Bombeo Neumatico y Sus Valvulas TERMINADAS

8/16/2019 Bombeo Neumatico y Sus Valvulas TERMINADAS

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TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO.

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE VILLA

Bombeo neumático (B.N.) y clasifcaci

de sus válvulas.Sistema Artifcial de Producción.

8° “!


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BOMBEO NEUMÁTICO.

• "l bombeo neumático es un m#todode levantamiento artifcial de $uidosdonde se utili%a &as a una 'resiónrelativamente alta como medio deali&eramiento a trav#s de un 'roceso

mecánico.


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PRINCIPIO DE OPERACIÓN DEL BOMNEUMÁTICO.

• "l 'rinci'io de o'eración del B.N.consiste en inyectar &as a alta'resión en el ondo del 'o%o 'aradescar&ar los $uidos a la su'erfcie.Para ue lo anterior 'ueda ocurrir el&as cum'le tres im'ortantesunciones*

+isminuye la densidad del $uido.

",'ansión del &as.

+es'la%amiento de l-uido.


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EFICIENCIA DEL BOMBEO NEUMÁTI

•

a efciencia del BN de'ende de*• /. Presión de ondo.

• 0.1ndice de 'roductividad.

• 2. elación 3as4Aceite de ormación.

• 5. Porcenta6e de a&ua.

• 7. Proundidad.

• . 9ama:o de las tuber-as de 'roducción

y revestimiento.


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CARACTERÍSTICA DEL EQUIPO Y CATEGORÍPOZOS PARA CONSIDERAR SU APLICACIÓ

• ;aracter-sticas del eui'o*

/. ;ontra'resión e6ercida contra la ormación.

0. ;onsumo de &as.

• ;ate&or-as de 'o%os 'ara considerar en su a'licación*

/. Alto -ndice de 'roductividad y alta 'resión de ondo.

0. Alto -ndice de 'roductividad y ba6a 'resión de ondo.

2. Ba6o -ndice de 'roductividad y alta 'resión de ondo.

5. Ba6o -ndice de 'roductividad y ba6a 'resión de ondo.


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BOMBEO NEUMÁTICO CONTINUO

•

Se inyecta continuamente &as al 'o%o'ara &asifcar la corriente de l-uido< conel ob6etivo de ali&erar la columna del-uido dentro del 'o%o< e incrementandola ca-da de 'resión en la cara de laormación. "sto resulta en un aumento dela 3 del 'o%o. "ste m#todo solo es

a'licable a 'o%os ue tienen una menorue la 3 natural ó'tima y una 'resiónen el yacimiento lo sufcientemente altacomo 'ara mantener el &asto deseado auncuando la 3 se incremente.


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BOMBEO NEUMÁTICO INTERMITEN

• "s auel donde se inyecta &as ba6o la

columna de l-uido acumulada en elondo del 'o%o< 'ara des'la%ar elbac=e de l-uido =acia la su'erfcie.+ic=a o'eración se re'ite tan 'rontocomo un bac=e de l-uidosufcientemente &rande se =aacumulado otra ve% en el ondo del

'o%o. os 'arámetros ue controlanla o'eración 'rinci'almente son* eldesem'e:o del $u6o< la lon&itud ydiámetro de la tuber-a< la 'resión del&as< el &asto de inyección del &as y lalon&itud< 'eso y viscosidad del bac=ede l-uido.


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VÁLVULAS DEL BOMBEO NEUMÁTIC

• >no de los com'onentes 'rinci'ales delbombeo neumático son las válvulassubsu'erfciales de inyección de &as a'resión. "stas válvulas tienen dos'ro'ósitos 'rinci'ales*

/. +escar&ar el 'o%o a una 'roundidadde inyección reuerida ('unto deinyección) 'ara arrancar el 'o%o con la

'resión dis'onible de &as.0. evantar el &asto de 'roducción a

'artir de la 'roundidad del 'unto deinyección con la 'resión dis'onible deo'eración.


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PARTES DE LA VÁLVULA DE BOMBENEUMÁTICO.

