¿Qué causa la cavitación de las válvulas de control?

La cavitación de la válvula de control es una preocupación común en el servicio de líquidos, especialmente cuando una válvula funciona con una caída de presión alta.daños en el corte y rendimiento inestable de la válvula.

La cavitación ocurre cuando la presión de un líquido cae lo suficientemente baja a medida que pasa a través de una válvula de control, causando la formación de burbujas de vapor.Estas burbujas pueden colapsar violentamente y dañar las superficies de las válvulas cercanas.

Comprender qué causa la cavitación es importante a la hora de seleccionar y dimensionar las válvulas de control para aplicaciones de procesos exigentes.

1¿Qué es la cavitación de la válvula de control?

La cavitación ocurre cuando la presión local de un líquido cae a o por debajo de su presión de vapor a medida que el líquido pasa a través de una restricción.

Dentro de una válvula de control, la velocidad de flujo más alta y la presión local más baja generalmente se producen alrededor de la válvula de control.Vena contractaSi la presión en este punto se vuelve lo suficientemente baja, pueden formarse burbujas de vapor.

A medida que el líquido se mueve río abajo, su velocidad disminuye y la presión comienza a recuperarse.

Esta formación y colapso repetidos de burbujas de vapor es lo que crea la cavitación.

La cavitación sólo ocurre en el servicio líquido.

2¿Qué causa la cavitación en una válvula de control?

Varias condiciones de proceso y válvula pueden contribuir a la cavitación.

Caída de presión alta

Una gran caída de presión a través de la válvula aumenta la posibilidad de que la presión local en la vena contracta caiga por debajo de la presión de vapor del líquido.

Este es uno de los factores más importantes en la evaluación de la cavitación.

Aplicaciones con:

• Presión de entrada alta
• Baja presión aguas abajo
• Gran diferencial de presión
• Velocidad de flujo alta

puede requerir una atención especial durante el tamaño y la selección de las válvulas.

Baja presión aguas abajo

La presión aguas abajo de la válvula afecta la recuperación de presión.

Si las condiciones del proceso causan una reducción significativa de la presión a través de la válvula, la presión local puede alcanzar la presión de vapor del líquido.

Temperatura alta del líquido

La presión del vapor depende fuertemente de la temperatura del líquido.

A medida que aumenta la temperatura del líquido, su presión de vapor generalmente aumenta, lo que significa que un líquido puede ser más susceptible a la formación de vapor a temperaturas más altas.

Velocidad de flujo alta

La alta velocidad a través de la válvula aumenta la reducción de presión asociada con la restricción.

La geometría de la válvula, el diseño del acabado y el área de flujo influyen en el perfil de velocidad y presión resultante.

3¿Por qué es perjudicial la cavitación?

La cavitación incontrolada puede crear varios problemas.

Ruido

El rápido colapso de las burbujas de vapor puede generar un ruido significativo.

Vibración

La formación y el colapso repetidos de burbujas pueden crear vibraciones en la válvula y las tuberías conectadas.

Las vibraciones severas pueden afectar a los componentes de las válvulas, el montaje del actuador y la instrumentación.

Daño por recorte

El daño por cavitación aparece comúnmente comosuperficies agrietadas y ásperasen el recubrimiento de válvulas u otros componentes expuestos al colapso de las burbujas.

Si la cavitación es severa, el daño puede extenderse más allá de la válvula en la tubería aguas abajo.

Reducción del rendimiento del control

La cavitación severa puede interferir con el control de flujo estable y puede acortar la vida útil de la válvula.

4Cómo comprobar el riesgo de cavitación

La cavitación debe evaluarse durante el proceso de dimensionamiento de la válvula de control.

La información importante sobre el proceso incluye:

• Tipo de fluido
• Tasa de flujo
• Presión aguas arriba
• Presión aguas abajo
• Temperatura de funcionamiento
• Presión de vapor
• Densidad del fluido
• Tamaño de la válvula
• Tipo de válvula
• Caída de presión requerida

Los métodos de dimensionamiento de las válvulas de control utilizan la recuperación de presión y los parámetros de fluido relacionados para evaluar el potencial de cavitación y caudal sofocado.

La simple comparación de la presión de entrada y salida no siempre es suficiente porque la presión en la vena contracta puede ser sustancialmente menor que la presión aguas abajo.

