Las válvulas: Son elementos que mandan o regulan la puesta en marcha, el paro y la dirección, así como la presión o el caudal del fluido enviado por una bomba hidráulica o almacenada en un depósito. Las válvulas pueden abrir y cerrar, conectar y desconectar, regular, modular o aislar una enorme serie de líquidos y gases, desde los más simples hasta los más corrosivos o tóxicos.
El caudal es el flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de fluido que circula por una sección determinada del conducto en la unidad de tiempo.
La válvulas trabajan con presiones que van desde el vació hasta mas de 20000 lb/in² (140 Mpa) y temperaturas desde las criogénicas hasta 1500 °F (815 °C). En algunas instalaciones se requiere un sellado absoluto; en otras, las fugas o escurrimientos no tienen importancia.
Válvula de control.
La válvula automática de control generalmente constituye el último elemento en un lazo de control instalado en la línea de proceso y se comporta como un orificio cuya sección de paso varia continuamente con la finalidad de controlar un caudal en una forma determinada
Las válvulas de control constan básicamente de dos partes que son: la parte motriz o actuador y el cuerpo:
Actuador: el actuador también llamado accionador o motor, puede ser neumático, eléctrico o hidráulico, pero los más utilizados son los dos primeros, por ser las más sencillas y de rápida actuaciones. Aproximadamente el 90% de las válvulas utilizadas en la industria son accionadas neumáticamente. Los actuadores neumáticos constan básicamente de un diafragma, un vástago y un resorte. Lo que se busca en un actuador de tipo neumático es que cada valor de la presión recibida por la válvula corresponda una posición determinada del vástago. Teniendo en cuenta que la gama usual de presión es de 3 a 15 lbs/pulg² en la mayoría de los actuadores se selecciona el área del diafragma y la constante del resorte de tal manera que un cambio de presión de 12 lbs/pulg², produzca un desplazamiento del vástago igual al 100% del total de la carrera.
Cuerpo de la válvula: este esta provisto de un obturador o tapón, los asientos del mismo y una serie de accesorios. La unión entre la válvula y la tubería puede hacerse por medio de bridas soldadas o roscadas directamente a la misma. El tapón es el encargado de controlar la cantidad de fluido que pasa a través de la válvula y puede accionar en la dirección de su propio eje mediante un movimiento angular. Esta unido por medio de un vástago al actuador.
El caudal es el flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de fluido que circula por una sección determinada del conducto en la unidad de tiempo.
La válvulas trabajan con presiones que van desde el vació hasta mas de 20000 lb/in² (140 Mpa) y temperaturas desde las criogénicas hasta 1500 °F (815 °C). En algunas instalaciones se requiere un sellado absoluto; en otras, las fugas o escurrimientos no tienen importancia.
Válvula de control.
La válvula automática de control generalmente constituye el último elemento en un lazo de control instalado en la línea de proceso y se comporta como un orificio cuya sección de paso varia continuamente con la finalidad de controlar un caudal en una forma determinada
Las válvulas de control constan básicamente de dos partes que son: la parte motriz o actuador y el cuerpo:
Actuador: el actuador también llamado accionador o motor, puede ser neumático, eléctrico o hidráulico, pero los más utilizados son los dos primeros, por ser las más sencillas y de rápida actuaciones. Aproximadamente el 90% de las válvulas utilizadas en la industria son accionadas neumáticamente. Los actuadores neumáticos constan básicamente de un diafragma, un vástago y un resorte. Lo que se busca en un actuador de tipo neumático es que cada valor de la presión recibida por la válvula corresponda una posición determinada del vástago. Teniendo en cuenta que la gama usual de presión es de 3 a 15 lbs/pulg² en la mayoría de los actuadores se selecciona el área del diafragma y la constante del resorte de tal manera que un cambio de presión de 12 lbs/pulg², produzca un desplazamiento del vástago igual al 100% del total de la carrera.
Cuerpo de la válvula: este esta provisto de un obturador o tapón, los asientos del mismo y una serie de accesorios. La unión entre la válvula y la tubería puede hacerse por medio de bridas soldadas o roscadas directamente a la misma. El tapón es el encargado de controlar la cantidad de fluido que pasa a través de la válvula y puede accionar en la dirección de su propio eje mediante un movimiento angular. Esta unido por medio de un vástago al actuador.
Válvulas de apertura rápida:
Característica de Flujo de Apertura Rápida:
(Quick Opening Flow Characteristic). Es la característica inherente en la que se obtiene máximo flujo con recorrido mínimo.