• as 'artes ue com'onen a una

válvula de B.N. son*/. ;uer'o de la válvula.

0. "lemento de car&a(resorte< &as ouna combinación de ambas).

2. "lemento de res'uesta a una 'resión(uelle metal< 'istón o diara&ma de

=ule).5. "lemento de trasmisión (diara&ma

de =ule o vásta&o de metal).

7. "lemento medido (orifcio o asiento).


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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE VÁLVULA DE BOMBEO NEUMÁTICO

/. "l 'o%o está lleno de $uido de control tanto en la 9P como en la 9<

inyección de &as< todas las válvulas están abiertas debido al 'Aru-medes o de $otación circulando el $uido de control del es'actrav#s de ellas =acia la tuber-a de 'roducción.

0. ;uando el nivel de $uido lle&a a la 'rimera válvula< el $uidcirculando a trav#s de las válvulas =acia la tuber-a de 'roducción.

2. "l nivel de $uido está 'or deba6o de la 'rimera válvula de

descubierto se elimina el enómeno de $otación y 'ermite ue el act?e cerrando la válvula< =asta ue la 'resión de &as com'rimido enanular ven%a la 'resión de calibración de la válvula y 'ermite el 'astrav#s de ella a la tuber-a de 'roducción< im'ulsando la columna de se encuentra arriba de ella.

5. Se lle&a al 'unto de inyección deseado< el volumen inyectado acuerdo con la 'roundidad de inyección) el 'o%o está a'ortando un v

$uido de acuerdo con su ca'acidad 'roductiva.


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MECÁNICA DE LA VÁLVULA DE BOMMECÁNICO

• "l &rado deseado será auel ue 'resenta la a'ortación mayor de una relación &as inyectado @ aceite menor.

• as instalaciones 'ara $u6o intermitente< reuieren tambi#n de una

controlada de &as< 'ero de una manera dierente el 'rinci'io de o'

es similar al de los 'rinci'ios bal-sticos.

• Para tener com'ortamiento ó'timo 'ara $u6o intermitente< la columaceite deberá des'la%arse en la tuber-a de 'roducción (9. P.) de ma

la ad=erencia a la tuber-a y la me%cla del &as con el aceite sean m

• "n B. N. ntermitente< la válvula deberá tener una a'ertura instant

&ran orifcio de entrada de &as 'ara dar a la columna la má,ima ve

arranue.


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CLASIFICACIÓN DE LAS VÁLVULAS BOMBEO NEUMÁTICO.

• as válvulas de BN se clasifcan en*

a) Cálvulas desbalanceadas.

b) Cálvulas balanceadas.

c) Cálvulas 'ara bombeo continuo.

d) Cálvulas 'ara bombeo intermitente.


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VÁLVULAS DESBALANCEADAS

• Son auellas ue tienen un ran&o de 'resión

limitado 'or una 'resión de a'ertura y 'oruna 'resión inerior de cierre< el cual esdeterminado 'or las condiciones de traba6odel 'o%o es decir< este ti'o de válvulasabren con una 'resión determinada y cierrancon una 'resión más ba6a.

"ste ti'o de válvulas se divide en*

• Cálvula o'erada 'or 'resión del &as deinyección

• Cálvula re&uladora de 'resión

• Cálvula o'erada 'or $uidos de la ormación


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VÁLVULA OPERADA POR PRESIÓN DEL GAS DE INY

• 3eneralmente se conoce como válvula de'resión la válvula es del 7D al /DD Esensible a la 'resión en la 9 en la 'osicióncerrada y el /DD E sensible en la 'osición dea'ertura. Se reuiere un aumento de 'resiónen el es'acio anular 'ara abrir y unareducción de 'resión en la 9 'ara cerrar laválvula. "n cuanto a las válvulas o'eradas'or 'resión del &as de inyección< e,isten dosconce'tos im'ortantes.

