Cálculo del par de apriete de la válvula de mariposa Es el proceso de estimar la fuerza de rotación, o par motor, necesaria para abrir, cerrar y mantener el disco en posición. Este cálculo se utiliza principalmente para dimensionar actuadores.
Elegir el actuador incorrecto en un válvula de mariposa Esto puede ocasionar un gasto considerable. Esto sucede porque los ingenieros calculan erróneamente el par de torsión necesario para que gire el disco de la válvula.
Este artículo abarca tres tipos de par de apriete, seis factores que influyen en él, la fórmula estándar y una tabla de referencia DN50-DN300.
¿Qué es el par de apriete de una válvula de mariposa y por qué es importante para la selección del actuador?
Cálculo del par de apriete de la válvula de mariposa Proporciona a los ingenieros la fuerza de rotación mínima necesaria para operar el disco de forma segura en las condiciones nominales.
El par motor se expresa en newton-metros (Nm) para el sistema métrico o en libras-pie (ft-lb) para el sistema imperial.
La fórmula práctica común es:
Ta = Ts + Tb + Td , donde el par del actuador es igual al par del asiento más el par del cojinete más el par dinámico.
Cada actuador neumático, eléctrico o hidráulico tiene un rango de par de salida definido. Si dicho par cae por debajo del par requerido por la válvula, el actuador se bloquea a mitad de carrera.
Es fundamental calcular correctamente el par de apriete, ya que un actuador bloqueado deja el disco parcialmente abierto. Esto puede provocar fugas internas y un posible fallo del sistema.
El sobredimensionamiento también es un problema. Un actuador con una salida excesiva puede dañar el vástago, el disco o el asiento de elastómero con el tiempo.
Normas como la AWWA C504 y la API 609 establecen criterios de par mínimo que los fabricantes deben verificar antes del envío de las válvulas.
Estas normas proporcionan a los equipos de compras una base para contrastar las fichas técnicas de los fabricantes con los resultados de pruebas independientes.
Tres tipos de torsión de mariposa
Hay tres distintos par de mariposa valores que los ingenieros deben tener en cuenta en cualquier ejercicio de dimensionamiento de actuadores.
Par de rotura (par de apertura)
El par de ruptura es el valor máximo de par en el ciclo de funcionamiento. Es la fuerza necesaria para liberar un disco completamente cerrado después de haber permanecido inmóvil bajo presión. En ese momento, la fricción estática y la presión diferencial total actúan simultáneamente. El par de ruptura determina el requisito mínimo de salida para los actuadores neumáticos de retorno por resorte con cierre automático.
Par de funcionamiento (Par dinámico)
El par de funcionamiento es la fuerza necesaria para que el disco siga girando después de separarse. Es menor que el par de frenado en condiciones normales.
Sin embargo, el par motor puede alcanzar picos en ángulos de disco intermedios, generalmente entre 60 y 70 grados. Este pico se debe a las fuerzas hidrodinámicas que actúan sobre el disco al dividirse el flujo a su alrededor. Los ingenieros que dimensionan actuadores eléctricos para control modulante deben tener en cuenta este pico a mitad de carrera.
Par de cierre/asentamiento
El par de asentamiento es la fuerza necesaria para empujar el disco completamente sobre el asiento al final de la carrera.
Para válvulas con asiento blando, es necesario comprimir el elastómero EPDM o NBR lo suficiente para lograr un sellado hermético. La clase de estanqueidad para sellos blandos suele ser Clase VI, verificada según las normas API 598 o ISO 5208.
Las válvulas con asiento metálico requieren un par de apriete mayor. Su tolerancia a las fugas se define por separado según los criterios de la Clase IV.
6 factores que afectan al par de apriete de la válvula de mariposa
Hay seis variables que determinan la Métrica para el cálculo del par de apriete de la válvula de mariposa para cualquier aplicación determinada.
