular ( MW: mo lecular weight ) •

Peso molecular del fluido a las condiciones de entrada.

•

Este dato es solo requerido para servicio de gas o vapor.

•

Referencias: Balance de Materia y Energía, Simulación del Proceso, Memoria de Cálculo.

Viscosidad (Viscosity ) •

Viscosidad dinámica o cinemática del fluido a las condiciones de presión y temperatura de entrada a la válvula.

•

El Elaborador de la HdD incluye la unidad de medición en la celda azul claro.

•

Referencias: Balance de Materia y Energía, Simulación del Proceso, Memoria de Cálculo de Pérdida de Presión.

•

Si existen casos especiales, por ejemplo un arranque en frío, donde la viscosidad sea muy diferente a la de operación normal, se requiere otra hoja de datos para considerar el efecto de la viscosidad en la presión de entrada y de salida.

Relación de los calores específicos, c P /cV •

Los calores específicos son determinados a las condiciones de presión y temperatura de entrada a la válvula.

•


•


•

En otras secciones de este INEDON, se usa la nomenclatura k para la relación de los específicos, por ser común cuando se usan unidades USC.

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El factor de compresibilidad es determinado a las condiciones de presión y temperatura de entrada a la válvula.

•


•


Densidad mínima, normal o máxima ( Dens. min, Dens. nor, Dens. Max ) •

Densidad del fluido a la presión y temperatura de entrada a la válvula. Los valores corresponden con el flujo mínimo, normal o máximo.

•


•


Presión de vapor a la temperatura normal de operación ( Vapor pressure at T norm. ) •

Presión absoluta de vapor a la temperatura entrada para fluidos líquidos, correspondiente con el flujo normal.

•

El Elaborador de la HdD incluye la unidad de medición.

•


Presión crítica (Critical pressure ) •

Presión absoluta crítica termodinámica del fluido.

•


•

Referencias: Balance de Materia y Energía, Simulación del Proceso.

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Temperatura crítica termodinámica del fluido.

•


•


Fluido (Fluid ) •

Descripción breve del fluido. Ejemplos: hidrocarburo, agua, gas combustible.

•


Fase (Phase) •

Seleccione entre fase simple, flujo bifásico homogéneo, flujo bifásico no homogéneo.

•

Si el flujo bifásico es homogéneo o no, se verifica comparando las velocidades superficiales de las fases, si las velocidades son iguales o similares, considere que el flujo es homogéneo. Consulte el INEDON “Dimensionamiento de Líneas de Transporte con Flujo Multifásico”, N° 903-P3100-P09-GUD-067.

•

Use flujo bifásico homogéneo, si la HdD es elaborada en una etapa del Proyecto donde no se tiene información suficiente.

•


Estado (State) •

Seleccione el estado físico del fluido. Ejemplos: líquido, agua, gas o vapor, vapor de agua (steam).

•


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903-HM120-P09-GUD-014 0 Rev. GUÍA PARA LOS DATOS DE PROCESOS DE LAS VÁLVULAS DE CONTROL Y DIMENSIONAMIENTO DE LOS DESVÍOS Flujo mínimo, normal y máximo ( Minimum, normal and maximum flow ) •

Valores de flujo requeridos en el proceso. En función de la aplicación, las variables del proceso tienen relación entre sí y los valores de flujo. Ejemplo: la pérdida de presión como función del flujo.

•


•


•

Véase la Sección 11.3 para los requerimientos de flujo de las válvulas de control. Los valores mínimos, normales y máximos aplican para el flujo, las otras variables del proceso cambian en función del flujo. Es decir, los valores mínimos, normales y máximos no son usados para la presión de entrada, de salida, temperatura de entrada, etc.

Temperatura (Temp: Temperature ) •

Temperatura aguas arriba de la válvula de control para los flujos mínimo, normal y máximo.

•


•


Presión (Press: Pressure ) •

Presión absoluta aguas arriba de la válvula de control para los flujos mínimo, normal y máximo.

•


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Referencias: Balance de Materia y Energía, Simulación del Proceso (para una Ingeniería Conceptual), Memoria de Cálculo de Pérdida de Presión (Ingeniería Básica o de Detalle).

Diferencia de Presión (DP: pr essure difference ) •

Diferencia de presión en la válvula de control.

