48144435 unidad 6 elementos finales de control

UNIDAD 6 1 INSTRUMENTACIN II


CONTENIDO

1. GENERALIDADES .............................................................................................................. 4

2. TIPOS DE VLVULAS ....................................................................................................... 7

3. COMPONENTES DE UNA VLVULA .......................................................................... 54

4. CARACTERSTICAS DE CAUDAL INHERENTE ....................................................... 57

5. CARACTERSTICA DE UNA VLVULA ....................................................................... 58

6. CARACTERSTICAS DE CAUDAL EFECTIVAS ........................................................ 62

7. SELECCIN DE CURVAS CARACTERSTICAS DE LAS VLVULAS DE

CONTROL .................................................................................................................................... 63

8. CONEXIONES DE VLVULAS DE CONTROL ........................................................... 63

9. DISEO TPICO DE CUERPO DE VLVULA DONDE SE MUESTRAN LA CAJA

Y LOS ASIENTOS. ................................................................................................................... 65

10. SELECCIN DE VALVULAS DE CONTROL ......................................................... 66

11. DIMENSIONAMIENTO ............................................................................................. 66

DIMENSIONAMIENTO PARA LQUIDOS ............................................................... 67

12. CAVITACIN Y FLASHEO ...................................................................................... 69

COMO ELIMINAR LA CAVITACIN .......................................................................... 70

13. RUIDO DE LAS VALVULAS DE CONTROL: CAUSAS Y CORRECCION ........ 71

14. ACTUADORES ............................................................................................................... 73

15. SELECCIN DE ACTUADORES ................................................................................ 82

16. POSICIONADORES ..................................................................................................... 83

17. FUNCIONES DE CONTROL DE LOS ACTUADORES .......................................... 84


VALVULAS DE CONTROL


1. GENERALIDADES

Las vlvulas de control juegan un papel muy importante al tomar parte del control automtico de las

plantas modernas, las cuales dependen de la correcta distribucin y control del flujo de lquidos y

gases. Tal control ya sea para el intercambio de energa, reduccin de presin o simplemente para

llenar tanques, depende de alguna forma que el elemento final de control haga el trabajo.

Dentro del lazo de control, las vlvulas tienen tanta importancia como el elemento primario, el

transmisor y el controlador. Los elementos finales de control pueden ser considerados como el

msculo del control automtico ya que ellos proporcionan la amplificacin de la fuerza entre los bajos

niveles de energa en los controladores y los niveles de energa superiores necesarios para llevar a

cabo su funcin en el control de flujo de fluidos.

Las vlvulas de control son las ms utilizadas como elementos finales de control. Otros elementos

utilizados como elemento final son: motores elctricos, ventiladores con aletas, bombas

dosificadoras, dampers. En muchos sistemas las vlvulas de control a diferencia de otros

componentes, estn sujetas a las ms severas condiciones de presin, temperatura, corrosin y

contaminacin, y se comportan satisfactoriamente con una mnima atencin que se les d.

Una vlvula se puede definir como un aparato mecnico con el cual se puede iniciar, detener o regular

la circulacin (paso) de lquidos o gases mediante una pieza movible que abre, cierra u obstruye en

forma parcial uno o ms orificios o conductos.

Las vlvulas son unos de los instrumentos de control ms esenciales en la industria. Debido a su

diseo y materiales, las vlvulas pueden abrir y cerrar, conectar y desconectar, regular, modular o

aislar una enorme serie de lquidos y gases, desde los ms simples hasta los ms corrosivos o txicos.

Sus tamaos van desde una fraccin de pulgada hasta 30 ft (9 m) o ms de dimetro. Pueden

trabajar con presiones que van desde el vaci hasta mas de 20000 lb/in (140 Mpa) y temperaturas

desde las criognicas hasta 1500 F (815 C). En algunas instalaciones se requiere un sellado

absoluto; en otras, las fugas o escurrimientos no tienen importancia.

La palabra flujo expresa el movimiento de un fluido, pero tambin significa para nosotros la cantidad

total de fluido que ha pasado por una seccin de terminada de un conducto. Caudal es el flujo por

unidad de tiempo; es decir, la cantidad de fluido que circula por una seccin determinada del

conducto en la unidad de tiempo.


VLVULA DE CONTROL.

La vlvula automtica de control generalmente constituye el ltimo elemento en un lazo de control

instalado en la lnea de proceso y se comporta como un orificio cuya seccin de paso varia

continuamente con la finalidad de controlar un caudal en una forma determinada.

Una vlvula de control funciona como una resistencia variable en la tubera y provee una cada de

presin por el cambio de turbulencia en el flujo laminar, la cada de presin es causada por un cambio

en la resistencia de la vlvula o drag (arrastre). Para los gases que se aproximan a las condiciones

adiabticas, las desviaciones dependen del grado de NO-IDEALIDAD del gas. En el caso de los

lquidos la presin es disipada por la turbulencia o bien por el arrastre, en cualquier caso esto

convierte la energa debido a la presin en calor, resultando un incremento de temperatura muy

pequeo.

PARTES DE LAS VLVULAS DE CONTROL.

Las vlvulas de control constan bsicamente de dos partes que son: la parte motriz o actuador y el

cuerpo.

ACTUADOR: el actuador tambin llamado accionador o motor, puede ser neumtico, elctrico o

hidrulico, pero los ms utilizados son los dos primeros, por ser las ms sencillas y de rpida

actuaciones. Aproximadamente el 90% de las vlvulas utilizadas en la industria son accionadas

neumticamente. Los actuadores neumticos constan bsicamente de un diafragma, un vstago y un

resorte tal como se muestra en la figura. Lo que se busca en un actuador de tipo neumtico es que

cada valor de la presin recibida por la vlvula corresponda una posicin determinada del vstago.

Teniendo en cuenta que la gama usual de presin es de 3 a 15 lbs/pulg en la mayora de los

actuadores se selecciona el rea del diafragma y la constante del resorte de tal manera que un

cambio de presin de 12 lbs/pulg, produzca un desplazamiento del vstago igual al 100% del total de

la carrera.

EL CUERPO DE LA VLVULA: es la porcin que acta sobre el fluido de proceso. Consiste de un

cuerpo o cubierta, trim o interiores, bonete y a veces una brida en el fondo y est provista de rosca

o de bridas para conectarla a la tubera; se puede considerar que es la parte que hace el papel de

recipiente a presin, la cual deber cumplir con las condiciones de presin, temperatura y tolerancia

a la corrosin de la misma manera que un recipiente.

El cuerpo de la vlvula contiene en su interior un obturador (tapn) que es quien realiza la funcin de

control de paso del fluido y puede actuar en la direccin de su propio eje o bien tener un movimiento

rotativo. Est unido a un vstago que pasa a travs de la tapa del cuerpo y que es accionado por el

actuador. Cada tipo de vlvula tiene ciertas ventajas y desventajas para los requerimientos de un

servicio dado y deber seleccionarse adecuadamente.


CONEXIN PARA SEAL NEUMTICA

CAJA DEL DIAFRAGMA

DIAFRAGMA Y VSTAGO MOSTRADOS EN

POSICIN SUPERIOR

PLATO DEL DIAFRAGMA

RESORTE DEL DIAFRAGMA

VSTAGO DEL ACTUADOR

ASIENTO DEL RESORTE

AJUSTE DEL RESORTE

CONECTOR DEL VASTAGO

YUGO

INDICADOR DE POSICIN DE LA VLVULA

EMPQUE DEL BONETE

2. ACTUADOR DE ACCION DIRECTA

BONETE

TAPON DE LA VALVULA

CAJA DE EMPAQUE

EMPAQUE

VLVULA CON VSTAGO Y

TAPN

BRIDA DE EMPAQUE

YUGO PARA CONEXIN DEL ACTUADOR

CUERPO DE LA VLVULA

CAJA DE EMPAQUES

ANILLO DE ASIENTO

1. EMPUJE PARA CERRAR EL CUERPO DE LA VLVULA

CAJA

EMPAQUE DEL ANILLO DEL ASIENTO

EMPAQUE EN ESPIRAL

INDICADOR DE ESC ALA

Figura No. 1 (Vlvula de control y sus partes)


2. TIPOS DE VLVULAS

Categoras de vlvulas.

Debido a las diferentes variables, no puede haber una vlvula universal; por tanto, para satisfacer los

cambiantes requisitos de la industria se han creado innumerables diseos y variantes con el paso de

los aos, conforme se han desarrollado nuevos materiales. Todos los tipos de vlvulas recaen en

nueve categoras: vlvulas de compuerta, vlvulas de globo, vlvulas de bola, vlvulas de mariposa,

vlvulas de apriete, vlvulas de diafragma, vlvulas de macho, vlvulas de retencin y vlvulas de

desahogo (alivio).

Estas categoras bsicas se describen a continuacin. Seria imposible mencionar todas las

caractersticas de cada tipo de vlvula que se fabrica y no se ha intentado hacerlo. Ms bien se

presenta una descripcin general de cada tipo en un formato general, se dan recomendaciones para

servicio, aplicaciones, ventajas, desventajas y otra informacin til. Las vlvulas por el diseo del

cuerpo y el movimiento del obturador (tapn) se clasifican en dos grandes tipos. Las vlvulas pueden

ser de movimiento lineal de movimiento rotatorio.

Vlvulas de movimiento lineal

Vlvulas de globo

Vlvulas de ngulo

Vlvulas de tres vas

Vlvulas en Y

Vlvulas de jaula

Vlvulas de compuerta

Vlvulas de cuerpo partido

Vlvulas Saunders

Vlvulas de compresin

Vlvula de movimiento rotativo

Vlvulas rotatorias

Vlvulas de mariposa

Vlvulas de bola

Vlvulas de macho

Vlvulas de orificio ajustable

Vlvulas de flujo axial


VLVULAS DE GLOBO (SIMPLE ASIENTO)

Son las vlvulas de control ms comunes, son para uso poco frecuente y pueden tener uno o dos

asientos. Sofisticadas vlvulas de globo en acero al carbn, acero inoxidable y aleaciones especiales,

utilizadas ampliamente en industrias de procesos, incluidas plataformas marinas, petrleo y gas.

