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Valvulas

TIPOS DE VÁLVULAS MÁS COMUNES
El tipo de válvula dependerá de la función que debe efectuar dicha válvula:

· De cierre( bloqueo)

· De estrangulación

· Para impedir el flujo inverso ( de retención)

Lo anterior se debe determinar según las necesidades de la unidad y del sistema para el cual se destina la válvula.

Dado que hay diversos tipos de válvulas disponibles para cada función, también es necesario determinar las condiciones del servicio ñeque se emplearán las válvulas. Es de importancia primordial conocer las características químicas y físicas de los fluidos que se manejan. Prestar atención a:

El tipo de servicio:

· Líquidos.

· Gases.

· Líquidos con gases.

· Líquidos con sólidos.

· Gases con sólidos.

· Vapores generados instantáneamente por la reducción en a presión del sistema.

· Con corrosión o sin corrosión.

· Con erosión o sin erosión.

Una vez definidas las funciones y el tipo de servicio, se puede seleccionar el tipo de válvula usando la lista de la clasificación de válvulas.

Clases de válvulas por función definida y usos más comunes:

I. Para servicio de bloqueo o cierre son :

· Válvulas de compuerta: Resistencia mínima al fluido de la tubería. Se utiliza totalmente abierta o cerrada. Accionamiento poco frecuente.

· Válvulas de macho: Cierre hermético. Deben estar abiertas o cerradas del todo.

· Válvulas de bola: No hay obstrucción al flujo. Se utiliza para líquidos viscosos y pastas aguadas. Se utiliza totalmente abierta o cerrada.

· Válvulas de mariposa: Su uso principal es cierre y estrangulación de grandes volúmenes de gases y líquidos abaja presión. Su diseño de disco abierto, rectilíneo, evita cualquier acumulación de sólidos; la caída de presión es muy pequeña.

II. Para servicio de estrangulación:

· Válvulas de globo: Son para uso poco frecuente. Cierre positivo. El asiento suele estar paralelo con el sentido del flujo; produce resistencia y caída de presión considerables.

· Válvulas de aguja: Son básicamente válvulas de globo que tiene un macho cónico similar a una aguja, que ajusta con precisión en su asiento. Se puede tener estrangulación exacta de volúmenes pequeños porque el orificio formado entre el macho cónico y al asiento cónico se puede variar a intervalos pequeños y precisos.

· Válvulas en Y: Son válvulas de globo que permiten el paso rectilíneo y sin obstrucción igual que las válvulas de compuerta.

· Válvulas de ángulo: Son similares a las de globo, su diferencia principal es que el flujo del fluido hace un giro de 90°

· Válvulas de mariposa: Trabajan a presiones de 150 psi hasta el vacío.

III. Las válvulas que no permiten el flujo inverso ( de retención) actúan en forma automática ante los cambios de presión para evitar que se invierta el flujo, como la válvula de cheque por ejemplo.

En amplia gama de procesos el ingeniero se encuentra con el problema de seleccionar un dispositivo de desahogo para una situación específica; hay entonces disponibles diversos tipos de ellos. Aunque ninguno es adecuado para todos los servicios. Cada uno es idóneo para una aplicación particular.

IV. Los dispositivos se dividen en dos grupos generales: 1) válvulas y 2) discos de ruptura. En este artículo solo se tratará el temas de las válvulas.

Las válvulas están bajo carga de resorte, salvo que operen con un piloto del tipo de falla sin peligro, y si se utilizan para vapor o aire tienen una palanca para abrir la válvula si la presión del recipiente es mayor del 75% de la presión de desahogo.

Además, las válvulas se subdividen en:

a) Válvulas se seguridad.

b) Válvulas de desahogo.

Una válvula de seguridad es un dispositivo automático para desahogo de presión accionado por la presión estática corriente arriba de la válvula y que se caracteriza por su acción de disparo para plena apertura. Generalmente se utiliza en servicios con gas o vapores.

En la industria, el término válvula de seguridad se aplica en general a las utilizadas en servicio para vapor de calderas.

Una válvula de desahogo es un dispositivo automático para desahogo de la presión accionado por la presión estática corriente arriba de la válvula y que tiene apertura adicional con el aumento en la presión en relación con su funcionamiento. Su servicio principal es con líquidos.

El término válvula de desahogo se aplica en cualquier tipo de dispositivo para este fin. En términos estrictos, se debe aplicar a una válvula diseñada para servicios con líquidos; casi todas estas válvulas son pequeñas.

Las válvulas de desahogo se utilizan en la descarga de la bombas para la dilatación térmica del líquido en tuberías que se pueden obstruir o que están expuestas a la radiación solar u otras fuentes de calor. Estas válvulas no suelen ser adecuadas para servicio con polímeros porque éstos tienden a sedimentarse y a obstruir o pegar la válvula.