/. Presión de a'ertura de la válvula ba6ocondiciones de o'eración

0. Presión de cierre de la válvula ba6ocondiciones de o'eración


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PRESIÓN DE APERTURA DE LA VÁLVULA BAJO CONDICIOOPERACIÓN

• a 'resión de a'ertura se defne como la 'resión en la 9 reuerida 'ara abrir la válvula actuando ba6ocondiciones de o'eración. Puede =acerse un balance

de todas las uer%as ue act?an sobre ella cuando estáen la 'osición cerrada a unos instantes antes de sua'ertura. Puede establecerse la si&uiente ecuación*

FoGFc

• Fo G Suma de todas las uer%as ue tratan de abrir laválvula

• Fc G Suma de todas las uer%as ue tratan demantener cerrada la válvula

• a si&uiente ecuación defne la 'resión en la 9..reuerida 'ara abrir la válvula ba6o condición detraba6o.

PcG

•


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PRESIÓN DE CIERRE DE LA VÁLVULA BAJO CONDICIONESOPERACIÓN.

• a 'resión de cierre se defne como la 'resión en la 9reuerida 'ara cerrar la válvula actuando ba6ocondiciones de o'eración. a 'resión ba6o la válvula esaectada 'or la 'resión en la 9 y no 'or la 'resión enla 9P. Para un tiem'o antes de cerrar la válvula< se'uede desarrollar la si&uiente ecuación*

FoG Fc

+onde*

FcG Pd Ab

FoG Pc (Ab4A')IPc Ab• a si&uiente ecuación muestra ue la 'resión en la 9..

es i&ual a la del domo 'ara cerrara la válvula a una'roundidad determinada.

PvcG Pd

+onde*

PvcG 'resión en el es'acio anular 'ara cerrar la válvula

a condición de o'eración.


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AMPLITUD DE LAS VÁLVULAS SPRE

• a dierencia entre las 'resiones de a'ertura y de cierre de unallamada “Am'litud de la válvula!. Para determinar esta am'litud<

de cierre se resta de la de a'ertura< es decir*

• Sim'lifcando la ecuación se tiene*

a má,ima am'litud de la válvula ocurre cuando la 'resión en la 9(PtGD).


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AMPLITUD DE LAS VÁLVULAS SPRE

• a am'litud de la válvula 'uede ser im'ortante cuando se instalación de $u6o continuo< 'ero es mas im'ortante en una ebombeo intermitente donde se usan válvulas de 'resión desbalanc

• a am'litud de la válvula controla la m-nima cantidad de &as uen cada ciclo. ;uando la dierencia de 'resión reuerida 'ara

válvula se incrementa< la cantidad de &as inyectado durante unincrementara.


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GRADIENTE DE LA COLUMNA DE G

• a 'resión de o'eración del &as de inyección está controlada en la su'erfla su'erfcie (cero 'ies) se utili%a &eneralmente como una reerencia 'ararelacionar la 'osición de la 'osición de la válvula de BN. Para corre&ir de

del 'o%o =asta la su'erfcie o viceversa< el in&eniero de 'roducción deb'redicción del cambio de la 'resión causado 'or la columna de &as y 'or de ricción cerca de la válvula de BN< tanto ba6o condiciones estádinámicas ($uyendo). a dierencia entre el cambio de la 'resión estáticaes la '#rdida 'or ricción 'ara el $u6o de &as. Si el conducto es 'eue:o o&as es relativamente alto< dic=a '#rdida debe ser tomada en cuenta. "incremento de 'resión se basa en el establecimiento de un balance de$u6o de &as entre dos 'untos del sistema. esolviendo dic=a ecuación real y considerando un actor de com'resibilidad a condiciones medias dtem'eratura< se obtiene la si&uiente e,'resión*


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GRADIENTE DE LA COLUMNA DE G

• a ecuación involucra una solución deensaye y error< en la cual % de'ende

de la 'resión de ondo y viceversa. Poresta ra%ón< se =an desarrollado&ráfcas basadas en esta ecuaciónue 'ro'orcionan buenos resultados.>na de #stas es la &ráfca mostrada<en la cual 'ara 'resiones ytem'eraturas normales< la 'resión seincrementa con la 'roundidad(&radiente de 'resión) en ormaa'ro,imadamente constante 'ara una'resión su'erfcial dada. Porconsi&uiente< la 'resión en la 9'uede re'resentarse &ráfcamentemediante una l-nea recta desde lasu'erfcie =asta la 'roundidad

deseada


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PRESIÓN DE APERTURA EN EL TALL

