Cálculo y Selección de Válvula de Tres Vías
EJEMPLO
Se cree que la selección de una válvula de tres vías no requiere cálculos previos. Esta suposición se basa en que el flujo de agua a través del tubo AB no depende de la posición del vástago y siempre permanece constante. En realidad, el flujo a través del tubo AB cambia según la posición del vástago, y la magnitud de los cambios depende de la autoridad de la válvula de tres vías y de sus características de regulación.
Metodología para el Cálculo de Válvulas de Tres Vías
El cálculo de una válvula de tres vías se realiza en la siguiente secuencia:
- 1. Selección de la característica de regulación óptima.
- 2. Determinación de la capacidad de regulación (autoridad de la válvula).
- 3. Determinación de la capacidad de flujo y diámetro nominal.
- 4. Selección del actuador eléctrico para la válvula de control.
- 5. Verificación de ruido y cavitación.
Selección de la Característica de Regulación
La dependencia del flujo de agua a través de la válvula en la posición del vástago se llama característica de regulación. El tipo de característica de regulación determina la forma del disco y asiento de la válvula. Dado que una válvula de tres vías tiene dos discos y dos asientos, también tiene dos características de regulación, la primera está marcada para el paso directo - (A-AB), y la segunda para el paso perpendicular - (B-AB).
Lineal/lineal. El flujo total de agua a través del tubo AB es constante solo cuando la autoridad de la válvula es igual a 1, lo cual es prácticamente imposible de lograr. El funcionamiento de una válvula de tres vías con una autoridad de 0,1 resultará en fluctuaciones en el flujo total cuando el vástago se mueva, en un rango del 100% al 180%. Por lo tanto, las válvulas con una característica lineal/lineal se utilizan en sistemas que no son sensibles a las fluctuaciones en el flujo de agua, o en sistemas con una autoridad de válvula de al menos 0,8.
Logarítmica/logarítmica. Las mínimas fluctuaciones del flujo total de agua a través del puerto AB en válvulas de tres vías con características de regulación logarítmica/logarítmica se observan cuando la autoridad de la válvula es de 0,2. Reducir la autoridad en comparación con este valor aumenta el flujo total a través del puerto AB, mientras que aumentarla disminuye el flujo total. Las fluctuaciones del flujo en el rango de autoridades de 0,1 a 1 oscilan entre +15% y -55%.
Logarítmica/lineal. Las válvulas de tres vías con características logarítmica/lineal se utilizan cuando se requieren diferentes leyes de regulación en los anillos de circulación que pasan por los puertos A-AB y B-AB. La estabilización del flujo durante el movimiento de la válvula ocurre con una autoridad de 0,4. Las fluctuaciones del flujo total a través del puerto AB en el rango de autoridades de 0,1 a 1 oscilan entre +50% y -30%. Las válvulas reguladoras con características logarítmica/lineal han encontrado una amplia aplicación en los nodos de control de sistemas de calefacción y en intercambiadores de calor.
Cálculo de la Autoridad
La autoridad de la válvula de tres vías es igual a la relación entre la caída de presión a través de la válvula y la suma de las caídas de presión a través de la válvula y la sección regulada. El valor de la autoridad para las válvulas de tres vías determina el rango de fluctuación del flujo total a través del puerto AB.
Un 10% de desviación del flujo de agua a través del puerto AB durante el movimiento del vástago se garantiza en los siguientes valores de autoridad:
- A+ = (0,8-1,0) - para válvulas con características lineal/lineal.
- A+ = (0,3-0,5) - para válvulas con características logarítmica/lineal.
- A+ = (0,1-0,2) - para válvulas con características logarítmica/logarítmica.
La autoridad para las válvulas de tres vías se determina para cada uno de los dos anillos de circulación que pasan por los puertos A-AB y B-AB.
Después de determinar el rango óptimo de autoridades y características de regulación, se determina el rango permitido de caídas de presión a través de la válvula de tres vías, y luego se determina su capacidad de flujo.
Cálculo de la Capacidad de Flujo
La dependencia de las caídas de presión en la válvula del flujo de agua a través de ella se caracteriza por el coeficiente de capacidad de flujo Kvs. El valor de Kvs es igual al caudal de agua en m³/h a través de una válvula completamente abierta, en el cual la caída de presión a través de la válvula es de 1 bar. Generalmente, los valores de Kvs de una válvula de tres vías son iguales para los puertos A-AB y B-AB, pero hay válvulas con diferentes valores de capacidad de flujo para cada puerto.
