UNIDAD 6 1 INSTRUMENTACIN II
UNIDAD 6 2 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
UNIDAD 6 3 INSTRUMENTACIN II
VALVULAS DE CONTROL
UNIDAD 6 4 INSTRUMENTACIN II
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.
UNIDAD 6 5 INSTRUMENTACIN II
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.
UNIDAD 6 6 INSTRUMENTACIN II
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)
UNIDAD 6 7 INSTRUMENTACIN II
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
UNIDAD 6 8 INSTRUMENTACIN II
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
UNIDAD 6 9 INSTRUMENTACIN II
UNIDAD 6 10 INSTRUMENTACIN II
VALVULAS DE GLOBO
UNIDAD 6 11 INSTRUMENTACIN II
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.
UNIDAD 6 12 INSTRUMENTACIN II
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
UNIDAD 6 13 INSTRUMENTACIN II
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.
UNIDAD 6 14 INSTRUMENTACIN II
UNIDAD 6 15 INSTRUMENTACIN II
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
UNIDAD 6 16 INSTRUMENTACIN II
Figura No. 9 Vlvulas De ngulo
Figura No. 10 Vlvula de ngulo
UNIDAD 6 17 INSTRUMENTACIN II
Figura No. 11 Vlvula de ngulo de alta integridad
UNIDAD 6 18 INSTRUMENTACIN II
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
UNIDAD 6 19 INSTRUMENTACIN II
Figura No.13 Vlvulas de Tres Vas
Figura No.14 Vlvulas de Cuatro Vas
UNIDAD 6 20 INSTRUMENTACIN II
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.
UNIDAD 6 21 INSTRUMENTACIN II
UNIDAD 6 22 INSTRUMENTACIN II
UNIDAD 6 23 INSTRUMENTACIN II
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.
UNIDAD 6 24 INSTRUMENTACIN II
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.
UNIDAD 6 25 INSTRUMENTACIN II
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
UNIDAD 6 26 INSTRUMENTACIN II
UNIDAD 6 27 INSTRUMENTACIN II
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
UNIDAD 6 28 INSTRUMENTACIN II
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
UNIDAD 6 29 INSTRUMENTACIN II
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.
Instrucciones especiales para instalacin y mantenimiento
Lubricar a intervalos peridicos.
No utilizar barras, llaves ni herramientas para cerrarla.
Especificaciones para el pedido
Material del cuerpo.
Material del diafragma.
Conexiones de extremo.
Tipo del vstago.
Tipo del bonete.
Tipo de accionamiento.
Presin de funcionamiento.
Temperatura de funcionamiento.
UNIDAD 6 30 INSTRUMENTACIN II
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.
UNIDAD 6 31 INSTRUMENTACIN II
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).
UNIDAD 6 32 INSTRUMENTACIN II
Figura No. 18 Vlvula Saunder (Diafragma)
UNIDAD 6 33 INSTRUMENTACIN II
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
UNIDAD 6 34 INSTRUMENTACIN II
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.
Instrucciones especiales para instalacin y mantenimiento
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.
Especificaciones para el pedido
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.
UNIDAD 6 35 INSTRUMENTACIN II
UNIDAD 6 36 INSTRUMENTACIN II
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
UNIDAD 6 37 INSTRUMENTACIN II
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.
Instrucciones especiales para instalacin y mantenimiento
Los tamaos grandes pueden requerir soportes encima o debajo de la tubera, si los soportes para el
tubo son inadecuados.
Especificaciones para el pedido
Presin de funcionamiento.
Temperatura de funcionamiento.
Materiales de la camisa.
Camisa descubierta o alojada.
UNIDAD 6 38 INSTRUMENTACIN II
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
UNIDAD 6 39 INSTRUMENTACIN II
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
UNIDAD 6 40 INSTRUMENTACIN II
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
UNIDAD 6 41 INSTRUMENTACIN II
Recomendada para
Servicio con apertura total o cierre total.
Servicio con estrangulacin.
Para accionamiento frecuente.
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.
Instrucciones especiales para instalacin y mantenimiento
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.
Especificaciones para el pedido
Tipo de cuerpo.
Tipo de asiento.
Material del cuerpo.
Material del disco.
Material del asiento.
Tipo de accionamiento.
Presin de funcionamiento.
UNIDAD 6 42 INSTRUMENTACIN II
Temperatura de funcionamiento.
UNIDAD 6 43 INSTRUMENTACIN II
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
UNIDAD 6 44 INSTRUMENTACIN II
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.
Instrucciones especiales para instalacin y mantenimiento
Dejar suficiente espacio para accionar una manija larga.
UNIDAD 6 45 INSTRUMENTACIN II
Especificaciones para el pedido
Temperatura de operacin.
Tipo de orificio en la bola.
Material para el asiento.
Material para el cuerpo.
Presin de funcionamiento.
Orificio completo o reducido.
Entrada superior o entrada lateral.
UNIDAD 6 46 INSTRUMENTACIN II
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
Servicio con apertura total o cierre total.
Para accionamiento frecuente.
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.
Instrucciones especiales para instalacin y mantenimiento
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 cuerpo.
UNIDAD 6 47 INSTRUMENTACIN II
Material del macho.
Capacidad nominal de temperatura.
Disposicin de los orificios, si es de orificios mltiples.
Lubricante, si es vlvula lubricada.
UNIDAD 6 48 INSTRUMENTACIN II
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
UNIDAD 6 49 INSTRUMENTACIN II
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
UNIDAD 6 50 INSTRUMENTACIN II
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.
Tamaos desde 1" a 3"
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
Tamaos desde 2" a 48"
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.
Componentes: diversos.
Instrucciones especiales para instalacin y mantenimiento
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.
UNIDAD 6 51 INSTRUMENTACIN II
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.
Componentes: diversos.
Instrucciones especiales para instalacin y mantenimiento
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.
UNIDAD 6 52 INSTRUMENTACIN II
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.
Instrucciones especiales para instalacin y mantenimiento
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.
UNIDAD 6 53 INSTRUMENTACIN II
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.
Componentes: diversos.
Instrucciones especiales para instalacin y mantenimiento
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.
UNIDAD 6 54 INSTRUMENTACIN II
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
UNIDAD 6 55 INSTRUMENTACIN II
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.
UNIDAD 6 56 INSTRUMENTACIN II
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.
UNIDAD 6 57 INSTRUMENTACIN II
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.
UNIDAD 6 58 INSTRUMENTACIN II
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
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20 40 60 80 100
20
40
60
80
100
0
UNIDAD 6 59 INSTRUMENTACIN II
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.
UNIDAD 6 60 INSTRUMENTACIN II
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.
UNIDAD 6 61 INSTRUMENTACIN II
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
UNIDAD 6 62 INSTRUMENTACIN II
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
UNIDAD 6 63 INSTRUMENTACIN II
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
UNIDAD 6 64 INSTRUMENTACIN II
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
UNIDAD 6 65 INSTRUMENTACIN II
9. DISEO TPICO DE CUERPO DE VLVULA DONDE SE MUESTRAN LA CAJA Y LOS ASIENTOS.
UNIDAD 6 66 INSTRUMENTACIN II
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.
UNIDAD 6 67 INSTRUMENTACIN II
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.
UNIDAD 6 68 INSTRUMENTACIN II
UNIDAD 6 69 INSTRUMENTACIN II
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
UNIDAD 6 70 INSTRUMENTACIN II
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
UNIDAD 6 71 INSTRUMENTACIN II
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