5¿Cómo se puede reducir la cavitación de la válvula de control?

La solución depende de la gravedad y las condiciones de operación.

Reducir la caída de presión por etapa

En lugar de permitir que toda la caída de presión ocurra en una restricción severa, el recorte de válvula especializado puede distribuir la reducción de presión en múltiples etapas.

Esto reduce la caída de presión local y ayuda a controlar la formación de vapor.

Utilice el recorte anticavitación

Un acabado anticavitación especializado puede controlar el perfil de presión y velocidad dentro de la válvula.

Por ejemplo, el acabado Fisher Cavitrol III utiliza múltiples restricciones de flujo para estadiar la caída de presión y reducir los efectos dañinos de la cavitación.

Para aplicaciones más exigentes, las válvulas especializadas como la Fisher CAV4 están diseñadas para servicios de cavitación de alta presión.

Revisar el tamaño de la válvula

Una válvula de tamaño incorrecto puede funcionar en condiciones que aumentan la velocidad y la caída de presión.

La válvula debe dimensionarse de acuerdo con las condiciones reales de proceso mínimas, normales y máximas, en lugar de simplemente coincidir con el diámetro de la tubería.

Considere la geometría de las válvulas

El cuerpo de la válvula y la geometría del acabado afectan a la recuperación de presión.

Los diseños de válvulas de alta recuperación pueden ser más susceptibles a la cavitación bajo ciertas condiciones porque la presión en la vena contracta puede caer significativamente.

6Cavitación frente a flujo ahogado

La cavitación y el flujo ahogado están relacionados, pero no son exactamente lo mismo.

El flujo de líquido ahogado ocurre cuando el aumento de la caída de presión ya no produce un aumento correspondiente en el caudal.

La cavitación puede ocurrir como parte de esta condición de caída de alta presión cuando la presión local del líquido cae a la presión de vapor y se forman burbujas de vapor.

Por lo tanto, una válvula que opera cerca de una condición de flujo asfixiado requiere una evaluación cuidadosa del riesgo de cavitación.

7Aplicaciones comunes en las que puede producirse cavitación

La cavitación es más probable que se convierta en una preocupación en aplicaciones que involucran caídas de alta presión, incluyendo:

• Agua de alimentación de la caldera
• Control de descarga de la bomba
• Descenso de líquido a alta presión
• Procesamiento de petróleo y gas
• Instalaciones petroquímicas
• Procesamiento químico
• Generación de energía
• Sistemas de agua de alta presión

Las válvulas de control de servicio se usan comúnmente en aplicaciones que implican una caída de alta presión, cavitación, erosión, vibración y otras condiciones exigentes.

8¿Qué información debe proporcionarse para la selección de las válvulas?

En caso de sospecha de cavitación, deberá facilitarse la siguiente información cuando se solicite una cotización de la válvula de control:

• Tipo de fluido / líquido
• Flujo mínimo, normal y máximo
• Presión de entrada
• Presión de salida
• Temperatura de funcionamiento
• Presión de vapor
• Gravedad o densidad específica
• Tamaño del tubo
• Tamaño de la válvula
• Rango de control requerido
• Modelo de válvula existente, en su caso

Esta información permite al proveedor o al ingeniero de válvulas evaluar el perfil de presión y determinar si se requiere un acabado estándar o una solución anticavitación.

Conclusión

La cavitación de la válvula de control se asocia principalmente conservicio de líquidos, caída de presión alta y baja presión local.

El proceso básico es:

Alta velocidad de flujo → Baja presión en la vena contracta → Forma de burbujas de vapor → Recuperación de la presión → Colapso de las burbujas → Ruido, vibración y daños

La prevención de la cavitación severa comienza con el tamaño correcto de la válvula y la evaluación del proceso.geometría adecuada de las válvulas y materiales adecuados.

Suministramos válvulas de control industriales y posicionadores de válvulas para aplicaciones de procesos exigentes, incluyendo soluciones deFisher, Samson, Masoneilan, Flowserve, Koso y otros fabricantes.

Si se trata de ruido de válvula, vibración o daños repetidos en el acabado, proporcione el modelo de válvula y las condiciones del proceso para una revisión de la configuración.