Tamaño de la válvula (DN / Diámetro de la tubería)
El par motor es aproximadamente proporcional al cubo del diámetro del disco.
Por ejemplo, una válvula DN200 requiere un par de apriete significativamente mayor que una DN50 a la misma presión.
Esta relación cúbica explica por qué las válvulas de gran diámetro casi siempre requieren actuadores de engranajes o actuadores eléctricos.
Presión diferencial (ΔP)
La presión diferencial es la variable más importante en cualquier cálculo de par motor.
Una mayor ΔP a través del disco cerrado aumenta sustancialmente tanto el par de rotura como el par de asentamiento.
Calcule siempre el par motor a la presión diferencial máxima nominal (ΔP), no a la presión normal de funcionamiento.
Material del asiento
Los elastómeros EPDM y NBR generan mayor fricción en el asiento que los asientos revestidos de PTFE.
Los elastómeros envejecidos pueden generar valores de torsión muy superiores a las cifras indicadas en la ficha técnica de las válvulas nuevas.
Tenga en cuenta el envejecimiento del asiento al seleccionar los márgenes de seguridad de los actuadores para instalaciones de larga duración.
Tipo de medio y viscosidad
Las suspensiones, los fluidos viscosos y los medios fibrosos añaden par de arrastre durante la rotación del disco.
El agua limpia es el estándar de referencia utilizado en la mayoría de las tablas de par de apriete de los fabricantes.
Si el fluido de proceso difiere significativamente del agua, verifique los valores de torque con el fabricante.
Diseño de válvulas y excentricidad
Centrado o válvulas de mariposa concéntricas Mantiene el contacto entre el disco y el asiento durante todo el recorrido de 90 grados. Este contacto continuo genera un par motor mayor en comparación con los diseños excéntricos.
Las válvulas de doble y triple excentricidad levantan el disco del asiento inmediatamente al abrirse, lo que reduce el par de funcionamiento y el desgaste del asiento.
Cuerpo: Acero al carbono, acero fundido, acero forjado, SS304, SS316, bronce de aluminio, hierro dúctil
Temperatura
Las bajas temperaturas rigidizan los elastómeros y pueden aumentar el par de rotura por encima de los valores que se obtienen en condiciones ambientales.
Mientras tanto, las temperaturas elevadas pueden provocar hinchazón o degradación del asiento, alterando el perfil de par con el tiempo.
Antes de dimensionar el actuador, compruebe siempre la idoneidad del material del asiento para todo el rango de temperaturas de funcionamiento.
¿Cómo se utiliza la fórmula de cálculo del par de apriete de la válvula de mariposa?
El Fórmula para el cálculo del par de apriete de la válvula de mariposa Descompone el par total en cuatro componentes medibles, como se muestra a continuación.
La fórmula de cuatro componentes
Par total (T) = Tt + Ts + Tp + Td
Dónde:
- Tt = par de fricción del cojinete del vástago
- Ts = par de fricción del asiento
- Tp = par motor inducido por la presión (disco desplazado del centro del eje)
- Td = par dinámico o hidrodinámico del medio en movimiento
Fórmula de campo simplificada de AWWA
Para aplicaciones en redes de abastecimiento de agua, la norma AWWA C504 ofrece una solución práctica:
T = K x D3 x ΔP
Dónde:
- T = par motor en Nm
- K = coeficiente de la válvula (según la hoja de datos del fabricante)
- D = diámetro del disco en metros
- ΔP = presión diferencial en bar
El valor de K varía según el tipo de válvula, el material del asiento y el perfil del disco.
Utilice siempre el valor K publicado por el fabricante, no una estimación genérica.
Factor de seguridad para el dimensionamiento del actuador
Antes de seleccionar un actuador, aplique un factor de seguridad de 1,25 a 1,5 sobre el par máximo calculado.
AWWA C504 recomienda esta gama para el servicio estándar de redes de agua potable.