•


•

Referencias: Balance de Materia y Energía, Simulación del Proceso (para una Ingeniería Conceptual), Memoria de Cálculo de Pérdida de Presión (Ingeniería Básica o de Detalle).

Posición c uando falla el aire ( Ai r-fail posi tion ) •

Posición a la cual se mueve el dispositivo de cierre de la válvula cuando falla la fuente de energía [2], véase el Cuadro 2.

•

Referencias: Análisis del Sistema de Alivio de Presión, DTI. Consulte también el INEDON “Guía de Diseño para los Sistemas de Alivio de Presión”, N° 903-HM120-P09-GUD-041, para las recomendaciones sobre la posición de falla.

E)

Cuerpo de la válvula (Valve body ). Presión d iseño ( Design p ressure ) •

Indique el valor mínimo, por ejemplo presión de vacío (si existe), y el máximo de la presión de diseño de la línea.

•

Referencias: Lista de Líneas.

Temperatura diseño (Design temperature ) •

Indique el valor mínimo, por ejemplo mínima temperatura de diseño del metal (si existe), y el máximo de la temperatura de diseño de la línea.

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Referencias: Lista de Líneas.

Máxima presión diferencial de cierre ( Max DP closed type ) •

El dimensionamiento del actuador requiere la máxima presión que pudiese alcanzar el fluido cuando la válvula está cerrada.

•

El criterio es usar la mayor presión de diseño (generalmente, aguas arriba de la válvula) y la presión atmosférica para establecer la máxima presión diferencial que pudiese existir a través de la válvula.

•

El criterio considera la presión de diseño como máximo valor posible de presión a la cual puede ser sometida la válvula, y la presión atmosférica como mínima presión si la línea es despresurizada, por ejemplo, debido a mantenimiento aguas abajo de la válvula.

•

Referencia para la presión de diseño: Lista de Líneas.

•

El Elaborador de la HdD incluye la unidad de medición en la celda azul claro. El valor conservador de la presión de cierre garantiza que el actuador genere la fuerza suficiente para lograr que la válvula de control se abra aun cuando exista la máxima presión diferencial a través de la válvula.

(Opcional para Procesos) Clase del Escape o Fuga ( Seat leakage class ) •

La clase de fuga del asiento es especificada por la Disciplina de Automatización y Control en función de la normativa del Proyecto o el requerimiento del Cliente.

•

Sin embargo, en algunos casos, la Disciplina de Procesos puede solicitar (o recomendar) una clase de fuga del asiento más exigente al normalmente usado. Por ejemplo, existen algunos Clientes que permiten el uso de una válvula de control para limitar una zona de despresurización (INEDON “Guía para los Cálculos de Despresurización”, N° 903-HM120-P09-GUD-071); en este caso, la clase de fuga es equivalente a la usada para las válvulas del sistema de parada de emergencia.

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F)

Verifique el uso de la válvula y las especificaciones del Proyecto.

Accesorios ( Accessories). Volante (Handwheel )

G)

•

Las válvulas de control, que no pueden ser provistas de una válvula de desvío, son provistas con volante, esto es indicado en la HdD y en los DTI.

•

Referencia: Bases de Diseño del Proyecto, DTI.

Notas (Notes). Debido a que el formato carece de casillas especificas para la siguiente información, esta es colocada en la sección de Notas: Temperatura aguas abajo ( Downstream temperature ): •

Este valor es crítico cuando existe un enfriamiento significativo debido a la expansión del fluido (por ejemplo los gases licuados de petróleo) y permite la correcta selección de los materiales de construcción de la válvula.

•

El Elaborador coloca la unidad de medición correspondiente.

•


Modo de operación (Operating mod e ): •

Indique si la válvula opera de modo continuo o discontinuo.

•

Referencia: Descripción del Proceso.

Otra información:

Cualquier otra información que se considera relevante para la especificación de la válvula de control, puede ser añadida en la sección de Notas. 903-HM120-P09-GUD-014/31/07/2008/AA/pa

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12.

VÁLVULAS DE DESVÍO

12.1.

Importancia de la Selección de la Válvula de Desvío La importancia de la correcta selección de la válvula de desvío radica en que:

12.2.

