válvulas de control
DESCRIPTION
Definición, características, usos, ventajas y desventajas de las Válvulas de Control más usadas en la industria.TRANSCRIPT
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL “RAFAEL MARÍA BARALT”
PROGRAMA DE INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA
PROYECTO, INGENIERÍA DE GAS
ASIGNATURA: INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL
VÁLVULAS DE CONTROL
REDACTADO POR
Sánchez Adrian
Altagracia, julio de 2010
PREÁMBULO
En la industria existen muchos procesos que requieren estar en condiciones específicas de
presión y temperatura, necesarias para obtener un producto determinado pues los
componentes involucrados se comportan de diferentes maneras en diferentes escenarios.
Otra de las condiciones que muchas veces deben ser controladas es el nivel de
concentración de alguna sustancia, determinada por la cantidad entrante y saliente de
algún fluido al sistema.
Además se utilizan conductos para el transporte de compuestos, materiales naturales,
industriales o residuales en diferentes cantidades hacia o fuera de las instalaciones
industriales.
Para todo lo anterior, donde los procesos deben ser controlados y se le presta importancia
al flujo y cantidad de un fluido que interviene, es necesaria la implementación de las
llamadas válvulas de control.
En esta investigación el principal objetivo es indagar todo lo relacionado a estos
elementos finales de control, pues éstas constituyan una herramienta fundamental en
todos los procesos industriales. Se hablara sobre sus componentes, sus tipos y su
implementación, los accesorios que pueden tener las válvulas además conócetenos la
influencia de los fluidos sobre las válvulas que los regulan.
1. VÁLVULAS DE CONTROL
Una válvula de control es un elemento o dispositivo cuya función es la de controlar el flujo
de un fluido en una canalización o tubería; iniciando, deteniendo y regulando la
circulación o paso de líquidos o gases mediante una pieza movible que abre, cierra u
obstruye en forma parcial uno o más orificios o conductos.
Estos son unos de los instrumentos de control
más esenciales en la industria. 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 vació hasta más de
140 Mpa (1.381 atm) y temperaturas desde las
criogénicas hasta 1500 °F (815 °C).
1.1. Funciones de las Valvulas
Las válvulas son, después de las bombas y los motores, los componentes más importantes
de los circuitos hidráulicos. Operaciones de control múltiples, complejas y automáticas se
consiguen incorporando al circuito las válvulas más adecuadas. Pueden servir para realizar
tres funciones distintas:
Controlar la presión: limitan la presión del circuito para protegerlo o para reducir
la fuerza o el par ejercido por el cilindro o un motor rotativo; limitan la presión en
una rama de un circuito a un valor inferior a la presión de trabajo del circuito
principal; controlan la sucesión de operaciones entre dos ramas de un circuito.
Controlar el caudal: controlan, por ejemplo, la velocidad con que se mueve un
cilindro hidráulico.
Controlar la dirección: Bloquean el paso del fluido en un sentido, pero no en el
sentido contrario.
2. COMPONENTES DE LA VÁLVULA DE CONTROL.
Las válvulas de control típicas se componen básicamente en dos partes: el cuerpo y el
servomotor.
El cuerpo de la válvula contiene en su interior el obturador y los asientos y está provisto
de roscas o bridas para conectar la válvula a la tubería. El obturador es quien realiza la
función de control de paso del fluido accionado por el servomotor, pudiendo actuar en la
dirección de su propio eje o bien tener un movimiento rotativo. El obturador esta unido a
un vástago que pasa a través del cuerpo y que es accionado por el servomotor.
2.1. Cuerpo de la válvula
El cuerpo de la válvula debe resistir la temperatura y la presión del fluido sin perdidas,
tener un tamaño adecuado para el caudal que debe controlar y ser resistente a la erosión
o a la corrosión producida por el fluido.
Suele estar constituido de hierro fundido, acero al carbono y acero inoxidable y en casos
especiales los materiales pueden ser de monel, hastelloy B o C, bronce.
Actualmente empiezan a utilizarse nuevos materiales termoplásticos para el cuerpo de las
válvulas como cloruro polivinilo, cloruro polivinilo clorinado, polipropileno, y fluoruro
polivinilideno.
