Parpadeo de la válvula de control frente a cavitación: ¿cuál es la diferencia?

El flasheo y la cavitación son dos fenómenos de fluidos comunes asociados con caídas de presión en las válvulas de control. Ambos pueden ocurrir cuando un líquido pasa a través de una válvula y su presión local cae hasta o por debajo de la presión de vapor del líquido.

Debido a que ambas condiciones involucran burbujas de vapor, a veces se confunden entre sí.

La diferencia clave es lo que les sucede a esas burbujas después de que el líquido sale de la válvula.

Enbrillante, las burbujas de vapor permanecen en el flujo aguas abajo porque la presión aguas abajo permanece por debajo de la presión de vapor del líquido.

Encavitación, la presión se recupera por encima de la presión de vapor y las burbujas de vapor colapsan.

1. ¿Qué es el flasheo?

El flasheo ocurre cuando un líquido se vaporiza al pasar a través de una válvula de control y permanece parcialmente vaporizado aguas abajo.

El proceso comienza cuando la presión local cae hasta o por debajo de la presión de vapor del líquido.

Si la presión aguas abajo permanece por debajo de la presión de vapor, las burbujas de vapor no colapsan.

En cambio, la mezcla líquido-vapor continúa aguas abajo.

Una aplicación de válvula de control generalmente se considera intermitente cuando:

P₂ < Pᵥ

dónde:

• P₂= presión aguas abajo
• Pᵥ= presión de vapor líquido

El flasheo puede causar una erosión significativa porque la mezcla de líquido y vapor de alta velocidad puede impactar continuamente las superficies de las válvulas y las tuberías.

2. ¿Qué es la cavitación?

La cavitación comienza de manera similar.

A medida que el líquido pasa a través de la restricción dentro de una válvula de control, la velocidad aumenta y la presión local disminuye.

Si la presión en la vena contracta alcanza la presión de vapor del líquido, se pueden formar burbujas de vapor.

La diferencia ocurre aguas abajo.

Si la presión del líquido se recupera por encima de la presión del vapor, las burbujas colapsan.

Este colapso libera energía y puede producir:

• Ruido
• Vibración
• picaduras
• Daño de recorte
• Rendimiento reducido de la válvula

El daño por cavitación suele caracterizarse por una superficie rugosa, picada o irregular.

3. Intermitente versus cavitación

La distinción depende principalmente de la relación entrepresión aguas abajo y presión de vapor.

4. ¿Por qué los tapajuntas causan erosión?

Cuando se produce la evaporación instantánea, el líquido se transforma en una mezcla de líquido y vapor.

La mezcla puede alcanzar alta velocidad a través y aguas abajo de la válvula.

A diferencia de la cavitación, las burbujas de vapor no colapsan repetidamente contra la superficie de la válvula porque la presión aguas abajo permanece por debajo de la presión de vapor.

Por lo tanto, la principal preocupación es la erosión continua causada por el flujo bifásico de alta velocidad.

El daño del flash puede tener un efecto relativamenteapariencia suave y pulida, que difiere de las picaduras rugosas comúnmente asociadas con la cavitación.

5. ¿Por qué la cavitación provoca picaduras?

En el servicio de cavitación, se forman burbujas de vapor cuando la presión local baja lo suficiente.

A medida que la presión se recupera aguas abajo, las burbujas colapsan.

Si el colapso ocurre cerca de una superficie metálica, la energía liberada durante el colapso de la burbuja puede causar daños localizados.

El colapso repetido puede producir una superficie rugosa y picada en los internos de la válvula.

En casos severos, el daño puede extenderse a las tuberías aguas abajo.

6. ¿Cómo se identifica el destello o la cavitación?

Algunas señales prácticas pueden ayudar a identificar el problema.

Posibles signos de cavitación

• ruido fuerte
• Vibración fuerte
• Ajuste de válvula picada
• Fallo de ajuste repetido
• control inestable
• Daños cerca del área de recuperación de presión.

Posibles signos de parpadeo

• Erosión continua
• Superficies dañadas lisas o pulidas
• Flujo bifásico aguas abajo
• Alta velocidad aguas abajo
• Erosión de la salida de la válvula y de la tubería aguas abajo.

Sin embargo, la inspección visual por sí sola no es suficiente para determinar la condición exacta del flujo.

Se deben revisar la presión, la temperatura, el caudal y la presión de vapor del líquido del proceso.

