VALVULAS DE CONTROL

Generalidades

En el control automático de los procesos industriales la válvula de control juega un papel muy importante en el bucle de la regulación. Realiza la función de variar el caudal del fluido de control que modifica a su vez el valor de la variable medida comportándose como un orificio de área continuamente variable. Dentro del bucle de control tiene tanta importancia como el elemento primario, el transmisor y el controlador. La válvula de control típica se compone básicamente del cuerpo y del servomotor.

El cuerpo de la válvula contiene en su interior el obturador y los asientos y esta provisto de rosca o de bridas para conectar la válvula a la tubería. El obturador es quien realiza la función de control de paso del fluido y puede actuar en la dirección de su propio eje o bien tener un movimiento rotativo. Esta unido a un vástago que pasa a través de la tapa del cuerpo y que es accionado por el servomotor.

TIPOS DE VÁLVULAS

Las válvulas pueden ser de varios tipos según sea el diseño del cuerpo y el movimiento del obturador. Las válvulas de movimiento lineal en las que el obturador se mueve en la dirección de su propio eje se clasifican como se especifica a continuación.

Válvula de Globo

Siendo de simple asiento, de doble asiento y de obturador equilibrado respectivamente. Las válvulas de simple asiento precisan de un actuador de mayor tamaño para que el obturador cierre encontra de la presión diferencial del proceso. Por lo tanto, se emplean cuando la presión del fluido es baja y se precisa que las fugas en posición de cierre sean mínimas. El cierre estanco se logra con obturadores provistos de una arandela de teflón. En la válvula de doble asiento o de obturador equilibrado la fuerza de desequilibrio desarrollada por la presión diferencial a través del obturador es menor que en la válvula de simple asiento. Por este motivo se emplea en válvulas de gran tamaño o bien cuando deba trabajarse con una alta presión diferencial. En posición de cierre las fugas son mayores que en una válvula de simple asiento.

Válvula en Angulo

Permite obtener un flujo de caudal regular sin excesivas turbulencias y es adecuada para disminuirla erosión cuando esta es considerable por las características del fluido o por la excesiva presión diferencial. El diseño de la válvula es idóneo para el control de fluidos que vaporizan, para trabajar con grandes presiones diferenciales y para los fluidos que contienen sólidos en suspensión.

Válvula de tres vías

Este tipo de válvula se emplea generalmente para mezclar fluidos, o bien para derivar un flujo de entrada dos de salida. Las válvulas de tres vías intervienen típicamente en el control de temperatura de intercambiadores de calor.

Válvula de Jaula

Consiste en un obturador cilíndrico que desliza en una jaula con orificios adecuados a las características de caudal deseadas en la válvula. Se caracteriza por el fácil desmontaje del obturador y por que este puede incorporar orificios que permiten eliminar prácticamente el desequilibrio de fuerzas producido por la presión diferencial favoreciendo la estabilidad del funcionamiento. Por este motivo este tipo de obturador equilibrado se emplea en válvulas de gran tamaño o bien cuando deba trabajarse con una alta presión diferencial. Como el obturador esta contenido dentro de la jaula, la válvula es muy resistente a las vibraciones y al desgaste. Por otro lado, el obturador puede disponer de aros de teflón que, con la válvula en posición cerrada, asientan contra la jaula y permiten lograr así un cierre hermético.

Válvula de Compuerta

Esta válvula efectúa su cierre con un disco vertical plano o de forma especial, y que se mueve verticalmente al flujo del fluido. Por su disposición es adecuada generalmente para control todo-nada, ya que en posiciones intermedias tiende a bloquearse. Tiene la ventaja de presentar muy poca resistencia al flujo de fluido cuando esta en posición de apertura total.

Válvula en Y

Es adecuada como válvula de cierre y de control. Como válvula todo-nada se caracteriza por su baja perdida de carga y como válvula de control presenta una gran capacidad de caudal. Posee una característica de auto drenaje cuando esta instalada inclinada con un cierto ángulo. Se emplea usualmente en instalaciones criogénicas.