1. Válvulas de macho
La válvula de macho es de ¼ de vuelta, que controla la circulación por medio de un macho cilíndrico o cónico que tiene un agujero en el centro, que se puede mover de la posición abierta a la cerrada mediante un giro de 90° (fig. 1-2).
Característica de Flujo de Apertura Rápida:
(Quick Opening Flow Characteristic). Es la característica inherente en la que se obtiene máximo flujo con recorrido mínimo.
1. Válvulas de macho
La válvula de macho es de ¼ de vuelta, que controla la circulación por medio de un macho cilíndrico o cónico que tiene un agujero en el centro, que se puede mover de la posición abierta a la cerrada mediante un giro de 90° (fig. 1-2).
Recomendada para· Servicio con apertura total o cierre total.
· Para accionamiento frecuente.
· Para baja caída de presión a través de la válvula.
· Para resistencia mínima a la circulación.
· Para cantidad mínima de fluido atrapado en la tubería.
Aplicaciones
· Servicio general, pastas semilíquidas, líquidos, vapores, gases, corrosivos.
· Ventajas
· Alta capacidad.
· Bajo costo.
· Cierre hermético.
· Funcionamiento rápido.
Desventajas
· Requiere alta torsión (par) para accionarla.
· Desgaste del asiento.
· Cavitación con baja caída de presión.
Variaciones
· Lubricada, sin lubricar, orificios múltiples.
· Materiales
· Hierro, hierro dúctil, acero al carbono, acero inoxidable, aleación 20, Monel, níquel, Hastelloy, camisa de plástico.
Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento
· Dejar espacio libre para mover la manija en las válvulas accionadas con una llave.
· En las válvulas con macho lubricado, hacerlo antes de ponerlas en servicio.
· En las válvulas con macho lubricado, lubricarlas a intervalos periódicos.
Especificaciones para pedido
· Material del cuerpo.
· Material del macho.
· Capacidad nominal de temperatura.
· Disposición de los orificios, si es de orificios múltiples.
· Lubricante, si es válvula lubricada.
2. Válvulas de bola
Las válvulas de bola son de ¼ de vuelta, en las cuales una bola taladrada gira entre asientos elásticos, lo cual permite la circulación directa en la posición abierta y corta el paso cuando se gira la bola 90° y cierra el conducto (fig. 1-4).
Recomendada para
· Para servicio de conducción y corte, sin estrangulación.
· Cuando se requiere apertura rápida.
· Para temperaturas moderadas.
· Cuando se necesita resistencia mínima a la circulación.
Aplicaciones
Servicio general, altas temperaturas, pastas semilíquidas.
Ventajas
· Bajo costo.
· Alta capacidad.
· Corte bidireccional.
· Circulación en línea recta.
· Pocas fugas.
· Se limpia por si sola.
· Poco mantenimiento.
· No requiere lubricación.
· Tamaño compacto.
· Cierre hermético con baja torsión (par).
Desventajas
· Características deficientes para estrangulación.
· Alta torsión para accionarla.
· Susceptible al desgaste de sellos o empaquetaduras.
· Propensa a la cavitación.
Variaciones
Entrada por la parte superior, cuerpo o entrada de extremo divididos (partidos), tres vías, Venturi, orificio de tamaño total, orificio de tamaño reducido.
Materiales
Cuerpo: hierro fundido, hierro dúctil, bronce, latón, aluminio, aceros al carbono, aceros inoxidables, titanio, tántalo, zirconio; plásticos de polipropileno y PVC.
Asiento: TFE, TFE con llenador, Nylon, Buna-N, neopreno.
Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento
Dejar suficiente espacio para accionar una manija larga.
Especificaciones para el pedido
· Temperatura de operación.
· Tipo de orificio en la bola.
· Material para el asiento.
· Material para el cuerpo.
· Presión de funcionamiento.
· Orificio completo o reducido.
· Entrada superior o entrada lateral.
3. Válvulas de retención de elevación
Una válvula de retención de elevación es similar a la válvula de globo, excepto que el disco se eleva con la presión normal e la tubería y se cierra por gravedad y la circulación inversa.
· Para servicio de conducción y corte, sin estrangulación.
· Cuando se requiere apertura rápida.
· Para temperaturas moderadas.
· Cuando se necesita resistencia mínima a la circulación.
Aplicaciones
Servicio general, altas temperaturas, pastas semilíquidas.
Ventajas
· Bajo costo.
· Alta capacidad.
· Corte bidireccional.
· Circulación en línea recta.
· Pocas fugas.