Tambin incluye diseos para servicios especializados como aplicaciones criognicas, altas presiones,

tamaos grandes y nucleares.

Las vlvulas de un solo asiento que se muestra en la figura No. 2. Generalmente son empleadas cuando

se requieren cierre hermtico, sirven para cortar o regular el flujo del lquido que es su principal uso.

El cambio de sentido del flujo (dos vueltas en ngulo recto) en la vlvula ocasiona turbulencia y cada

de presin, esta turbulencia produce menor duracin del asiento; se encuentran en diferentes

tamaos, donde la cancelacin parcial de las fuerzas de desbalance acta en el vstago de la vlvula.

Las vlvulas de simple asiento precisan de un actuador de mayor tamao para que el obturador cierre

en contra de la presin diferencial del proceso. Por lo tanto, se emplean cuando la presin del fluido

es baja y se precisa que las fugas en posicin de cierre sean mnimas. Las vlvulas de un solo asiento

generalmente estn guiadas en la parte superior, es decir el tapn est guiado dentro de la porcin

ms baja del bonete de la vlvula. Los extremos del cuerpo de la vlvula, que pueden ser con brida,

soldados o con rosca suelen medir desde 1/8 hasta 30.

Figura No. 2 Vlvula de Globo Simple Asiento


VALVULAS DE GLOBO


VALVULAS DE GLOBO (DOBLE ASIENTO)

Como se muestra en la figura 6 son generalmente guiados arriba y abajo. La ventaja de esta

construccin reside en la reduccin de fuerza requerida para cerrarla ya que el fluido ejerce fuerzas

hacia los dos asientos tendiendo a anularse dichas fuerzas. Por consiguiente tienen 2 puertos de

diferentes dimetros (). Estas vlvulas a veces son llamadas semi-balanceadas. En la vlvula de

doble asiento la fuerza de desequilibrio desarrollada por la presin diferencial a travs del

obturador es menor que en la vlvula de simple asiento. Por este motivo se emplea en vlvulas de gran

tamao o bien cuando deba trabajarse con una alta presin diferencial. En posicin de cierre las

fugas son mayores que en una vlvula de simple asiento. Las vlvulas de globo se pueden construir de

bronce, hierro, hierro fundido, acero forjado, acero inoxidable, latn y aleaciones resistentes a la

corrosin.


Una vlvula de globo es de vueltas mltiples, en la cual el cierre se logra por medio de un disco o

tapn que sierra o corta el paso del fluido en un asiento que suele estar paralelo con la circulacin en

la tubera.

Recomendada para

Estrangulacin o regulacin de circulacin.

Para accionamiento frecuente.

Para corte positivo de gases o aire.

Cuando es aceptable cierta resistencia a la circulacin.

Aplicaciones

Servicio general, lquidos, vapores, gases, corrosivos, pastas semilquidas.

Ventajas

Estrangulacin eficiente con estiramiento o erosin mnimos del disco o asiento.

Carrera corta del disco y pocas vueltas para accionarlas, lo cual reduce el tiempo y desgaste

en el vstago y el bonete.

Control preciso de la circulacin.

Disponible con orificios mltiples.

Desventajas

Gran cada de presin.

Costo relativo elevado.

Variaciones

Normal (estndar), en "Y", en ngulo, de tres vas.

Diseos de bonete incorporado, junta sin bonete, angulares, patrn T, patrn Y, y con sello de presin

Diseos de aleaciones fundidas y forjadas

Materiales

Cuerpo: bronce, hierro, hierro fundido, acero forjado, Monel, acero inoxidable, plsticos.

Componentes: diversos.

Tamaos desde 1/4" a 24"

Tipos de presin desde ASME 150 hasta 4500

Margen de temperatura: -50F a 1200F

Figura No. 7 Vlvula de Globo Doble Asiento


Instrucciones especiales para instalacin y mantenimiento

Instalar de modo que la presin este debajo del disco, excepto en servicio con vapor a alta

temperatura.

Registro en lubricacin.

Hay que abrir ligeramente la vlvula para expulsar los cuerpos extraos 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 vstago.

Tipo de empaquetadura o sello del vstago.

Tipo de bonete.

Capacidad nominal para presin.

Capacidad nominal para temperatura.

Figura No. 8 Vlvulas de globo.


VLVULAS DE ANGULO

Las vlvulas en ngulo son bsicamente, vlvulas de globo que tienen conexiones de entrada y de

salida en ngulo recto. Este tipo de vlvulas se muestran en la figura No. 4. Su empleo principal es

para servicio de regulacin (estrangulamiento) y cierre en aplicaciones de petrleo, gas, productos

petroqumicos, electricidad, plataformas marinas y otras aplicaciones intensivas. Diseadas

especialmente para servicios donde una alta eficacia de flujos, cierre hermtico y una prolongada

vida til constituye un requisito fundamental.

Presentan menos resistencia al flujo que las de globo, tambin se usan para prevenir una acumulacin

de slidos en la pared del cuerpo de la vlvula. Permite obtener un flujo de caudal regular sin

excesivas turbulencias y es adecuada para disminuir la erosin cuando sta es considerable por las

caractersticas del fluido o por la excesiva presin diferencial. El diseo de la vlvula es idneo para

el control de fluidos que vaporizan, para trabajar con grandes presiones diferenciales y para los

fluidos que contienen slidos en suspensin.

A veces son errneamente utilizadas para altas cadas de presin, ya que esto causa problemas de

vibracin y ruido. Otra desventaja en muchas aplicaciones es la alta recuperacin obtenida con el

patrn de flujo de la lnea, esto significa un bajo ndice de cavitacin para bajos o moderados P's.Es

(autodrenable) entonces, tambin se puede aplicar para lquidos radioactivos.

Fabricadas de acuerdo con las normas API y ASME/ANSI (Los materiales de construccin

son ms o menos los mismos que para las vlvulas de globo: bronce, hierro, hierro fundido,

acero forjado, monel, acero fundido, acero inoxidable, PVC, polipropileno y grafito

impermeable).

Probadas de acuerdo con API 598

Diseos con bonete integrado o sello de presin

Contamos con diseos de sello con fuelle y empaquetadura de prensaestopas

Bridas tipo RF y RTJ, soldadas a tope y cuerpos con extremos especiales

Modelos disponibles para servicios peligrosos, incluidas aplicaciones con cloro, etc.

Tamaos desde 2" a 24"

Tipos de presin desde ANSI 150 hasta 4500

Margen de temperatura desde -320F a 750F


Figura No. 9 Vlvulas De ngulo

Figura No. 10 Vlvula de ngulo


Figura No. 11 Vlvula de ngulo de alta integridad


VLVULAS DE TRES VIAS

Vlvulas mezcladoras este tipo de vlvulas se emplean principalmente para combinar o mezclar

fluidos, figura No. 12a, son diseadas como una extensin tpica de las vlvulas de doble puerto.

Vlvulas diversoras. Estas vlvulas tambin sirven para derivar de un flujo de entrada a dos de salida,

figura No. 12b. La relacin entre las dos corrientes de fluidos estn determinadas por la posicin del

tapn.

a) Mezcladora b) Diversora

Figura No.12 Vlvulas de Tres Vas


Figura No.13 Vlvulas de Tres Vas

Figura No.14 Vlvulas de Cuatro Vas


Funcin Las vlvulas desviadoras motorizadas conmutan automticamente el flujo de lquido caloportador en

las instalaciones de climatizacin e hidrosanitarias. Las altas prestaciones hidrulicas de estas

vlvulas, unidas al tamao reducido y a la facilidad de uso, las hace particularmente idneas para

instalaciones de calefaccin o produccin de agua caliente sanitaria.

Las vlvulas de esfera motorizadas se utilizan en dichas instalaciones sobre todo por las siguientes

caractersticas:

Ausencia de prdidas

Maniobras rpidas (apertura y cierre de la vlvula)

Capacidad de funcionar con presiones diferenciales elevadas

Bajas prdidas de carga

Combinacin con cualquier tipo de mando de tres contactos para obtener un control completo

en la fase de apertura y cierre, gracias a las caractersticas elctricas del dispositivo.


Esquemas de aplicacin Instalacin de produccin de agua caliente sanitaria con acumulador

La vlvula desviadora enva el agua calentada por la caldera con prioridad al acumulador para

mantener la temperatura en el circuito sanitario. Cuando se alcanza la temperatura ajustada en el

acumulador, el agua se desva al circuito de calefaccin.

Instalacin solar con vlvula de tres vas desviadora

Si el agua procedente del acumulador est a una temperatura inferior al ajuste del termostato, la

vlvula desviadora la manda a la caldera. En caso contrario, la vlvula enva el agua directamente al

mezclador.


Instalacin de produccin de agua caliente sanitaria con acumulador.

La vlvula desviadora enva el agua calentada por la caldera con prioridad al acumulador para

mantener la temperatura en el circuito sanitario. Cuando se alcanza la temperatura ajustada en el

acumulador, el agua se desva al circuito de calefaccin.


VLVULAS Y

En la figura No. 15 se puede ver su forma, es adecuada como vlvula de cierre y apertura, o sea

vlvula de todo-nada, este tipo de vlvulas son auto drenables cuando se instalan a cierto ngulo.

Generalmente se aplican en instalaciones donde se tienen metales fundidos y en servicios criognicos

donde se descargan para mantener el peso de la columna fra al mnimo, por ejemplo hidrgeno

lquido. El orificio para el asiento est a un ngulo de unos 45 con el sentido de flujo; por tanto, se

obtiene una trayectoria ms lisa, similar a la de la vlvula de compuerta y hay menor cada de presin

que en la vlvula de globo convencional; adems, tiene buena capacidad para estrangulacin.