A)

Las válvulas de control, provistas de válvulas de bloqueo aguas arriba y aguas abajo, requieren de una válvula de desvío que permitan, en un momento dado, sacar de servicio la válvula de control y continuar la operación de forma manual a través del desvío (Figura 1).

B)

En algunos proyectos existe una prueba de garantía hidráulica; en tal prueba, el Cliente tiene la opción de colocar fuera de servicio la válvula de control y operar con la válvula de desvío para verificar su correcto dimensionamiento. Véase la Sección 12.4.

Dimensionamiento de la Válvula de Desvío Las ecuaciones mostradas en esta sección, para calcular el coeficiente de flujo de una válvula manual, son una simplificación. Las ecuaciones usadas para dimensionamiento de las válvulas de control son más complejas. Recuerde: el cálculo del coeficiente de flujo de la válvula de desvío no es requerido si se conoce el coeficiente de la válvula de control.

El dimensionamiento de la válvula de desvío sigue los pasos mostrados en la Figura 17 y descritos a continuación. Los Pasos 1, 2 y 3 están descritos en la Sección 10. 4 4a

Calcule el coeficiente de flujo requerido en función del tipo de fluido. Coeficiente de flujo para líquido, C V, L: Unidades métricas C V , L = 0,0364

W L ρ 1 ⋅ Δ P

Ec. 6a

Unidades USC: C V , L =

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W L

63,5 ⋅

ρ 1 ⋅ Δ P

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Ec. 6b INEDON

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2

1

Presión aguas arriba de la válvula

Presión aguas abajo de la válvula

3

Pérdida de presión re uerida 4

Coeficiente de flujo en función del tipo de fluido 4a

4b

Gas

Líquido

4c

Líquido que va oriza

4d

Gas que condensa

Flujo bifásico aguas abajo 5

Tipo de válvula según la pérdida de presión 6

Tamaño de la válvula 7

Representación en el DTI

Figura 17. Pasos para el dimensionamiento de la válvula de desvío. 4b

Coeficiente de flujo para gas, C V, G: a)

Calcule la presión del flujo crítico, P CF : k

⎛ 2 ⎞ k −1 P CF = P 1 ⋅ ⎜ ⎟ ⎝ k + 1 ⎠

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Ec. 7

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b)

Determine si el flujo es crítico o subcrítico: ¿?

Si P 2 ≤ P CF ⇒ el flujo es crítico, use P CF en vez de P 2.

¿?

Si P 2 > P CF ⇒ el flujo es subcrítico, mantenga el valor de P 2.

Consulte también el INEDON “Guía sobre Flujo Crítico para Fluidos Compresibles”, N° 903-HM120-P09-GUD-050. c)

Realice una expansión isentálpica desde P 1 y T 1 hasta P 2 o P CF para obtener la densidad ( ρ 2) y temperatura (T 2) aguas abajo de la válvula, véase la Figura 18. Use un simulador de procesos o de pérdida de presión, si es requerido. P 2 o P CF, T 2 ⇒ ρ 2

P 1, T 1

Figura 18. Ejemplo de una expansión isentálpica para obtener el valor de ρ 2. El uso de la densidad del gas a P 2 o P CF y T 2, considera que ρ 2 es menor, por ende el coeficiente de flujo requerido es mayor (cálculo conservador). d)

Calcule el coeficiente de flujo requerido para gas, C V, G: Unidades métricas C V , G = 0,0364

W G ρ 2 ⋅ Δ P

Ec. 8a

Unidades USC: C V , G =

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W G

63,5 ⋅

ρ 2 ⋅ Δ P

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Ec. 8b

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903-HM120-P09-GUD-014 0 Rev. GUÍA PARA LOS DATOS DE PROCESOS DE LAS VÁLVULAS DE CONTROL Y DIMENSIONAMIENTO DE LOS DESVÍOS 4c

Coeficiente de flujo para flujo bifásico aguas abajo de la válvula cuando el líquido se expande y produce líquido más gas, C V, L+FB: Unidades métricas: C V , L+ FB =

W L1

27,3 ⋅ 0,8 ( P 1 − F F ⋅ P V 1) ⋅ ρ 1

Ec. 9a

Unidades USC: C V , L+ FB =

W L1

63,3 ⋅ 0,8 ( P 1 − F F ⋅ P V 1) ⋅ ρ 1

F F = 0,96 − 0,28

Ec. 9b

P V 1 P C

Ec. 10

(ambos sistemas de unidades) 4d

Coeficiente de flujo para flujo bifásico aguas abajo de la válvula cuando el gas se condensa y produce líquido más gas, C V, G+FB: a)

