tarea 5.1 tipos de valvulas de control

5/8/2018 Tarea 5.1 Tipos de Valvulas de Control - slidepdf.com

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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LOS MOCHIS.

INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA.

INSTRUMENTACIÓN Y REGULACIÓN AUTOMÁTICA

Tipos de válvulas de control

Camargo Castro Manuel Nazario

07440648

Prof. Alberto Fonseca Beltrán

Julio de 2011



Instrumentación y regulación automática Tipos de válvulas de control

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Índice

Válvula de control. ..............................................................................................................3

Clasificación de las válvulas de control. ...............................................................................3

Lineales (válvulas de movimiento lineal). ......................................................................3

Multi-giro (válvulas de movimiento lineal): ...................................................................3

Cuarto de giro (válvula rotativa): ..................................................................................4

Válvulas lineales y multi-giro. ..............................................................................................6

1. Válvula de Aguja (Needle valve). ..............................................................................6

2. Válvula Anular (Annular valve). ................................................................................7

3. Válvula de Compuerta (Gate valve). .........................................................................7

4. Válvula de Diafragma (Diaphragm valve). .................................................................8

5. Válvula de Globo (Globe valve). ................................................................................9

6. Válvula de Cono Fijo (Fixed Cone Valve). ................................................................10

7. Válvula tipo "Pinch" (Pinch Valve). .........................................................................11

Válvulas cuarto de giro. ....................................................................................................13

1. Válvula de Bola (Ball valve) .....................................................................................13

2. Válvula de Mariposa (butterfly valve) .....................................................................15

3. Valvula macho (plug valve). ....................................................................................16

Válvulas de retención........................................................................................................17

1. Válvula de Retención Duck Bill (Rubber Duck Bill Check Valve) ...............................17

2. Válvula de Retención de Disco Oblicuo (Tilting Disc check valve) ............................18

Fuentes de información. ...................................................................................................19




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Válvula de control.

En el control automático de los procesos industriales la válvula de control juega un papelmuy importante en el bucle de la regulación. Realiza la función de variar el caudal delfluido de control que modifica a su vez el valor de la variable medida comportándose

como un orificio de área continuamente variable. Dentro del bucle de control tiene tantaimportancia como el elemento primario, el transmisor y el controlador. La válvula decontrol típica se compone básicamente del cuerpo y del servomotor.

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

Clasificación de las válvulas de control.

Las válvulas pueden clasificarse según diferentes características:

Por la operatividad del obturador de la válvula

La forma como se desplaza el obturador define la geometría y modo de

funcionamiento de la válvula.

Lineales (válvulas de movimiento lineal).

El vástago de la válvula empuja el obturador mediante un movimiento lineal directo. La

mayoría de estas válvulas están actuadas por un actuador lineal o multi-giro (también de

movimiento lineal).

Generalmente las válvulas lineales pasan a ser de tipo multi-giro cuando en vez de ser

operadas por un actuador, lo son de forma manual.

Multi-giro (válvulas de movimiento lineal):

El obturador se desplaza siguiendo un movimiento lineal provocado por el empuje que

hace su eje al girar sobre una rosca. La operación es lenta, pero permite posicionar de

forma precisa y estable el obturador, requisito en algunas válvulas de control.

Pueden ser operadas manualmente o mediante un actuador tipo multi-giro.




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Tipos de válvulas: válvula anular, válvula de compuerta, válvula de diafragma, válvula de

globo, válvula de cono fijo, válvula de aguja, válvula tipo pinch.

Cuarto de giro (válvula rotativa): El obturador y eje tienen un giro de 0º a 90º desde la posición totalmente abierta a

cerrada. Son válvulas de rápida obertura.

Pueden ser operadas manualmente o mediante un actuador tipo cuarto-de-giro.

Tipos de válvulas: válvula de bola, válvula de mariposa, válvula tipo plug, válvula esférica.

Por la f uncionalidad de la válvula.

Control: Regular la presión / caudal.

Cierre por sobrevelocidad del fluido.(como por ejemplo cierre de la válvula en caso

de rotura de la tubería aguas abajo).

Protección a sobrepresiones.

Prevenir el retorno del fluido (válvula de retención o antiretorno).

Servicio de abrir/cerrar.

Por la naturaleza y condiciones fí sicas del f luido.

Bajas/Altas temperaturas.

Presiones altas.

Riesgo de cavitación.

Características corrosivas del fluido.

Fluidez/viscosidad: Gas, líquido, sólidos.

