Elementos finales de control - Válvulas (primera parte)

Válvulas de control

En el control automático de los procesos industriales la válvula de control juega un papel muy importante en el bucle de la regulación. Realiza la función de variar el caudal del fluido de control que modifica a su vez el caudal de la variable medida comportándose como un orificio de área continuamente variable. Dentro del bucle de control tiene tanta importancia como el elemento primario, el transmisor y el controlador.

El cuerpo de la válvula contiene en su interior el obturador y los asientos y esta provisto de de rosca o de bridas para conectar la válvula a la tubería. El obturador es quien realiza la función de paso del fluido y puede actuar en la dirección de su propio eje o bien tener un movimiento rotativo. Esta unido a un vástago que pasa a través de la tapa del cuerpo y que es accionado por el servomotor.

Tipos de válvulas

Las válvulas pueden ser de varios tipos según sea el diseño del cuerpo y el movimiento del obturador.

Las válvulas de movimiento lineal en las que el obturador se mueve en la dirección de su propio eje se clasifican como se especifica a continuación.

Válvulas de globo

Puede ser de simple asiento, de doble asiento y de obturador equilibrado respectivamente. Las válvulas de simple asiento precisan de un actuador de mayor tamaño para que el obturador cierre en contra de la presión diferencial del proceso. Por lo tanto, se emplean cuando la presión del fluido es baja y se precisa que las fugas en posición de cierre sean mínimas. El cierre estanco se logra con obturadores provistos de una arandela de "resina anti-adherente" ó "fluoropolímero" (la empresa me prohibió poner el nombre comercial). En la válvula de doble asiento o de obturador equilibrado la fuerza de desequilibrio desarrollada por la presión diferencial a través del obturador es menor que en la válvula de simple asiento. Por este motivo se emplea en válvulas de gran tamaño o bien cuando deba trabajarse con una alta presión diferencial. En posición de cierre las fugas son mayores que en una válvula de simple asiento.

a) Asiento simple

b) Doble asiento

c) Obturador equilibrado

Válvula en ángulo

Esta válvula permite tener un flujo de caudal regular si excesivas turbulencias y es adecuada para disminuir la erosión cuando esta es considerable por las características del fluido o bien por la excesiva presión diferencial. El diseño de la válvula es idóneo para el control de fluidos que vaporizan, para trabajar con grandes presiones diferenciales y para los fluidos que contienen sólidos en suspensión.

Este tipo de válvulas se emplea generalmente para mezclar fluidos o bien para derivar de un flujo de entrada dos de salida, las válvulas de de tres vías intervienen típicamente en el control de temperatura de intercambiadores de calor.

Válvula de jaula

Válvula jaula

Consiste en un obturador cilíndrico que desliza en una jaula con orificios adecuados a las características de caudal deseadas en la válvula. Se caracterizan por el fácil desmontaje del obturador y porque este puede incorporar orificios que permiten eliminar prácticamente el desequilibrio de fuerzas producido por la presión diferencial favoreciendo la estabilidad y el funcionamiento. Por este motivo, este tipo de obturador equilibrado se emplea en válvulas de gran tamaño o bien cuando deba trabajarse con una alta presión diferencial. Como el obturador esta contenido dentro de la jaula, la válvula es muy resistente a las vibraciones o al desgaste. Por otro lado, el obturador puede disponer de aros de "resina anti-adherente" ó "fluoropolímero" (la empresa me prohibió poner el nombre comercial) que, con la válvula en posición cerrada, asientan contra la jaula y permiten así un cierre hermético.

Válvula de compuerta

Esta válvula efectúa su cierre con un disco vertical plano, o de forma especial, y que se mueve verticalmente al flujo del fluido. Por su disposición es adecuada generalmente para el control todo-nada, ya que en posiciones intermedias tiende a bloquearse. Tiene la ventaja de presentar muy poca resistencia al flujo del fluido cuando esta en posición de apertura total.

Válvula de compuerta

Válvula en "Y"

Es adecuada como válvula de cierre y de control. Como válvula todo-nada se caracteriza por su baja pérdida de carga y como válvula de control presenta una gran capacidad de caudal. Posee una característica de auto drenaje cuando esta instalada inclinada con un cierto ángulo. Se emplea usualmente en instalaciones criogénicas.

Válvula de cuerpo partido

Esta válvula es una modificación de la válvula de globo de simple asiento teniendo el cuerpo partido en dos partes entre las cuales esta presionado el asiento. Esta disposición permite una fácil sustitución del asiento y facilita un flujo suave del fluido sin espacios muertos en el cuerpo. Se emplea principalmente para fluidos viscosos y en la industria alimentaria.