Determine los flujos de gas (W G2) y líquido (W L2) aguas abajo de la válvula por medio de una expansión isentálpica.

b)

Calcule el coeficiente de flujo (C V, L2) para el flujo de líquido (W L2) con las condiciones aguas abajo y la Ec. 6. Es importante considerar que la densidad del líquido es diferente debido a la generación de gas aguas abajo.

c)

Calcule el coeficiente de flujo (C V, G2) para el flujo de gas (W G2) según la Ec. 8.

d)

Calcule el coeficiente total de flujo, C V, G+FB: C V , G+ FB = C V , L 2 + C V , G 2

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Ec. 11

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Seleccione el tipo de la válvula de desvío en función de la pérdida de presión:

5

Cuadro 4. Tipo de válvula de desvío en función de la pérdida de presión. Pérdida de presió n Tipo de válvula Símbolo en el DTI ≥ 0,7 bar (10,2 psi)

Globo

< 0,7 bar (10,2 psi)

Mariposa

6

Seleccione el tamaño de la válvula de desvío en función del tipo y el coeficiente de flujo requerido.

6a

Tamaño para válvulas tipo globo en función del coeficiente de flujo (cuando no se tiene información del fabricante): Cuadro 5. Coeficientes de flujo para válvulas tipo globo. DN (NPS) [mm (in)]

C V

[-]

DN (NPS) [mm (in)]

[-]

8 (1/4)

2

150 (6)

430

15 (1/2)

3

200 (8)

810

20 (3/4)

4,8

250 (10)

1325

25 (1)

7

300 (12)

1600

40 (1½)

20

350 (14)

2500

50 (2)

29

400 (16)

3400

80 (3)

92

450 (18)

4500

100 (4)

180

C V

Valores obtenidos de catálogos de los fabricantes Bonney Forge, Stockham y Velan. 6a

Tamaño para válvulas tipo mariposa en función del coeficiente de flujo (cuando no se tiene información del fabricante):

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Cuadro 6. Coeficientes de flujo para válvulas tipo mariposa. C V C V DN (NPS) DN (NPS) [mm (in)] [-] [mm (in)] [-] 50 (2) 115 200 (8) 1400 80 (3) 300 250 (10) 2480 100 (4) 570 300 (12) 4500 150 (6) 920 Valores obtenidos de catálogos de los fabricantes Crane y Stockham. 7

12.3.

Para finalizar, coloque el tamaño y tipo correspondiente de la válvula de desvío en el DTI. Consulte el INEDON “Guía para la Elaboración de los Diagramas de Tuberías e Instrumentación”, N° 903-HM120-P09-GUD-025.

Disponibilidad del Tipo de Válvula de Desvío Los tipos de válvulas especificados por la Disciplina de Procesos para las válvulas de desvío son de globo o de mariposa, véase el Cuadro 4. Sin embargo, la disponibilidad de esos tipos de válvulas está limitada en función del tamaño y el servicio. El Cuadro 7 muestra los tamaños disponibles de las válvulas de globo y de mariposa según el INEDON “Instructivo de Especificaciones de Materiales de Tuberías”, N° 903-P3060-T05-GUD-X02. El uso de válvulas de bola (esféricas) es solo permitido cuando tienen un interno segmentado en forma de V (V-notch o V-port ). Con esa clase de interno, la válvula tiene un amplio rango y produce una característica de flujo de igual porcentaje y en conjunto con discos especiales, la válvula de bola es comparable con una válvula de globo [12]. Aunque exista una limitación en la disponibilidad de las válvulas tipo globo o mariposa, la Disciplina de Procesos solicita al Proyecto la inclusión de esas válvulas en la especificación de materiales. Las válvulas de globo y de mariposa son las autorizadas por Procesos para permitir una garantía hidráulica en un Proyecto (si es solicitado por el Cliente); en su defecto se usan válvulas manuales especiales para el control de flujo (designadas en inglés como hand control valves ), consulte a la Disciplina de Automatización y Control.