Figura No. 15 Vlvula en Y


VLVULAS DE CUERPO DIVIDIDO

Esta vlvula es una modificacin de la vlvula de globo de simple asiento, teniendo el cuerpo dividido

en dos partes (ver figura No. 16), entre las cuales est presionado el asiento. Esta disposicin

permite una fcil sustitucin del asiento y facilita un flujo suave del fluido sin espacios muertos en el

cuerpo.

Se emplea para ciertos servicios corrosivos, para fluidos viscosos y en la industria alimenticia que

demandan frecuente inspeccin o reemplazo de los interiores, ya que el mantenimiento es muy

sencillo, el anillo del asiento puede ser removido. El tapn es guiado en vstago y con las vlvulas que

manejan slurries o fluidos que cristalizan se eliminan problemas que podran causarse, al depositarse

estos slidos en el tope de una gua de tapn comn y corriente. La desventaja es que no se pueden

utilizar para plantas de fuerza donde se requieren conexiones soldadas.

Figura No. 16 Vlvula de Cuerpo Dividido


VLVULAS TIPO SAUNDERS (DIAFRAGMA)

Este tipo de vlvulas (ver figura No. 17) se presta admirablemente para control de productos como

pulpa de papel, lechadas qumicas, tintes y cidos. El diafragma se asienta en el puente o vertedero

de la vlvula y obtiene un cierre hermtico. El cuerpo presenta poca resistencia al flujo y evita la

acumulacin de materias en suspensin en el puente.

En sta vlvula el obturador es una membrana flexible que a travs de un vstago unido a un

servomotor (actuador), es forzada contra un resalte del cuerpo cerrando as el paso del fluido. La

vlvula no viene con empaques en su construccin regular, pero un empaque de seguridad puede ser

suministrado de ser necesario. La vlvula se caracteriza porque el cuerpo puede revestirse

fcilmente de goma o de plstico para trabajar con fluidos agresivos.

Se utiliza para tratamientos de aguas, para el control de fluidos corrosivos, o teniendo slidos en

suspensin ya que tiene un diafragma entre el cuerpo y el bonete. Se debe tener cuidado en la

aplicacin de esta clase de vlvulas en cuanto a su tamao; bajo condiciones normales, es deseable

que la vlvula opere alrededor del 60% de su recorrido.

Si la vlvula es muy grande, el diafragma operar muy cerca del puente con la posibilidad de

acumulacin de slidos en el mismo. Estas vlvulas proveen solamente rango limitado y deben ser

escogidas cuidadosamente en cuanto a su tamao para que realicen un control efectivo. Se

recomienda que se utilice un posicionador, para asegurar la exactitud en las aplicaciones de control

proporcional.

Las vlvulas de diafragma son de vueltas mltiples y efectan el cierre por medio de un diafragma

flexible sujeto a un compresor. Cuando el vstago de la vlvula hace descender el compresor, el

diafragma produce sellamiento y corta la circulacin.

Vlvula de diafragma.

Figura No. 17 Vlvula Saunder


Recomendada para

Servicio con apertura total o cierre total.

Para servicio de estrangulacin.

Para servicio con bajas presiones de operacin.

Aplicaciones

Fluidos corrosivos, materiales pegajosos o viscosos, pastas semilquidas fibrosas, lodos, alimentos,

productos farmacuticos.

Ventajas

Bajo costo.

No tienen empaquetaduras.

No hay posibilidad de fugas por el vstago.

Inmune a los problemas de obstruccin, corrosin o formacin de gomas en los productos que

circulan.

Desventajas

Diafragma susceptible de desgaste.

Elevada torsin al cerrar con la tubera llena.

Variaciones

Tipo con vertedero y tipo en lnea recta.

Materiales

Metlicos, plsticos macizos, con camisa, en gran variedad de cada uno.


Lubricar a intervalos peridicos.

No utilizar barras, llaves ni herramientas para cerrarla.


Material del cuerpo.

Material del diafragma.

Conexiones de extremo.

Tipo del vstago.

Tipo del bonete.

Tipo de accionamiento.

Presin de funcionamiento.

Temperatura de funcionamiento.


Vlvulas para servicio de apertura y cierre regulacin, manual o con actuador,

con conexiones a proceso bridada ANSI/ 125-150

Diafragmas de Recambio Intercambiables con otras marcas en la industria de

procesos, amplia gama de Polmeros (Caucho Natural, EPDM, Butilo, NBR,

Neopreno, Hypalon, Viton, caucho Blanco, LINATEX) y PTFE con

diversos refuerzos.


Vlvulas de Diafragma de Paso Recto y Total para aplicacin ideal en servicios

de abrasin aportando estanqueidad total. Vlvulas para servicios de apertura y

cierre, fcil mantenimiento por la parte superior. Revestimientos interiores del

cuerpo y diafragmas realizados con Polmeros especiales para uso en alta

abrasin. Conexiones a proceso: Bridas. DIN PN 10/16; ANSI 125-150, DN

Diafragmas de Recambio diseo de paso tipo recto para vlvulas de paso recto y

total. Intercambiables con otras marcas en la industria de procesos abrasivos.

Amplia gama de Polmeros (Caucho Natural, EPDM, Butilo, NBR, Neopreno,

Hypalon, Viton, caucho Blanco, LINATEX).


Figura No. 18 Vlvula Saunder (Diafragma)


VLVULAS DE COMPUERTA

Esta vlvula efecta su cierre con un disco vertical plano, o de forma especial, y que se mueve

verticalmente al flujo del fluido. Por su disposicin 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 est en posicin de apertura total. En la figura No. 19 se puede

observar una vlvula de este tipo.

La vlvula de compuerta es de vueltas mltiples, en la cual se cierra el orificio con un disco vertical

de cara plana que se desliza en ngulos rectos sobre el asiento.

Vlvula de compuerta.

Recomendada para

Servicio con apertura total o cierre total, sin estrangulacin.

Para uso poco frecuente.

Para resistencia mnima a la circulacin.

Para mnimas cantidades de fluido o liquido atrapado en la tubera.

Aplicaciones

Servicio general, aceites y petrleo, gas, aire, pastas semilquidas, lquidos espesos, vapor, gases y

lquidos no condensables, lquidos corrosivos.

Ventajas

Alta capacidad.

Figura No. 19 Vlvula de Compuerta


Cierre hermtico.

Bajo costo.

Diseo y funcionamiento sencillos.

Poca resistencia a la circulacin.

Desventajas

Control deficiente de la circulacin.

Se requiere mucha fuerza para accionarla.

Produce cavitacin con baja cada de presin.

Debe estar abierta o cerrada por completo.

La posicin para estrangulacin producir erosin del asiento y del disco.

Variaciones

Cua maciza, cua flexible, cua dividida, disco doble.

Materiales

Cuerpo: bronce, hierro fundido, hierro, acero forjado, Monel, acero fundido, acero

inoxidable, plstico de PVC.

Componentes diversos.


Lubricar a intervalos peridicos.

Corregir de inmediato las fugas por la empaquetadura.

Enfriar siempre el sistema al cerrar una tubera para lquidos calientes y al comprobar que

las vlvulas estn cerradas.

No cerrar nunca las llaves a la fuerza con la llave o una palanca.

Abrir las vlvulas con lentitud para evitar el choque hidrulico en la tubera.

Cerrar las vlvulas con lentitud para ayudar a descargar los sedimentos y mugre atrapados.


Tipo de conexiones de extremo.

Tipo de cua.

Tipo de asiento.

Tipo de vstago.

Tipo de bonete.

Tipo de empaquetadura del vstago.

Capacidad nominal de presin para operacin y diseo.

Capacidad nominal de temperatura para operacin y diseo.


VLVULAS DE COMPRESIN

Las vlvulas de compresin son las ms sencillas y baratas de todas, se pueden utilizar para servicio

de corte o de estrangulacin, que puede variar del 10% al 95% de su capacidad especificada de flujo.

Dado que el lquido est aislado de las piezas metlicas mediante tubos de caucho o de plstico, se

pueden controlar muy bien los lquidos corrosivos. Su principio de funcionamiento es oprimir un tubo

flexible con un mecanismo de compresin. Igual que las vlvulas de diafragma se caracterizan porque

proporcionan un ptimo control en posicin de cierre parcial y se aplican fundamentalmente en el

manejo de fluidos negros corrosivos, viscosos o conteniendo partculas slidas en suspensin, en la

figura No. 10 se muestra un tipo de estas vlvulas.

Aunque se dice que algunas vlvulas de compresin son buenas para servicio al vaco intenso, no se

recomienda la vlvula normal de compresin, porque se puede colapsar el tubo flexible .Los

componentes principales de la vlvula de compresin son el cuerpo y un mecanismo opresor. El cuerpo

es un manguito que pude ser de caucho, y tiene extremos de brida y abrazadera para acoplarlos con

el tubo, tiene limitaciones de temperatura y presin. El mecanismo de compresin se puede accionar

con un volante, una rueda de cadena o con actuador hidrulico o elctrico. Estas vlvulas se fabrican

con una amplia gama de materiales que incluyen Caucho, Hypaln, Neopreno, Uretano, Caucho de

butilo o de siliconas.

La vlvula de apriete es de vueltas mltiples y efecta el cierre por medio de uno o mas elementos

flexibles, como diafragmas o tubos de caucho que se pueden apretar u oprimir entre si para cortar la

circulacin.

Vlvula de apriete.

Figura No. 10 Vlvula de Compresin


Recomendada para

Servicio de apertura y cierre.

Servicio de estrangulacin.

Para temperaturas moderadas.

Cuando hay baja cada de presin a travs de la vlvula.

Para servicios que requieren poco mantenimiento.

