Válvula de Control Automático

Una válvula es un aparato mecánico con el cual se puede iniciar, detener o regular la circulación (paso) de líquidos o gases mediante una pieza movible que abre, cierra u obstruye en forma parcial uno o más orificios o conductos.La válvula es uno de los instrumentos de control más esenciales en toda industria, particularmente en la de petróleo y gas. Debido a su diseño y materiales, las válvulas pueden abrir y cerrar, conectar y desconectar, regular, modular o aislar una enorme serie de líquidos y gases, desde los más simples hasta los más corrosivos o tóxicos.Sus tamaños van desde una fracción de pulgada hasta 30 ft (9 m) o más de diámetro. Pueden trabajar con presiones que van desde el vacío hasta más de 20.000 lb/in² (140 MPa) y temperaturas desde las criogénicas hasta 1.500 °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 también significa la cantidad total de fluido que ha pasado por una sección determinada de un conducto. Caudal es el flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de fluido que circula por una sección determinada del conducto en la unidad de tiempo.

La válvula automática de control generalmente constituye el último elemento en un lazo de control instalado en la línea de proceso y se comporta como un orificio cuya sección (área) de paso varía continuamente con la finalidad de controlar un caudal en una forma determinada. De allí que 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 valor de la variable medida. Dentro del bucle de control tiene tanta importancia como el elemento primario, el transmisor y el controlador. La válvula de control típica se compone básicamente del cuerpo y del actuador. Ver figura 1 (Partes de una válvula de control neumática).

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

automático y mueve el elemento de control. El actuador es el amplificador de potencia entre el controlador y la circulación del fluido.Hay dos tipos de actuadores neumáticos básicos; en uno se utiliza un resorte y un diafragma, y el otro es de pistón y cilindro. Hay otros tipos y variantes.Las funciones de los componentes internos de la válvula incluyen: 1) producir una restricción variable dentro del cuerpo para producir cambios en el flujo del fluido; 2) configurar el flujo con respecto a su trayectoria y 3) producir cierto grado de corte de flujo cuando está cerrada por completo.Una restricción variable se obtiene en dos formas generales, comparables con la clasificación del cuerpo como de vástago de movimiento lineal o rotatorio. En ambos casos hay una relación entre el movimiento y el flujo que se llama “característica de flujo”: es un término general y siempre debe designar ya sea la característica inherente del flujo o la del flujo con la válvula instalada.La característica inherente del flujo es la producida con una caída constante de presión en la válvula. Las tres características de uso más común son: lineal, porcentaje igual y apertura rápida. Ver figura 2.

La característica de flujo con la válvula instalada es la que hay cuando varia la caída de presión en la válvula según lo determinen el flujo y las condiciones relativas del sistema.Para dimensionar válvulas de control se utiliza el coeficiente de capacidad Cv, con él en función de una presión diferencial se obtendrá el caudal requerido.

                                  Cv = Q √ ϒ /  Δp.

Donde Q es el caudal del fluido (en galones por minuto), ϒ es la densidad relativa del fluido respecto a la del agua y   Δp  es la presión diferencial (en psi) en unidades anglosajonas. En el caso de utilizar unidades métricas se cambia Cv por Kv y Q se mide en m3/h y Δp en bar. Y en el S.I. se cambia Cvpor Av y Q se mide en m3/s y Δp en Pa.

Investigar:1. Los tipos de válvulas se clasifican de acuerdo al movimiento que realiza el vástago, si es lineal son las de globo (asiento sencillo, asiento doble, con cuerpo dividido, de tres vías, cuerpo en ángulo), de diafragma en sus múltiples variantes. Y si es un movimiento rotatorio, son las de mariposa, de bola y sus variantes. De acuerdo a lo anterior buscar: aplicación, ventajas y desventajas (por lo menos tres de cada una) de las cuatro tipos de válvulas.2. Como se mencionó existen cuatro tipos de actuadores, los de resorte y diafragma, los neumáticos de pistón, los de motor eléctrico y los electrohidráulicos o hidráulicos. Buscar tres ventajas y tres desventajas de cada uno.3. Buscar los conceptos de posicionadores  o ubicadores de válvulas,  cavitación y vaporización (flashing).