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Proyecto de validación de diseño de válvula de bola
En este proyecto se propone validar un prototipo de válvula de bola para comprobar si cumple con las condiciones de operación requeridas. Estas condiciones son las siguientes:
- Caudal máximo de operación: 2 m3/h.
- Caudal nominal de operación: 1-1.5 m3/h
- Rango de apertura deseado para el caudal nominal: en torno al 70%.
- Presión de salida: atmosférica.
- Fluido de trabajo: agua.
Para realizar este tipo de validación, lo primero es construir el modelo 3D exacto que se va a evaluar.
A la hora de analizar si el diseño cumple con las restricciones impuestas, la curva característica de la válvula será el elemento que más información proporcione. Dicha curva típicamente muestra la relación entre el porcentaje de apertura de la válvula y el porcentaje de caudal máximo que circula para esa apertura. Como, a priori, el caudal absoluto que podría circular por la válvula podría ser cualquiera, es necesario asumir un rango de operación, que viene impuesto por el caudal máximo de 2m3/h. Conociendo este caudal, se puede realizar una primera simulación con la válvula abierta, en la cual se especificará este caudal y una presión de salida atmosférica. De esta prueba se puede obtener el valor numérico de la presión total de entrada, que como bien es conocido, resulta de la siguiente ecuación, para un flujo subsónico incompresible:
Pe: presión estática
Pt: presión total
U: velocidad del fluido
Manteniendo fija esta presión total de entrada para cada apertura, se podrá obtener la curva antes mencionada ya que, al aumentar la pérdida de carga el término de presión estática de entrada aumentará, disminuyendo proporcionalmente el valor de velocidad y, por tanto, caudal de circulación.
Los resultados fluidodinámicos muestran la tendencia esperada, siendo menor el rango de velocidades cuanto más cerrada está la válvula (en las imágenes anteriores, por orden, 100%, 70% y 40% de apertura). Los mismos resultados sirven para evaluar que todo el fluido pasa a través del camino esperado, con lo cual las simulaciones CFD también permitirían detectar fugas o pasos preferenciales no deseados.
Finalmente, y tras elaborar la curva, se comprueba como la válvula cumple con los requisitos impuestos al principio, correspondiendo el 70% de apertura a 1.2 m3/h aproximadamente. Además, se observa que desde el 0 hasta el 30% de apertura de la válvula, el caudal que pasa a su través es prácticamente nulo, lo cual indica que no existen fugas en el diseño.