(Microsoft PowerPoint - LO3-UD3 Dimensionamento Valvole

Università degli Studi di Salerno
P.O.R. Campania 2000-2006 misura 3.22
Percorsi di formazione a distanza “e-learning”
Facoltà di Ingegneria
Corso di Laurea in Ingegneria Chimica
Insegnamento:
Dinamica e Controllo dei Processi Chimici
Learning Object N. 3:
Dimensionamento delle valvole di regolazione
Unità didattica N. 3:
Procedura semplificata di dimensionamento e scelta della valvola
di regolazione; Caratteristica installata
Progettista dei contenuti: prof. Michele MICCIO
Document editor: ing. Michela FRAGANZA
Rev. 3.8 del 15 maggio 2015
Unione Europea
Fondo Sociale Europeo
Ministero del Lavoro e delle Politiche Sociali
Regione Campania
Università degli Studi
di Salerno
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Percorsi di formazione a distanza “e-learning”
Tutto il materiale contenuto in questo Learning Object è stato sviluppato nell’ambito del progetto e-learning
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risultante con una licenza identica a questa”
L'utente ha il divieto di:
“usare l'opera per fini commerciali.
Ogni volta che usa o distribuisce l'opera, l'utente deve farlo secondo i termini di questa licenza, che va comunicata
con chiarezza”
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Nessun elemento di questa licenza può limitare i diritti morali dell'autore.
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/deed.it.
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Oggetto del DIMENSIONAMENTO
(Valve Sizing)
• Il tipo di valvola (globo, farfalla, sfera modulante, ecc.)
• La capacità o taglia (sulla base del concetto di Cv introdotto negli
anni '40)
• DN
• (eventualmente) la caratteristica intrinseca
• Il materiale di costruzione (funzione di temperature, pressioni,
proprietà corrosive ed erosive del fluido)
• Forma del corpo, del cappello e dell'otturatore
• Tipo e taglia dell’attuatore, eventuale servoposizionatore
• Aspetti relativi a sicurezza, (es. tipo di azione in caso di
failure), affidabilità, manutenzione
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DIMENSIONAMENTO (Valve Sizing):
Problema di progetto
•
•
•
1.
DATI NOTI:
FLUIDO
• GAS
• LIQUIDO
• proprietà fisiche
• TEMPERATURA T1
• ∆P = (P1-P2)
• PORTATA
massica / volumetrica
di progetto o nominale / max / min
DN TUBAZIONE
TABELLA DEL COSTRUTTORE
SI SCEGLIE:
•
Tipo di valvola (GLOBO/SFERA/FARFALLA)
•
Tipo di CARATTERISTICA INTRINSECA, se possibile
•
MATERIALE DI COSTRUZIONE
2.
SI DETERMINA:
•
DN della VALVOLA DI REGOLAZIONE
•
Cvn della VALVOLA DI REGOLAZIONE
3.
SI VERIFICA
la CAVITAZIONE (calcolo di ∆Pc o ∆PMAX)
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con l’aiuto
della TABELLA DEL
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COSTRUTTORE
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TABELLA DEL COSTRUTTORE
Esempio per una valvola a globo
Cvn
Cvn
In assenza di FL nella TABELLA DEL COSTRUTTORE:
AnnexD_ISA_7501-1985
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DIMENSIONAMENTO (Valve Sizing):
2 casi limite
1. la valvola è un’unità di processo “a sé
stante”
2. la valvola è un’unità di processo
inserita in un circuito
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DATI: tipo di liquido, ρ, Pc, Tc, Gf, FF, Pv
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Condizioni di esercizio: P1, P2, T1, portata
Tubazione: DN
Valvola: Kc, FL, tabelle del costruttore, car. intrinseche
DIMENSIONAMENTO
rielaborato da
Magnani, Ferretti e
Rocco (2007)
Calcolo del
coefficiente di efflusso:
Si sceglie una valvola con DN di una taglia
inferiore a quella della tubazione (se possibile)
Regola
del
“70%”
Noto DN e Cv, scegliamo una valvola dalla tabella del
costruttore che abbia:
Verifica secondo la normativa IEC 60534 della
cavitazione: calcolo di
FLUSSO LIMITE
Secondo IEC 60534
Si sceglie una
valvola con FL
più alto
(valvole a basso
recupero di
pressione)
FLUSSO
NORMALE
(eventuale)
FINE del DIMENSIONAMENTO
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DIMENSIONAMENTO (Valve Sizing):
Problema di progetto
Valvole rotative (Rotary valves)
In realtà, la procedura semplificata presentata nel flow chart è valida, a
rigore, per le valvole a globo.