Válvula de Cuerpo Partido

Es una modificación de la válvula de globo de simple asiento teniendo el cuerpo partido en dos partes entre las cuales esta presionado el asiento. Esta disposición permite una fácil sustitución del asiento y facilita un flujo suave del fluido sin espacios muertos en el cuerpo. Se emplea principalmente para fluidos viscosos y en la industria alimentaría.

Válvula Saunders

El obturador es una membrana flexible que a través de un vástago unido a un servomotor, es forzada contra un resalte del cuerpo cerrando así el paso del fluido. La válvula se caracteriza por que el cuerpo puede revestirse fácilmente de goma o de plástico para trabajar con fluidos agresivos. Tiene la desventaja de que el servomotor de accionamiento debe ser muy potente. Se utiliza principalmente en procesos químicos difíciles, en particular en el manejo de fluidos negros o agresivos o bien en el control de fluidos conteniendo sólidos en suspensión

Válvula de Compresión

Funciona mediante el pinzamiento de dos o más elementos flexibles, por ejemplo, un tubo de goma. Igual que las válvulas de diafragma se caracterizan porque proporcionan un optimo control en posición de cierre parcial y se aplican fundamentalmente en el manejo de fluidos negros corrosivos, viscosos o conteniendo partículas sólidas en suspensión.

Válvula de Obturador excéntrico rotativo

Consiste en un obturador de superficie esférica que tiene un movimiento rotativo excéntrico y que esta unido al eje de giro por uno o dos brazos flexibles. El eje de giro sale al exterior del cuerpo y es accionado por el vástago de un servomotor. El par de este es reducido gracias al movimiento excéntrico de la cara esférica del obturador. La válvula se caracteriza por su gran capacidad de caudal, comparable a las válvulas mariposa y a las de bola y por su elevada perdida de carga admisible.

Válvula de obturador cilíndrico excéntrico

Tiene un obturador cilíndrico excéntrico que asienta contra un cuerpo cilíndrico. El cierre hermético se consigue con un revestimiento de goma o teflón en la cara del cuerpo donde asienta el obturador. La válvula es de bajo costo y tiene una capacidad relativamente alta es adecuada para fluidos corrosivos y líquidos viscosos o conteniendo sólidos en suspensión.

Válvula de Mariposa

El cuerpo esta formado por un anillo cilíndrico dentro del cual gira transversalmente un disco circular. La válvula puede cerrar herméticamente mediante un anillo de goma encastrado en el cuerpo. Un servomotor exterior acciona el eje de giro del disco y ejerce su par máximo cuando la válvula esta totalmente abierta (en control todo-nada se consideran 90 grados y en control continuo 60 grados, a partir de la posición de cierre ya que la ultima parte del giro es bastante inestable),siempre que la presión diferencial permanezca constante. En la sección de la válvula es importante considerar las presiones diferenciales correspondientes a las posiciones de completa apertura y de cierre; se necesita una fuerza grande del actuador para accionar la válvula en caso de una caida de presion elevada. Las válvulas de mariposa se emplean para el control de grandes caudales de presión a baja presión.

Válvula de Bola

El cuerpo de la válvula tiene una cavidad interna esférica que alberga un obturador en forma de bola o esfera. La bola tiene un corte adecuado (usualmente en V) que fija la curva característica de la válvula, y gira transversalmente accionada por un servomotor exterior. El cierre estanco se logra con un aro de teflón incorporado al cuerpo contra el cual asienta la bola cuando la válvula esta cerrada. En posición de apertura total, la válvula equivale aproximadamente en tamaño a 75% del tamaño de la tubería. La válvula de bola se emplea principalmente en el control de caudal de fluidos negros, o bien en fluidos con gran porcentaje de sólidos en suspensión.

Una válvula de bola típica es la válvula de macho que consiste en un macho de forma cilíndrica o troncocónica con un orificio transversal igual al diámetro interior de la tubería. El macho ajusta en el cuerpo de la válvula y tiene un movimiento de giro de 90 grados. Se utiliza generalmente en el control manual todo-nada de líquidos o gases y en regulación de caudal.