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Cuadro 7. Disponibilidad de las válvulas de globo y de mariposa en la especificación de materiales1. Clasificación

Clase

Servici o

1ACD Fluidos de procesos en general 1AGA Aire de procesos y agua potable 1ALD

Baja temperatura

1AUB

Proceso corrosivo

1BCE

Fluidos de procesos en general

1BRE Hidrocarburos corrosivos 1BSA Criogénico 1CCH Soda cáustica (Área A/B) 150

1CMB Soda cáustica (Área C)

Globo [DN (NPS)] 15 a 300 (1/2 a 12) 15 a 100 (1/2 a 4) 15 a 300 (1/2 a 12)

50 a 300 (2 a 12) 15 a 300 (1/2 a 12) 15 a 300 (1/2 a 12) 15 a 200 (1/2 a 8) 15 a 200 (1/2 a 8) 15 a 200 (1/2 a 8)

Proceso corrosivo

15 a 300 (1/2 a 12) 100 a 900 (4 a 36)

1DNA Agua salada 1FHB

250 a 600 (10 a 24)

100 a 900 (4 a 36)

1CNA Agua corrosiva de procesos y de mar 1CSB

Mariposa [DN (NPS)]

Agua + fenoles con trazas de HCl

15 a 200 (1/2 a 8) 150 (6)

1GND Proceso ácido 1HKE Alta temperatura y fluidos corrosivos 1LCG

Medio vacío

1LKD

Baja temperatura

15 a 600 (1/2 a 24) 15 a 250 (1/2 a 10) 15 a 200 (1/2 a 8)

1

Los tamaños en milímetros (DN) son añadidos como complemento, la referencia solo dispone de los tamaños nominales en pulgadas (NPS). 903-HM120-P09-GUD-014/31/07/2008/AA/pa

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Cuadro 7. Disponibilidad de las válvulas de globo y de mariposa en la especificación de materiales. (Continuación). Clasificación

Clase

Servici o

Globo [DN (NPS)]

Mariposa [DN (NPS)]

15 a 100 (1/2 a 4) 15 a 300 (1/2 a 12) 15 a 200 (1/2 a 8) 15 a 300 (1/2 a 12) 15 a 300 (1/2 a 12) 15 a 750 (1/2 a 30) 15 a 300 (1/2 a 12) 15 a 750 (1/2 a 30) 15 a 200 (1/2 a 8) 15 a 300 (1/2 a 12) 15 a 200 (1/2 a 8) 15 a 300 (1/2 a 12) 15 a 300 (1/2 a 12) 15 a 600 (1/2 a 24) 15 a 200 (1/2 a 8) 15 a 300 (1/2 a 12)

100 a 900 (4 a 36)

1MCD Alto vacío 1PCD Agua de procesos (corrosiva) 150

1SCD Vapor y condensado de agua 1TCD

Agua para combate de incendios

3ACD Fluidos de procesos en general 3ALD

Baja temperatura

3ARD Fluidos de procesos en general 3BCE


3BRE Hidrocarburos corrosivos 3CRC Hidrocarburos corrosivos 300

3CSB

Proceso corrosivo

3DMB Ácido fluorhídrico 3DSA Hidrocarburos corrosivos 3ESA


3HKE Alta temperatura y fluidos corrosivos 3LKD

Baja temperatura

3SCD Vapor y condensado de agua

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150 a 600 (6 a 24)

80 a 600 (3 a 24)

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Clase

Servici o

6ACD Fluidos de procesos en general 6ARD Fluidos de procesos en general 6BRE Hidrocarburos corrosivos 6CRC Hidrocarburos corrosivos 6CSB

Proceso corrosivo

600

6DSA Hidrocarburos corrosivos 6ESA


6HKE Alta temperatura y fluidos corrosivos 6IKB

Alta temperatura

6SCD Vapor y condensado de agua 9ACD Fluidos de procesos en general 9ARD Fluidos de procesos en general 9BRE Hidrocarburos corrosivos 900