En las aplicaciones químicas hasta 140 °C y 10 bar, las válvulas termoplásticas son de
elección en particular por su resistencia a la corrosión, abrasión y congelación, por su alta
pureza y su bajo coste. Pero no son adecuadas en caso de fuerte vibración o en ambientes
con posible abuso mecánico.
2.1.1. Roscas o bridas
El cuerpo y las conexiones a la tubería (bridas o roscas) están normalizadas de acuerdo a
las presiones y temperaturas de trabajo en las normas DIN y ANSI.
Cabe señalar los puntos siguientes:
Las conexiones roscases se utilizan hasta 2’’
Las bridas pueden ser planas, con resalte, machihembradas, machiembradas con
junta de anillo
Las conexiones soldadas pueden ser con encaje o con soldadura a tope. Las
primeras se emplean para tamaños de válvulas hasta 2’’ y las segundas desde 2 ½‘’
a tamaños mayores.
2.2. Servomotores
Los servomotores pueden ser neumáticos, eléctricos, hidráulicos y digitales, si bien se
emplean generalmente los dos primeros por ser más simples, de actuación rápida y tener
una gran capacidad de esfuerzo. Puede afirmarse que el 90% de las válvulas usadas en la
industria son accionadas neumáticamente.
Los actuadores hidráulicos, neumáticos
eléctricos son usados para manejar aparatos
mecatronicos. Por lo general, los actuadores
hidráulicos se emplean cuando lo que se
necesita es potencia, y los neumáticos son
simples posicionamientos. Sin embargo, los
hidráulicos requieren demasiado equipo para
suministro de energía, así como de
mantenimiento periódico. Por otro lado, las
aplicaciones de los modelos neumáticos
también son limitadas desde el punto de vista
de precisión y mantenimiento.
Los servomotores eléctricos también son muy
utilizados en los aparatos mecatronicos, en los robots. Los servomotores CA sin escobillas
se utilizaran en el futuro como actuadores de posicionamiento preciso debido a la
demanda de funcionamiento sin tantas horas de mantenimiento
2.2.1. Servomotores Neumáticos
Un servomotor neumático consiste en una diafragma con resorte que trabaja entre 3 y 15
psi (1 psi = 6.89 kPa). Al aplicar cierta presión sobre el diafragma, el resorte se comprime
de tal modo que el mecanismo empieza a moverse y sigue moviéndose hasta que llega a
un equilibrio entre la fuerza ejercida por la presión del aire sobre el diafragma y la fuerza
ejercida por el resorte.
2.2.2. Servomotores Eléctricos
El servomotor eléctrico es un motor electro acoplado al vástago de la
válvula a través de un tren de engranajes. El motor se caracteriza
fundamentalmente por su par y por el tiempo requerido (usualmente
1 minuto) para hacer pasar la posición abierta a cerrada o viceversa.
2.2.3. Servomotores Hidráulicos
Los servomotores hidráulicos consisten en una bomba de accionamiento eléctrico que
suministra fluido hidráulico a una servoválvula. La señal del
instrumento de control actúa sobre la servoválvula que
dirige el fluido hidráulico a los dos lados del pistón actuador
hasta conseguir mediante una retroalimentación la posición
exacta de la válvula. Se caracterizan por ser
extremadamente rápidos, potentes y suaves, pero su coste
es elevado, por lo que solo se emplean cuando los
servomotores neumáticos no pueden cumplir con las
especificaciones de servicio.
2.2.4. Servomotores Digitales
Las válvulas digitales disponen de compuertas neumáticas accionadas por
electroválvulas que, a su vez, son excitadas por la señal de salida binaria
de un microprocesador. Su respuesta es muy rápida y el grado de
abertura depende de la combinación de las compuertas. Aunque estas
válvulas están limitadas a fluidos limpios y no corrosivos, prestan interés
para el mando digital directo, si bien su velocidad y apertura instantánea
no representa una ventaja esencial frente a las válvulas neumáticas
industriales y su coste es elevado.
3. TIPOS DE VÁLVULA
Debido a las diferentes variables, no puede haber una válvula universal; por tanto, para
satisfacer los cambiantes requisitos de la industria se han creado innumerables diseños y
variantes con el paso de los años, conforme se han desarrollado nuevos materiales. Todos
los tipos de válvulas recaen en nueve categorías: válvulas de compuerta, válvulas de
globo, válvulas de bola, válvulas de mariposa, válvulas de apriete, válvulas de diafragma,
válvulas de macho, válvulas de retención y válvulas de desahogo (alivio).