7. ¿Cómo se puede controlar la cavitación?

Debido a que la cavitación está relacionada con la recuperación de presión y el colapso de las burbujas, el objetivo es reducir o controlar las condiciones que permiten el colapso dañino de las burbujas.

Los posibles enfoques incluyen:

Reducción de presión por etapas

Los ajustes especializados pueden dividir la caída de presión en varias etapas.

Ajuste anticavitación

Se pueden diseñar jaulas y conductos de flujo para controlar la velocidad y la recuperación de presión.

Dimensionamiento adecuado de la válvula

El tamaño correcto ayuda a evitar velocidades innecesariamente altas y caídas de presión excesivas.

Selección de válvula adecuada

El cuerpo de la válvula y la geometría de los internos pueden tener un efecto importante en la recuperación de presión y el riesgo de cavitación.

Por ejemplo, los internos Fisher Cavitrol III están diseñados para reducir la presión por etapas en aplicaciones de cavitación.

8. ¿Cómo se pueden reducir los daños de los tapajuntas?

El flasheo no se puede eliminar simplemente cambiando la válvula de control porque está determinado por las condiciones del proceso.

Si la presión aguas abajo permanece por debajo de la presión de vapor del líquido, puede producirse una evaporación súbita.

El objetivo es por tantogestionar la erosión resultante.

Los enfoques comunes incluyen:

• Selección de materiales resistentes a la erosión.
• Reducción de la velocidad del fluido local.
• Utilizar una geometría de válvula adecuada
• Protección de las superficies vulnerables de las válvulas
• Aumento del área de flujo aguas abajo
• Selección de diseños apropiados de válvulas para servicios severos

Emerson señala que el tapajuntas es una condición del sistema y recomienda seleccionar una geometría y materiales de válvula que minimicen la erosión en lugar de intentar evitar el tapajuntas en sí.

9. ¿Se puede utilizar la misma válvula para flasheo y cavitación?

No necesariamente.

Las dos condiciones crean diferentes mecanismos de daño, por lo que la válvula debe seleccionarse de acuerdo con la condición real del proceso.

Para la cavitación, el objetivo de diseño es generalmente controlar la caída de presión y prevenir o reducir el colapso dañino de las burbujas.

Para los tapajuntas, el objetivo de diseño se centra más en gestionar el flujo de dos fases de alta velocidad y minimizar la erosión.

Las válvulas de control para servicios severos se pueden diseñar para combinaciones específicas de cavitación, flasheo, erosión, alta caída de presión y alta velocidad.

10. ¿Qué datos de proceso se necesitan?

Al evaluar el flasheo o la cavitación, proporcione:

• Nombre del fluido
• Caudal
• Presión aguas arriba
• Presión aguas abajo
• Temperatura de funcionamiento
• Presión de vapor
• Densidad del fluido
• Tamaño de tubería
• Tamaño de la válvula
• Tipo de válvula
• Caída de presión requerida

Para una válvula existente, proporcione también el modelo de válvula y la información de ajuste, si está disponible.

Esto permite al proveedor de válvulas evaluar las condiciones de presión reales en lugar de diagnosticar el problema basándose únicamente en el ruido o daños visibles.

Conclusión

El flasheo y la cavitación parten de una condición similar:La presión del líquido cae lo suficientemente bajo como para que se formen burbujas de vapor..

La principal diferencia es lo que sucede después:

Brillante:

Se forma vapor → La presión aguas abajo permanece por debajo de la presión de vapor → El vapor permanece en el flujo

Cavitación:

Se forma vapor → La presión aguas abajo se recupera → Las burbujas de vapor colapsan

Esta diferencia conduce a diferentes mecanismos de daño.

El flashing se asocia principalmente con la erosión causada por el flujo de líquido-vapor a alta velocidad, mientras que la cavitación puede causar picaduras graves, ruido y vibraciones debido al colapso de las burbujas de vapor.

El tamaño correcto de la válvula, los datos de proceso precisos y la selección adecuada de válvulas o internos son importantes para ambas condiciones.

Para aplicaciones de servicio severo, podemos suministrar válvulas de control y soluciones de válvulas especializadas deFisher, Flowserve, Masoneilan, Samson, Koso y otros fabricantes.

Si experimenta erosión, ruido o vibración en la válvula, proporcione las condiciones del proceso y el modelo de válvula existente para una revisión técnica.