calculo de torque y empuje en valvulas

1. Cálculo de torque y
empuje

2. ¿Qué es el empuje?

3. EMPUJE
Fuerza requerida para
abrir o cerrar una válvula
de accionamiento lineal

4. Factores que afectan el empuje
TEMPERATURA
PRESIÓN
TIPO DE
FLUIDO
TAMAÑO
DE VALVULA
TIPO DE
VALVULA
EMPUJE

5. Tipo de válvula
Compuerta de caras paralelas

6. Tipo de válvula
Compuerta de caras paralelas
Flujo

7. Factores que afectan el empuje
Tipo de válvula
•Compuerta de cuña
flexible
•Compuerta de cuña
solida

8. Factores que afectan el empuje
Válvula de globo

9. Factores que afectan el empuje
FACTOR DE VÁLVULA (Fv)
TEMPERATURA
TIPO DE VALVULA
LIQUIDO GAS
Menor
a
400 C
Mayor
a
400 C
Menor
a
540 C
Mayor
a
540 C
Compuerta de caras paralelas
Compuerta de cuña flexible
0.25 0.30 0.35 0.45
Compuerta de cuña sólida 0.35 0.40 0.45 0.50
Válvula de globo menor a 2” 1.15 1.15 1.15 1.15
Válvula de globo mayor a 2” 1.5 1.5 1.5 1.5
Tabla 1 de la publicación de rotork AE2-0.2

10. Factores que afectan el empuje
Factor de válvula
En = Fv x A x Pd
En = Empuje Neto (lbf)
A = Área del orificio (pulg2)
Pd = Presión Diferencial (psi)
A = (3.1416 x D2)/4
D = Diámetro del puerto (pulg)
Tabla 1 de la publicación de rotork AE2-0.2
Area del puerto

11. Factores que afectan el empuje
Tipo de Vástago
Saliente Saliente
Rotatorio
Rotatorio

12. Factores que afectan el empuje
Que tipo de vástago son estas válvulas?

13. Empuje en el vástago por fricción
Vástago saliente
Fricción en estopero
Ef
Diámetro del
vástago
Empuje
Hasta 1” 1000 lb
Hasta 2” 1500 lb
Mayores 2500 lb

14. Efecto Pistón
Para vástago saliente
Efecto pistón (si Pl>1000psi)
Ep= PL x Ae
PL = Presión de la línea
Ae = Area en estopero
Ae = (3.14 x dv2) / 4

15. Empuje Total
Et = En + Ef + Ep
Et = Empuje total
En = Empuje neto
Ef = Empuje por frición en estopero
Ep= Empuje por efecto pistón

16. ¿Y el torque?
NOTAS GENERALES
•Torque es una fuerza x el brazo de palanca
•El movimiento lineal se debe a una fuerza rotatoria
•El vástago roscado transforma el torque en empuje
para operar la válvula.

17. FACTORES TORQUE
TORQUE
CARACTERISTICAS
DEL VASTAGO
EMPUJE
DIAMETRO
PASO
TIPO DE CUERDA
FRICCION
ACME
CUADRADA
MATERIALES
ACABADOS
LUBRICACIÓN
TIPO DE VALVULA
TAMAÑO DE VALVULA
TIPO DE FLUIDO
PRESIÓN
TEMPERATURA

18. CARACTERÍSTICAS DEL VÁSTAGO
•Diámetro del vástago
•Paso: Distancia entre dientes
•Avance: Distancia recorrida por vuelta

19. Levantamiento en campo
N

20. Levantamiento en campo
P = 1 / hpp
A = P x Ne
1
P = Paso
hpp = Numero de hilos por pulgada
A = Avance
Ne = Número de entradas
2

21. TIPO DE CUERDA
CUERDA CUADRADA
1
CUERDA ACME
F
Rx
Ry
F
Ry
Rx
F

22. FRICCIÓN
•Entre la tuerca de arrastre y el
vástago.
•Coeficiente de fricción = 0.14
•Material de vástago: Acero.
•Material de la tuerca: Bronce
•Acabado: Tolerancia 2G
1

23. ¿Y ahora que hacemos?

24. Paso p
F
F/2 F/2
λ
TUERCA
Angulo de
avance
dm
El calculo

25. Para subir una carga
Et
F
α
μN
N
Avance
π Dv

26. Factores que afectan el torque
N
Factor de vástago

27. Calculo de torque
Tv = Fv x Et
•Tv = Torque al vástago (lb x pie)
•Fv = Factor de vástago (pie)
•Et = Empuje Total (lb)

28. Torque por fricción
N
•Si el vástago es rotatorio se deberá de agregar el
torque por fricción en el estopero
Tf = Ef x r
Tf = Torque por fricción en el estopero (lb x pulg)
Ef = Empuje por fricción en el estopero)
r = radio del estopero (diámetro del estopero / 2 ) pulg

29. Torque total
Torque total = Tv + Tf

30. ¿Qué mas necesitamos?

31. TIEMPO DE OPERACION
Depende de los siguientes factores
• Numero de vueltas que requiera la válvula para poder abrir
o cerrar.
• Carrera de la válvula
• Avance del vástago
• Caja de engranes
• RPM del actuador

32. Tiempo de operación
Nv = C / Av
Av = P x Ne
P = 1 / HPP
• Nv = Numero de vueltas requerido
por la válvula
• C = Carrera de la válvula
• Av = Avance del vástago
• P = Paso de la válvula
• HPP = Numero de hilos por pulgada

33. Tiempo de operación
Top = Nv / RPM x 60 (seg)
• Top = Tiempo de operación
• Nv = Numero de vueltas requerido por la válvula
• RPM del actuador