Cálculo de Torque y Empuje

Cálculo de torque y empuje

¿Qué es el empuje?

EMPUJE

Fuerza requerida para abrir o cerrar una válvula de accionamiento lineal

Factores que afectan el empuje TIPO DE VALVULA

TAMAÑO DE VALVULA

TEMPERATURA

EMPUJE

PRESIÓN

TIPO DE FLUIDO

Tipo de válvula Compuerta de caras paralelas

Tipo de válvula Compuerta de caras paralelas

Flujo

Factores que afectan el empuje Tipo de válvula

•Compuerta de cuña flexible

•Compuerta de cuña solida

Factores que afectan el empuje

Válvula de globo

Factores que afectan el empuje FACTOR DE VÁLVULA (Fv) TEMPERATURA

LIQUIDO Menor Mayor a a 400 C 400 C

TIPO DE VALVULA

GAS 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

Factores que afectan el empuje Factor de válvula En = Fv x A x Pd

A = (3.1416 x D2)/4

En = Empuje Neto (lbf)

D = Diámetro del puerto (pulg)

A = Área del orificio (pulg2) Pd = Presión Diferencial (psi)

Area del puerto

Tabla 1 de la publicación de rotork AE2-0.2

Factores que afectan el empuje Tipo de Vástago

Saliente

Saliente Rotatorio

Rotatorio

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

Empuje en el vástago por fricción Vástago saliente

Fricción en estopero Ef Diámetro del Empuje vástago Hasta 1”

1000 lb

Hasta 2”

1500 lb

Mayores

2500 lb

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

Empuje Total

Et = En + Ef + Ep

Et = Empuje total En = Empuje neto Ef = Empuje por frición en estopero Ep= Empuje por efecto pistón

¿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.

FACTORES TORQUE TORQUE

CARACTERISTICAS DEL VASTAGO

EMPUJE

DIAMETRO

TIPO DE VALVULA

PASO

TAMAÑO DE VALVULA

TIPO DE CUERDA

TIPO DE FLUIDO

ACME

PRESIÓN

CUADRADA

TEMPERATURA

FRICCION

MATERIALES

ACABADOS

LUBRICACIÓN

CARACTERÍSTICAS DEL VÁSTAGO

•Diámetro del vástago •Paso: Distancia entre dientes

•Avance: Distancia recorrida por vuelta

Levantamiento en campo

N

Levantamiento en campo P = 1 / hpp

P

A = P x Ne

hpp = Numero de hilos por pulgada A

= Paso

= Avance

2

1

Ne = Número de entradas

TIPO DE CUERDA

F Ry

1

CUERDA ACME

Rx

Rx

F

Ry

CUERDA CUADRADA

F

FRICCIÓN

•Entre la tuerca de arrastre y el vástago. •Material de vástago: Acero. •Material de la tuerca: Bronce •Acabado: Tolerancia 2G

1

•Coeficiente de fricción = 0.14

¿Y ahora que hacemos?

El calculo

F

Paso p λ

Angulo de avance

TUERCA

F/2

dm

F/2

Para subir una carga Et μN F Avance

α N

π Dv

Factores que afectan el torque Factor de vástago

N

Calculo de torque

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

Torque por fricción

•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) N

r = radio del estopero (diámetro del estopero / 2 ) pulg

Torque total

Torque total = Tv + Tf

¿Qué mas necesitamos?

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

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

Tiempo de operación

Top = Nv / RPM x 60 (seg)

• Top = Tiempo de operación • Nv = Numero de vueltas requerido por la válvula • RPM del actuador