Estas categorías básicas se describen a continuación. Sería imposible mencionar todas las
características de cada tipo de válvula
que se fabrica y no se ha intentado
hacerlo. Más bien se presenta una
descripción general de cada tipo en un
formato general, se dan
recomendaciones para servicio,
aplicaciones, ventajas, desventajas y otra información útil para el lector.
3.1. Válvulas de compuerta.
La válvula de compuerta es de vueltas múltiples, en la cual se
cierra el orificio con un disco vertical de cara plana que se
desliza en ángulos rectos sobre el asiento.
Recomendada para
Servicio con apertura total o cierre total, sin
estrangulación.
Para uso poco frecuente.
Para resistencia mínima a la circulación.
Para mínimas cantidades de fluido o liquido atrapado en la tubería.
Aplicaciones
Servicio general, aceites y petróleo, gas, aire, pastas semilíquidas, líquidos espesos, vapor,
gases y líquidos no condensables, líquidos corrosivos.
Ventajas
Alta capacidad.
Cierre hermético.
Bajo costo.
Diseño y funcionamiento sencillos.
Poca resistencia a la circulación.
Desventajas
Control deficiente de la circulación.
Se requiere mucha fuerza para accionarla.
Produce cavitación con baja caída de presión.
Debe estar cubierta o cerrada por completo.
La posición para estrangulación producirá erosión del asiento y del disco.
3.2. Válvula de globo
Una válvula de globo es de vueltas múltiples, en la cual el
cierre se logra por medio de un disco o tapón que sierra o
corta el paso del fluido en un asiento que suele estar paralelo
con la circulación en la tubería.
Recomendada para
Estrangulación o regulación de circulación.
Para accionamiento frecuente.
Para corte positivo de gases o aire.
Cuando es aceptable cierta resistencia a la circulación.
Aplicaciones
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.
Variaciones
Normal (estándar), en “Y”, en ángulo, de tres vías.
Materiales
Cuerpo: bronce, hierro, hierro fundido, acero forjado, Monel, acero inoxidable, plásticos.
3.3. Válvulas de bola
Las válvulas de bola son de ¼ de vuelta, en las cuales una
bola taladrada gira entre asientos elásticos, lo cual permite la
circulación directa en la posición abierta y corta el paso
cuando se gira la bola 90° y cierra el conducto.
Recomendada para
Para servicio de conducción y corte, sin estrangulación.
Cuando se requiere apertura rápida.
Para temperaturas moderadas.
Cuando se necesita resistencia mínima a la circulación.
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.
Variaciones
Entrada por la parte superior, cuerpo o entrada de extremo divididos (partidos), tres vías,
orificio de tamaño total, orificio de tamaño reducido.
Materiales
Cuerpo: hierro fundido, hierro dúctil, bronce, latón, aluminio, aceros al carbono, aceros
inoxidables, titanio, tántalo, zirconio; plásticos de polipropileno y PVC.
3.4. Válvulas de mariposa
La válvula de mariposa es de ¼ de vuelta y controla la
circulación por medio de un disco circular, con el eje de su
orificio en ángulos rectos con el sentido de la circulación (fig. 1-
5).
Recomendada para
Servicio con apertura total o cierre total.
Servicio con estrangulación.
Para accionamiento frecuente.
Cuando se requiere corte positivo para gases o líquidos.
Cuando solo se permite un mínimo de fluido atrapado en la tubería.
Para baja ciada de presión a través de la válvula.
Aplicaciones
Servicio general, líquidos, gases, pastas semilíquidas, líquidos con sólidos en suspensión.
Ventajas
Ligera de peso, compacta, bajo costo.
Requiere poco mantenimiento.
Número mínimo de piezas móviles.
No tiene bolas o cavidades.
Alta capacidad.
Circulación en línea recta.
Se limpia por sí sola.
Desventajas
Alta torsión (par) para accionarla.
Capacidad limitada para caída de presión.
Propensa a la cavitación.
Variaciones
Disco plano, disco realzado, con brida, atornillado, con camisa completa, alto rendimiento.