9DSA Hidrocarburos corrosivos 9ESA


9HKE Alta temperatura y fluidos corrosivos 9SCD Vapor y condensado de agua

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Globo [DN (NPS)] 15 a 200 (1/2 a 8) 15 a 300 (1/2 a 12) 15 a 200 (1/2 a 8) 15 a 200 (1/2 a 8) 15 a 200 (1/2 a 8) 15 a 300 (1/2 a 12) (15 a 200 1/2 a 8) 15 a 200 (1/2 a 8) 20 a 150 (3/4 a 6) 15 a 200 (1/2 a 8) 15 a 300 (1/2 a 12) 15 a 300 (1/2 a 12) 15 a 300 (1/2 a 12) 15 a 300 (1/2 a 12) 15 a 300 (1/2 a 12) 15 a 150 (1/2 a 6) 15 a 300 (1/2 a 12)

Mariposa [DN (NPS)]

80 a 600 (3 a 24)

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Clase

Servici o

15ACD Fluidos de procesos en general 15ARD Fluidos de procesos en general 1500

15HKE Alta temperatura y fluidos corrosivos 15SCD Vapor y condensado de agua

12.4.

Globo [DN (NPS)] 15 a 300 (1/2 a 12) 15 a 300 (1/2 a 12) 15 a 100 (1/2 a 4) 15 a 300 (1/2 a 12)

Mariposa [DN (NPS)]

Limitaciones de la Garantía Hidráulica Existen especificaciones de Clientes que establecen alguno de los siguientes parámetros para las válvulas de desvío: •

Un diámetro máximo para el uso de válvulas de globo (o de mariposa) como válvulas de desvío y a partir de dicho diámetro, solicitan el uso de válvulas de compuerta.

•

Contienen cuadros del tamaño de la válvula desvío en función del tamaño de la válvula de control y de la línea, algunas especificaciones inclusocitan la API RP 550 Installation of Refinery Instruments and Control Systems (marzo de 1965), la cual ha sido remplazada por las normas API RP 551 [3], API RP 552 [4], API RP 553 [5] y API RP 554 [6]

El uso de válvulas de compuerta o de tamaños preestablecidos no considera los siguientes aspectos: A)

La capacidad de la válvula de desvío tiene que ser acorde con la capacidad de la válvula de control, esto se logra realizando un cálculo de pérdida de presión y comparando los coeficientes de flujos de ambas válvulas.

B)

Los coeficientes de flujo de las válvulas de compuerta pueden ser significativamente mayores que los coeficientes de las válvulas de globo para un tamaño definido, el Cuadro 8 muestra un ejemplo.

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Cuadro 8. Comparación de los coeficientes de flujo de válvulas de compuerta y de globo de un mismo fabricante para DN 100 (NPS 4). Coeficiente de flujo evaluado Clasificación Válvula de compuerta Válvula de glob o 150 300 600

1234 1195 1069

166 165 190

Un coeficiente mayor de flujo implica que la válvula tiene mayor capacidad para condiciones definidas de operación, esto tiene como resultado que pequeños cambios en la apertura de la válvula, origine grandes cambios de flujo. C)

Las válvulas de compuerta no son recomendadas para control de flujo, porque su característica de flujo no es adecuada para un control de flujo preciso y consistente [11]. Adicionalmente, la válvula de compuerta puede ser dañada por las altas velocidades a través del asiento.

D)

Si la especificación del Cliente preestablece el tamaño de las válvulas de desvío, el coeficiente de flujo evaluado puede ser diferente al especificado para la válvula de control, debido a que estás últimas permiten el uso de internos que reducen su capacidad. El Cuadro 9 muestra un ejemplo.

Cuadro 9. Comparación de los coeficientes de flujo evaluados para 100 % de la carrera nominal [15]. Diámetro del Carrera del eje Coeficiente de orificio del actuador flujo evaluado DN (NPS) [in] [in] [-] 100 (4)

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2,000 2,419 3,000

5,75 5,75 5,75

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92 138 230

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Adicionalmente, el INEDON “Criterios de Diseño de Automatización y Control”, N° 903-P3200-I01-GUD-033, indica, que en general, no se utilizan válvulas de control de un tamaño de cuerpo nominal a la mitad del diámetro de la línea. En caso de necesitarse capacidades menores a éste mínimo, se especifica la válvula con un interno reducido. Aunque se esté siguiendo la especificación del Cliente, los Proyectos son exhortados a limitar la garantía hidráulica; es decir, inelectra se exime de dicha garantía en los desvíos de las válvulas de control, en caso que la especificación del Cliente contenga los siguientes casos: A)

Exige el uso de válvulas de compuerta como válvulas de desvío.