Infatti, le valvole di regolazione di tipo rotativo non sono caratterizzabili
mediante la corsa relativa h, ma attraverso l’angolo di apertura θ.
Per le valvole rotative, la procedura semplificata di dimensionamento deve
far riferimento ad un angolo θ* che corrisponda al 70% dell’angolo di
apertura max (90°):
a rigore
nella pratica
θ* = (70/100) 90° = 63°
θ* = 65° oppure 70°
le valvole a farfalla hanno quasi sempre una caratteristica intrinseca
dotata di flesso (tipo V-port)
le valvole a sfera modulante hanno quasi sempre una caratteristica
intrinseca equipercentuale
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DIMENSIONAMENTO (Valve Sizing):
Problema di progetto
Vari casi possibili per la TABELLA DEL COSTRUTTORE:
a) la tabella del costruttore riporta, oltre che Cvn per ogni DN, anche valori di
Cv per vari valori di h (θ)
caratteristica intrinseca già nota “per punti”
b) la tabella del costruttore riporta solo il valore di Cvn per ogni DN, ma in più
il costruttore fornisce un diagramma di ϕ oppure Cv in funzione di h (θ)
per la caratteristica intrinseca bisogna usare il diagramma
c) la tabella del costruttore riporta solo il valore di Cvn per ogni DN
per la caratteristica intrinseca bisogna usare la relativa formula
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DIMENSIONAMENTO (Valve Sizing):
Problema di verifica
DATI NOTI:
• TIPO DI VALVOLA
• DN VALVOLA
• Cvn
• caratteristica intrinseca
• FLUIDO (LIQUIDO)
• TEMPERATURA T1
• ∆P = (P1 - P2)
1. SI DETERMINA:
PORTATA nominale (h = 1)
2. SI VERIFICA
la CAVITAZIONE (calcolo di ∆Pc o ∆PMAX)
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Caratteristica installata
(installed characteristic)
DEFINIZIONI
Caratteristica installata:
esprime la relazione matematica tra la portata
transitante e la posizione dell’organo di azione per una
valvola inserita in un circuito
P3
Salto di pressione nominale:
Autorità della valvola:
esprime il salto di pressione sulla valvola alla corsa
nominale (∆Pn) in rapporto a quello totale sul circuito
(∆P0)
La caratteristica installata è allora la funzione implicita:
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Caratteristica installata
Il circuito è costituito da una valvola di regolazione e da una utenza (v. il serpentino) che, per
esempio, potrebbe rappresentare uno scambiatore di calore, nel quale si suppongono concentrate tutte
le perdite di carico del circuito.
Una pompa, non indicata, fornisce il salto di pressione PM – PS, assunto per semplicità costante.
Ciò ci permette di evidenziare il ruolo cruciale della caduta di pressione sulla valvola in rapporto alla
caduta totale sul circuito:
I.
da un lato, per aumentare l'efficacia dell'azione di modulazione della portata, essa dovrebbe
essere elevata;
II.
dall'altro, però, per contenere i costi di pompaggio, dovrebbe essere piccola.
Si tratta di trovare un buon compromesso tra queste due esigenze contrastanti.
•
•
•
•
IPOTESI:
• ∆P0 = PM - PS = cost.
• Perdite di carico nelle tubazioni trascurabili:
a) PM = P1
b) PS = P3
• Perdite di carico nella utenza funzione del quadrato
della velocità e quindi, per fluidi incomprimibili, del
quadrato della portata massica: ∆Pu= P2(w(h)) – P3 = γw2(h)
•
Nessun accumulo nel circuito
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P3
∆Pv = P1 - P2
∆P0 = ∆Pu+ ∆Pv
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Caratteristica installata
•
Procedendo con una serie di passaggi matematici e con alcune sostituzioni possiamo dimostrare
come ottenere la relazione della caratteristica installata considerando V come parametro.