3.5. Válvulas de diafragma
Las válvulas de diafragma son de vueltas múltiples y efectúan el
cierre por medio de un diafragma flexible sujeto a un compresor.
Cuando el vástago de la válvula hace descender el compresor, el
diafragma produce sellamiento y corta la circulación.
Recomendada para
Servicio con apertura total o cierre total.
Para servicio de estrangulación.
Para servicio con bajas presiones de operación.
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, corrosión o formación de gomas en los
productos que circulan.
Desventajas
Diafragma susceptible de desgaste.
Elevada torsión al cerrar con la tubería llena.
Variaciones
Tipo con vertedero y tipo en línea recta.
Materiales
Metálicos, plásticos macizos, con camisa, en gran variedad de cada uno.
3.6. Válvulas de macho
La válvula de macho es de ¼ de vuelta, que controla la
circulación por medio de un macho cilíndrico o cónico que tiene un
agujero en el centro, que se puede mover de la posición abierta a
la cerrada mediante un giro de 90°.
Recomendada para
Servicio con apertura total o cierre total.
Para accionamiento frecuente.
Para baja caída de presión a través de la válvula.
Para resistencia mínima a la circulación.
Para cantidad mínima de fluido atrapado en la tubería.
Aplicaciones
Servicio general, pastas semilíquidas, líquidos, vapores, gases, corrosivos.
Ventajas
Alta capacidad.
Bajo costo.
Cierre hermético.
Funcionamiento rápido.
Desventajas
Requiere alta torsión (par) para accionarla.
Desgaste del asiento.
Cavitación con baja caída de presión.
Variaciones
Lubricada, sin lubricar, orificios múltiples.
Materiales
Hierro, hierro dúctil, acero al carbono, acero inoxidable, aleación 20, Monel, níquel,
Hastelloy, camisa de plástico.
3.7. Válvulas de apriete
La válvula de apriete es de vueltas múltiples y efectúa el cierre
por medio de uno o más elementos flexibles, como diafragmas o tubos
de caucho que se pueden apretar u oprimir entre sí para cortar la circulación.
Recomendada para
Servicio de apertura y cierre.
Servicio de estrangulación.
Para temperaturas moderadas.
Cuando hay baja caída de presión a través de la válvula.
Para servicios que requieren poco mantenimiento.
Aplicaciones
Pastas semilíquidas, lodos y pastas de minas, líquidos con grandes cantidades de sólidos
en suspensión, sistemas para conducción neumática de sólidos, servicio de alimentos.
Ventajas
Bajo costo.
Poco mantenimiento.
No hay obstrucciones o bolsas internas que la obstruyan.
Diseño sencillo.
No corrosiva y resistente a la abrasión.
Desventajas
Aplicación limitada para vació.
Difícil de determinar el tamaño.
3.8. Válvulas de retención (check).
La válvula de retención está destinada a impedir una inversión de la circulación. La
circulación del líquido en el sentido deseado abre la válvula; al invertirse la circulación, se
cierra. Hay tres tipos básicos de válvulas de retención:
3.8.1. Válvulas de retención del columpio.
Esta válvula tiene un disco embisagrado o de charnela que se abre por completo con la
presión en la tubería y se cierra cuando se interrumpe la presión y empieza la circulación
inversa. Hay dos diseños: uno en “Y” que tiene una abertura de acceso en el cuerpo para
el esmerilado fácil del disco sin desmontar la válvula de la tubería y un tipo de circulación
en línea recta que tiene anillos de asiento reemplazables.
Recomendada para
Cuando se necesita resistencia mínima a la circulación.
Cuando hay cambios poco frecuentes del sentido de circulación en la tubería.
Para servicio en tuberías que tienen válvulas de compuerta.
Para tuberías verticales que tienen circulación ascendente.
Aplicaciones
Para servicio con líquidos a baja velocidad.
Ventajas
Puede estar por completo a la vista.
La turbulencia y las presiones dentro de la válvula son muy bajas.
El disco en “Y” se puede esmerilar sin desmontar la válvula de la tubería.
3.8.2. Válvulas de retención de elevación
Una válvula de retención de elevación es similar a la válvula de
globo, excepto que el disco se eleva con la presión normal e la
tubería y se cierra por gravedad y la circulación inversa.