Los materiales para los resortes de las válvulas suelen ser de acero al carbono para servicio a menos de 450°F. Para una temperatura mayor, se necesitan resortes con aleación de tungsteno y también hay resortes de acero inoxidable. Están disponibles diversos tipos de revestimientos a la corrosión.

V. También existen las Válvulas de desahogo de seguridad que al igual que las anteriores son un dispositivo automático, accionado por presión, también se puede utilizar para vapor o calderas, pero la aplicación más importante es en los recipientes de presión sin fuego. Además se usan en la descarga de bombas y compresores.

Cuidados: No debe emplearse en servicio con polímeros, si se usa en servicio que produzca carbonatación, se debe utilizar una purga de vapor a la entrada.

APLICACIONES ESPECIALES
Las bombas alternativas producen impulsos de presión que tienden a elevar el disco de una válvula de desahogo y ocasionar fugas. Por ello, las válvulas en este servicio se deben graduar, cuando menos a 25% más que la presión de funcionamiento.

Las válvulas de desahogo e seguridad en compresores se deben graduar mínimo a 15% más que la presión de funcionamiento.

Hay disponible una selección especial de tipos de válvulas para manejar pastas aguadas gruesas o finas. Los tipos más comunes son en ángulo, fondo plano, macho, bola y diafragma y válvulas de opresión o compresión. Están diseñadas para resistencia al flujo y con frecuencia, están revestidas con aleaciones especiales para darles resistencia a la corrosión o a la erosión.

Una de las aplicaciones más corrientes en la ingeniería civil , es el caso de las válvulas usadas en centrales hidroeléctricas, como la de Ikyushu, vista anteriormente.

EFECTOS IMPORTANTES EN EL USO DE VÁLVULAS Y RECOMENDACIONES

a) Cuando una válvula se usa para regulación del caudal, la energía potencial a su entrada se convierte en energía cinética a l a salida, donde la velocidad será igual a la velocidad de chorro, correspondiente a la diferencia de la carga efectiva total a la entrada y a la carga estática a la salida.

La cantidad de energía contenida en grandes chorros es enorme, por lo que en el diseño de válvulas de regulación o servicio es esencial tomar precauciones para evitar daños a las válvulas mismas y a las estructuras cercanas.

b) Selección del tipo

La selección del tipo de válvula depende principalmente de las condiciones del servicio que vaya a proporcionar.

Por ejemplo, para el sistema embalse-tubería-almenara aguas arriba-casa de máquinas, de la Central Hidroeléctrica PORCE II, la válvula más adecuada es la esférica con un diámetro aproximado de 2m (la de mayor diámetro a usar en Colombia), debido a que en este caso el caudal promedio a transportar por tubería de acero es muy grande, del orden de 400m3/s.

La selección de la válvula depende además de:

1) Influencia de las impurezas en el agua

Cuando el agua vaya cargada con arena, limo o carbonatos, las válvulas con flujo concéntrico y pasos muy chicos(giros) tienen el inconveniente de que se pueden obturar y quedar fuera de servicio. Para este tipo de servicio probablemente la válvula tipo mariposa sea la más conveniente

2) Consideraciones sobre difusión

Cuando la dispersión proveniente de válvulas de descarga libre tiene alguna objeción, como en el caso de instalaciones eléctricas cercanas, las válvulas de aguja pueden ser una solución adecuada, debido a la descarga concentrada.

Las tipo mariposa para aberturas parciales y las de chorro divergente efectúan una considerable dispersión del chorro, Debido a estas condiciones, algunas válvulas requieren tanques disipadores.

3) Mantenimiento

En la selección del tipo de válvula se deben hacer consideraciones de mantenimiento, como lo es la facilidad y frecuencia de las reparaciones, lo que tendrá importancia en los costos de operación y confiabilidad del servicio.

La cavitación es una amenaza siempre presente en válvulas de gran carga y ha sido una de las principales causas de la discontinuidad ocasionadas por las primeras válvulas de aguja, sometidas a requerimientos estrictos de mantenimiento.

4) Selección final

Si dos o más válvulas son de igual manera adecuadas funcionalmente para un determinado proyecto, la selección de la válvula dependerá de su costo inicial y costo de mantenimiento.

5) Válvulas de emergencia

En tuberías a presión no es suficiente la instalación de sólo una válvula de servicio. Es necesario considerar también la colocación de una válvula para emergencia o cierre por mantenimiento, localizada y controlada de manera que el cierre rápido por emergencia, en condiciones desbalanceadas, esté asegurado en cualquier circunstancia y no se produzca así golpe de ariete.

c) Consideraciones sobre dimensiones

Las válvulas tipo mariposa pueden ser del mismo diámetro que la tubería o un poco mayor, y las de tipo esférico es usual que el diámetro sea el mismo que el de la tubería, como las tres válvulas esféricas a la entrada de casa de máquinas que reciben el flujo proveniente de la represa en PORCE II.