Válvula de Orificio Ajustable

El obturador de esta válvula consiste en una camisa de forma cilíndrica que esta perforada con dos orificios, uno de entrada y otro de salida y que gira mediante una palanca exterior accionada manualmente o por medio de un servomotor. El giro del obturador tapa parcial o totalmente las entradas y salidas de la válvula controlando así el caudal. La válvula incorpora además una tajadera cilíndrica que puede deslizar dentro de la camisa gracias a un macho roscado de accionamiento exterior. La atajadera puede así fijarse manualmente en una posición determinada para limitar el caudal máximo. La válvula es adecuada en los casos en que es necesario ajustar manualmente el caudal máximo del fluido, cuando el caudal puede variar entre limites amplios de forma intermitente o continua y cuando no se requiere un cierre estanco. Se utiliza para combustibles gaseosos o líquidos, vapor, aire comprimido y líquidos en general.

Válvula de Flujo Axial

Las válvulas de flujo axial consisten en un diagrama accionado reumáticamente que mueve un pistón, el cual a su vez comprime un fluido hidráulico contra un obturador formado por un material elastómero. De este modo, el obturador se expansiona para cerrar el flujo anular del fluido. Este tipo de válvulas se emplea para gases y es especialmente silencioso. Otra variedad de la válvula de flujo axial es la válvula del manguito a través de un flujo auxiliar a una presión superior a la del propio fluido. Se utiliza también para gases.

Cuerpo de la Válvula

El cuerpo de la válvula debe resistir la temperatura y la presión del fluido sin perdidas, tener un tamaño adecuado para el caudal que debe controlar y ser resistente ala erosión o a la corrosión producidas por el fluido.

El cuerpo y las conexiones a la tubería (bridas o roscadas) están normalizados de acuerdo con las presiones y temperaturas de trabajo en las normas DIN y ANSI, entre otras.

Cabe señalar los puntos siguientes:

El cuerpo suele ser de hierro, acero y acero inoxidable y en casos especiales los materiales pueden ser de tonel, hastelloy B o C etc.

Tapa de la Válvula

La tapa de control tiene por objeto unir el cuerpo al servomotor. A su través desliza el vástago del obturador accionado por el motor. Este vástago dispone generalmente de un índice en una escala la posición de apertura o de cierre de la válvula.

Para que el fluido no escape a través de la tapa es necesario disponer una caja de empaquetadura entre la tapa y el vástago. La empaquetadura ideal debe ser elástica, tener un bajo coeficiente de rozamiento, ser químicamente inerte y ser un aislante eléctrico, con el fin de no formar un puente gálvanico con el vástago que dé lugar a una corrosión de partes de la válvula. La empaquetadura que se utiliza normalmente es de teflón cuya temperatura máxima de servicio es de 220º C. A temperatura superiores o inferiores a este valor es necesario o bien emplear otro material o bien alejar la empaquetadura del cuerpo de la válvula para que se establezca así un gradiente de temperaturas entre el fluido y la estopa y esta última pueda trabajar satisfactoriamente.

La empaquetadura normal no proporciona un sello perfecto para el fluido, esta empaquetadura suele ser de aros de teflón que es autolubricante y no necesita engrase. Cuando el fluido y las condiciones de servicio no permiten el empleo aislado de teflón se utiliza grafito en forma de filamento, laminado y cinta. En el caso de fluidos corrosivos, tóxicos, radiactivos, o muy valiosos hay que asegurar un cierre total en la estopada. La estanqueneidad lograda es tan perfecta que las posibles fugas sólo pueden detectarse con un espectrómetro de masas.

Partes Internas de la Válvula, Obturador y Asientos.

Como partes internas de la válvula se consideran generalmente las piezas metálicas internas desmontables que están en contacto directo con el fluido. Estas piezas son el vástago, la empaquetadura, el collarín de lubricación en la empaquetadura, los anillos de guía del vastago, el obturador y el siento o los asientos.