Aplicaciones

Pastas semilquidas, lodos y pastas de minas, lquidos con grandes cantidades de slidos en

suspensin, sistemas para conduccin neumtica de slidos, servicio de alimentos.

Ventajas

Bajo costo.

Poco mantenimiento.

No hay obstrucciones o bolsas internas que la obstruyan.

Diseo sencillo.

No corrosiva y resistente a la abrasin.

Desventajas

Aplicacin limitada para vaci.

Difcil de determinar el tamao.

Variaciones

Camisa o cuerpo descubierto; camisa o cuerpo metlicos alojados.

Materiales

Caucho, caucho blanco, Hypalon, poliuretano, neopreno, neopreno blanco, Buna-N, Buna-S, Viton A,

butilo, caucho de siliconas, TFE.


Los tamaos grandes pueden requerir soportes encima o debajo de la tubera, si los soportes para el

tubo son inadecuados.




Materiales de la camisa.

Camisa descubierta o alojada.


VLVULAS ROTATORIAS

Son vlvulas de obturador de superficie esfrica que tiene un movimiento rotativo excntrico y que

esta unido al eje de giro por uno o dos brazos flexibles, (como se muestra en la figura 11). El eje de

giro sale al exterior del cuerpo y es accionado por el vstago de un actuador. El par de ste es

reducido gracias al movimiento excntrico de la cara esfrica del obturador. Las vlvulas pueden

tener un cierre estanco mediante aros de tefln dispuestos en el asiento y se caracteriza por su

gran capacidad de caudal, comparable a las vlvulas de mariposa y a las de bola y por su elevada

prdida de carga admisible, bajo peso, simplicidad de diseo, estn limitadas a usar P bajas

particularmente para tamaos grandes.

Figura No. 11 Vlvula de Obturador Excntrico Rotatorio


VLVULAS DE OBTURADOR CILINDRO EXCNTRICO

Este tipo de vlvulas entra dentro del tipo de las rotatorias, tienen un obturador cilndrico que

asienta contra un cuerpo cilndrico (ver figura No.12). El cierre hermtico se consigue con un

revestimiento de goma o tefln en la cara del cuerpo donde asienta el obturador.

La vlvula es de bajo costo y tiene una capacidad relativamente alta, es adecuada para fluidos

corrosivos y lquidos viscosos o conteniendo slidos en suspensin.

Figura No. 12 Vlvula de Obturador Cilndrico Excntrico


VLVULAS DE MARIPOSA

Este tipo de vlvulas rotatorias son las ms antiguas, son sencillas, ligeras y de bajo costo; el costo

de mantenimiento tambin es bajo porque tienen un mnimo de piezas movibles, los tamaos ms

tpicos de aplicacin son de 2 a 36 o mayores, se emplean para el control de grandes caudales de

fluidos a bajas y moderadas presiones. El cuerpo est formado por un anillo cilndrico dentro del cual

gira transversalmente un disco transversal (ver figura No. 13).

Un diseo modificado para este tipo de vlvulas es el disco montado excntricamente para permitir

un cierre hermtico mediante un anillo de goma encastrado en el cuerpo, el anillo puede ser Neopreno

Buna N, Vit-n o tefln. El diseo ms comn del cuerpo es sin bridas o conexin waffer. Un actuador

exterior acciona el eje de giro del disco y ejerce su par mximo cuando la vlvula esta totalmente

abierta (en control todo-nada se consideran 90 y en control continuo 60, a partir de la posicin de

cierre ya que la ltima parte del giro es bastante inestable), siempre que la presin diferencial

permanezca constante.

En la seleccin de la vlvula 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 vlvula en caso de una cada de presin elevada. La fuerza que se requiere para cerrar los

actuadores esta dictaminada por la combinacin de dos factores, la fuerza de friccin debido a la

cada de presin y el torque dinmico inducido por el flujo.

La vlvula de mariposa es de de vuelta y controla la circulacin por medio de un disco circular, con

el eje de su orificio en ngulos rectos con el sentido de la circulacin.

Vlvula de mariposa.

Figura No. 13 Vlvula de Mariposa


Recomendada para


Servicio con estrangulacin.


Cuando se requiere corte positivo para gases o lquidos.

Cuando solo se permite un mnimo de fluido atrapado en la tubera.

Para baja ciada de presin a travs de la vlvula.

Aplicaciones

Servicio general, lquidos, gases, pastas semilquidas, lquidos con slidos en suspensin.

Ventajas

Ligera de peso, compacta, bajo costo.

Requiere poco mantenimiento.

Numero mnimo de piezas mviles.

No tiene bolas o cavidades.

Alta capacidad.

Circulacin en lnea recta.

Se limpia por si sola.

Desventajas

Alta torsin (par) para accionarla.

Capacidad limitada para cada de presin.

Propensa a la cavitacin.

Variaciones

Disco plano, disco realzado, con brida, atornillado, con camisa completa, alto rendimiento.

Materiales

Cuerpo: hierro, hierro dctil, aceros al carbono, acero forjado, aceros inoxidables, aleacin 20,

bronce, Monel.

Disco: todos los metales; revestimientos de elastmeros como TFE, Kynar, Buna-N, neopreno,

Hypalon.

Asiento: Buna-N, viton, neopreno, caucho, butilo, poliuretano, Hypalon, Hycar, TFE.


Se puede accionar con palanca, volante o rueda para cadena.

Dejar suficiente espacio para el movimiento de la manija, si se acciona con palanca.

Las vlvulas deben estar en posicin cerrada durante el manejo y la instalacin.


Tipo de cuerpo.

Tipo de asiento.


Material del disco.

Material del asiento.

Tipo de accionamiento.



VLVULAS DE BOLA

Actualmente las vlvulas de bola (ver figura No. 14) ya han sido aceptadas para trabajar en servicios

modulantes ya que inicialmente este tipo de vlvulas fueron diseadas para ser vlvulas manuales con

cierre hermtico. Sin embargo tienen una excelente rangeabilidad y una capacidad nica para manejar lodos o materiales fibrosos.

Las vlvulas de bola encontraron su principal aplicacin en la industria del papel y celulosa donde se

requiere un buen patrn de flujo, cierre hermtico y fcil operacin. Tambin es el tipo de vlvula

ms adecuada para manejar slurries porque minimizan la tendencia a sedimentarse.

Se han desarrollado dos conceptos diferentes en la construccin de estas vlvulas, una es donde se

utiliza una esfera completa y la otra donde se utiliza un segmento esfrico el cual es soportado por

una flecha. El cuerpo de la vlvula tiene una cavidad interna esfrica que alberga un obturador en

forma de esfera o de bola (de ah su nombre). La bola tiene un corte adecuado (usualmente en V) que

fija la curva caracterstica de la vlvula y gira transversalmente accionada por un servomotor

(actuador) exterior.

El cierre se logra con un aro de tefln incorporado al cuerpo contra el cual asienta la bola cuando la

vlvula est cerrada. En posicin de apertura total, la vlvula equivale aproximadamente en tamao a

75% del tamao de la tubera.

Una vlvula de bola tpica es la vlvula de macho que consiste en un macho de forma cilndrica con un

orificio transversal igual al dimetro interior de la tubera. El macho ajusta en el cuerpo de la vlvula

y tiene un movimiento de giro de 90. Se utiliza generalmente en el control manual todo-nada de

lquidos o gases.

Las vlvulas de bola son de de vuelta, en las cuales una bola taladrada gira entre asientos elsticos,

lo cual permite la circulacin directa en la posicin abierta y corta el paso cuando se gira la bola 90

y cierra el conducto.

Figura No. 14 Vlvula de Bola


Vlvula de bola.

Recomendada para

Para servicio de conduccin y corte, sin estrangulacin.

Cuando se requiere apertura rpida.

Para temperaturas moderadas.

Cuando se necesita resistencia mnima a la circulacin.

Aplicaciones

Servicio general, altas temperaturas, pastas semilquidas.

Ventajas

Bajo costo.

Alta capacidad.

Corte bidireccional.

Circulacin en lnea recta.

Pocas fugas.

Se limpia por si sola.

Poco mantenimiento.

No requiere lubricacin.

Tamao compacto.

Cierre hermtico con baja torsin (par).

Desventajas

Caractersticas deficientes para estrangulacin.

Alta torsin para accionarla.

Susceptible al desgaste de sellos o empaquetaduras.

Propensa a la cavitacin.

Variaciones

Entrada por la parte superior, cuerpo o entrada de extremo divididos (partidos), tres vas, Venturi,

orificio de tamao total, orificio de tamao reducido.

Materiales

Cuerpo: hierro fundido, hierro dctil, bronce, latn, aluminio, aceros al carbono, aceros inoxidables,

titanio, tntalo, zirconio; plsticos de polipropileno y PVC.

Asiento: TFE, TFE con llenador, Nylon, Buna-N, neopreno.


Dejar suficiente espacio para accionar una manija larga.



Temperatura de operacin.

Tipo de orificio en la bola.

Material para el asiento.

Material para el cuerpo.


Orificio completo o reducido.

Entrada superior o entrada lateral.


VLVULAS DE MACHO

La vlvula de macho es de de vuelta, que controla la circulacin por medio de un macho cilndrico o

cnico que tiene un agujero en el centro, que se puede mover de la posicin abierta a la cerrada

mediante un giro de 90.

Figura 15 Vlvula de macho.

Recomendada para



Para baja cada de presin a travs de la vlvula.

Para resistencia mnima a la circulacin.

Para cantidad mnima de fluido atrapado en la tubera.

Aplicaciones

Servicio general, pastas semilquidas, lquidos, vapores, gases, corrosivos.

Ventajas

Alta capacidad.

Bajo costo.

Cierre hermtico.

Funcionamiento rpido.

Desventajas

Requiere alta torsin (par) para accionarla.

Desgaste del asiento.

Cavitacin con baja cada de presin.