· Se limpia por si sola.
· Poco mantenimiento.
· No requiere lubricación.
· Tamaño compacto.
· Cierre hermético con baja torsión (par).
Desventajas
· Características deficientes para estrangulación.
· Alta torsión para accionarla.
· Susceptible al desgaste de sellos o empaquetaduras.
· Propensa a la cavitación.
Variaciones
Entrada por la parte superior, cuerpo o entrada de extremo divididos (partidos), tres vías, Venturi, orificio de tamaño total, orificio de tamaño reducido.
Materiales
Cuerpo: hierro fundido, hierro dúctil, bronce, latón, aluminio, aceros al carbono, aceros inoxidables, titanio, tántalo, zirconio; plásticos de polipropileno y PVC.
Asiento: TFE, TFE con llenador, Nylon, Buna-N, neopreno.
Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento
Dejar suficiente espacio para accionar una manija larga.
Especificaciones para el pedido
· Temperatura de operación.
· Tipo de orificio en la bola.
· Material para el asiento.
· Material para el cuerpo.
· Presión de funcionamiento.
· Orificio completo o reducido.
· Entrada superior o entrada lateral.
3. Válvulas de retención de elevación
Una válvula de retención de elevación es similar a la válvula de globo, excepto que el disco se eleva con la presión normal e la tubería y se cierra por gravedad y la circulación inversa.
Recomendada para· Cuando hay cambios frecuentes de circulación en la tubería.
· Para uso con válvulas de globo y angulares.
· Para uso cuando la caída de presión a través de la válvula no es problema.
Aplicaciones
Tuberías para vapor de agua, aire, gas, agua y vapores con altas velocidades de circulación.
Ventajas
· Recorrido mínimo del disco a la posición de apertura total.
· Acción rápida.
Variaciones
Tres tipos de cuerpos: horizontal, angular, vertical.
Tipos con bola (esfera), pistón, bajo carga de resorte, retención para vapor.
Materiales
Cuerpo: bronce, hierro, hierro fundido, acero forjado, Monel, acero inoxidable, PVC, Penton, grafito impenetrable, camisa de TFE.
Componentes: diversos.
Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento
· La presión de la tubería debe estar debajo del asiento.
· La válvula horizontal se instala en tuberías horizontales.
· La válvula vertical se utiliza en tubos verticales con circulación ascendente, desde debajo del asiento.
· Si hay fugas de la circulación inversa, examinar disco y asiento.
4. Válvula de retención de mariposa
Una válvula de retención de mariposa tiene un disco dividido embisagrado en un eje en el centro del disco, de modo que un sello flexible sujeto al disco este a 45° con el cuerpo de la válvula, cuando esta se encuentra cerrada. Luego, el disco solo se mueve una distancia corta desde el cuerpo hacia el centro de la válvula para abrir por completo.
Recomendada para
· Cuando se necesita resistencia mínima a la circulación en la tubería.
· Cuando hay cambios frecuentes en el sentido de la circulación.
· Para uso con las válvulas de mariposa, macho, bola, diafragma o de apriete.
Aplicaciones
Servicio para líquidos o gases.
Ventajas
· El diseño del cuerpo se presta para la instalación de diversos tipos de camisas de asiento.
· Menos costosa cuando se necesita resistencia a la corrosión.
· Funcionamiento rápido.
· La sencillez del diseño permite construirlas con diámetros grandes.
· Se puede instalar virtualmente en cualquier posición.
Variaciones
Con camisa completa.
Con asiento blando.
Materiales
Cuerpo: acero, acero inoxidable, titanio, aluminio, PVC, CPCB, polietileno, polipropileno, hierro fundido, Monel, bronce.
Sello flexible: Buna-N, Viton, caucho de butilo, TFE, neopreno, Hypalon, uretano, Nordel, Tygon, caucho de siliconas.
Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento
En las válvulas con camisa, esta se debe proteger contra daños durante el manejo.
Comprobar que la válvula queda instalada de modo que la abra la circulación normal
5. Válvulas de globo
Una válvula de globo es de vueltas múlitples, en la cual el cierre se logra por medio de un disco o tapón que sierra o corta el paso del fluido en un asiento que suele estar paralelo con la circulación en la tubería (fig. 1-3)
Recomendada para
· Estrangulación o regulación de circulación.
· Para accionamiento frecuente.
· Para corte positivo de gases o aire.
· Cuando es aceptable cierta resistencia a la circulación.
Aplicaciones
Servicio general, líquidos, vapores, gases, corrosivos, pastas semilíquidas.