Hay que señalar que el obturador y el asiento constituyen el “ Corazón de la Válvula “ al controlar el caudal gracias al orificio de paso variable que forman al variar su posición relativa, y que además tienen la misión de cerrar el paso del fluido.

El obturador y los asientos se fabrican normalmente en acero inoxidable por que este material es muy resistente a la corrosión y a la erosión del fluido.

Cuando la velocidad del fluido es baja, pueden utilizarse PVC, fluorocarbonos y otros materiales blandos, solos o reforzados con fibras de vidrio o grafito.

El obturador determina la característica de caudal de la válvula; es decir, la relación que existe entre la posición del obturador y el caudal de paso del fluido.

Válvula de Mariposa ValSpecial.

           Su moderno diseño incorpora todas las ventajas inherentes a las válvulas ValSpecial, altamente confiables en diversas aplicaciones bajo condiciones de operaciones severas. Sus interiores libres de tornillos y protuberancias la hacen especialmente adecuada para servicios abrasivos y/o corrosivos, siendo incluso la válvula ideal para aplicaciones en el procesamiento de alimentos, bebidas, fármacos, polímeros, transportadores neumáticos de sólidos, manejo de lodos, ácidos, etc. Tamaños en 2'' a 36''. Cierre hermético en todo el rango de presiones, asiento buna blanco e interiores de inoxidable, para evitar contaminación en el fluido.

Válvula de Retención Duo-Check DORET.

        Válvula unidireccional que automáticamente impide el flujo en sentido opuesto al deseado, protegiendo las líneas y equipo de bombeo, la Válvula de retención Duo-Check DORET substituye en gran medida a las válvulas de retención de columpio, ya que evita el golpe de ariete, la   hace de menor peso y tamaño, y su instalación es más fácil, segura y económica. Materiales en Hierro, Acero, Acero Inoxidable, Bronces, Asientos Metal a Metal y Elastómeros. Tamaños de 2" a 36".

APLICACIONES:

ESQUEMA DEL PROCESO DE INSTALACIÓN:

En tubería horizontal, la válvula debe
de instalarse con el eje - flecha en
posición vertical.

PERDIDA DE PRESION DEBIDO A VAVULAS

Cuando un flujo se desplaza uniformemente por una tubería recta larga y de diámetro constate ,la configuración del flujo indicada por la distribución de la velocidad sobre el diámetro adopta una forma característica .cualquier obstáculo en la tubería cambia la dirección de la corriente en forma total o parcial ,altera la configuración característica de flujo y ocasiona turbulencia ,causando una perdida de energía mayor que la que normalmente se produce en un flujo por una tubería recta .ya que las válvulas en una línea de tubería alteran la configuración de flujo ,producen una perdida de presión adicional.

La perdida de presión total producida por una válvula consiste en :

Desde el punto de vista experimental es difícil medir las 3 caídas por separado .sin embargo, su efecto combinado en la cantidad deseada y puede medirse exactamente con métodos bien conocidos .

AP1

a d b

AP2

d

c

La figura muestra 2 tramos de tubería del mismo diámetro y longitud el tramo superior contiene una válvula de globo.si las perdidas de presión P1 y p2 se miden entre los puntos indicados ,se encuentra que P1 es mayor que P2.

En realidad , la perdida debida a la válvula de longitud “d” es P1 menos la perdida en un tramo de la tubería con longitud “a +b”.

Muchos experimentos han demostrado que la perdida de presión debidos a válvulas es proporcional ala velocidad elevada a un exponente constante . cuando la caída de presión se grafica contra la velocidad en coordenadas logarítmicas ,la curva resultante es por tanto una línea recta .

Esta relación entre perdidas de presión y velocidad es valida para válvulas de retención ,solo si hay flujo suficiente para mantener el obturador abierto .el punto de desviación de línea recta en las curvas obtenidas en los ensayos.

La mayor parte de las dificultades encontradas con las válvulas de retención , así como obturador ascendente.