Requerimientos higiénicos (industria alimentaria, farmaceutica,...).

Riesgo de explosión o inflamabilidad (industria química, petroquímica,...).




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Otras formas de clasificación de las válvulas.

Nivel de fugas admisible.

Conexión a la tubería.

Una única dirección del fluido o bidireccional

Número de puertos/entradas: la mayoría de las válvulas tienen dos puertos, unode entrada y otro de salida. Algunas aplicaciones pueden tener una configuración

multi-puerto, pueden ser entonces válvulas de tres o de cuatro vías.

Angulo que forma el puerto de entrada y salida de la válvula.

Proceso de fabricación: mecano-soldada o fundición, recubrimientos.




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Válvulas lineales y multi-giro.

1. Válvula de Aguja (Needle valve).

La válvula de aguja es llamada así por el vástago cónico que hace de obturador sobre unorificio de pequeño diámetro en relación el diámetro nominal de la válvula.

El desplazamiento del vástago, si es de rosca fina, es lento y el hecho de que hasta que nose gira un buen número de vueltas la sección de paso del fluido es mínima, convierte estaválvula en una buena reguladora de caudal, por su estabilidad, precisión y el diseño delobturador que facilita un buen sellado metálico, con poco desgate que evita la cavitacióna grandes presiones diferenciales.

Es posible encontrar diseños con la disposición de los puertos de entrada y salida de laválvula de forma angular, recta (90º) o lineal (0º).

En centrales hidráulicas se utilizan las válvulas de aguja como bypass a la válvula demariposa o esférica de entrada a las turbinas. Primero se opera con la válvula de aguja,que puede trabajar mejor que la principal a grandes diferencias de presión sin cavitación,y una vez que la válvula principal está a presiones equilibradas se realiza su oberturaevitando un golpe de ariete de la instalación.

Fig. 1. Válvula de aguja.




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2. Válvula Anular (Annular valve).

La válvula anular permite la regulacion de presión y caudal. No padece cavitación. Puedecerrar contra toda la presión. El obturador tiene de forma cónica, se desplaza en ladirección axial de la tubería. El fluido pasa rodeando el obturador.

Fig. 2. Válvula anular.

3. Válvula de Compuerta (Gate valve).

Es utilizada para el flujo de fluidos limpios y sin interrupción.

Cuando la válvula está totalmente abierta, el área de flujo coincide con el diámetronominal de la tubería, por lo que las pérdidas de carga son relativamente pequeñas.

Este tipo de válvula no es recomendable para regulación o estrangulamiento ya que eldisco podría resultar erosionado. Parcialmente abierta puede sufrir vibraciones.

Tienen un uso bastante extendido en el sector petroquímico ya que permiteestanqueidades del tipo metal-metal. La operación de obertura y cierre es lenta. Debido aldesgaste producido por la fricción no se recomienda en instalaciones donde su uso seafrecuente. Requiere de grandes actuadores difíciles de automatizar. Son difíciles dereparar en la instalación.




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Fig. 3. Válvula de compuerta.

4. Válvula de Diafragma (Diaphragm valve).

Las válvulas de diafragma se utilizan para el corte yestrangulación de líquidos que pueden llevar una grancantidad de sólidos en suspensión.

En las válvulas de diafragma se aísla el fluido de las partesdel mecanismo de operación. Esto las hace idóneas en

servicios corrosivos o viscosos, ya que evita cualquiercontaminación hacia o del exterior. La estanqueidad seconsigue mediante una membrana flexible, generalmente

de elastómero, pudiendo ser reforzada con algún metal, que se tensa por el efecto de uneje-punzón de movimiento lineal, hasta hacer contacto con el cuerpo, que hace deasiento.

Las aplicaciones de este tipo de válvula son principalmente para presiones bajas y pastasaguadas que a la mayoría de los demás equipos los corroerían y obstruirían.

Son de rápida obertura.

Hay dos tipos de válvulas de diafragma:

Weir (paso restringido): Las válvulas de diafragma tipo Weir se pueden usar en serviciosde apertura y cierre y regulación




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Straightway (paso directo) también llamadas Straight-Thru. Estas válvulas de diafragmade paso directo solo se usan en servicios de apertura y cierre.

Fig. 4. Válvula de paso directo y restringido.

5. Válvula de Globo (Globe valve).

Las válvulas de globo son llamadas así por la formaesférica de su cuerpo. Si bien actualmente algunos

diseños ya no son tan esféricos, conservan el nombrepor el tipo de mecanismo.

