Taller de

Válvulas de control

Dictado por:

Alberto BrachoTécnico Industrial Mención Instrumentación.Especialista en Mantenimiento de válvulas de Seguridad y Control.

Contenido

* Que es una válvula de control.* Tipos de válvulas.

Vástago deslizanteVálvula de Globo.Válvula en Angulo.Válvula de tres Vías.Válvula de Jaula.Válvula de Compuerta.Válvula en Y.Válvula de Cuerpo Partido.Válvula Saunders.Válvula de compresión.

Vástago giratorio.Válvula de Obturador Excéntrico Rotativo.Válvula de Cilindro Excéntrico.Válvula Mariposa.Válvula de Bola.

* Tipos de Actuadores o Servomotor.Actuadores o Servomotores Hidráulicos.Actuadores o Servomotores Digitales.Actuadores o Servomotor Neumáticos.

* Características más comunes de una Válvula de control.Cuerpo.

Tipos de Conexiones.Tapones u obturadores.Asientos o Seat Ring.Características de Flujo.

Quick opening (QO) o apertura rápida.Lineal (LIN)Porcentual o igual porcentaje (=% ó EQ).

Daños más comunes que afectan la hermeticidad de la válvula.Deslizantes Desbalanceados.Deslizantes Balanceados.

Empacaduras o Gaskets.Torqueado.Empaquetaduras, Estopa o Packing.

Actuador o Servomotor.Acople entre Cuerpo y Actuador o Servomotor.

Acoplando un Actuador o Servomotor Acción Directa.Acoplando un Actuador o Servomotor Acción Reversa.

* Métodos de prueba y normas que la rigen.

Que es una válvula de control.

Tipos de válvulas.

Existen una extensa variedad de diseños determinada por su aplicación y versatilidad en los procesos, también se destaca la mejora realizada por los fabricantes en la búsqueda de un equipo de alta resistencia, fácil mantenimiento a bajos costos.

Entre esta gama de diseños podemos catalogarlos en dos grupos;

Válvulas de Vástago deslizante.Son aquellas que el movimiento generado por el Actuadores o Servomotor es

deslizante a través de su eje como son los tipos a continuación.

También lo podemos conocer como Convergente y Divergente.

Usualmente este diseño lo encontramos en la industria como válvula de bloqueo o todo o nada (ON-OFF)

También es conocida con su nombre en ingles como Splid Body.

Abierta Cerrada

Válvulas de vástago Giratorio.Estas válvulas se caracterizan por que el movimiento generado por el Actuadores o Servomotor se transmite al vástago como un giro sobre su mismo eje, dependiendo del diseño el máximo giro de un cuerpo de válvula es de 90°, y se clasifican de la siguiente manera.

Tipos de actuadores o servomotores.

Actuadores o Servomotores Hidráulicos.

Hidráulico Rotativo Hidráulico deslizante

Actuadores o Servomotores Digitales.

Actuadores o Servomotores Eléctricos.

Estos actuadores o servomotor se caracterizan por ser totalmente eléctricos en su funcionamiento y poseen control de posición 4 – 20 mA (posicionador) integrado esto puede ser opcional según el requerimiento del comprador, se pueden usar para válvula deslizante como para cuarto de vuelta (90°), pueden modular y trabajar como todo o nada (ON-OFF).Su voltaje de alimentación puede variar entre 240V – 520V dependiendo del fabricante y de la aplicación.

Actuadores o servomotores Neumáticos.

Al realizar el cálculo del actuador o servomotor su fuerza debe ser superior a ciertas variables tales como la que mencionaremos a continuación:

* Fricción en las empaquetaduras también conocido como estopa o Packing.* Esfuerzo del obturador o tapón de la válvula creado por la presión diferencial.* Fuerza nominal del resorte sea aire para extender o para retractar.* Fuerza adicional para asegurar el cierre de la válvula.

Los actuadores o servomotor de tipo deslizante con resorte los podemos catalogar como Aire para Extender y Aire para Retractar.

Nota Importante: Siempre tomar la mayor de las precauciones al trabajar con Actuadores o Servomotores que contengan Resorte debido a la alta peligrosidad que representa, estos equipos puede causar lesiones graves, incapacitante y hasta la muerte.

Aire para Extender Aire para Retractar

Características más comunes de una válvula de control.

En este punto conoceremos al detalle todas las partes que conforman el cuerpo, el actuador y los acoples entre si, para esto observaremos una válvula de control con las características mas comunes dentro de la industria.

Cuerpo

Tipos de conexión para las líneas de proceso.