Sabiendo que cuando el caudal de agua cambia n veces, las caídas de presión a través de la válvula cambian n² veces, es fácil determinar el Kvs necesario de la válvula de control insertando el caudal calculado y las caídas de presión en la ecuación. Se selecciona una válvula de tres vías del catálogo con el valor más cercano al coeficiente de capacidad de flujo obtenido en el cálculo.
Selección del Actuador Eléctrico
El actuador eléctrico se selecciona para la válvula de tres vías previamente seleccionada. Se recomienda elegir actuadores eléctricos de la lista de dispositivos compatibles especificados en las características de la válvula, teniendo en cuenta:
- Los nodos de conexión del actuador y la válvula deben ser compatibles.
- El recorrido del vástago del actuador debe ser no menor que el recorrido del vástago de la válvula.
- Dependiendo de la inercia del sistema controlado, deben usarse actuadores con diferentes velocidades de operación.
- La máxima caída de presión a través de la válvula, a la cual el actuador puede cerrar la válvula, depende de la fuerza de cierre del actuador.
- El mismo actuador eléctrico proporciona el cierre de la válvula de tres vías, que opera en mezcla y separación de flujo, con diferentes caídas de presión.
- El voltaje de alimentación y la señal de control del actuador deben corresponder al voltaje de alimentación y la señal de control del controlador.
- Las válvulas de tres vías rotativas deben usarse solo con actuadores eléctricos rotativos.
Cálculo de la Probabilidad de Cavitación
La cavitación es la formación de burbujas de vapor en un flujo de agua, que ocurre cuando la presión en el flujo cae por debajo de la presión de saturación del vapor de agua. El efecto del aumento de la velocidad del flujo y la disminución de la presión en el flujo, que ocurre cuando la sección de paso se estrecha, se describe mediante la ecuación de Bernoulli. La sección de paso entre la válvula y el asiento de la válvula de tres vías es tal estrechamiento, donde la presión puede caer hasta la presión de saturación, y es el lugar más probable para que ocurra la cavitación. Las burbujas de vapor son inestables, aparecen repentinamente y colapsan repentinamente, lo que lleva a la erosión de las partículas de metal de los componentes de la válvula, lo que inevitablemente provoca un desgaste prematuro. Además del desgaste, la cavitación conduce a un aumento del ruido durante el funcionamiento de la válvula.
Los principales factores que afectan la cavitación:
- Temperatura del agua - cuanto más alta es, más probable es que ocurra la cavitación.
- Presión del agua - antes de la válvula de control, cuanto mayor sea, menor será la probabilidad de que ocurra cavitación.
- Pérdida de presión permitida - cuanto mayor sea, mayor será la probabilidad de cavitación.
- La característica de cavitación de la válvula de tres vías se determina por las características del elemento de estrangulamiento de la válvula. El coeficiente de cavitación varía para los diferentes tipos de válvulas de control y debe indicarse en sus especificaciones técnicas, pero dado que la mayoría de los fabricantes no indican este valor, el algoritmo de cálculo incluye un rango de los coeficientes de cavitación más probables.
Como resultado de la verificación de cavitación, se puede obtener el siguiente resultado:
- 'No' - definitivamente no ocurrirá cavitación.
- 'Posible' - puede ocurrir cavitación en las válvulas de ciertos diseños, se recomienda cambiar uno de los factores de influencia mencionados anteriormente.
- 'Sí' - la cavitación ocurrirá definitivamente, cambie uno de los factores que influyen en la ocurrencia de cavitación.
Cálculo para la Generación de Ruido
La alta velocidad del flujo en la entrada de una válvula de tres vías puede causar altos niveles de ruido. Para la mayoría de las habitaciones en las que se instalan válvulas de control, el nivel de ruido permitido es de 35-40 dB (A), lo que corresponde a una velocidad de aproximadamente 3 m/s en la entrada de la válvula. Por lo tanto, al seleccionar una válvula de tres vías, no se recomienda exceder la velocidad mencionada anteriormente.
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