El obturador de la válvula se desplaza con unmovimiento lineal.

En la mayoría de los casos, el mecanismo de avance esla de un "tornillo". El vástago del obturador va roscadoal bonete de la válvula de globo. En cuanto se le da

vueltas al vástago, ya sea mediante un volante o un actuador de giro múltiple, elobturador avanza linealmente.

Las válvulas de globo automatizadas pueden tener vástagos sin rosca, y el desplazamientolineal viene directamente proporcionado por el actuador.

Según la disposición geométrica de los puertos de entrada y el eje del obturador podemosclasificar las válvulas de globo en:




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Válvula de globo de asiento recto (Straight) Válvula de globo de asiento inclinado (Y) Válvula de globo de asiento angular

La válvula de globo es muy utilizada en la regulación de fluidos. La geometría delobturador caracteriza la curva de regulación, siendo lineal para obturadores parabólicos.Son de uso frecuente gracias a su poca fricción y pueden controlar el fluido con laestrangulación al grado deseado.

El cierre puede ser metal-metal lo cual permite su uso en condiciones críticas.

Las pérdidas de carga son importantes.

El movimiento lineal del eje es más corto que en las válvulas de compuerta, lo que ahorratiempo y desgaste. Aún así, las válvulas de globo de grandes tamaños requieren degrandes actuadores.

El ensamblaje de la válvula de globo permite su reparación sin tener de desmontarla de lainstalación.

6. Válvula de Cono Fi jo (Fixed Cone Valve).

La válvula de Cono Fijo es una válvula de libredescarga, también conocida como válvula HowellBunger ® o válvula de Chorro Hueco (Hollow Jetvalve). Estas válvulas se usan para descargar elagua a alta presión de los embalses o tuberíasforzadas contra la atmósfera. Algunas válvulasestán también diseñadas para trabajar sumergidasen el agua.

La salida del flujo de agua por la válvula no es convergente, se dice que la descarga tieneforma de chorro hueco. Una gran area de aire hace contacto con el spray de aguareduciendo la energía cinética de la misma.

La válvula de chorro hueco está diseñada para disipar una gran cantidad de energía sinsufrir por cavitación o vibración.




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Un 'concentrador' (Hood) puede incorporase a la salida de la válvula para reducir el riesgode erosión del spray de agua contra el entorno ambiental.

Las válvulas que están sumergidas necesitan

ubicarse en una cámara con un especial perfilpara evitar inestabilidades hidráulicas.

El cuerpo de la válvula de Cono Fijo es unatubería con un cono soldado mediante cartelasa su final.

Un tubo actúa como obturador. Éste deslizalinealmente por las cartelas del cuerpo hastahacer contacto con el asiento del cono cuandola válvula se cierra completamente.

El coeficiente de descarga en un parámetro dimensional que reacciona el caudal con laaltura manométrica del flujo. Contra mayor es el coeficiente de descarga mayor será elcaudal que puede evacuar y por lo tanto menor será el tiempo de vaciado del embalse.

7. Válvula tipo "Pinch" (Pinch Valve).

En las válvulas tipo pinch, también conocidas comoválvulas de pellizco o válvulas de manguito flexible, laestanqueidad se consigue mediante la estrangulación dela misma conducción que es un tubo flexible llamado'sleeve', el cual es el único componente en contacto conel medio.

Idóneas en servicios de líquidos pastosos y partículassólidas en suspensión, evita el contacto con losmecanismos de la válvula y cualquier tipo contaminación hacia o desde el exterior.

Generalmente la válvula pinch está limitada a trabajar a bajas presiones

Las válvulas pinch pueden ser actuadas de forma mecánica o por presión. En la válvulasactuadas mecánicamente, como la mostrada en figura superior, especialmente cuandomaneja fluidos abrasivos, es aconsejable un fuerte apriete en el cierre para prevenir laerosión del tubo flexible provocado por el líquido que va fugando.




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En las válvulas actuadas por presión, como la válvula mostrada en lafigura de la derecha, la presión es uniformemente distribuida sobrela parte externa del tubo flexible.Como ventaja sobre las válvulas mecánicamente actuadas, la secciónde paso en cualquier posición operativa es siempre circular por lo

que pueden pasar partículas de mayor volumen.Por el contrario difícilmente pueden cerrar al 100%, y son difíciles de contralarmanualmente ya que en la operatividad de la válvula, la presión del mismo fluido en laconducción también afecta. Esto puede ser resuelto mediante un regulador de presión.

