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Elementos Finales De Control

Contenido: Válvulas de control. Tipos de válvulas. Válvula de globo. Válvula en ángulo. Válvula de jaula. Válvula de compuerta.

ELEMENTOS FINALES DE CONTROL

VALVULAS 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 VALVULAS

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.

VALVULA 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

VALVULA EN ANGULO

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.

VALVULA DE 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.

VALVULA 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.

VALVULA EN "Y"

Es adecuada como válvula de cierre y de control. Como válvula todo-nada se caracteriza por su baja perdida 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 Angulo. Se emplea usualmente en instalaciones criogénicas.

VALVULA 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.

VALVULA 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.

VALVULAS DE COMPRESION

Funciona mediante el pensamiento de dos o mas 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.

VALVULAS DE OBTURADOR EXCENTRICO 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 perdida de carga admisible.

VALVULA DE OBTURADOR CILINDRICO EXCENTRICO

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.

VALVULA 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.

VALVULA 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.

VALVULA 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 continua y cuando no se requiere un cierre hermético. Se utiliza para combustibles gaseosos o líquidos, vapor, aire comprimido y líquidos en general.

VALVULA 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

CUERPO DE LA VALVULA

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.

El cuerpo y las conexiones a la tubería están normalizados de acuerdo con las presiones y temperaturas de trabajo en las normas DIN y ANSI.

Cabe señalar los puntos siguientes:

1. Las conexiones roscadas se utilizan hasta 2"

2. las bridas pueden ser planas, con resalte, machihembradas, machihembradas con junta de anillo.

3. 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" hasta tamaños mayores.

a) Roscada

b) Bridas planas

c) Bridas con resalte

d) Bridas machihembradas

e) Bridas machihembradas con junta de anillo

f) Soldadura con encaje

g) Soldaduras a tope

Tipos de conexiones del cuerpo a la tubería

El cuerpo suele ser de hierro, acero y acero inoxidable y en casos especiales los materiales pueden ser de Money, hastelloy B o C etc.

Todos los tipos de accesorios de hierro fundido y hierro dúctil y cuerpos de válvulas para agua, drenaje y otros usos se producen en la Fundición de Hierro. Además, se fabrica fundición especial para diversas aplicaciones. Los accesorios de tuberías se vacían en moldes estáticos, en diámetros de 4" a 64" y de 100mm a 1600mm. Varias naves de producción equipadas con maquinaria para fabricar moldes proporcionan los medios de producción. Un taller de modelos está completamente equipado para la fabricación de modelos de madera y de metal.

El proceso de vaciado se inicia con modelos fabricados de acuerdo con la configuración del objeto deseado. La arena de molde mezclada con arcilla o aglutinantes químicos se compacta alrededor del modelo con equipo especial de apisonado. El modelo se dibuja dejando una cavidad con la forma del modelo. Se insertan núcleos moldeados para la forma interna. Dos mitades de molde se cierran y se vierte hierro fundido dentro de la cavidad del molde. Después de que haya tomado lugar la solidificación, la pieza vaciada se separa de la arena, se limpia y se maquina según se requiera.

El hierro para los accesorios puede ser fundido en frío en tres hornos de inducción de 22 toneladas métricas sin núcleo o puede entregarse líquido a la fundición.

Este hierro se controla químicamente para satisfacer los varios niveles de resistencia que exigen las normas actuales de fabricación de válvulas en moldes de arena.

Vaciado de hierro para fabricación

Accesorios de válvulas

TAPA DE LA VALVULA

La tapa de la válvula de control tiene por objeto unir el cuerpo de la válvula al servomotor. A su traves desliza el vástago del obturador accionado por el motor. Este vástago dispone generalmente de un índice que señala en una escala de posición de apertura o de cierre de la válvula.

Para que el fluido no escape a través de la tapa es necesario disponer una caja de empaquetadura entre la tapa y el vástago. La empaquetadura ideal debe ser elástica,tener un bajo coeficiente de rozamiento, ser químicamente inerte y ser un aislante eléctrico, con el fin de no formar un puente galvanizo con el vástago que dé lugar a una corrosión de partes de la válvula. La empaquetadura que se utiliza normalmente es de "resina anti-adherente" ó "fluoropolímero" (la empresa me prohibió poner el nombre comercial) cuya temperatura máxima de servicio es de 220° C. A temperatura 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 estopa y esta última pueda trabajar satisfactoriamente.

La empaquetadura normal no proporciona un sello perfecto para el fluido, esta empaquetadura suele ser de aros de "resina anti-adherente" ó "fluoropolímero" (la empresa me prohibió poner el nombre comercial) que es autolubricante y no necesita engrase. Cuando el fluido y las condiciones de servicio no permiten el empleo aislado de "resina anti-adherente" ó "fluoropolímero" (la empresa me prohibió poner el nombre comercial) se utiliza grafito en forma de filamento, laminado y cinta. En el caso de fluidos corrosivos, tóxicos,radiactivos, o muy valiosos hay que asegurar un cierre total en la estopada. La estanqueneidad lograda es tan perfecta que las posibles fugas sólo pueden detectarse con un espectrómetro de masas.

PARTES INTERNAS DE LA VALVULA, OBTURADOR Y ASIENTOS

Como partes internas de la válvula se consideran generalmente las 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, los anillos de guía del vástago, el obturador y el siento 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.

MATERIALES

El obturador y los asientos se fabrican normalmente en acero inoxidable por que este material es muy resistente a la corrosión y a la erosión 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.

