08 marzo 2011

Ahorro energético en válvulas de control de sistemas de bombeo



Las ineficiencias en válvulas de control del sistema de bombeo en plantas de proceso ofrecen oportunidades de ahorro energético y costes de mantenimiento reducido. Las válvulas que consumen una gran fracción de la caída de presión total del sistema o están excesivamente estranguladas presentan oportunidades interesantes de ahorro energético. Las caídas de presión en los sistemas de bombeo de líquidos incrementan los requerimientos de energía de estos sistemas. Las caídas de presión son causadas por la resistencia o fricción en tuberías y curvas, codos, o juntas, además del estrangulamiento en las válvulas de control. La potencia requerida para superar una caída de presión es proporcional tanto al caudal de fluido (dado en galones por minuto) y la magnitud de la caída de presión (expresada en pies o metros de altura).

Por ejemplo, para fluidos con una gravedad específica de 1, una caída de presión de un psi es igual a la pérdidad de altura de 2.308 feet.


Fluid horsepower = flow rate (gpm) x head loss (ft) x fluid specific gravity 3,960 (donde 3,960 es un factor de conversión)

Las pérdidas por fricción y caída de presión causadas por fluidos que circulan a través de las válvulas y accesorios dependen del tamaño y tipo de tubería y accesorios usados, la rugosidad de las superficies interiores, y el caudal y viscosidad del fluido. Los rangos típicos de coeficientes de pérdida de carga (valores K) para los accesorios los proporciona el fabricante en tablas. Los valores pueden variar entre un 30 % y un 50 % debido a las variaciones en el tamaño de tuberías, tipo de fluido, y otros factores. Las pérdidas en los accesorios varían con el cuadrado del caudal del fluido o la velocidad del fluido:

L = K x (v2/2xg)
H

Donde:
  • HL= Pérdida de carga de los accesorios
  • v = velocidad del caudal del fluido, en pies/segundo
  • g = la constante gravitacional, 32.174 pies/segundo
  • K = el coeficiente de pérdida de carga del accesorio. Para válvulas, K es una función del tipo de válvula, tamaño, y el porcentaje de tiempo que la válvula está abierta.
Valores típicos de K por tipo de válvula

Los valores típicos K de los tipos más comunes de válvulas son los siguientes:
  • Válvula de globo completamente abierta: 3 - 8.
  • Válvula de bola completamente abierta: 0,04 - 0,1.
  • Válvula de control, completamente abierta: 2.
  • Válvula de compuerta completamente abierta: 0,03 - 0,2.
  • Válvula de mariposa, completamente abierta: 0,5 - 2.
  • Entrada canteada de un tanque: 0,5.
  • Entrada de boca acampanada: 0,05.
  • Descarga en un tanque: 1.
  • Codo estándar: 0,2 - 0,3.
  • Codo de radio largo <0,1 - 0,3.
Oportunidades de ahorro energético 

Los controles del sistema de bombeo se evaluarán para determinar el método de control más económico. Las válvulas con altas pérdidas de carga, tales como las válvulas de globo, se usan para propósitos de control. Ocurren pérdidas significativas con estos tipos de válvulas, sin embargo, incluso cuando están completamente abiertas. Si la evaluación muestra que se necesita una válvula de control, se eligirá el tipo que minimice la caída de presión a través de la válvula.

Los variadores de velocidad ajustable (ASDs) se recomiendan a menudo para sistemas de bombeo que tienen requerimientos de caudal variable. Cuando los sistemas se reacondicionan con ASDs, la válvula de control puede eliminar caídas de presión innnecesarias. La válvula de control puede situarse con una pieza de bobina o, cuando se desee capacidad de aislamiento, se seleccionará cuidadosamente una válvula con bajas pérdidas de carga.

A la hora de seleccionar las válvulas correctas debemos tener en cuenta que hay una gran variabilidad en la pérdida de carga por fricción como una función del caudal cuando están completamente abiertas.

Puede conseguirse un ahorro sustancial instalando una válvula de baja pérdida de carga, tal como una válvula de mariposa. Cuando se instala un impulsor de bomba más pequeño, se ajusta un impulsor existente, o se hacen otras modificaciones del sistema de bombeo, se considerará reemplazar las válvulas actuales por otras más eficientes.

Bibliografía: Energy saving opportunities in control valves. US Department of Energy

Palabras clave: low-loss replacement valve
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