El tubo flexible es de elastómero generalmente reforzado. La selección del material serealiza de acuerdo a un compromiso de corrosión-resistencia ya que el elastómero vaperdiendo sus propiedades resistivas en el tiempo en contacto con fluidos corrosivos. Ellímite de fatiga debe estar dentro del número de oberturas y cierres previstos para laválvula.




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Válvulas cuarto de giro.

1. Válvula de Bola (Ball valve)

En la válvula de bola un macho esférico agujereado controla la circulación del líquido. Elsellado en válvulas de bola es excelente, la bola contacta de forma circunferencial yuniforme el asiento, el cual suele ser de materiales blandos.

Las aplicaciones más frecuentes de la válvula de bola son de obertura/cierre. No sonrecomendables usarlas en servicios de parcialmente abiertas por un largo tiempo bajocondiciones de alta caída de presión a través de la válvula, ya que los asientos blandospueden tener tendencia a salir de su sitio y obstruir el movimiento de la bola.

Dependiendo del tipo de cuerpo la válvula, su mantenimiento puede ser fácil. La perdidade presión en relación al tamaño del orificio de la bola es pequeña.

El uso de la válvula está limitada por la resistencia a temperatura y presión del materialdel asiento, metálico o plástico.

Se emplean en vapor, agua, aceite, gas, aire, fluidos corrosivos, pastas aguadas ymateriales pulverizados secos. Según que abrasivos o fluidos fibrosos pueden dañar lasuperficie de la bola y asiento.

Tipos de válvulas de bola.

-Válvula de bola f lotante (Float ball valve): La válvula se sostiene sobre dosasientos en forma de anillos.

-Válvula de bola guiada ("Trunnion"): La bola es soportada en su eje vertical derotación por unos muñones. Estos absorben los esfuerzos que realizan la presióndel fluido sobre la bola, liberando de tales esfuerzos el contacto entre la bola y elasiento por lo que el par operativo de la válvula se mantiene bajo. Este diseño esrecomendado en aplicaciones de alta presión o grandes diámetros.




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Tipos de Cuerpo.

Soldado: Las válvulas de bola soldadas garantizas la ausencia de fugas durante lavida de la válvula, y no requiere de mantenimiento operativo. Esto puede ser unfactor muy importante especialmente para válvulas de bolas instaladas en tuberíasbajo tierra o submarinas. También se elige este diseño en fluidos peligrosos.

Entrada superior: La bola se puede extraer desmontando la tapa superior. Laválvula puede ser reparada en la instalación.

Entrada lateral: Cuerpo de una sola pieza. La bola se monta desde una entradaaxial.

Cuerpo partido: El cuerpo lo forma dos o tres piezas. Permite la inspección ymantenimiento de todas las parte internas.




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2. Válvula de Mariposa (butterf ly valve)

Las válvulas de mariposa son unas válvulas muyversátiles. Tiene una gran capacidad de adaptación alas múltiples solicitaciones de la industria, tamaños,

presiones, temperaturas, conexiones, etc. a un costerelativamente bajo.

El desarrollo de la válvula de mariposa es más recienteque en otro tipo de válvulas. Una mayorconcienciación en el ahorro energético de lasinstalaciones favoreció su introducción, ya que supérdida de carga es pequeña.En un principio se usaba en instalaciones a poca

presión de servicio, pero mejoras tecnológicas permitió evolucionar la válvula de mariposa

a usos de altas prestaciones.

El funcionamiento básico de las válvulas de mariposa es sencillo pues sólo requiere unarotación de 90º del disco para abrirla por completo. La operación es como en todas lasválvulas rotativas rápida.Poco desgaste del eje, poca fricción y por tanto un menor par, que resulta en un actuadormás barato. El actuador puede ser manual, oleo hidráulico o motorizado eléctricamente,con posibilidad de automatización.

La geometría de la válvula de mariposa es sencilla, compacta y de revolución, por lo que esuna válvula barata de fabricar, tanto por el ahorro de material como la mecanización.

El menor espacio que ocupan facilita su montaje en la instalación. En este sentido, lasválvulas de compuerta y globo resultan muy pesadas y de geometría compleja. Por todoello, las válvulas de mariposa son especialmente atractivas en grandes tamaños respectootro tipo de válvulas.

