Una válvula es un aparato mecánico con el cual se puede iniciar, detener o regular la circulación (paso) de líquidos o gases mediante una pieza movible que abre, cierra u obstruye en forma parcial uno o más orificios o conductos.
La
válvula es uno de los instrumentos de control más esenciales en toda industria,
particularmente en la de petróleo y gas. Debido a su diseño y materiales, las
válvulas pueden abrir y cerrar, conectar y desconectar, regular, modular o
aislar una enorme serie de líquidos y gases, desde los más simples hasta los
más corrosivos o tóxicos.
Sus
tamaños van desde una fracción de pulgada hasta 30 ft (9 m) o más de diámetro.
Pueden trabajar con presiones que van desde el vacío hasta más de 20.000 lb/in²
(140 MPa) y temperaturas desde las criogénicas hasta 1.500 °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 también significa la
cantidad total de fluido que ha pasado por una sección determinada de un
conducto. Caudal es el flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de
fluido que circula por una sección determinada del conducto en la unidad de
tiempo.
La válvula automática de control generalmente constituye el último
elemento en un lazo de control instalado en la línea de proceso y se comporta
como un orificio cuya sección (área) de paso varía continuamente con la
finalidad de controlar un caudal en una forma determinada. De allí que 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. 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 actuador. Ver figura 1 (Partes de una válvula de
control neumática).
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El cuerpo de la válvula contiene en su
interior el obturador y los asientos y está 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 (movimiento
lineal) o bien tener un movimiento rotativo o rotatorio del vástago. Esta unido
a un vástago que pasa a través de la tapa del cuerpo y que es accionado por el
servomotor. El actuador responde a una señal del controlador automático y mueve
el elemento de control. El actuador es el amplificador de potencia entre el
controlador y la circulación del fluido.
Hay dos tipos de actuadores neumáticos básicos;
en uno se utiliza un resorte y un diafragma, y el otro es de pistón y cilindro.
Hay otros tipos y variantes.
Las funciones de los componentes internos de la
válvula incluyen: 1) producir una restricción variable dentro del cuerpo para
producir cambios en el flujo del fluido; 2) configurar el flujo con respecto a
su trayectoria y 3) producir cierto grado de corte de flujo cuando está cerrada
por completo.
Una restricción variable se obtiene en dos
formas generales, comparables con la clasificación del cuerpo como de vástago de
movimiento lineal o rotatorio. En ambos casos hay una relación entre el
movimiento y el flujo que se llama “característica de flujo”: es un término
general y siempre debe designar ya sea la característica inherente del flujo o
la del flujo con la válvula instalada.
La característica inherente del flujo es la
producida con una caída constante de presión en la válvula. Las tres características
de uso más común son: lineal, porcentaje igual y apertura rápida. Ver figura 2.
La característica de flujo con la válvula
instalada es la que hay cuando varia la caída de presión en la válvula según lo
determinen el flujo y las condiciones relativas del sistema.
Para dimensionar válvulas de control se
utiliza el coeficiente de capacidad Cv, con él en función de una presión
diferencial se obtendrá el caudal requerido.
Cv = Q √ ϒ / Δp.
Donde Q es el caudal del fluido (en galones por
minuto), ϒ es la densidad relativa del fluido respecto a la
del agua y Δp es la presión diferencial (en psi) en
unidades anglosajonas. En el caso de utilizar unidades métricas se cambia Cv por Kv y Q se
mide en m3/h y Δp en bar. Y en el S.I. se cambia Cv por Av
y Q se mide en m3/s y Δp en Pa.
Investigar:
1. Los tipos de válvulas se clasifican de acuerdo
al movimiento que realiza el vástago, si es lineal son las de globo (asiento
sencillo, asiento doble, con cuerpo dividido, de tres vías, cuerpo en ángulo),
de diafragma en sus múltiples variantes. Y si es un movimiento rotatorio, son
las de mariposa, de bola y sus variantes. De acuerdo a lo anterior buscar: aplicación,
ventajas y desventajas (por lo menos tres de cada una) de las cuatro tipos de válvulas.
2. Como se mencionó existen cuatro tipos de
actuadores, los de resorte y diafragma, los neumáticos de pistón, los de motor eléctrico
y los electrohidráulicos o hidráulicos. Buscar tres ventajas y tres desventajas
de cada uno.
3. Buscar los conceptos de posicionadores o ubicadores de válvulas, cavitación y vaporización (flashing).
Válvula de globo
ResponderEliminarAplicaciones
Servicio general, líquidos, vapores, gases, corrosivos, pastas semilíquidas.
Ventajas
Estrangulación eficiente con estiramiento o erosión mínimos del disco o asiento.
Carrera corta del disco y pocas vueltas para accionarlas, lo cual reduce el tiempo y desgaste en el vástago y el bonete.
Control preciso de la circulación.
Disponible con orificios múltiples.
Desventajas
Gran caída de presión.
Costo relativo elevado.
Válvula de diafragma
Aplicaciones
Fluidos corrosivos, materiales pegajosos o viscosos, pastas semilíquidas fibrosas, lodos, alimentos, productos farmacéuticos.
Ventajas
Bajo costo.
No tienen empaquetaduras.
No hay posibilidad de fugas por el vástago.
Inmune a los problemas de obstrucción, o formación de gomas en los productos que circulan.
Desventajas
Diafragma susceptible de desgaste.
Elevada torsión al cerrar con la tubería llena.
Valvula de mariposa
Aplicaciones
Servicio general, líquidos, gases, pastas semilíquidas, líquidos con sólidos en suspensión.
Ventajas
Ligera de peso, compacta, bajo costo.
Requiere poco mantenimiento.
Numero mínimo de piezas móviles.
No tiene bolas o cavidades.
Alta capacidad.
Circulación en línea recta.
Se limpia por si sola.
Desventajas
Alta torsión (par) para accionarla.
Capacidad limitada para caída de presión.
Propensa a la cavitación.
Vavula de bola
Aplicaciones
Servicio general, altas temperaturas, pastas semilíquidas.
Ventajas
Bajo costo.
Alta capacidad.
Corte bidireccional.
Circulación en línea recta.
Pocas fugas.
Se limpia por si sola.
Poco mantenimiento.
No requiere lubricación.
Tamaño compacto.
Cierre hermético con baja torsión (par).
Desventajas
Características deficientes para estrangulación.
Alta torsión para accionarla.
Susceptible al desgaste de sellos o empaquetaduras.
Propensa a la cavitación.
Posicionador
El posicionador es el instrumento que posiciona el vástago de una válvula cuando éste no presenta la presión aplicada para su movimiento. Este instrumento es uno de los más usados por las industrias debido a que aproxima a un valor casi exacto la posición del vástago, evitando así perdidas que no favorecen a las empresas
Cavitación y vaporización
La cavitación y la vaporización son exclusivamente fenómenos que ocurren en los líquidos. Los gases y vapores no pueden cavitar ni vaporizarse. Aunque hay tres tipos distintos reconocidos de cavitación, el más importante, por lo que se refiere a las válvulas de control, es la cavitación con formación de vapor.