ALGUNOS ASPECTOS MÁS DE LAS VÁLVULAS

Válvula de compuerta

La válvula de compuerta supera en número a los otros tipos de válvulas en servicios en donde se requiera circulación ininterrumpida y poca caída de presión. Las válvulas de compuerta no se recomiendan para servicios de estrangulación, porque la compuerta y el sello tienden a sufrir erosión rápida cuando restringen la circulación y producen turbulencia con la compuerta parcialmente abierta.

Cuando la válvula está abierta del todo, se eleva por completo la compuerta fuera del conducto del flujo, por lo cual el fluido pasa en línea recta por el conducto que suele tener el mismo diámetro que la tubería.

Las características principales del servicio de las válvulas de compuerta incluyen: cierre completo sin estrangulación, operación poco frecuente y mínima resistencia a la circulación.



Válvulas de compuerta con bridas.

Válvulas de globo

Se usan para cortar o regular el flujo del líquido y este último es su uso principal.

Las principales características de los servicios de estas válvulas es que incluyen operación frecuente, estrangulamiento al grado deseado de cualquier flujo, para gases y aire, y alta resistencia y caída tolerable de presión en la línea.

Válvulas de mariposa

Son uno de los tipos más usuales y antiguos que se conocen. Son sencillas, ligeras y de bajo costo. El costo de mantenimiento también es bajo porque tienen un mínimo de piezas móviles. El uso principal de las válvulas de mariposa es para servicio de corte y de estrangulación cuando se manejan grandes volúmenes de gases y líquidos a presiones relativamente bajas.



Válvulas de mariposa, muy usadas en tuberías de baja presión.

Válvulas de macho
El uso principal de estas, es en servicio de cote y estrangulación. Dado que el flujo es suave e ininterrumpido, hay poca turbulencia dentro de ella y por tanto, la caída de presión es baja. Las ventajas principales de las válvulas de macho son acción rápida, operación sencilla, espacio mínimo para la instalación y cierre hermético cuando tienen macho cónico.

Válvulas de bola
Son básicamente válvulas de macho modificadas. No son satisfactorias para estrangulación, son de rápida operación de fácil mantenimiento, no requieren lubricación, producen cierre hermético con baja torsión y su caída de presión es función del tamaño del orificio.



Válvulas de bola de dos piezas

Válvula de aguja
Son básicamente válvulas de globo que tienen machos cónicos similares a agujas que ajustan con precisión en sus asientos. Por lo general, se utilizan para instrumentos o sistemas hidráulicos, aunque no para altas temperaturas. Los materiales de construcción suelen ser bronce, acero inoxidable, latón y otras aleaciones.

Válvula en Y
Las válvulas en Y, que son una modificación de las de globo, tienen el conducto rectilíneo de una válvula de compuerta. El orificio para el asiento está inclinado un ángulo de 45° con el sentido de flujo. Por tanto, se obtienen una trayectoria más lisa, similar a la de válvula de compuerta y hay menor caída de presión que en la válvula de globo convencional; además, tiene buena capacidad para estrangulación.

Válvula de retención (check)

Las válvulas de retención son integrales y se destinan a impedir la inversión del flujo en una tubería. La presión del fluido circulante abre la válvula; el peso del mecanismo de retención y cualquier inversión en el flujo la cierran. Los discos y componentes móviles pueden estar en movimiento constante sí la fuerza de la velocidad no es suficiente para mantenerlas en su posición estable de apertura total.

Hay diferentes tipos de válvulas de retención, como la de bisagra (columpio) y de retención horizontal, como la vista a continuación, y su selección depende de la temperatura, caída de presión que producen y la limpieza del fluido.



Válvula de retención (check) horizontal.

MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
El ingeniero, después de establecer la función y de seleccionar el tipo de válvula, debe tener en cuenta los materiales de construcción adecuados para el servicio a que se destinará la válvula. Todas las partes de la misma que están en contacto con el fluido deben tener la resistencia necesaria a la corrosión.

Para seleccionar materiales de construcción resistentes a la corrosión, el ingeniero debe utilizar como guía los materiales recomendados por los fabricantes para los diversos tipos de servicios así como los datos publicados sobre el tema por estos o por entidades adscritas al ramo. En general, salvo que se trate de un proceso totalmente nuevo, o una situación específica con un problema muy particular, no habrá dificultad para de terminar los materiales de construcción con base en la información existente.

Fuente: http://fluidos.eia.edu.co


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