Ventajas
· Estrangulación eficiente con estiramiento o erosión mínimos del disco o asiento.
· Carrera corta del disco y pocas vueltas para accionarlas, lo cual reduce el tiempo y desgaste en el vástago y el bonete.
· Control preciso de la circulación.
· Disponible con orificios múltiples.
Desventajas
· Gran caída de presión.
· Costo relativo elevado.
Variaciones
Normal (estándar), en "Y", en ángulo, de tres vías.
Materiales
Cuerpo: bronce, hierro, hierro fundido, acero forjado, Monel, acero inoxidable, plásticos.
Componentes: diversos.
Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento
Instalar de modo que la presión este debajo del disco, excepto en servicio con vapor a alta temperatura.
Registro en lubricación.
Hay que abrir ligeramente la válvula para expulsar los cuerpos extraños del asiento.
Apretar la tuerca de la empaquetadura, para corregir de inmediato las fugas por la empaquetadura.
Especificaciones para el pedido
· Tipo de conexiones de extremo.
· Tipo de disco.
· Tipo de asiento.
· Tipo de vástago.
· Tipo de empaquetadura o sello del vástago.
· Tipo de bonete.
· Capacidad nominal para presión.
· Capacidad nominal para temperatura.
Obturador (macho):
(Plug , Closure Member) Parte móvil que permite variar el tamaño de la abertura de pasaje de la válvula
Característica de Flujo:
(Flow Characteristic). Es el algoritmo que relaciona el recorrido del obturador con el caudal que atraviesa la válvula. Se expresa usualmente en forma porcentual tanto del recorrido máximo como del caudal máximo. Puede también expresarse los caudales en términos de Coeficientes de Flujo. (Cv).
Existen dos posibilidades de característica de flujo la instalada o la inherente.
Característica de Flujo Lineal:
(Linear Flow Characteristic). Es la característica inherente que tiene por representación una recta cuando ponemos en abcisas el recorrido del obturador en % respecto del Cv en % en ordenadas. Vale también para los valores absolutos. Es decir tenemos una proporcionalidad directa entre recorrido y flujo a través de la válvula.
Característica de Flujo de Igual Porcentaje:
(Equal Percentage Flow Characteristic) Es una de las características inherentes típica de las válvulas de control. En este caso con válvula de control funcionando en condiciones ideales la característica de igual porcentaje responde a iguales variaciones porcentuales en el recorrido del vástago del obturador con iguales variaciones porcentuales en flujo a través de la válvula.
Desbalaceo Estático: (Static Unbalance). Es la fuerza neta que actúa sobre el vástago del obturador debida a la diferencia de presiones que ejerce el fluido, cuando la válvula esta cerrada.
Desbalaceo total:
(Stem Unbalance). Es la fuerza neta que actúa sobre el vástago del obturador en toda condición de funcionamiento.
Desbalanceo Dinámico (Dynamic Unbalance). Es la fuerza que efectúa el fluido sobre el obturador, valor que dependerá de la posición del mismo ya que dicha fuerza depende fundamentalmente de la diferencia de presiones aguas arriba y aguas abajo del obturador.
· Estrangulación o regulación de circulación.
· Para accionamiento frecuente.
· Para corte positivo de gases o aire.
· Cuando es aceptable cierta resistencia a la circulación.
Aplicaciones
Servicio general, líquidos, vapores, gases, corrosivos, pastas semilíquidas.
Ventajas
· Estrangulación eficiente con estiramiento o erosión mínimos del disco o asiento.
· Carrera corta del disco y pocas vueltas para accionarlas, lo cual reduce el tiempo y desgaste en el vástago y el bonete.
· Control preciso de la circulación.
· Disponible con orificios múltiples.
Desventajas
· Gran caída de presión.
· Costo relativo elevado.
Variaciones
Normal (estándar), en "Y", en ángulo, de tres vías.
Materiales
Cuerpo: bronce, hierro, hierro fundido, acero forjado, Monel, acero inoxidable, plásticos.
Componentes: diversos.
Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento
Instalar de modo que la presión este debajo del disco, excepto en servicio con vapor a alta temperatura.
Registro en lubricación.
Hay que abrir ligeramente la válvula para expulsar los cuerpos extraños del asiento.
Apretar la tuerca de la empaquetadura, para corregir de inmediato las fugas por la empaquetadura.
Especificaciones para el pedido
· Tipo de conexiones de extremo.
· Tipo de disco.
· Tipo de asiento.
· Tipo de vástago.