Variaciones

Lubricada, sin lubricar, orificios mltiples.

Materiales

Hierro, hierro dctil, acero al carbono, acero inoxidable, aleacin 20, Monel, nquel,

Hastelloy, camisa de plstico.


Dejar espacio libre para mover la manija en las vlvulas accionadas con una llave.

En las vlvulas con macho lubricado, hacerlo antes de ponerlas en servicio.

En las vlvulas con macho lubricado, lubricarlas a intervalos peridicos.

Especificaciones para pedido



Material del macho.

Capacidad nominal de temperatura.

Disposicin de los orificios, si es de orificios mltiples.

Lubricante, si es vlvula lubricada.


VLVULAS DE FLUJO AXIAL

Las vlvulas de flujo axial consisten en un diafragma accionado neumticamente que mueve un pistn,

el cual a su vez comprime un fluido hidrulico contra un obturador formado por un material

elastmero. De este modo, el obturador se expansiona para cerrar el flujo anular del fluido. Este tipo

de vlvulas se emplean para gases y son especialmente silenciosas (ver figura15).

Figura No. 16 Vlvula de Flujo Axial


VLVULAS DE RETENCIN (CHECK) Y DE DESAHOGO (ALIVIO)

Hay dos categoras de vlvulas y son para uso especfico, ms bien que para servicio general: vlvulas

de retencin (check) y vlvulas de desahogo (alivio). Al contrario de los otros tipos descritos, son

vlvulas de accionamiento automtico, funcionan sin controles externos y dependen para su

funcionamiento de sentido de circulacin o de las presiones en el sistema de tubera. Como ambos

tipos se utilizan en combinacin con vlvulas de control de circulacin, la seleccin de la vlvula, con

frecuencia, se hace sobre la base de las condiciones para seleccionar la vlvula de control de

circulacin.

Vlvulas de retencin (check).

La vlvula de retencin (fig. 17) esta destinada a impedir una inversin de la circulacin. La

circulacin del lquido en el sentido deseado abre la vlvula; al invertirse la circulacin, se cierra. Hay

tres tipos bsicos de vlvulas de retencin: 1) vlvulas de retencin de columpio, 2) de elevacin y 3)

de mariposa.

Figura 17 Vlvula de retensin (tipo de elevacin).

Vlvulas de retencin del columpio.

Esta vlvula tiene un disco embisagrado o de charnela que se abre por completo con la presin en la

tubera y se cierra cuando se interrumpe la presin y empieza la circulacin inversa. Hay dos diseos:

uno en "Y" que tiene una abertura de acceso en el cuerpo para el esmerilado fcil del disco sin

desmontar la vlvula de la tubera y un tipo de circulacin en lnea recta que tiene anillos de asiento

reemplazables.

Las vlvulas de retencin vienen en diseos tipo oblea ("wafer) o de cuerpo completo, de cuerpo

fundido, fabricado o forjado para aplicaciones de alta presin o revestidas para cumplir

requerimientos especficos dentro de la industria qumica.

Vlvulas de retencin con bonete integrado y sello de presin

Diseadas conforme a ASME B16.34, BS 1868 y API 6D

Probadas de acuerdo con API 598

Bridadas (RF y RTJ), soldadas a tope, con cuerpo extendido y extremos tipo oblea ("wafer")

DIseos con bonete integrado o sello de presin

Diseo de elevacin oscilante ("patrn T o Y") y disco inclinado

Los materiales cumplen con la norma NACE


Tamaos: 2" a 72"

Tipos de presin desde 150 PSI CWP, ANSI Clase 150 a 4500

Margen de temperatura desde -320F a 1200F

Vlvulas de retencin con bola completamente revestidas / mirillas

Estos productos con revestimiento de PFA ofrecen una solucin confiable en aplicaciones peligrosas.


Tipos de presin a 232 PSI

Temperatura mxima: 392F

Bridas conforme a ANSI 150, DN PN 16, BS 10 D/E, AS 2129 o JIS 10K a pedido

Recomendada para

Cuando se necesita resistencia mnima a la circulacin.

Cuando hay cambios poco frecuentes del sentido de circulacin en la tubera.

Para servicio en tuberas que tienen vlvulas de compuerta.

Para tuberas verticales que tienen circulacin ascendente.

Aplicaciones

Para servicio con lquidos a baja velocidad.

Para aplicaciones de petrleo, gas, agua, refinera, electricidad y productos qumicos donde es

obligatorio evitar la inversin de flujo.

Vlvulas de retencin tipo columpio ("swing") de alta capacidad para aplicaciones generales


Tipos de presin de ANSI 150/300

Ventajas

Puede estar por completo a la vista.

La turbulencia y las presiones dentro de la vlvula son muy bajas.

El disco en "Y" se puede esmerilar sin desmontar la vlvula de la tubera.

Variaciones

Vlvulas de retencin con disco inclinable.

Materiales

Cuerpo: bronce, hierro fundido, acero forjado, Monel, acero fundido, acero inoxidable, acero al

carbono.



En las tuberas verticales, la presin siempre debe estar debajo del asiento.

Si una vlvula no corta el paso, examinar la superficie del asiento.

Si el asiento esta daada o escoriado, se debe esmerilar o reemplazar.

Antes de volver a armar, limpiar con cuidado todas las piezas internas.


VLVULAS DE RETENCIN DE ELEVACIN

Una vlvula de retencin de elevacin es similar a la vlvula de globo, excepto que el disco se eleva

con la presin normal e la tubera y se cierra por gravedad y la circulacin inversa.

Recomendada para

Cuando hay cambios frecuentes de circulacin en la tubera.

Para uso con vlvulas de globo y angulares.

Para uso cuando la cada de presin a travs de la vlvula no es problema.

Aplicaciones

Tuberas para vapor de agua, aire, gas, agua y vapores con altas velocidades de circulacin.

Ventajas

Recorrido mnimo del disco a la posicin de apertura total.

Accin rpida.

Variaciones

Tres tipos de cuerpos: horizontal, angular, vertical.

Tipos con bola (esfera), pistn, bajo carga de resorte, retencin para vapor.

Materiales

Cuerpo: bronce, hierro, hierro fundido, acero forjado, Monel, acero inoxidable, PVC, Penton, grafito

impenetrable, camisa de TFE.



La presin de la tubera debe estar debajo del asiento.

La vlvula horizontal se instala en tuberas horizontales.

La vlvula vertical se utiliza en tubos verticales con circulacin ascendente, desde debajo del

asiento.

Si hay fugas de la circulacin inversa, examinar disco y asiento.

VLVULA DE RETENCIN DE MARIPOSA

Una vlvula de retencin 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 vlvula, cuando esta

se encuentra cerrada. Luego, el disco solo se mueve una distancia corta desde el cuerpo hacia el

centro de la vlvula para abrir por completo.

Recomendada para

Cuando se necesita resistencia mnima a la circulacin en la tubera.

Cuando hay cambios frecuentes en el sentido de la circulacin.

Para uso con las vlvulas de mariposa, macho, bola, diafragma o de apriete.

Aplicaciones

Servicio para lquidos o gases.


Ventajas

El diseo del cuerpo se presta para la instalacin de diversos tipos de camisas de asiento.

Menos costosa cuando se necesita resistencia a la corrosin.

Funcionamiento rpido.

La sencillez del diseo permite construirlas con dimetros grandes.

Se puede instalar virtualmente en cualquier posicin.

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.


En las vlvulas con camisa, esta se debe proteger contra daos durante el manejo.

Comprobar que la vlvula queda instalada de modo que la abra la circulacin normal.


VLVULAS DE DESAHOGO (ALIVIO)

Una vlvula de desahogo (fig. 18) es de accin automtica para tener regulacin automtica de la

presin. El uso principal de esta vlvula es para servicio no comprimible y se abre con lentitud

conforme aumenta la presin, para regularla.

La vlvula de seguridad es similar a la vlvula de desahogo y se abre con rapidez con un "salto" para

descargar la presin excesiva ocasionada por gases o lquidos comprimibles.

El tamao de las vlvulas de desahogo es muy importante y se determina mediante formulas

especificas.

Figura 18 Vlvula de desahogo (alivio).

Recomendada para

Sistemas en donde se necesita una gama predeterminada de presiones.

Aplicaciones

Agua caliente, vapor de agua, gases, vapores.

Ventajas

Bajo costo.

No se requiere potencia auxiliar para la operacin.

Variaciones

Seguridad, desahogo de seguridad.

Construccin con diafragma para vlvulas utilizadas en servicio corrosivo.

Materiales

Cuerpo: hierro fundido, acero al carbono, vidrio y TFE, bronce, latn, camisa de TFE, acero

inoxidable, Hastelloy, Monel.



Se debe instalar de acuerdo con las disposiciones del Cdigo ASME para recipientes de presin sin

fuego.

Se debe instalar en lugares de fcil acceso para inspeccin y mantenimiento.


3. COMPONENTES DE UNA VLVULA

Los componentes de una vlvula tpica son los que indica la siguiente figura.

Figura No 17 Componentes de una Vlvula


CUERPO DE LA VLVULA

Habiendo seleccionado el tipo de vlvula requerida, el prximo paso es determinar el material del

cuerpo dependiendo del fluido a manejar. El cuerpo de la vlvula debe resistir la temperatura y la

presin del fluido sin prdidas, tener un tamao adecuado para el caudal que debe controlar y ser

resistente a la corrosin o a la erosin producida por el fluido.

Aunque el cuerpo de la vlvula tiene la funcin primaria de contener el fluido, tambin debe alojar los

componentes internos y servir de soporte mecnico para el actuador y los accesorios. Por ello, es

importante que el cuerpo se pueda desmontar de la tubera o que sus componentes internos estn

accesibles para mantenimiento. El cuerpo y las conexiones a la tubera estn normalizados de acuerdo

con las presiones y temperaturas de trabajo en las normas DIN y ANSI, entre otras.