A) Roscada: Este tipo se encuentra hasta 2” de diámetro.B) Bridas Planas o Flat Face, estas se usan para muy bajas presiones con empacaduras

sintéticas.C) Bridas con resalte o Raiced-face (RF), este tipo se usa con empacaduras espiro metálicas.D) Bridas machihembradas se usa con una delgada empacadura incrustada en la ranura.E) Bridas machihembradas con junta de anillo o Ring-type Joint (RTJ) este tipo se usa para

muy alta presión por su gran propiedad de sello entre juntas.F) Soldadura con encaje, es donde una sección de la tubería entra al cuerpo de la válvula para

luego ser soldada.G) Soldadura tope a tope, es donde se presenta la tubería frente al cuerpo de la válvula para

luego ser soldado.

Tapones u Obturadores.

Esto también es conocido por el habla-inglesa como PLUG, y son los encargados de obstruir el paso del flujo a través del cuerpo de la válvula.Al mover el actuador o servomotor este transmite su movimiento al tapón (Plug) por medio del vástago o eje aproximando o alejando el tapón del asiento (Seat Ring) restringiendo así el flujo a través de la válvula.Existe gran variedad de diseños, en este programa observaremos con mas detenimiento los de tipo deslizante BALANCEADOS Y DESBALANCEADOS.

Asiento o Seat Ring.

Esta es la parte donde reposa o se posa el tapón para obstruir el flujo, por lo general tiene forma de aro con ángulos en su borde interno donde se posara el Angulo del tapón generando un sello optimo.

Características de flujo.

Estas características es la capacidad que la válvula presenta al manejar el volumen del fluido, como se muestra en la grafica siguiente tenemos tres características de flujo.

Quick opening (QO) o apertura rápida.Esta característica nos dice que con un leve movimiento de la válvula comenzara a

desalojar gran cantidad de flujo.

Lineal (LIN).Esta característica nos indica que el desalojo del flujo será proporcional al movimiento de

la válvula.

Porcentual o igual porcentaje (=% ó EQ).Como su nombre lo describe el desalojo del flujo es porcentual al movimiento de la

válvula.

Dependiendo del diseño da la válvula la característica de flujo puede estar dada por el tapón (plug) o por la jaula (Cage).

Daños más comunes que afectan la hermeticidad de la válvula.

En este punto observaremos las características de los tipos deslizantes desbalanceados y Balanceados por separado.

Deslizantes desbalanceados.Este tipo se caracteriza por tener un tapón (obturadores o Plug) macizo que al aproximarse al asiento obstruye en su totalidad el fluido, este usualmente es guiado por el Bonete o tapa del cuerpo y algunos casos por el Botom flange o brida de fondo, el fluido siempre tendrá la tendencia de impulsar el tapón hacia arriba o lo que es conocido como Flow Up (Flujo sube) característica la cual nos indicara el sentido se flujo para instalar la válvula en la línea de proceso.Los daños más relevantes en los tapones (obturadores o Plug) y los asientos (Seat Ring) desbalanceados se encuentran en el área o Angulo de sello de ambas piezas y la desalineación del bonete al momento del torqueado.

Deslizantes balanceados.

En este tipo se caracteriza por que el tapón (obturadores o Plug) contiene orificios en el centro que permiten balancearlo la presión que lo impulsa de abajo hacia arriba es la misma de arriba hacia abajo por consiguiente la fuerza predominante será la del actuador, es guiado por una jaula (Cage) en la cual también un sello adicional en forma de anillo usualmente instalado en el tapón que pueden ser de teflón (Seal Ring), teflón grafitado (Seal Ring), grafito puro (Piston Ring) y metálicos (Metal Seal).En este caso la característica de flujo es dada por la jaula (Cage) y según sea el diseño de la jaula se puede determinar si es Flow up (flujo sube) o Flow down (flujo baja).

Los daños mas relevantes en los tapones (obturadores o Plug) y los asientos (Seat Ring) balanceados se encuentran en el área o Angulo de sello de ambas piezas, daños o desgaste del aro de sello (Seal Ring), daños o desgaste en el cilindro de la jaula (Cage) donde se desliza el aro de sello (Seal Ring) y la desalineación del bonete al momento del torqueado.

Empacaduras o Gaskets.

Las empacadoras o Gaskets nos permiten hacer sello en las juntas de los asientos (Seat ring), Jaulas (Cage) y Bonete o medio cuerpo.Debemos tener siempre presente el tipo de material según la temperatura a la cual trabajara la válvula uno de los materiales mas versátil para alta y baja temperatura es la lamina de grafito (Grafoil) la cual su rango oscila entre -198 °C a 593°C, esta también suele alternar con empacaduras espiro metálicas (spiral wound) en materiales de 316 sst y grafito (grafoil).Estas se recomiendan ser remplazadas cada vez que sean desmontadas.