• >na ve% ue la 'resión de a'ertura y de cierre se =an establecido

dise:o< la válvula debe calibrarse en el taller a una 'resión ue cor

a la 'resión de a'ertura deseada dentro del 'o%o. Jsta< es la 'resióa'ertura en el taller (Ptro). Nótese ue en una 'rueba de taller la '

la 9P (Pt) es de cero K'siL. Si se sustituye este valor en la ecuación

• el resultado es*


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• Se su'one ue el domo de una válvula deBN tiene un volumen constante< 'or lo

tanto< la 'resión de un domo car&ado connitró&eno se incrementa a medida ue latem'eratura incrementa. a 'resión deldomo (Pd) se conoce y estará en unciónde la 'roundidad de la válvula. Paracalcula la 'resión de a'ertura en el taller<la 'resión del domo a la 'roundidad de

colocación de la válvula debe ser corre&idaa D K°FL. Por tanto< la ecuación usada 'arala a'ertura en el taller (Ptro) es lasi&uiente*


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• Para corre&ir la Pd a una tem'eratura de D K°FL se usa

la ley de los &ases reales de la si&uiente manera*

• "ntonces*

• Mbviamente 'uede usarse cualuier tem'eratura base.

Al&unos abricantes utili%an 8D K°FL. a ue la solución

es 'or ensaye y error< deben desarrollarse &ráfcas ue

sean áciles de usar y est#n basadas en la ecuación. a

tabla mostrada 'uede utili%arse 'ara corre&ir 'or

tem'eratura (D u 8D K°FL) un domo car&ado de &as.


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VÁLVULA DESBALANCEADA CON DOBLE ELEMENCARGA (CARGA DE DOMO Y RESORTE.)

• "ste ti'o de válvula de 'resión es

llamada válvula de doble

elemento< ya ue tiene esta dos

ormas de car&a* del resorte y la

'resión de car&a del domo.


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;omo en una valvula de un solo elemento se

'uede establecer una ecuación de balance deuer%as 'ara una valvula en la 'osición cerrada<a unos instantes antes de abrir. A este tiem'o<las uer%as ue estan actuando 'ara abrir lavalvula son e,actamente i&uales a las uer%asue estan actuando 'ara cerrar la valvula< setiene*

FoG Fc

+onde

F; G Pd Ab I St ( Ab @ A')

Fo G Pvo ( Ab4 A' ) I Pt A'

&ualando las ecuaciones se tiene*

Pvo ( Ab @ A' ) I Pt A' G Pd Ab I St ( Ab @ A' )

+ividiendo ambos miembros 'or Ab.

PRESIÓN DE APERTURA DE LA VÁLVULACONDICIÓN DE OPERACIÓN.

Pvo(/4A'OAb)IPt(A'OAb)GPdaciendo GA'OAb*Pvo(/4)IPt GPdISt(/4)+ividiendo 'or (/4)se tiene

Mbservandose ue si no tiendomo< toda la uer%a 'ara ceresorte< entonces la ecuació


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PRESIÓN DE APERTURA DE LA VÁLVBAJO CONDICIÓN DE OPERACIÓN

a f&ura muestra una valvula actuando ba

condiciones de o'eración. ;uando la valvu'resión ba6o la valvula (esera) es la 'resió(no de la 'resión en la 9P) un instante antela valvula se tiene el si&uiente balance de

&ualando las ecuaciones anteriores se tiesi&uiente*

Sustituyendo Pc 'or Pvc y des'e6ando esta

VÁLVULAREGULADORADEPRESIÓN


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VÁLVULA REGULADORA DE PRESIÓN

• 9ambi#n es llamada válvula 'ro'orcionalo de $u6o continuo. as condiciones

im'erantes son las mismas a las de laválvula de 'resión en la 'osicióncerrada. euiere un aumento de'resión en el es'acio anular 'ara abrir yuna reducción de 'resión en la 9P o enla 9 'ara cerrar.