· Tipo de empaquetadura o sello del vástago.
· Tipo de bonete.
· Capacidad nominal para presión.
· Capacidad nominal para temperatura.
Obturador (macho):
(Plug , Closure Member) Parte móvil que permite variar el tamaño de la abertura de pasaje de la válvula
Característica de Flujo:
(Flow Characteristic). Es el algoritmo que relaciona el recorrido del obturador con el caudal que atraviesa la válvula. Se expresa usualmente en forma porcentual tanto del recorrido máximo como del caudal máximo. Puede también expresarse los caudales en términos de Coeficientes de Flujo. (Cv).
Existen dos posibilidades de característica de flujo la instalada o la inherente.
Característica de Flujo Lineal:
(Linear Flow Characteristic). Es la característica inherente que tiene por representación una recta cuando ponemos en abcisas el recorrido del obturador en % respecto del Cv en % en ordenadas. Vale también para los valores absolutos. Es decir tenemos una proporcionalidad directa entre recorrido y flujo a través de la válvula.
Característica de Flujo de Igual Porcentaje:
(Equal Percentage Flow Characteristic) Es una de las características inherentes típica de las válvulas de control. En este caso con válvula de control funcionando en condiciones ideales la característica de igual porcentaje responde a iguales variaciones porcentuales en el recorrido del vástago del obturador con iguales variaciones porcentuales en flujo a través de la válvula.
Desbalaceo Estático: (Static Unbalance). Es la fuerza neta que actúa sobre el vástago del obturador debida a la diferencia de presiones que ejerce el fluido, cuando la válvula esta cerrada.
Desbalaceo total:
(Stem Unbalance). Es la fuerza neta que actúa sobre el vástago del obturador en toda condición de funcionamiento.
Desbalanceo Dinámico (Dynamic Unbalance). Es la fuerza que efectúa el fluido sobre el obturador, valor que dependerá de la posición del mismo ya que dicha fuerza depende fundamentalmente de la diferencia de presiones aguas arriba y aguas abajo del obturador.
Vástago del Obturador:
(Plug Stem). Barra que se extiende a través del conjunto del cuello de la válvula o bonete y que permite mover al obturador desde fuera de dicho conjunto.
Bola con entalladura en V:
(V-notch ball). En este caso el obturador de la válvula rotatoria consiste solo en una parte de la esfera ahuecada,y maneja la ley de variación de flujo mediante una entalladura en forma de V , es uno de los tipos mas populares de válvulas modulantes. Permite un amplio rango de control y una característica porcentaje igual. Su comportamiento se asemeja a la válvula de obturador con desplazamiento lineal
La característica de un fluido incompresible fluyendo en condiciones de presión diferencial constante a tavés de la válvula se denomina característica de caudal inherente y se representa usualmente considerando como abscisas la carrera del obturador de la válvula y como ordenadas el porcentaje del caudal máximo bajo una presión diferencial constante.
Las curvas características más significativas son la de apertura rápida, la lineal y la isoporcentual, siendo más importantes estas dos últimas. Otras curvas son las parabólicas y las correspondientes a las válvulas de tajadera, mariposa, Saunders, y con obturador excéntrico rotativo.
(Plug Stem). Barra que se extiende a través del conjunto del cuello de la válvula o bonete y que permite mover al obturador desde fuera de dicho conjunto.
Bola con entalladura en V:
(V-notch ball). En este caso el obturador de la válvula rotatoria consiste solo en una parte de la esfera ahuecada,y maneja la ley de variación de flujo mediante una entalladura en forma de V , es uno de los tipos mas populares de válvulas modulantes. Permite un amplio rango de control y una característica porcentaje igual. Su comportamiento se asemeja a la válvula de obturador con desplazamiento lineal
La característica de un fluido incompresible fluyendo en condiciones de presión diferencial constante a tavés de la válvula se denomina característica de caudal inherente y se representa usualmente considerando como abscisas la carrera del obturador de la válvula y como ordenadas el porcentaje del caudal máximo bajo una presión diferencial constante.
Las curvas características más significativas son la de apertura rápida, la lineal y la isoporcentual, siendo más importantes estas dos últimas. Otras curvas son las parabólicas y las correspondientes a las válvulas de tajadera, mariposa, Saunders, y con obturador excéntrico rotativo.
El obturador con característica de apertura rápida tiene la forma de un disco plano. En la gráfica anterior es posible ver que el caudal aumenta mucho al principio de la carrera llegando rápidamente al máximo.
Válvula de apertura rápida (válvula globo)
Valvula angular
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