Recomendada para
Cuando hay cambios frecuentes de circulación en la
tubería.
Para uso con válvulas de globo y angulares.
Para uso cuando la caída de presión a través de la válvula no es problema.
Aplicaciones
Tuberías para vapor de agua, aire, gas, agua y vapores con altas velocidades de
circulación.
Ventajas
Recorrido mínimo del disco a la posición de apertura total.
Acción rápida.
3.8.3. Válvula de retención de mariposa
Una válvula de retención 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 válvula, cuando esta se encuentra cerrada. Luego, el disco solo se mueve una distancia
corta desde el cuerpo hacia el centro de la válvula para abrir por completo.
Recomendada para
Cuando se necesita resistencia mínima a la circulación en la tubería.
Cuando hay cambios frecuentes en el sentido de la circulación.
Para uso con las válvulas de mariposa, macho, bola, diafragma o de apriete.
Aplicaciones
Servicio para líquidos o gases.
Ventajas
El diseño del cuerpo se presta para la instalación de diversos tipos de camisas de
asiento.
Menos costosa cuando se necesita resistencia a la corrosión.
Funcionamiento rápido.
La sencillez del diseño permite construirlas con diámetros grandes.
Se puede instalar virtualmente en cualquier posición.
3.9. Válvulas de desahogo (alivio)
Una válvula de desahogo es de acción automática para tener regulación
automática de la presión. El uso principal de esta válvula es para servicio no
comprimible y se abre con lentitud conforme aumenta la presión, para
regularla.
La válvula de seguridad es similar a la válvula de desahogo y se abre con
rapidez con un “salto” para descargar la presión excesiva ocasionada por
gases o líquidos comprimibles.
El tamaño de las válvulas de desahogo es muy importante y se determina mediante
formulas especificas.
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 operación.
Variaciones
Seguridad, desahogo de seguridad.
Construcción con diafragma para válvulas utilizadas en servicio corrosivo.
Materiales
Cuerpo: hierro fundido, acero al carbono, vidrio y TFE, bronce, latón, camisa de TFE, acero
inoxidable, Hastelloy, Monel.
Componentes: diversos.
4. PARTES INTERNAS DE LAS VÁLVULAS. OBTURADOR Y ASIENTOS
Como partes internas de la válvula se consideran generalmente piezas metálicas internas
desmontables que están en contacto directo con el fluido. Estas piezas son el vástago, la
empaquetadura, el collarín de lubricación en la empaquetadura (si se emplea), los anillos
de guía del vástago, el obturador y el asiento o los asientos. Hay que señalar que el
obturador y el asiento constituyen el “corazón de la válvula” al controlar el caudal gracias
al orificio de paso variable que forman al variar su posición relativa, y que además tienen
la misión de cerrar el paso del fluido.
4.1. Elección del obturador y los asientos.
Para la elección del obturador y los asientos se deben tomar en cuenta:
Materiales normales y los especiales aptos para contrarrestar la corrosión, la
erosión y el desgaste producidos por el fluido.
Características de caudal en función de la carrera.
Tamaño normal o reducido que permite obtener varias capacidades de caudal de
la válvula con el mismo tamaño del cuerpo.
4.2. Materiales empleados
El obturador y los asientos se fabrican normalmente en acero inoxidable porque éste
material es muy resistente a la corrosión y a la erosión del fluido.
Cuando la velocidad del fluido es baja, pueden utilizarse PCV, fluorocarbonos y otros
materiales blandos, solos o reforzados con fibras de vidrio o grafito. En algunas válvulas
pueden utilizarse obturadores y asientos de cerámica.
4.3. Válvulas de obturador excéntrico rotativo.
Consiste en un obturador de superficie esférica que tiene un
movimiento excéntrico rotativo y que está unido al eje de giro por
uno o dos brazos flexibles.
El eje de giro sale al exterior del cuerpo y es accionado por un
vástago conectado a un servomotor. El par de este es reducido
gracias al movimiento excéntrico de de la cara esférica del
obturador.
La válvula puede tener un cierre estanco mediante aros de teflón dispuestos en el asiento y se
caracteriza por su gran capacidad de caudal, comparable a las válvulas mariposa y de bola y por su
elevada perdida de carga admisible.