B)

Preestablece el tamaño de las válvulas de desvío, aun si son del tipo globo, y se corrobora que el coeficiente de flujo de la válvula de globo no es acorde con la válvula de control.

13.

CONSIDERACIONES ESPECIALES

13.1.

Caso de Gas Blow-By El caso de gas blow-by es un evento que puede presentarse cuando sistemas de alta presión están comunicados por válvulas de control (o su correspondiente desvío) con sistemas de baja presión, consulte el INEDON “Guía para los Cálculos de “Gas Blow-By’ ”, N° 903-HM120-P09-GUD-049. El máximo flujo que puede pasar a través de la válvula de control o de desvío considera: a)

La válvula de control 100 % abierta, para lo cual se usa el C V evaluado y suministrado por la Disciplina de Automatización y Control o el fabricante de la válvula.

b)

El desvío 100 % abierto, para lo cual se usa el C V evaluado del Cuadro 10 para las válvulas tipo globo y el Cuadro 11 para las válvulas tipo mariposa. Consulte también el INEDON “Guía de Diseño para los Sistemas de Alivio de Presión”, N° 903-HM120-P09-GUD-041, para más detalles de las consideraciones de seguridad.

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Cuadro 10. Coeficientes de flujo para válvulas tipo globo y el caso del cálculo de alivio (cuando no se tiene información del fabricante). C V C V DN (NPS) DN (NPS) [mm (in)] [-] [mm (in)] [-] 20 (3/4) 25 (1) 40 (1½) 50 (2) 80 (3)

7 11 29 50 114

100 (4) 150 (6) 200 (8) 250 (10) 300 (12)

201 487 873 1400 2064

Valores máximos obtenidos de catálogos de los fabricantes Bonney Forge, Stockham y Velan.

Cuadro 11. Coeficientes de flujo para válvulas tipo mariposa y el caso del cálculo de alivio (cuando no se tiene información del fabricante). C V C V DN (NPS) DN (NPS) [mm (in)] [-] [mm (in)] [-] 50 (2) 80 (3) 100 (4) 150 (6)

140 302 600 1022

200 (8) 250 (10) 300 (12)

1579 3136 5340

Valores máximos obtenidos de catálogos de los fabricantes Crane y Stockham.

Los valores del Cuadro 10 y Cuadro 11 son máximos y por tal motivo, conservadores cuando no se dispone de información del fabricante de la válvula de desvío en evaluación. 13.2.

Flujo Bifásico Aguas Arriba de la Válvula El control de flujo bifásico a la entrada de una válvula (desvío o de control) es muy difícil, y casi imposible en muchos casos, por tal motivo se evita colocar válvulas de control y de desvío en esa clase de servicio.

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13.3.

Servicios en Alta Presión Los servicios de alta presión pueden permitir el uso de válvulas de bloqueo con diámetros reducidos. A continuación, se presentan dos ejemplos para servicios de líquido y gas a alta presión: Ejemplo 1. Servicio líquido: alta presión y clasificación de presión-temperatura 600 o superior, sin formación de gas aguas abajo. DN 250 (NPS 10)

DN 200 (NPS 8)

DN 200 (NPS 8) DN 250 (NPS 10)

DN 250 (NPS 10)

DN 250 (NPS 10) DN 200 (NPS 8)

Figura 19. Reducción de los diámetros de las válvulas de bloqueo, servicio líquido. Ejemplo 2. Servicio gas, alta presión y clasificación de presión-temperatura 600 o superior, alto Δ P . DN 250 (NPS 10)

DN 200 (NPS 8)

P 1

P 2

P 1

P 2

DN 300 (NPS 12)

DN 400 (NPS 16)

DN 400 (NPS 16)

DN 200 (NPS 8)

Figura 20. Reducción de los diámetros de las válvulas de bloqueo, servicio gas. Siempre se evalúa el impacto de reducir los diámetros de las válvulas de bloqueo el cálculo de P 1 y P 2.

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13.4.