MATERIALES COMNMENTE EMPLEADOS PARA CUERPOS DE VLVULAS

1. BRONCE.- Se emplea comnmente el bronce fundido ASTM B-62 (estndar para vlvulas) y

el ASTM B-61, que es un poco ms caro. Esta es una aleacin comn para cuerpos de vlvulas

de control, que puede usarse para vapor, aire, aceite, agua, gas no corrosivo, algunos cidos

diluidos, lo mismo que para ciertos tipos de procesos qumicos. Se usa para presiones hasta

150 psig a 400 F y 225 psig a 150 F.

2. HIERRO FUNDIDO.- Se emplea por lo comn el ASTM A-126. Generalmente es usado en

presiones hasta 250 psi. a 400 F, donde las condiciones corrosivas permiten el uso de

material de hierro, como en los casos de vapor, agua, gas y fluidos no corrosivos.; es

sumamente barato.

3. ACERO FUNDIDO.- Se utiliza comnmente el ASTM A-216 grado WCB, siendo el ms usado

de los aceros. Comnmente usado para presiones hasta de 600 psi. donde la temperatura no

exceda de 800 F. Usado para servicios moderados tales como control de aire, vapor

saturado o sobre-calentado, lquidos y gases no corrosivos. Su costo es alrededor de cuatro

veces el de hierro fundido, pero es til a presiones y temperaturas mucho ms altas.

4. ACERO FORJADO.- Aceros al carbn similares al AISI tipo 1020. Generalmente empleado

para condiciones de alta presin hasta 6000 psi. en donde la temperatura no exceda de 450

F.

5. ACERO INOXIDABLE.- Los ms usuales son el AISI tipo 304 y el AISI tipo 316, el que por

su contenido de molibdeno tiene mayor resistencia a la corrosin, a las picaduras (pitting),

precolaciones y a la accin de oxidantes. Usado en aplicaciones que implican manejo de

lquidos corrosivos u oxidantes. Usado para temperaturas elevadas, frecuentemente sobre

1000 F o muy bajas, inferiores a -150 F.

6. ALEACIONES ESPECIALES

a) Bronce resistente a los cidos, usado para manejo de cidos diluidos.


b) Niqueles comercialmente puros, usados para manejos de soluciones custicas.

c) Aleaciones Hastelloy A, B, C, etctera; usadas para manejo de cido clorhdrico

(muritico).

TAPA DE LA VLVULA

La tapa de la vlvula de control tiene por objeto unir el cuerpo al actuador, a su vez desliza el

vstago del obturador accionado por el motor. Este vstago dispone generalmente de un ndice que

seala en una escala la posicin de apertura o de cierre de la vlvula.

Para que el fluido no se escape a travs de la tapa es necesario disponer una caja de empaquetadura

entre la tapa y el vstago. La empaquetadura ideal debe ser elstica, tener un bajo coeficiente de

rozamiento, ser qumicamente inerte y ser un aislante elctrico, con el fin de no formar un puente

galvnico con el vstago que d lugar a una corrosin de algunas partes de la vlvula.

La empaquetadura que se utiliza normalmente es de tefln cuya temperatura mxima 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 vlvula para que se establezca as un

gradiente de temperatura entre el fluido y la estopada y esta ltima pueda trabajar

satisfactoriamente.

PARTES INTERNAS DE LA VLVULA (OBTURADOR Y ASIENTOS)

El TRIM o interiores de una vlvula son propiamente el corazn de la vlvula con la funcin

primaria de proporcionar el rea de flujo de tal manera que exista una relacin entre la capacidad de

flujo y la elevacin del tapn.

Como partes internas de la vlvula se consideran generalmente las piezas metlicas internas

desmontables que estn en contacto directo con el fluido. Estas piezas son el vstago, la

empaquetadura, el collarn de lubricacin en la empaquetadura (si se emplea), los anillos de gua del

vstago, el obturador y el asiento o los asientos.

La temperatura, presin, fluidos que flashean o cavitan, viscosidad y contenido de slidos, afectan el

diseo del trim . El control del flujo requiere una cada de presin a travs del interior de la vlvula

y la energa disipada es absorbida por el fluido en parte, y tambin por los interiores de la vlvula.

Cada vlvula tiene una caracterstica dada de flujo para un porcentaje dado del total levantamiento

del tapn, el flujo est dado como un porcentaje del flujo total. Esto es verdad solo cuando la P a

travs de la vlvula permanece constante; a esto se le conoce como CARACTERSTICA DE FLUJO

INHERENTE.

La seleccin de los interiores de la vlvula en base a la caracterstica de flujo est basada en:

1. Condiciones de presin y flujo.

2. Materiales normales y los especiales aptos para contrarrestar la corrosin, la erosin y el

desgaste producidos por el fluido.

3. Caractersticas de caudal en funcin de la carrera.


4. Tamao normal o reducido que permite obtener varias capacidades de caudal de la vlvula con

el mismo tamao del cuerpo.

MATERIALES DE LAS PARTES INTERIORES DE LAS VLVULAS

El obturador y los asientos se fabrican normalmente en acero inoxidable porque este material es muy

resistente a la corrosin y a la erosin 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 vlvulas pueden utilizarse

obturadores y asientos de cermica.

1. BRONCE.- Se usa comnmente el ASTM B-61; generalmente usado para aire, agua, vapor,

aceite, gas no corrosivo y algunos cidos diluidos, donde no hay accin corrosiva. No es

recomendable para cadas de presin de ms de 50 psi.

2. ACERO INOXIDABLE.- Los ms frecuentemente usados son el AISI tipo 304, el AISI tipo

316 y el AISI tipo 416. Conveniente para temperaturas elevadas; resistente a corrosin, a

erosin y a la accin de oxidantes.

3. ACERO INOXIDABLE ENDURECIDO.- Son comunes el AISI tipo 440-C y el AISI tipo 17-4

PH; recomendado para resistencia al desgaste en aplicaciones donde la cada de presin es

mayor de 300 psi.

4. ACERO INOXIDABLE ESTELITADO.- Recomendado para resistencia al desgaste, o

erosin cuando la cada de presin es mayor de 300 psi. Usado en cualquier tamao de vlvula.

5. ALEACIONES ESPECIALES.

a) Nquel.- Empleado para manejo de materiales corrosivos.

b) Monel.- Aplicado a los usos ms severos de corrosin a altas temperaturas y

presiones.

c) Hastelloy. Esta aleacin se usa para manejo de lquidos corrosivos.

4. CARACTERSTICAS DE CAUDAL INHERENTE

El obturador determina la caracterstica de caudal de la vlvula; es decir, la relacin que existe

entre la posicin del obturador y el caudal de paso del fluido. La caracterstica de un fluido

incompresible fluyendo en condiciones de presin diferencial constante a travs de la vlvula se

denomina caracterstica de caudal inherente y se representa usualmente considerando como

abscisas la carrera del obturador de la vlvula (% de apertura de la vlvula) y como ordenadas el

porcentaje de caudal mximo bajo una presin diferencial constante.


5. CARACTERSTICA DE UNA VLVULA

La caracterstica de una vlvula de control, es la manera de dejar pasar el flujo con respecto a su

apertura total, en donde el tapn de la vlvula se mueve a lo largo de su carrera, puede indicarse por

medio de una grfica.

Tanto la abertura de la vlvula como el flujo estn expresados como porcentajes de los valores

mximos correspondientes y se supone que la cada de presin a travs de la vlvula se ha mantenido

constante mientras el tapn se mueve de extremo a extremo de su carrera. Por esta razn, se dice

que la grfica representa la caracterstica inherente de la vlvula.

Las curvas caractersticas ms significativas son la de apertura rpida, la lineal y la de igual

porcentaje (como se muestra en la siguiente figura), siendo las ms importantes las dos ltimas. Las

curvas caractersticas se obtienen mecanizando el obturador para que al variar la carrera el orificio

de paso variable existente entre el contorno del obturador y el asiento configure la caracterstica de

la vlvula.

La caracterstica lineal.- El flujo es linealmente proporcional a la apertura (carrera) de la

vlvula de acuerdo con el recorrido del tapn.

La caracterstica de apertura rpida.- Es lineal en la primera parte del recorrido y,

despus, hay muy poca ganancia de capacidad. Esta caracterstica se encuentra en una vlvula

de disco o vstago en donde la superficie de estrangulacin est expuesta al flujo del fluido

para modular la capacidad en las primeras etapas del recorrido de la vlvula de control, dicho

en otras palabras, a pequeos porcentajes de apertura (carrera) grandes porcentajes de

flujo.

La caracterstica de igual porcentaje.- Hace que la capacidad de flujo aumente el mismo

porcentaje por cada distancia igual de la carrera. Esta caracterstica aparece como lnea

recta en un trazo semilogartmico y es exponencial, no lineal.

PORCIENTO DE APERTURA DE VALVULA

PO

RC

IEN

TO

DE

L F

LU

JO

20 40 60 80 100

20

40

60

80

100

0


La caracterizacin del flujo en la vlvula tiene como objetivo principal indicar cmo vara la ganancia

en la vlvula para compensar los cambios en la ganancia del proceso cuando cambian las cargas. La

caracterstica adecuada quedara determinada por las peculiaridades del proceso por controlar y por

los valores que se desear obtener para la variable controlada.

La ganancia de la vlvula indica la sensibilidad de su salida (flujo) a los cambios en la entrada

(recorrido del elemento). Una vlvula de alta ganancia tiene un cambio grande en el flujo con un

cambio pequeo en la posicin del elemento, por tanto:

1) La caracterstica lineal mantiene una ganancia constante durante todo el recorrido.

2) La caracterstica de apertura rpida tiene alta ganancia durante el recorrido inicial del tapn

y, luego, una ganancia baja en las secciones superiores del recorrido.