4.4. Válvula de obturador cilíndrico excéntrico.
Tiene un obturador cilíndrico excéntrico que asienta contra un
cuerpo cilíndrico. El cierre hermético se logra con un
revestimiento de goma o teflón en la cara del cuerpo donde
asienta el obturador. La válvula es de bajo coste y tiene una
capacidad relativamente alta. Es adecuada para fluidos
corrosivos, y líquidos viscosos o conteniendo sólidos en
suspensión.
4.5. Asientos de válvulas
El asiento de válvula en conjunto con la válvula constituyen el par mecánico por el cual se
logra la estanqueidad de la cámara de combustión. El asiento debe poseer resistencia al
desgaste y a la oxidación/corrosión a altas temperaturas, además de poseer una buena
conductividad térmica (entre el 75% y el 90% del calor absorbido por una válvula de
escape se evacua a través del asiento).
Generalmente se construyen de fundición de hierro o aceros,
ambos aleados con cromo, níquel y molibdeno para
incrementar la resistencia al desgaste y a la corrosión en
caliente. Suelen poseer un tratamiento térmico de
endurecimiento a fin de mejorar las propiedades de resistencia
al desgaste.
Existen también asientos producidos en aleaciones base níquel
y cobalto para aplicaciones donde la temperatura y el desgaste son extremos, como en el
caso de motores que funcionan con combustibles gaseosos.
5. TAPA DE LA VÁLVULA
La tapa válvula de control tiene por objeto unir el cuerpo al servomotor. a su vez desliza el
vástago del obturador accionado por el servomotor. Este vástago dispone generalmente
de un índice que señala en una escala la posición de apertura o de cierre de la válvula.
Para que el fluido no se escape a través de la tapa es necesario disponer de una caja de
empaquetadura al vástago. La empaquetadura ideal debe ser elástica, tener un bajo
coeficiente de rozamiento, ser químicamente inherente y ser un aislante eléctrico, con el
fin de no formar un puente galvánico con el vástago que de lugar a una corrosión de
partes de la válvula. La empaquetadura que se utilizan normalmente es de teflón cuya
temperatura máxima de servicio es de 220 °C. a temperaturas superiores o inferiores a
este valor, es necesario o bien emplear otro material o bien alejar la empaquetadura del
cuerpo de la válvula para que se establezca así un gradiente de temperaturas entre el
fluido y la estopada y esta ultima pueda trabajar satisfactoriamente.
La empaquetadura normal no proporciona un sello perfecto para el fluido. En el caso de
fluidos toxicos, corrosivos, radioactivos o muy valiosos hay que asegurar un cierre total en
la estopa. Los fuelles de estanqueidad lo proporcionan al estar unidos por un lado del
vástago y por el otro la tapa. La estanqueidad es tan perfecta que las posibles fugas solo
pueden detectarse mediante ensayos realizados con un espectrómetro de masas.
5.1. Tipos de tapa
Según las temperaturas de trabajo de los fluidos y el grado de estanqueidad deseada
existen los siguientes tipos de tapas:
Tapa normal adecuada para trabajar a temperaturas del fluido variables entre 0 y
220° C.
Tapa con aletas de radiación circular o vertical, que puede trabajar entre 20 a 450°
C, recomendándose que por encima de 350° C la válvula se monte invertida para
facilitar el enfriamiento de la empaquetadura.
Tapa con columnas de extensión. Las columnas son adecuadas cuando el fluido
esta en temperaturas muy bajas.
Tapa con fuelle de estanqueidad para temperaturas de servicio entre 20 y 450° C.
Tipos de tapa
La caja de empaquetadura de la válvula consiste en unos anillos de estopada
comprimidos por medio de una tuerca o bien mediante una brida de presión
regulable con dos tuercas. La empaquetadura puede ser apretada manualmente de
modo periódico o bien ser
presionada elásticamente con un
muelle apoyado interiormente en
la tapa.
Tipos de empaquetadura
6. CORROSIÓN Y EROSIÓN EN LAS VÁLVULAS
No existe actualmente ningún material que resista la corrosión de todos los fluidos, por lo
cual en muchos casos es necesario utilizar materiales combinados cuya selección
dependerá del medio específico donde deban trabajar.
