VALVULAS

GENERALIDADES

El buen funcionamiento de un sistema de tuberías depende en gran parte de la elección adecuada y de la situación de las válvulas que controlan y regulan la circulación de los fluidos en la instalación. Las válvulas deben colocarse en lugares donde sea fácil su manejo y de modo que pueda atenderse la conservación de la instalación sin que interrumpa el funcionamiento de otros aparatos conectados. Una buena válvula debe diseñarse de manera que sus deformaciones debidas a las variaciones de temperatura y de presión, y las dilataciones de las tuberías conectadas, no deformen el asiento; su vástago y el collarín del prensaestopas deben permitir poner con facilidad y con rapidez la empaquetadura, y los discos y los asientos deben estar diseñados y hechos con materiales que permitan que la válvula siga cerrando bien durante un periodo razonable de servicio activo.

Las válvulas son, después de las bombas y los motores, los componentes más importantes de los circuitos hidráulicos. Operaciones de control múltiples, complejas y automáticas se consiguen incorporando al circuito las válvulas mas adecuadas. Pueden servir para realizar tres funciones distintas:

PARTES INTERNAS DE LA VALVULA

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

Para la elección del obturador y del asiento intervienen tres puntos principales:

CUERPO DE LA VALVULA

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

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

Cabe destacar los siguientes puntos:

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

TAPA DE LA VALVULA

La tapa de la válvula tiene por objetivo unir el cuerpo al accionador. Para que el fluido no se 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 galvánico con el vástago que de 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 220* C. A temperaturas 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 estopada y esta ultima pueda trabajar satisfactoriamente.

La empaquetadora normal no proporciona un sello perfecto para el fluido. En el caso de fluidos corrosivos, tóxicos, radioactivos, o muy valiosos hay que asegurar un sierre total en le estopada.

MATERIALES

El obturador y los asientos se fabrican normalmente en acero inoxidable porque 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. En algunas válvulas pueden utilizarse obturadores y asientos de cerámica.

GOLPE DE ARIETE

Cuando una columna de fluido en movimiento, como en un tubo que esta descargando, se reduce súbitamente en velocidad o se detiene, como por el cierre rápido de una válvula, existe un considerable, aunque breve, incremento de presión interna debido a la cantidad de movimiento o momentum de fluido, produciendo como resultado una pulsación. A menudo se tiene un ruido peculiar, como el de un golpe de martillo en la tubería, de aquí el termino de golpe de ariete. Esta pulsación hace que la cañería deje de estar estable, produciendo diversos esfuerzos que pueden llegar a romper la cañería. El golpe de ariete depende también de la viscosidad del fluido transportado; mientras menos viscoso, menor es el golpe, y viceversa.

CARACTERISTICAS DE CAUDAL INHERENTE

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. Las variaciones características se obtienen mecanizando el obturador para que al variar la carrera del orificio de paso variable existente entre el contorno del obturador y el asiento configure la característica de la válvula.

Con un obturador con característica de apertura rápida, el caudal aumenta mucho al principio de la carrera llegando rápidamente al máximo. Con un obturador de característica lineal, el caudal es directamente proporcional a la carrera. Mientras con un obturador con característica isoporcentual, cada incremento de carrera del obturador produce un cambio en el caudal que es proporcional al caudal que fluía antes de la variación; al principio de la carrera de la válvula, la variación del caudal es pequeña, y al final, pequeños incrementos en la carrera se traducen en grandes variaciones de caudal.

CORROSION Y EROSION EN LAS VALVULAS

No existe actualmente ningún material que resista la corrosión de todos los fluidos, por lo cual en muchos casos es necesario utilizar materiales combinados cuya selección dependerá del medio especifico donde deban trabajar. Cuando el material es caro o no adecuado, pueden utilizarse materiales de revestimiento, tales como plásticos, elastómeros, fluorocarbonos, vidrio, plomo y tantalio.

La erosión se produce cuando partículas en el seno del fluido chocan contra la superficie del material de la válvula. La posible presencia del fenómeno de erosión obliga a seleccionar el tipo y material del cuerpo y del obturador a fin de resistirla, en particular en condiciones extremas de presión diferencial y de temperatura.

CASIFICACION DE LAS VALVULAS

Existen muchas maneras de clasificar las válvulas, en este caso las dividiremos en:

VALVULA ESCLUSA

Se utiliza para regular y cortar el abastecimiento de agua. Esta válvula efectúa su sierre con un disco vertical plano, o de forme especial, y que se mueve verticalmente al flujo del fluido. Dependiendo de la forma de la compuerta se puede obtener una variacion lineal del caudal, y en este caso regularlo, o no. 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 del fluido cuando esta en posición de apertura total. Estas válvulas existen en tamaños desde ½ pulg. a 6 pies (12.7 mm a 1.83 mm) en una amplísima gama de materiales.

VALVULA GLOBO

Tiene la facultad de variar linealmente el flujo del caudal, por esto se utiliza fundamentalmente para regularlo. Puede tener distintos tipos de asientos, y al ser su principal función regular el caudal no es necesario que cierre herméticamente.