3) La caracterstica de igual porcentaje y las caractersticas relacionadas parablicas

modificadas son de baja ganancia en las regiones de recorrido pequeo, pero la ganancia tiene

un marcado aumento cuando se aumenta el recorrido o carrera del elemento.

Existen dos conceptos que estn relacionados con la caracterstica de una vlvula los cuales son:

Relacin de rango y Sensibilidad unitaria.

RELACIN DE RANGO (RANGEABILITY)

Se acostumbra definir como relacin de rango, a la relacin entre el flujo mximo controlable y el

flujo mnimo controlable. Precisando ms, se podra decir que los dos flujos mencionados seran

aquellos que corresponderan a los extremos de la zona dentro de la cual se mantuviera una

caracterstica particular.

Otro concepto sera el de sensibilidad unitaria, ste es el cambio sufrido por el flujo que haba

antes del cambio, cuando el tapn sufre un desplazamiento del 1% de su carrera, y su valor guarda

cierta correspondencia con la relacin de flujos.

Basndose en que para un buen control la cada de presin a travs de la vlvula depende de:

1. La (P) de la vlvula se recomienda que sea del orden de un 30% a 35% para vlvulas con

caractersticas de igual porcentaje y hasta 50% para vlvula con caracterstica lineal, sin

embargo, en algunos casos se puede obtener un buen control con una cada de presin de 15%

de la cada de presin dinmica del sistema y eventualmente hasta con un 10%. Estos

porcentajes se aplican especialmente a las vlvulas de globo. Cuando la cada de presin es

demasiado baja para un cuerpo de globo, se deber considerar vlvulas de alta recuperacin

tales como las de bola o de mariposa.

2. En el caso de tuberas muy largas, o en el caso de sistemas con diferencias de presin muy

alta, pero con variacin en los flujos no muy grandes, la cada de presin que se recomienda

en la vlvula es del orden de 10 a 20 psi.

3. En los casos en que la cada de presin del sistema es atribuible bsicamente a energas

estticas (diferencias de elevacin), y las perdidas por fricciones son pequeas, se

recomienda fijar un valor mnimo de 7 psi para la vlvula.


4. Otro criterio que se emplea frecuentemente para el caso anterior es el uso de un sobre-

diseo en la diferencial de presin de la bomba. Es usual asignar un valor de 10% sobre la

diferencia de presin calculada para la bomba a las condiciones de flujo. Esta presin,

excedente, la deber absorber la vlvula de control.

5. Si los flujos que se manejan son elevados y se ven involucrados materiales de construccin

costosos en la vlvula de control, la seleccin de la ( P) en la vlvula deber hacerse no

solamente en base de los criterios anteriores, sino tambin sobre la base de un detallado

estudio econmico.

6. El criterio de controlabilidad propone una relacin que permite definir el por ciento de la

cada de presin dinmica total que debe absorber la vlvula en funcin de los flujos mximos

y mnimos que se espera manejar en el sistema. Se tiene la siguiente expresin:

(Qmx / Qmin)2 - 1

R =

r2 - 1

en donde:

R = Fraccin de la cada de presin dinmica total, que debe absorber la vlvula.

r = Factor de controlabilidad, vara desde 5 para vlvulas pequeas hasta 15 para

vlvulas las grandes (mayores de 3). Un valor promedio considerado es de 8.

Ejemplo:

Si en un sistema el gasto mximo esperado es de 100 GPM., y el mnimo de 20 GPM, la fraccin de la

cada de presin absorbida por la vlvula recomendada sera.

(100/20)2 - 1

R = = 0.38 = 38%

(8)2 - 1

7. Aumente el porcentaje de (P) para rangos de flujo amplios y redzcalo para pequeas

variaciones de flujo.

En las siguientes figuras se pueden observar varios tipos de tapones (obturadores) cuya forma y

mecanizacin determina esas caractersticas.

El tapn con caracterstica de apertura rpida (figura No. 16a) tiene la forma de un disco plano, y

en la grfica puede verse que el caudal aumenta mucho al principio de la carrera llegando

rpidamente al mximo.


En los tapones con caracterstica de apertura lineal (figura 16b) el flujo es proporcional a la

abertura de la vlvula. En donde a 50% de abertura nos dar el 50% del flujo mximo.

Generalmente se usan en aplicaciones que dan la relacin lineal entre la carrera y el flujo; tienen un

contorno maquinado en tornos de temple controlado con gua en la parte superior e inferior.

A continuacin se muestran diferentes tipos de tapones que han sido diseados para suministrar una

caracterstica de flujo de igual porcentaje. Estos tapones de vlvula se maquinan a partir de

fundiciones especiales; los contornos del tapn son slidos con dos ranuras desiguales en V en cada tapn los cuales estn diseados para suministrar la caracterstica de flujo de igual porcentaje

deseada.

Apertura rpida Apertura rpida Apertura rpida Apertura rpida

Apertura rpida

Apertura rpida

Figura No. 16a Tapones para caracterstica de Apertura Rpida

TAPN LINEAL TAPN LINEAL

Figura No. 16b Tapones para caracterstica Lineal


6. CARACTERSTICAS DE CAUDAL EFECTIVAS

Hay que sealar que en la mayor parte de las vlvulas que trabajan en condiciones reales, la presin

diferencial cambia cuando vara la apertura de la vlvula, por lo cual la curva real que relaciona la

carrera de la vlvula con el caudal, se aparta de la caracterstica de caudal inherente; esta nueva

curva recibe el nombre de caracterstica de caudal efectiva.

Como la variacin de presin diferencial sealada depende de las combinaciones entre la resistencia

de la tubera, y las caractersticas de las bombas y tanques del proceso, es evidente que una misma

vlvula instalada en procesos diferentes presentar inevitablemente curvas caractersticas efectivas

distintas.

Figura No. 16c Tapones para caracterstica Igual Porcentaje

Figura No. 16c Tapones para caracterstica Igual Porcentaje


7. SELECCIN DE CURVAS CARACTERSTICAS DE LAS VLVULAS DE CONTROL

VARIABLE APLICACIONES CARACTERSTICA

PRESIN Lquidos y gases en general. Igual porcentaje (%)

Gas con retardo considerable entre la toma de

presin y la vlvula de control y con alta prdida

de carga de la vlvula de control.

Lineal

CAUDAL Margen de caudal amplio. Lineal

Margen de caudal estrecho y alta prdida de

carga de la vlvula de control.

Igual porcentaje (%)

NIVEL Prdida de carga constante. Lineal

Aumento de la prdida de carga de la vlvula con

la carga del sistema sobrepasando el doble la

prdida de carga mnima de la vlvula.

Apertura rpida

TEMPERATURA En general Igual porcentaje (%)

8. CONEXIONES DE VLVULAS DE CONTROL

Los tres mtodos comunes para la instalacin de vlvulas de control en lneas son: conexiones

roscadas, bridadas y soldadas.

1. Conexiones roscadas.- Las conexiones roscadas son las ms comunes en vlvulas de control

pequeas, son ms econmicas que las conexiones bridadas. Las roscadas que usualmente se

especifican son NPT (National Pipe Thread). Este tipo de conexiones est limitado a vlvulas

no mayores de 2, adems no se recomiendan en servicios de alta temperatura.

2. Conexiones bridadas.- Las vlvulas con conexiones bridadas son fcilmente removidas de la

tubera, estas conexiones pueden ser usadas en un rango de temperaturas desde cero

absoluto hasta 1500 F (815 C), aproximadamente. Las bridas son utilizadas en todos los

tamaos de vlvulas. Los tipos de bridas ms utilizadas son: Cara plana (flat face); cara

realzada (raised face) y junta de anillo (ring type joint).

a) Bridas de cara plana.- Permiten el acoplamiento total entre ellas y tienen un

contacto completo con el empaque entre las mismas. Esta construccin es usual en

servicios de baja presin y cuando se utilizan vlvulas de hierro fundido o bronce.

b) Bridas de cara realzada.- Tienen una corona realzada de dimetro interno igual a la

vlvula, y dimetro externo algo menor al dimetro de los barrenos. Son utilizadas

con una variedad de materiales de empaque para presiones, hasta de 6000 psi (414

bar) y para temperaturas hasta de 1500 F (815 C). Este tipo de bridas son

normalmente estndares ANSI clase 250 para cuerpos de hierro fundido, aceros y

aleaciones.

c) El tipo junta de anillo.- Es semejante a la brida de cara realzada excepto en un

corte concntrico en forma de U. El empaque consiste de un anillo metlico con una

seccin elptica u octagonal. Cuando se aprietan los esprragos de la brida el empaque

es forzado a penetrar en el surco concntrico y sellar la unin. Los empaques son

generalmente de hierro dulce o monel, pero los puede haber en cualquier metal. Esta

es una excelente junta para altas presiones hasta de 15000 psi (1034 bar), pero


generalmente no utilizadas en altas temperaturas; son suministradas slo con vlvulas

de acero y aleaciones.

3. Conexiones soldadas.- Tienen la ventaja de ser las mejores uniones en todas las presiones y

temperaturas, y son econmicas en el costo inicial. Las vlvulas soldables son ms difciles de

remover de la tubera, adems de estar limitadas a materiales soldables. Las conexiones

soldadas son manufacturadas en dos tipos: inserto soldable (socket welding) y soldado a

tope (butt welding).

a) Conexin inserto soldable.-Se prepara maquinando una insercin en cada extremo de

la vlvula con un dimetro interno ligeramente mayor que el dimetro externo de la

tubera. El tubo es deslizado dentro de la insercin y unido mediante un filete de

soldadura; estas conexiones son usualmente suministradas en tamaos de hasta 2.

b) Conexin soldada a tope.- Se prepara haciendo un bisel a cada extremo de la vlvula

y de la tubera. Las conexiones se unen hasta el tope y se sueldan mediante un cordn

de soldadura. Este tipo de conexiones se utiliza en todos los tipos de vlvulas y la

preparacin debe ser diferente para cada cdula de tubera; generalmente se

suministran para vlvulas de control de 2 y mayores.