Cuando el material resistente a la corrosion es caro o no adecuado, pueden utilizarse
materiales de revestimiento, tales como plasticos, fluorocarbonos, elastómeros, vidrio,
plomo y tantalio. Como es logico, el revestimiento no debe fallar pues el fluido atacaria el
metal base y la valvula se perforaria.
La erosión se produce cuando partículas de alta velocidad en el seno del fluido chocan
contra la superficie del material de la válvula. Estas condiciones se encuentran en la
vaporización de un liquido (flashing), con arena, fangos, etc. La posible presencia del
fenómeno de la erosión ante el gran numero de fluidos y la gran variedad de condiciones
de servicio que se encuentra actualmente en la industria obliga a seleccionar el tipo y
material del cuerpo y del obturador a fin de resistirla, en particular en condiciones
extremas de presión diferencial y de temperatura.
Los materiales termoplásticos son resistentes a la corrosión frente a muchos materiales
químicos (acido sulfúrico, acido nítrico, etc.) y poseen unas buenas características
dieléctricas (de 0,9 a 1,18 kV/m con el ensayo de ASTM 149). No resisten las vibraciones
mecánicas, pero pueden ser el material de recubrimiento de los metales para manejar las
dos condiciones, corrosión y vibraciones.
7. RUIDOS EN VÁLVULAS DE CONTROL
En las industrias de proceso intervienen muchos factores que contribuyen al
mantenimiento de alto niveles de ruidos, entre los cuales, uno de los más importantes es
el generado durante el funcionamiento de las válvulas de control instaladas en las tuberías
que transportan líquidos, gases y vapores. Las leyes y formas aparecidas en la industria
sobre el nivel de ruido admisible han contribuido a desarrollar con ímpetu creciente el
estudio de su reducción en las válvulas de control.
7.1. Causas de ruido en las válvulas
La alta velocidad de los fluidos en las tuberías es una es una de las principales causas de
ruido en las válvulas de control, sin embargo, no pueden darse reglas de velocidad por la
gran cantidad de variables que influyen.
Tres son las causas principales del ruido en las válvulas de control: vibración mecánica,
ruido hidrodinámico y ruido aerodinámico.
Vibración mecánica
La vibración mecánica es debida a las fluctuaciones de presión causales que se producen
dentro del cuerpo de la válvula y al choque del fluido contra las partes móviles de la
misma.
Ruido hidráulico
El ruido hidráulico es producido por los líquidos al circular a través de la válvula.
Ruido aerodinámico
El ruido aerodinámico es la causa principal del ruido producido por la válvula. Proviene del
flujo turbulento del vapor, del aire y de otros gases, siendo despreciable prácticamente en
los líquidos.
7.2. Reducción del ruido
La reducción del ruido en las válvulas de control se logra también atacando la fuente de
ruido, o bien atenuando la transmisión del sonido.
En el primer caso se suele utilizar una válvula de
bola o rotativa con el obturador perforado o un
obturador del tipo jaula, dotado de múltiples
orificios de de forma variada parecidos a panales
de abeja.
En otros tipos de válvulas se emplean conductos
laberinticos en las partes internas entre el
obturador y los asientos para aumentar la
resistencia hidráulica del fluido y limitar su velocidad reduciendo así el ruido.
CONCLUSIONES
Comúnmente se cree (incluso por los estudiantes de ingeniería) que las válvulas de control
son únicamente elementos finales de control de flujo y que su implementación solo radica
en hacer salir o no un fluido de algún proceso. Pero con todo lo expuesto con anterioridad
es evidente que una válvula es más que solo un elemento final de control.
El buen funcionamiento de un sistema de tuberías depende en gran parte de la elección
adecuada y de la situación de las válvulas que controlan y regulan la circulación de los
fluidos en la instalación. Las válvulas además deben colocarse en lugares donde sea fácil
su manejo y de modo que pueda atenderse la conservación de la instalación sin que
interrumpa el funcionamiento de otros aparatos conectados.
Una buena válvula debe diseñarse de manera que sus deformaciones debidas a las
variaciones de temperatura y de presión, y las dilataciones de las tuberías conectadas, no
deformen el asiento; su vástago y el collarín del prensaestopas deben permitir poner con
facilidad y con rapidez la empaquetadura, y los discos y los asientos deben estar diseñados
y hechos con materiales que permitan que la válvula siga cerrando bien durante un
periodo razonable de servicio activo.