Para servicios sin salida o válvulas que se activan con poca frecuencia, aumente el factor de seguridad a entre 1,5 y 2,0.
Este margen más amplio cubre asientos desgastados, condiciones de arranque en frío y picos de par a mitad de carrera.
Unidades métricas frente a unidades imperiales
Métrica para el cálculo del par de apriete de la válvula de mariposa Genera un par motor en Nm cuando D está en metros y ΔP está en Pa.
Si ΔP se introduce en kPa, divida entre 1.000.
Para cálculos en unidades imperiales, D se expresa en pulgadas y ΔP en psi. El resultado se expresa en ft-lb con un factor de conversión de unidades.
El sistema métrico (Nm) es el estándar para la documentación de AWWA, API e ISO.
Tabla de pares de apriete para válvulas de mariposa: Valores de referencia para DN50 a DN300
El Tabla de par de apriete de la válvula de mariposa A continuación se muestran valores de par indicativos para válvulas de mariposa centradas con asientos de EPDM o NBR.
Estas cifras parten de la base de un suministro de agua limpia dentro del rango de presión diferencial indicado.
Utilice estas cifras como punto de partida. Confirme la selección del actuador con las curvas de par proporcionadas por el fabricante antes de finalizarla.
| Tamaño de la válvula | ΔP típico | Material del asiento | Par de frenado | Par motor en marcha | Par de cierre |
|---|---|---|---|---|---|
| DN50 (2″) | 0,5-1,0 bar | EPDM / NBR | 8-14 Nm | 10-16 Nm | 12-18 Nm |
| DN80 (3″) | 0,5-1,0 bar | EPDM / NBR | 18-28 Nm | 22-32 Nm | 26-36 Nm |
| DN100 (4″) | 1,0-1,6 bar | EPDM / NBR | 30-45 Nm | 38-55 Nm | 44-60 Nm |
| DN150 (6″) | 1,0-1,6 bar | EPDM / NBR | 60-90 Nm | 75-110 Nm | 88-120 Nm |
| DN200 (8″) | 1,0-1,6 bar | EPDM / NBR | 110-160 Nm | 140-200 Nm | 160-220 Nm |
| DN250 (10″) | 1,0-1,6 bar | EPDM / NBR | 180-260 Nm | 220-320 Nm | 260-360 Nm |
| DN300 (12″) | 1,0-1,6 bar | EPDM / NBR | 280-380 Nm | 340-460 Nm | 400-530 Nm |
NOTALos valores de la tabla son indicativos para válvulas de mariposa concéntricas con asiento blando en el rango de delta-P especificado. Los diseños con asiento metálico y excéntricos tendrán perfiles de par diferentes. El dimensionamiento final del actuador debe basarse en las curvas de par proporcionadas por el fabricante.
Escenario de aplicación en el mundo real
En este caso, un contratista EPC está especificando válvulas de mariposa automatizadas para un proyecto de ampliación de una planta de tratamiento de agua.
El proveedor del actuador necesita hojas de datos de par estampadas para configurar los rangos de resorte del actuador neumático.
TG Valve resuelve el problema proporcionando documentación de par de apriete emitida por el fabricante para cada tamaño de válvula y presión nominal.
El resultado es una reducción del tiempo de ingeniería y de los errores en la selección de actuadores.
Conclusión
Calcular correctamente par de mariposa La correcta selección de valores implica combinarlo con el actuador adecuado. Esto ayuda a prevenir imprecisiones que podrían provocar problemas como fugas internas y fallos en el sistema.
TG Valve realiza pruebas completas de la carcasa y el asiento. en su fábrica en cumplimiento con AWWA C504, API 609 y API 598.
Cada válvula sale de producción con una hoja de parámetros de par documentada que incluye el par de rotura, el par de funcionamiento y el par de asentamiento.
Esta documentación permite a los equipos de compras y a los proveedores de actuadores relacionar directamente la salida del actuador con los datos de par específicos de la válvula.