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VÁLVULA OPERADA POR FLUIDOS DE LA FORM

• a válvula o'erada 'or $uidos de la ormación es 7D a /DD

E sensible a la 'resión en la 9P en la 'osición cerrada y/DD E sensible a la 'resión en la 9P en la 'osición abierta.

"sta válvula reuiere un incremento en la 'resión de la 9P

'ara abrir y una reducción en la 'resión de la 9P 'ara

lo&rar el cierre.

• Cálvula cerrada a'unto de abrir.

• Cálvula abierta a'unto de cerrar.


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VÁLVULA DE PRESIÓN BALANCEAD

>na valvula de 'resión balanceada no estain$uenciada 'or la 'resión en la 9P cuando esta

en 'osición abierta o cerrada. a 'resión de la 9act?a con toda el área del uelle en cualuiertiem'o. "sto si&nifca ue la válvula abre y cierraa la misma 'resión del domo. "n este caso laam'litud es cero< 'rescindiendo del asiento.

Cálvula de BN de man&a $e,ible* el elemento'rinci'al de esta válvula es una man&a $e,ible

ue sella el domo de la válvula."l domo esta car&ado con &as a una determinada'resión. ;uando la válvula esta cerrada la man&aelástica sirve de sello evitando el $u6o de lainyección de &as a trav#s de la válvula y se$e,iona cuando la 'resión a'licada en la man&ae,cede a la 'resión del domo 'rovocando el $u6odel &as a trav#s de la válvula.


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VÁLVULA PILOTO

;uando se tiene un 'o%o o'erando con bombeointermitente es< =asta cierto &rado< necesario teneruna válvula de BN con asiento &rande sinembar&o< se tiene ue controlar el cierre sobre lascaracter-sticas de la am'litud de la válvula< debidoa esto se desarrollo una válvula 'iloto.

"l asiento &rande es usado 'ara conducir el &as

cuando la valvula se abre. "l asiento 'uede ser tan&rande como sea 'osible =acerlo mecánicamentey no tiene ue cambiarse 'ara alterar la am'litud.os cálculos mecánicos de la avlvula sone,actamente los mismo ue se =an visto< solo ueel asiento 'eue:o es llamado orifcio de control.


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VÁLVULA PILOTO

y el asiento &rande 'ara el suministrode &as es conocido como orifciomotri%.

Para el control del re&ulador su'erfcialen el bombeo intermitente< el asientode control debe ser seleccionado deacuerdo a la am'litud real y ue esalrededor del /DE mas 'eue:o ue la

am'litud deseada. Para un control detiem'o de bombeo intermitente elasiento de control debe serseleccionado de acuerdo a la am'litudreal ue es 2DE al DE mas 'eue:aue la am'litud reuerida.


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CALCULO DEL DIÁMETRO DE LA VÁLVDE GAS DE INYECCIÓN

"l $u6o critico 'ara un &as natural esta dado 'or una relación de 'resiones y 'or lo

'uede ocurrir cuando*

a determinación del diámetro de los estran&uladores (valvula de a&u6a< control deambos) ue se instalan en la tuber-a su'erfcial de &as de inyección o en las válvusubsu'erfciales de BN esta basada en el 'rinci'io de $u6o critico.

"l $u6o critico es un enómeno de $u6o defnido 'or el $u6o de &ases com'rensiblessección de estran&ulamiento de una restricción< cuando la velocidad es sónica (ve

sonido en el $uido) o el numero Qac= es uno. "l numero Qac= es una relación adimdada 'or el coefciente de la velocidad del $uido entre la velocidad del sonido.

",iste $u6o subcritico si*

Se tiene $u6o critico cuando*

+onde

as ecuaciones si&uientes 'ermiten calcular el diámetro del

estran&ulador*

R se obtiene de la si&uientetabla


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CALCULO DEL DIÁMETRO DE LA VÁLVDE GAS DE INYECCIÓN

"l diámetro del estran&ulador 'uede obtenerse con la si&uiente ecuación a6ustada de laestablecida 'or ;oo.