Válvula Saunders

En esta válvula, el obturadores una membrana flexible que a través de un vástago unido a un servomotor, es forzada contra un resalte del cuerpo cerrando así el paso del fluido. La válvula se caracteriza porque el cuerpo puede revestirse fácilmente de goma o plástico para trabajar con fluidos agresivos.

Tiene la desventaja de que el servomotor de accionamiento debe ser muy potente. Se utiliza principalmente en procesos químicos difíciles, en particular en el manejo de fluidos negros o agresivos o bien en el control de fluidos conteniendo sólidos en suspensión.

Válvulas de compresión

Funciona mediante el pensamiento de dos o más elementos flexibles, por ejemplo, un tubo de goma. Igual que las válvulas de diafragma se caracteriza por que proporciona un optimo control en posición de cierre parcial y se aplican fundamentalmente en el manejo de fluidos negros o corrosivos, viscosos o conteniendo sólidos en suspensión.

Válvulas de obturador excéntrico rotativo

Consiste en un obturador de superficie esférica que tiene un movimiento excéntrico rotativo y que esta 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 "resina anti-adherente" ó "fluoropolímero" (la empresa me prohibió poner el nombre comercial) 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 pérdida de carga admisible.

Válvula de obturador cilíndrico excéntrico

Válvula de obturador excéntrico cilíndrico

Tiene un obturador cilíndrico excéntrico que asienta contra un cuerpo cilíndrico. El cierre hermético se logra con un revestimiento de goma o "resina anti-adherente" ó "fluoropolímero" (la empresa me prohibió poner el nombre comercial) 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.

Válvula de mariposa

Válvula de mariposa

El cuerpo esta formado por un anillo cilíndrico dentro del cual gira transversalmente un disco circular. La válvula puede cerrar herméticamente mediante un anillo de goma empotrado en el cuerpo. Un servomotor exterior acciona el eje del disco y ejerce su par máximo cuando la válvula esta totalmente abierta, siempre que la presión permanezca constante. En la selección de la válvula es importante considerar las presiones diferenciales correspondientes a las posiciones de completa apertura y de cierre; se necesita una gran fuerza del actuador para accionar la válvula en caso de una caída de presión elevada.

Las válvulas de mariposa se emplean para el control de grandes caudales de fluidos a baja presión.

Válvula de bola

El cuerpo de la válvula tiene una cavidad interna esférica que alberga un obturador en forma de esfera o de bola. La válvula tiene un corte adecuado que fija la curva característica de la válvula, y gira transversalmente accionada por un servomotor exterior. El cierre hermético se logra mediante un aro de "resina anti-adherente" ó "fluoropolímero" (la empresa me prohibió poner el nombre comercial) incorporado al cuerpo contra el cual asienta la bola cuando la válvula esta cerrada. En posición de apertura total, la válvula equivale aproximadamente en tamaño a 75 % del tamaño de la tubería. La válvula de bola se emplea principalmente en control de caudal de fluidos negros, o bien en fluidos con gran porcentaje de sólidos en suspensión.

Válvula de orificio ajustable

El obturado de esta válvula consiste en una camisa de forma cilíndrica que esta perforada con dos orificios, uno de nitrada y uno de salida y que gira mediante una palanca exterior accionada manualmente o por medio de un servomotor. El giro del obturador tapa parcial o totalmente las entradas y salidas de la válvula controlando así el caudal. La válvula incorpora además una tejedera cilíndrica que puede deslizar dentro de la camisa gracias a un macho roscado de accionamiento exterior. La tejedera puede así fijarse manualmente en una posición determinada para limitar el caudal máximo.

La válvula es adecuada en los casos en que hay que ajustar manualmente el caudal máximo del fluido, cuando el caudal puede variar entre limites amplios de forma intermitente o contínua y cuando no se requiere un cierre hermético. Se utiliza para combustibles gaseosos o líquidos, vapor, aire comprimido y líquidos en general.

Válvula de flujo axial

Consisten en un diafragma accionado reumáticamente que mueve un pistón, el cual a su vez comprime un fluido hidráulico contra un obturador formado por un material elastómero. De este modo el obturador se expansiona para cerrar el flujo anular del fluido. Este tipo de válvulas se emplea para gases y es especialmente silencioso. Otra variedad de la válvula de flujo axial es la válvula de manguito, que es accionada por conexión exterior del manguito a través de un fluido auxiliar a una presión superior a la del propio fluido. Se utiliza también para gases.

Válvula de manguito elástico

Válvula de seguridad

Válvula de retención

Válvula reductora de presión

Bibliografía:

Manual Del Ingeniero Mecánico, Marks.

Instrumentación Industrial, Creus.

Autor: Sin datos

Editor: Ricardo Santiago Netto (Administrador de Fisicanet)

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