Inserto soldable

Soldada a tope

Cara plana Cara realzada

Junta de anillo

Inserto soldable


9. DISEO TPICO DE CUERPO DE VLVULA DONDE SE MUESTRAN LA CAJA Y LOS ASIENTOS.


10. SELECCIN DE VALVULAS DE CONTROL

Para seleccionar una vlvula de control se requiere una consideracin en particular para la mejor

combinacin entre el tipo de vlvula, el material del cuerpo y los interiores (trim) para un servicio

determinado.

Para poder determinar la mejor aplicacin se requiere tener ciertos datos como:

Tipo de fluido (propiedades fsicas)

Temperatura

Viscosidad

S. G. (gravedad especfica densidad relativa)

Flujo volumtrico o msico (GPM o Lb/Hr)

Presin de entrada

P

Presin de salida, etc.

Tambin se necesita informacin relativa de la vlvula de control segn la aplicacin:

Tipo de vlvula (globo, ngulo, mariposa, etc.)

Material del cuerpo

Tipo de conexiones (bridadas, roscadas, etc.)

Tapn

Guas

Interiores

Accin a falla

Tipo de actuador

Suministro (neumtico, elctrico, etc.)

Bonete

Empaques

Accesorios (filtro, solenoides, interruptores de posicin, etc.)

11. DIMENSIONAMIENTO

Mientras que la seleccin de los materiales apropiados para una vlvula de control y el rgimen de

presin y temperatura garantiza consideraciones muy cuidadosas, el escoger el tamao de la vlvula

es igualmente importante. Principalmente, el conocimiento de las condiciones de proceso mencionadas

anteriormente son necesarias para determinar el tamao adecuado de la vlvula. La seleccin del

tamao de las vlvulas de control es muy importante para obtener resultados ptimos del sistema.

Siendo el elemento final del circuito de control, modifica el gasto del fluido en funcin de la demanda

del proceso produciendo una contrapresin variable al cambiar su rea de paso libre.

Para que una vlvula opere eficientemente, la seleccin correcta de su tamao deber ser como sigue:

a) Para vlvulas igual porcentaje el Cv Normal, deber estar entre el 60% y el 80% de

apertura y el Cv mximo no deber rebasar el 100% de apertura.

b) Para vlvulas lineales, el Cv Normal deber estar entre el 40% y 60% de apertura y el Cv

mximo no deber rebasar el 100% de apertura.


c) Para las vlvulas ON-OFF (apertura rpida), no se deber realizar memoria de clculo, el

tamao de stas deber ser igual al dimetro nominal de la lnea donde sern instaladas.

d) Por ningn motivo, el tamao de las vlvulas deber ser mayor que el dimetro nominal de la

tubera, ni menor que la mitad del dimetro.

Ejemplo:

Si la lnea es de 10, el tamao de la vlvula deber ser mximo de 10 y mnimo de 6.

Los tamaos de cuerpo comerciales de las vlvulas de control son:

, , 1, 1 , 1 , 2, 2 , 3, 4, 6, 8, 10, 12 y dems tamaos que tengan nmero par.

Las vlvulas de control tipo globo mayores de 6, ya no son recomendables, debido a su muy alto

costo. En su lugar se debern utilizar vlvulas de mariposa, si la aplicacin lo permite. Es

recomendable que el equipo de bombeo o regulacin se especifique en el nivel adecuado de potencia

para dejar a la vlvula un mnimo de 30% de la contrapresin total.

El coeficiente de descarga ( Cv ), como referencia de capacidad de conduccin a travs de una vlvula

es por definicin: EL GASTO DE AGUA EN METROS CUBICOS POR HORA QUE PASARAN

POR LAS VALVULAS A UNA APERTURA DADA, CUANDO LA CAIDA DE PRESIN SEA UNA

ATMSFERA

Para el caso del sistema ingls la definicin es:Cv es el nmero de galones por minuto, de agua a 60

F, que pasa a travs de una vlvula en la que hay una cada de presin de una libra por pulgada

cuadrada. Es decir, el Cv es una medida de capacidad, mediante el cual el ingeniero puede

determinar rpidamente y con precisin, la dimensin de una restriccin, conociendo los valores de

flujo, presin, etc. Cuando el fluido es un gas o vapor, las frmulas usadas incluyen los factores de

correccin apropiados para coeficientes de descarga, ser til tambin para fluidos no lquidos,

refirindose en todos los casos a gasto de agua.

DIMENSIONAMIENTO PARA LQUIDOS

Utilizando el principio de conservacin de la energa de Bernoull quien descubri que cuando un

lquido fluye a travs de un orificio, el cuadrado de la velocidad del fluido es directamente

proporcional a la presin diferencial a travs del orificio e inversamente proporcional a la densidad

relativa del fluido. De ah que a mayor presin diferencial, es mayor la velocidad, a mayor densidad

relativa, menor velocidad. Lgicamente, el flujo volumtrico para lquidos puede ser calculado

multiplicando la velocidad del fluido por el rea del flujo. Las ecuaciones que se dan a continuacin

son las ms usadas para el clculo de vlvulas de control. Sin embargo para vlvulas especiales el

proveedor de las mismas, realizar sus memorias de clculo con ecuaciones propias.

Se deber tener especial cuidado en que el valor de la cada de presin a travs de la vlvula este lo

ms lejos posible del valor de la presin de vapor para evitar la cavitacin y el flasheo.


12. CAVITACIN Y FLASHEO

Dos fenmenos ocurren a menudo en el flujo de lquidos, y stos no ocurren en el flujo de gases o

vapores, son la cavitacin y flasheo. Estos fenmenos afectan la forma de dimensionar las vlvulas, y

limitan la vida de los componentes de la vlvula; sin embargo hay diferencias importantes entre la

cavitacin y flasheo.

1) Cavitacin.- La cavitacin es generalmente un proceso asociado a las bombas y adquiere gran

importancia en vlvulas de control usadas en elevadas cadas de presin para lquidos y

vlvulas de alta capacidad (tales como vlvulas de mariposa, de bola, etc.). La cavitacin es la

transformacin de una porcin de lquido a fase vapor, durante una aceleracin rpida

de fluido en el orificio de la vlvula, con el consiguiente colapso (implosin) de las

burbujas de vapor aguas abajo.

La cavitacin, en vlvulas de control que manejan lquidos, puede suceder si la presin en vena

contracta del lquido en circulacin, baja valores por debajo de la presin de vapor del fluido (como

se muestra en la figura No 17. La recuperacin de presin en una vlvula es funcin de su particular

construccin interna. En general, cuando ms suave sea el perfil interno de una vlvula, ms

recuperacin de presin se produce.

Figura No 17 Cavitacin


Las cavidades que nacen dentro del lquido y que colapsan sbitamente, limitan la capacidad de la

vlvula a partir de un determinado caudal critico y pueden generar ruidos y vibraciones excesivos

con el peligro de causar daos mecnicos graves provocados por el impacto de las burbujas de vapor

en implosin con alguna parte slida de la vlvula o de la tubera. La energa liberada por las burbujas

es lo suficientemente grande como para destruir el material o la superficie de proteccin en poco

tiempo.

COMO ELIMINAR LA CAVITACIN

El remedio obvio es reducir la cada de presin en la vlvula por debajo de la cada de presin crtica;

esto puede hacerse por ejemplo, elevando P1 simplemente escogiendo un emplazamiento para la

vlvula a una altura inferior en el sistema de tuberas. Otra solucin es escoger un obturador de

puerto en V, en lugar de un tapn contorneado. Es de notar tambin, que un cambio en el sentido de

circulacin del fluido puede dar lugar a un mejoramiento notable.

Figura No 18 Recuperacin de presin en 2 tipos de vlvulas

Figura No. 19 Aspecto tpico del dao producido por la cavitacin


VAPORIZACIN (FLASHEO)

La cantidad de burbujas formadas (cuando una cantidad de lquido pasa a ser vapor), aumentar a

medida que la presin en la vena contracta disminuya respecto a la presin de vapor del lquido que

fluye. En estas condiciones no hay diferencia entre la vaporizacin y la cavitacin, pero el potencial

de que exista un dao estructural en la vlvula, definitivamente existe.

Si la presin a la salida de la vlvula se mantiene debajo de la presin de vapor del lquido las

burbujas permanecern en la corriente de salida y en ese caso se dice que el proceso ha sufrido una

evaporacin instantnea (flasheo). La evaporacin instantnea puede producir un dao por erosin

serio a los interiores de la vlvula y se caracteriza por una apariencia pulida y lisa de la superficie

erosionada, tal como se muestra en la figura No. 20.

13. RUIDO DE LAS VALVULAS DE CONTROL (CAUSAS Y CORRECCION)

Para poder garantizar una intensidad especifica de ruido los fabricantes de vlvulas de control han

estudiado a fondo el problema e ideado algn mtodo para predecir el ruido a las condiciones de

operacin.

ORIGEN DEL RUIDO EN LAS VLVULAS DE CONTROL

Las principales fuentes del ruido en las vlvulas de control son:

1) Vibraciones mecnicas.- Las vibraciones mecnicas son debidas a la turbulencia en el fluido

que pasa por la vlvula, la frecuencia suele ser baja entre 50 y 500 Hz, adems se describe

como golpeteo metlico. El tapn puede entrar en resonancia con las pulsaciones emitidas y hay que temer una rotura del vstago o de la cola del tapn. Es posible reducir esta clase de

ruido, ya sea disminuyendo el juego del guiado del tapn, ya sea cambiando la masa de este

ultimo, o a veces, simplemente, modificando el sentido de circulacin del fluido.

Figura No. 20 Aspecto tpico del dao producido por flasheo

UNIDAD 6 72 INSTR

48144435 unidad 6 elementos finales de control

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