El obturador determina la característica de caudal de la válvula; es decir, la relación que existe entre la posición del obturador y el caudal de paso del fluido

APLICACIONES:

Plantas de proceso químico.

Proceso en plantas de bebidas, cervecerías, refrescos, vitivinícolas, etc.

Líneas de conducción de agua de riego, potable y tratadas.

Estaciones de bombeo, de riego, potable y tratadas.

Plantas siderúrgicas, mineras, sistemas aire acondicionado. Sistemas de vacío.

Plantas de proceso de aguas industriales.

Plantas generadoras de energía eléctrica.

Plantas de proceso petroquímico.

Proceso en plantas alimenticias.

ESQUEMA DEL PROCESO DE INSTALACION:

En tubería horizontal, la válvula debe de instalarse con el eje - flecha en posición vertical.

PERDIDA DE PRESION DEBIDO A VALVULAS

Válvulas básicas sin accesorios

Modelo

Conexión

Ø

Serie 511 - Sólo para funciones de apertura y cierre manual o eléctrico. Para trabajar a presiones entre 1,5 y 10 kg/cm². Fabricada de bronce y hierro fundido con protección epoxy. Va equipada con una toma de control. Conexión con rosca hembra BSP.

511}

1"

0,9

Serie 811 - Para todas las funciones de apertura y cierre, regulación de presión, caudal, etc. Para trabajar a presiones entre 0,8 y 8 kg/cm². Como opción se puede equipar con manguito elástico tipo (A) para trabajar a presiones entre 3 y 16 kg/cm². Fabricada de aluminio con protección epoxy. Va equipada con un filtro autolimpiante y tres tomas de control. Conexión con rosca hembra BSP.

811Al
811Al
811Al(A)
811Al(A)

2"
3"
2"
3"

1,7
3,7
1,7
3,7

Serie 699 - Para todas las funciones de apertura y cierre, regulación de presión, caudal, etc. Para trabajar a presiones entre 1,5 y 16 kg/cm². Fabricada de aluminio con protección epoxy. Va equipada con un filtro autolimpiante y tres tomas de control. Conexión tipo wafer para montar entre bridas. Como opción se puede equipar con manguito elástico tipo (F) para trabajar a presiones entre 0,8 y 3 kg/cm².

699
699
699
699
699(F)
699(F)
699(F)
699(F)

3"
4"
6"
8"
3"
4"
6"
8"

2,5
4,5
9,0
18,0
2,5
4,5
9,0
18,0

Serie 599 - Para todas las funciones de apertura y cierre, regulación de presión, caudal, etc. Para trabajar a presiones entre 1,5 y 16 kg/cm2. Fabricada de hierro fundido con protección epoxy. Serie wafer, para montar entre bridas. Va equipada con un filtro autolimpiante y tres tomas de control.

599
599

10"
12"

41,0
54,0

Válvula para contralavado de filtros

Serie 851 - Especial de tres vías para poder hacer el contralavado de filtros de arena. Para trabajar a presiones entre 1,5 y 16 kg/cm². Fabricada de hierro fundido con protección epoxy. Conexión de los extremos en rosca hembra BSP (2") o VIC (3" y 4") y la salida central de desagüe en rosca hembra. La válvula de 4" va equipada con un acelerador especial para incrementar su velocidad de apertura y cierre.

851-2
851-3
ODBF-4

2"x1.1/2"
3"x2"
4"x3"

5,0
10,0
13,5

Cuando un flujo se desplaza uniformemente por una tubería recta larga y de diámetro constate,la configuración del flujo indicada por la distribución de la velocidad sobre el diámetro adopta una forma característica .cualquier obstáculo en la tubería cambia la dirección de la corriente en forma total o parcial,altera la configuración característica de flujo y ocasiona turbulencia,causando una perdida de energía mayor que la que normalmente se produce en un flujo por una tubería recta .ya que las válvulas en una línea de tubería alteran la configuración de flujo, producen una perdida de presión adicional.

La perdida de presión total producida por una válvula consiste en:

1. La perdida de presión dentro de la válvula.

2. La perdida de presión en la tubería de entrada es mayor de la que se produce normalmente si no existe válvula en la línea, este efecto es pequeño.

3. La perdida de presión en la tubería de salida es superior ala que se produce normalmente si no hubiera válvula en la línea, este efecto puede ser muy grande.

Desde el punto de vista experimental es difícil medir las 3 caídas por separado .sin embargo, su efecto combinado en la cantidad deseada y puede medirse exactamente con métodos bien conocidos.

 

 

La figura muestra 2 tramos de tubería del mismo diámetro y longitud el tramo superior contiene una válvula de globo. si las perdidas de presión DP1 y Dp2 se miden entre los puntos indicados,se encuentra que DP1 es mayor que DP2.

En realidad, la perdida debida a la válvula de longitud "d" es DP1 menos la perdida en un tramo de la tubería con longitud "a + b".

Muchos experimentos han demostrado que la perdida de presión debidos a válvulas es proporcional ala velocidad elevada a un exponente constante . cuando la caída de presión se grafica contra la velocidad en coordenadas logarítmicas, la curva resultante es por tanto una línea recta.

Esta relación entre perdidas de presión y velocidad es valida para válvulas de retención,solo si hay flujo suficiente para mantener el obturador abierto .el punto de desviación de línea recta en las curvas obtenidas en los ensayos.

La mayor parte de las dificultades encontradas con las válvulas de retención, así como obturador ascendente.

BIBLIOGRAFIA.

MANUAL DEL INGENIERO MECANICO, MARKS.

INSTRUMENTACION INDUSTRIAL, CREUS.

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