Referencia de instalación de empacaduras o gaskets en una válvula Fisher ET en el cual se detallan el Spiral wound, gasket shim y bonnet gasket.

Torqueado del Bonete.

Este procedimiento consiste en tapar o cerrar el cuerpo de la válvula, se le llama torque, torqueado o par de apriete para el bonete, de este procedimiento depende en gran medida la hermeticidad de la válvula debido a que si el bonete es acoplado desalineado el tapón (obturador o Plug) no se posara uniformemente sobre el asiento (Seat Ring) permitiendo así paso de flujo a través de la válvula.

A continuación podremos ver una tabla referencial de los fabricantes Masoneilan y Fisher respectivamente para el terqueado de uno de sus modelos.

Torque recomendado para las válvulas Masoneilan modelo 21000 según su tamaño.

Torque recomendado para las válvulas Fisher modelo ET según su tamaño.

Secuencia de torqueado según la cantidad de espárragos para tener la alineación adecuada.

Empaquetaduras, Estopa o Packing.

Esta parte blanda de la válvula nos permite sellar el fluido del interior hacia la atmosfera alrededor del vástago-tapón, dependiendo del fluido y la temperatura puede variar el material y el tipo de construcción. Los materiales más comunes son:

Anillos en V de teflón virgen Cordón trenzado de teflón Anillos de Grafito comprimidoCordón trenzado de grafito

A continuación encontramos el orden de empaquetado para anillos de teflón en V propio de las válvulas Fisher

Diseño de arreglo sencillo con resorte o con espaciadores.

Arreglos dobles para presión positiva, presión negativa, y presión positiva – negativa de las válvulas Fisher ET.

Actuador o servomotor.

Actuador Fisher 657 aire para extender.

Al tener ensamblado el actuador se debe ajustar el rango de presión al que trabajara, si decimos que tenemos un Bench Set de 3 – 15 PSI, se debe ajustar el Spring adjustor (ajuste de resorte) hasta que en 3 PSI el actuador genere su primer movimiento, al llegar a 15 PSI el actuador debe haber recorrido el Travel (Stroke o recorrido) indicado por la válvula.

Actuador Fisher 667 aire para retractar.

Al tener ensamblado el actuador se debe ajustar el rango de presión al que trabajara, si decimos que tenemos un Bench Set de 3 – 15 PSI, se debe ajustar el Spring adjustor (ajuste de resorte) hasta que en 15 PSI el actuador genere su primer movimiento de retorno, cumpliéndose esto el actuador esta listo para ser instalado.

Acople entre Cuerpo y Actuador o Servomotor.

Acoplando un actuador en acción directa.

Bench Set es un rango de presión en la que trabaja el actuador que nos permite acoplar la válvula en el recorrido exacto de la válvula.Por ejemplo, tenemos un Bench Set de 3 – 15 PSI en un actuador 657 Fisher (aire para extender), nos aseguramos que el vástago del tapón se encuentre totalmente asentado, luego se le suministra 15

PSI al actuador y al estabilizar este movimiento se puede acoplar la válvula por medio del Stem Connector (acople de vástagos) al quitar el suministro de aire la válvula debe tener el Travel o recorrido exacto.

Acoplando un actuador acción reversa

En este caso tenemos cierta diferencia al aire para extender.Por ejemplo, tenemos un Bench Set de 3 – 15 PSI en un actuador 667 Fisher (aire para retractar), nos aseguramos que el vástago del tapón se encuentre totalmente asentado, luego se le suministra 3 PSI al actuador hasta que genere movimiento y al estabilizarse se puede acoplar la válvula por medio del Stem Connector (acople de

vástagos) al suministrarle 15 PSI la válvula debe tener el Travel o recorrido exacto.

Métodos de prueba y normas que la rigen.

La prueba consiste en medir el flujo que escapa de la válvula en posición de cierre, se le suele llamar prueba de fuga o hermeticidad.Para ello existe una norma que rige la prueba de hermeticidad como lo observaremos en la tabla siguiente por la LEAKAGE STANDARD B 16-104 en concordancia con la ANSI/ FCI 70-2.

Para realizar la prueba tomando en cuenta su clasificación debemos tener el conocimiento del tipo de válvula su capacidad de flujo (CV) para poder determinar su fuga máxima permisible.

Nota Importante:Se recomienda siempre tener material instructivo del equipo que se interviene ya que así podemos disminuir en gran medida los riesgos de daños a los componentes y la integridad física de la persona.