Cavitación La cavitación es difícil de determinar en las válvulas manuales, debido a que tal fenómeno depende de la configuración interna de la válvula. Una válvula de desvío con un paso muy intrincado tiene un factor de paso de flujo cercano a 1; mientras que una válvula de paso directo (por ejemplo, tipo mariposa) puede tener un factor cercano a 0,6. Los factores de paso también dependen del grado de apertura de la válvula. A continuación, se indica como determinar la posibilidad de cavitación en una válvula; pero es conveniente revisar los resultados de los cálculos de la válvula de control asociada a la válvula de desvío. Se tiene especial cuidado con las válvulas que manejan líquidos subenfriados y altos Δ P (por ejemplo: reciclos, bombas, inyección de agua). En estos casos se verifica que la presión en la vena contracta de la válvula (tanto de control como el desvío) sea superior a la presión de vapor del líquido a la temperatura aguas arriba, T 1.

P 1

P 2

Punto de menor área de paso de flujo en la válvula

Vena contracta

P 1

Presión de cavitación P V Presión de cambio de fase

Se forman burbujas de gas (vaporización)

Las burbujas colapsan (cavitación)

Figura 21. Cavitación en una válvula de control. Como se puede observar en la Figura 21, si la presión en la vena contracta cae por debajo de la presión de vapor del fluido (debido al incremento de la 903-HM120-P09-GUD-014/31/07/2008/AA/pa

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velocidad en ese punto), se forman burbujas de gas en la corriente de flujo. Si la presión en la salida de la válvula permanece por debajo de la presión de vapor del líquido, las burbujas de gas permanecen aguas abajo del sistema y ocasionan una vaporización en la corriente. La cavitación ocurre cuando la presión en la vena contracta es menor que la presión de vapor del líquido y P 2 es mayor que la presión de vapor. Para estimar rápidamente la presión en la vena contracta se puede usar la siguiente ecuación: P 1 − 1,35 ⋅ ( P 1 − P 2) VENA = P

Ec. 12

Si P VENA ≤ P V1 ⇒ cavitación. Si existe cavitación, se tienen dos posibilidades: A)

El uso de un interno especial para cavitación (geometría y quizá materiales especiales), con el objetivo de contrarrestar el efecto de la cavitación, esto aplica a la válvula de control solamente. Esta opción es evaluada por la Disciplina de Automatización y Control.

B)

Si se tiene un solo flujo constante; por ejemplo, reciclo continuo, se puede usar un orificio de restricción (RO), como se muestra en la Figura 23. El RO solo toma el 30 % del Δ P ; de esta manera se puede aumentar la presión P 2, lo suficiente para que la presión en la vena contracta no caiga por debajo de la presión de vapor.

Figura 22. Interno anti-cativación para válvula de control [12].

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RO

Figura 23. Orificio de restricción aguas abajo de la válvula. 13.5.

Hidratos de Gas La disminución de la presión aguas abajo de una válvula de control o de desvío, puede generar un cambio brusco de la temperatura del fluido, y si existe la composición adecuada, se pueden generar hidratos de gas. Consulte el INEDON “Lineamientos para la Evaluación de los Hidratos de Gas”, N° 903-P3100-P09-GUD-063, para más información.

14.

15.

RECOMENDACIONES PARA LAS PROPUESTAS TÉCNICAS A)

La evaluación de las válvulas existentes requiere del apoyo de la Disciplina de Automatización y Control, la cual establece su estimado de horas para la Propuesta. Esto puede ser requerido incluso para una Ingeniería Conceptual, si esta tiene como objetivo revisar la capacidad de la instalación. Verifique el alcance de la Propuesta.

B)

La solicitud de una garantía hidráulica puede estar limitada según lo establecido en la Sección 12.4. Verifique las especificaciones del Cliente.

REFERENCIAS Leyenda de la ubicación de las referencias: 

Servicio de Normas Internacionales en la ineweb.



Directorio de Instrucciones de Trabajo en el servidor de inelectra Panamá, S. A. Intranet de Procesos.

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[1]

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[2]

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[3]

API

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API Recommended Practice 552. Transmission Systems. Manufacturing, Distributing, and Marketing Department. First Edition, October 1994. 

[5]

API Recommended Practice 553. Refinery Control Valves. First Edition, September 1998. 

[6]

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Process

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Measurement

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[11]

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[12]

Fisher Controls International LLC . Control Valve Handbook . Fourth Edition, USA, 2005.

[13]

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[14]

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[15]

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