+onde

Si e,iste $u6o critico a trav#s del estran&ulador< el diámetro se 'uede calcular con las mecuaciones 'ero en lu&ar del valor P0OP/ se usa (0ORI/) O(I/)

;uando se tiene $u6o critico a trav#s del estran&ulador la 'resión corriente arriba (anteestran&ulador) es inde'endiente de la 'resión corriente aba6o ue 'revalece des'u#s destran&ulador (es'acio anular)


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VÁLVULA OPERADA POR FLUIDOS

la f&ura muestra una válvula o'erada 'or $uidoscon nomenclatura seme6ante a una válvula o'erada'or 'resión< las válvulas son id#nticas con e,ce'ciónde ue a=ora la 'resión en la 9P act?a en el área deasiento. "sta válvula con doble elemento de car&a(resorte y domo car&ado con &as) ue 'ro'orcionalas corres'ondientes uer%as 'ueden usarsede'endiendo del arre&lo ue se ten&a del resorte yel domo.

/.4 resorte sin car&a en el domo

0.4 car&a o'erada sin resorte

2.4 combinación de domo y resorte

PvoG Pt


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PRESIÓN DE APERTURA PARA UNA VÁLVUOPERADA POR FLUIDOS CON DOS ELEMENT

CARGA.

"sta valvula debe ser anali%ada cuando esta en 'osición de cierre< aantes de ue la valvula se abra< 'ara ese momento se tiene las si&uecuaciones*

Sustituyendo*

+es'e6ando Pt y ordenando con res'ecto a Pt se tiene*

con esta ecuación se 'uede calcular la 'resión en la 9P necesaria 'avalvula o'erada 'or $uidos ba6o condiciones de o'eración.

"l termino *


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PRESIÓN DE APERTURA PARA UNA VÁLVUOPERADA POR FLUIDOS CON DOS ELEMENT

CARGA.

a ecuación anterior re'resenta la 'resión en la 9 la cual se resta de la 'tuber-a (Pt) esto es como la 'resión en la 9 se incrementa la 'resión en lanecesaria 'ara abrir la válvula decrece. "l termino*

"s conocido como eecto en la 9 (;.")

a relación Pc(O/4) en una válvula o'erada 'or $uidos es conocida comde eecto en la tuber-a de revestimiento (;"F) esto es*

el eecto de la 9 (;")

PcG se calcula de &rafcas de ecuaciones em'-ricas.


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PRESIÓN DE CIERRES DE LA VÁLVULA OPEPOR FLUIDOS BAJO CONDICIONES DE OPER

a f&ura muestra una válvula o'era$uidos en la 'osición abierta< ba6o cde o'eración cuando la válvula esta'osición abierta la 'resión deba6o d(eseras) es considerada como una la 9P y no la 'resión de la 9 esto s'ueden =aber ca-das de 'resión en entonces la ca-da de 'resión en el en unción del volumen del $u6o de

a si&uiente ecuación de balance deestablece 'ara unos instantes antesla válvula*

FoGFc


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PRESIÓN DE CIERRES DE LA VÁLVULA OPEPOR FLUIDOS BAJO CONDICIONES DE OPER

+onde

Sustituyendo las ecuaciones

+ividiendo entre A' y des'e6ando PtPara determinar la 'resión en la 9' a la cual la válvula se cierra =aci


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PRESIÓN DE PRUEBA EN EL TALLE

+es'ues de establecer las 'resiones de a'ertura y cierre las válvulas debcalibradas en el taller 'ara las 'resiones corres'ondientes a las es'erada'o%o< esto se conoce como 'resión de 'rueba (Ptro). ;omo no se tiene 'ra'licada a la válvula 'or medio de la 9< la Pc se 'uede =acer i&ual a cer

a Pd corri&e a la tem'eratura base D°F (o 'ara otra tem'eratura base)ecuación anterior se usa 'ara obtener las 'resiones de 'rueba en el talle

Nótese cuando la car&a en el domo es cero PtroG St (no es necesario cortem'eratura)

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