Puede ser de simple asiento, de doble asiento y de obturador equilibrado. Las válvulas de simple asiento precisan de un actuador de mayor tamaño para que el obturador sierre en contra 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 sierre 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. Pro este motivo se emplea en válvulas de gran tamaño o bien cuando deba trabajarse con una alta presión diferencial. En posición de sierre las fugas son mayores que en una válvula de simple asiento.

Puede señalarse que según la norma ANSI, las fugas admisibles son de 0,1% del caudal máximo en la válvula de simple asiento y de 0,5% en la válvula de doble asiento. Asimismo, las válvulas con obturador dotado de anillo de teflón para cierre hermético admiten un caudal de fuga de 1 a 40 burbujas de aire por minuto.

VALVULA SAUNDERS

En esta válvula el obturador es una membrana flexible que a través de un vástago unido a un actuador, es forzada contra un resalte del cuerpo cerrando así el paso del fluido. Produce una variación lineal del fluido y es fundamental para la regulación de fluidos como vapor y aire comprimido.

La válvula se caracteriza porque el cuerpo puede revertirse fácilmente de goma o de plástico para trabajar con fluidos agresivos. Tiene la desventaja de que el actuador 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 suspención.

VALVULA DE AGUJA

Tiene un uso limitado y único en la industria. La válvula en cuestión es generalmente utilizadas para servicios en los que se disponen instrumentos y medición. También se utiliza para que los manómetros no sufran el golpe de ariete. Contiene un vástago de tornillo que necesita de varias vueltas para que recién comience a abrirse el obturador, en este caso llamado aguja. Dispone de dos orificios a diferentes alturas (desnivelados), mientras que el vástago es simplemente un cilindro que baja y cierra el pasaje del fluido.

El tamaño de la abertura se modifica posicionando el cono con relación al asiento. El tamaño del orificio se puede modificar gradualmente debido a una rosca de paso muy fina sobre el eje de la válvula y a la forma del cono asegurando un cierre hermético, es decir, el obturador ajusta con precisión en su asiento y así asegura un cierre hermético con mínimo esfuerzo.

. Con estas se logra una muy precisa regulación de flujo y también, son extensamente utilizadas en aplicaciones que involucran altas presiones y/o elevadas temperaturas.

VALVULA DE BOLA

Esta válvula es pequeña y tiene bajo coste, por lo cual es muy utilizada en la industria. El cuerpo de la válvula tiene una cavidad interna esférica que alberga un obturador en forma de esfera o de bola (de ahí su nombre). La bola tiene un corte adecuado (usualmente en V) que gira transversalmente accionada por un actuador exterior. El cierre estanco y la deslizabilidad se logran 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. Puede ser de muchos materiales, generalmente de bronce cromado y en menor caso de acero inoxidable.

VALVULA DE MARIPOSA

Se trata de una válvula para colocar entre bridas que ajustan entre sí. El cuerpo esta formado por un anillo cilíndrico dentro del cual gira transversalmente un disco circula. La válvula puede cerrar herméticamente mediante un anillo de goma encastrado en el cuerpo. Un actuador 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* y en control continuo 60*, a partir de la posición de sierre ya que la ultima parte del giro es bastante inestable), siempre que la presión diferencial permanezca constante. En la selección de la válvula es importante considerar las presiones diferenciales correspondientes a las posiciones de completa apertura y de sierre; se necesita una fuerza grande del actuador para accionar la válvula en caso de una caída de presión elevada.

No se trata de un sistema lineal porque las secciones son diferentes y por lo tanto variable el caudal. Las válvulas de mariposa se emplean para el control de grandes caudales de fluidos a baja presión. Es muy utilizada para sistemas de contra incendio, ya que permanece abierta; de este modo deja pasar el agua, al ser un sistema que no esta en movimiento nunca.

VALVULA MACHO TAPON LUBRICADO (MTL)

Es una válvula que consiste en un macho de forma cilíndrica o troncocónica con un orificio transversal igual al diámetro interior de la tubería. El macho ajusta el cuerpo de la válvula y tiene un movimiento de giro de 90*. Como lubricante para evitar la fuga de fluidos como gas se utiliza grafito. Cuando la presión es muy grande el lubricante es grasa grafitada, la cual fluye por pequeños conductos del cono hacia la superficie. A esta válvula es necesario que después de un tiempo se desarme, lave, lubrique, arme y ponga nuevamente en servicio debido a que la grasa tiene deterioro con el tiempo. Se utiliza generalmente en el control manual todo-nada de líquidos o gases y en regulación de caudal.

VALVULA DE RETENCION

También conocidas como antirretorno, de reflujo, de charnela, de aleta, o de pie, sirven impedir el flujo inverso en la línea una vez que a parado la bomba o, posiblemente, en el caso de que se produzcan fugas.

Las válvulas de retención en la línea de salida desempeñan un valioso cometido al prevenir las contrapresiones súbitas y el consiguiente riesgo de golpe de ariete y la fractura de tubos.

Las variantes de las válvulas de retención, de uso general, incluyen un vástago roscado que mantiene cerrada la válvula y un nivel exterior que indica si esta cerrada o abierta.

1

12