• È interessante anche vedere cosa diventa la caratteristica installata al variare di V per valvole a
caratteristica intrinseca rispettivamente lineare ed equipercentuale.
apertura parziale
apertura nominale
h
1
φ(h)
1
Cv(h)=φ(h) Cvn
Cvn
P2 = P3 + γwn2
∆Pv(w(h)) = P1 - P2 (w(h)) = PM - PS - γw2 (h)= ∆P0 — γw2(h)
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∆Pn = ∆P0 — γwn2
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Caratteristica installata
Ricordando che :
dove
e
Sostituendo nella eq. prec., si ha:
v. ch.5 in Magnani, Ferretti e Rocco (2007)
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Caratteristica installata
otteniamo:
Moltiplicando e dividendo numeratore e denominatore per
sostituendo:
→
Essendo
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Caratteristica installata
Ricordando la definizione di AUTORITA’:
Dividendo per [Ф(h)]2 e moltiplicando per V nel radicando:
L’eq. della caratteristica installata si semplifica per i casi particolari:
V=1
φ(h) = 1
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v. ch.5 in Magnani, Ferretti e Rocco (2007)
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DIMENSIONAMENTO (Valve Sizing):
2 casi limite
1. la valvola è un’unità di processo “a sé
stante”
2. la valvola è un’unità di processo inserita
in un circuito
P3
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Nuovo criterio di scelta della Valvola di Regolazione
Si sceglie la caratteristica intrinseca (e quindi anche il Cvn) sulla base della
caratteristica installata che si desidera avere realmente
Caratteristica intrinseca lineare
Caratteristica intrinseca
equipercentuale
Criterio di scelta della caratteristica intrinseca
• Se V è noto a priori, in funzione di V sceglieremo:
caratteristica installata
se V > 0.4, la caratteristica intrinseca lineare
più “vicina” alla linearità
se V ≤ 0.25, la caratteristica intrinseca equipercentuale
se 0.25 < V ≤ 0.4, la caratteristica intrinseca quadratica,
oppure una caratteristica equipercentuale o lineare “modificata dal costruttore"
• Se V non è noto con sufficiente precisione, si sceglie una caratteristica quadratica o “modificata”
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COEFFICIENTE DI PORTATA Kv
• Esprime la portata volumetrica in m3/h di acqua a 15°C (5-40°C), che fluisce attraverso una
valvola ad una determinata apertura (parzialmente o totalmente aperta), provocando una caduta di
pressione (tra monte e valle della valvola) di 1 bar.
• Scarsamente utilizzato.
[=] m3(H2O)/(h(bar)1/2)
dove:
=
∆P(Kv) =
∆P
=
ρ0
=
ρ
=
portata volumetrica
pressione differenziale di riferimento
pressione differenziale di prova
massa volumica dell’acqua
massa volumica del liquido di prova
Formule di conversione
Cv = 1.16 Kv
Kv= 0.865Cv
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Esercitazione
Pagina WEB per
PROBLEMI D’ESAME
SVOLGIBILI IN MANIERA INTERATTIVA
Esempi/Problemi interattivi sono normalmente fruibili attraverso un qualsiasi
WEB browser su:
http://asp.diin.unisa.it/MCS/miccio/valvola.asp
grazie a Mathcad® Calculation Server e senza avere il software
Mathcad® installato sul proprio PC.
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Strumentazione e Controllo dei20
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DIMENSIONAMENTO:
ALTRI CASI/PROBLEMI
LIQUIDI IN MOTO (REGIME) NON TURBOLENTO
GAS E VAPORI (FLUIDI COMPRIMIBILI)
MISCELE BIFASICHE (MISCELE LIQUIDO-GAS)
RIDUZIONE DI DIAMETRO RISPETTO AL PIPING
VALUTAZIONE DELLA RUMOROSITA’
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