La pérdida de carga es pequeña. Cuando la válvula está totalmente abierta, la corrientecircula de forma aerodinámica alrededor del disco, y aunque la pérdida de carga esligeramente superior a las válvulas esféricas o de compuerta, ya que estás tienen lasección totalmente libre de obstáculos, es claramente inferior a la válvula globo.

Las válvulas de mariposa pueden estar preparadas para admitir cualquier tipo de fluidogas, líquido y hasta sólidos. A diferencia de las válvulas de compuerta, globo o bola, no haycavidades donde pueda acumularse sólidos impidiendo la maniobrabilidad de la válvula.

La presión y temperatura de diseño son factores relacionados, a una misma presión, conel aumento de la temperatura, baja las prestaciones de la válvula por la menor capacidadque tienen los materiales a altas temperatura. De la misma forma que las válvulas de




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compuerta, globo, y bola, admite asientos metálicos que pueden soportar grandespresiones y temperaturas extremas.

3. Valvula macho (plug valve).

Las válvulas de 'macho' también son conocidas por sunombre inglés "Plug valves" por el obturador.El obturador puede ser cilíndrico o cónico. Aunque lasválvulas de bola son de alguna forma un tipo deválvula macho, son tratadas como otra clase.

La válvula de macho se usa en servicio deapertura/cierre y desviación de flujos, ya que puedentener una configuración multi-puerto.

Pueden ser utilizadas en fluidos con sólidos ensuspensión.

Las válvulas de "macho" tipo lift están diseñadas para levantar el obturador al inicio demaniobrar la válvula, protegiendo así las superficies de sellado obturador-asiento deldesgaste por rozamiento.




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Válvulas de retención.

1. Válvula de Retención Duck Bill (Rubber Duck Bill Check Valve)

La válvula de retención tipo Duck-Bill (pico de pato) esuna válvula económica utilizada en los desagües asistemas de alcantarillados o ríos para evitar la entradadel fluido en sentido contrario, como por ejemplo encaso de una crecida del rio. También evitan la entradade olores no deseados.

La válvula Duck-Bill está construida por un tubo degoma (sleeve) aplanado en su final. La válvula solo sepuede abrir cuando la fuerza del flujo empuja el

extremo aplanado del tubo que actúa como sello de laválvula. Sin flujo o flujo en sentido inverso la parte aplanada sella todavía más. La posiciónnormal de la válvula es estar cerrada.

Se pueden conectar directamente a una tubería con bridas cuando el diseño de la válvulaincorpora la brida en el mismo cuerpo de goma. La conexión también puede ser tipo slip-on, cuando el cuerpo de la válvula se monta sobre el diámetro exterior de la tubería, y esapretado con un cramping para que la misma goma de la válvula selle con la tubería.

Las válvulas se sitúan al final de la línea de la tubería, o si viene encapsulados dentro de untubo, pueden ser un elemento más dentro del sistema de tuberías.

La válvula de retención DuckBill no requiere de ninguna fuerza externa para actuar y comono tiene ningún mecanismo tampoco requiere mantenimiento. Es por tanto una válvulamuy competitiva respecto otras válvulas como la de compuerta usadas para la mismafunción.

Según el material elastómero elegido la válvula puede usarse en medios corrosivos,abrasivos fluidos de aguas residuales, fangos o fluidos pastosos. La temperatura operativade la válvula está también limitado a la capacidad del elastómero.




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2. Válvula de Retención de Disco Oblicuo (Tilting Disc check valve)

La válvula de retención de disco oblicuo, como válvula de

retención abre al paso del fluido en una dirección y se cierraen el sentido inverso. Es conocida en sus términos en ingléscomo tilting disc valve.

Es una válvula de retención muy versátil, su rapidez decierre convierte la protección de bombas como una de susprincipales aplicaciones. Se usa tanto en gases y líquidos,

pero no es recomendable con sólidos en suspensión. Su pérdida de carga es relativamentebaja.

En las válvulas de disco oblicuo se diferencian tres excentricidades:

Primera excentricidad: es la distancia entre el eje y elplano de asiento, eliminando así la interferencia de dichoasiento y el eje de oscilación, con lo que el asiento es deconstrucción integral y continua tanto en el cuerpo comoen el obturador, evitando zonas más susceptibles a lasfugas.

Segunda excentricidad: es la distancia entre el eje debasculación del disco y el diámetro del disco. Esta

excentricidad es la que permite un rápido cierre en casode flujo inverso. Cuando hay flujo reversible o el fluidodeja de fluir por debajo de una determinada presión lafuerza de empuje del fluido no es suficiente para vencerel par de cierre provocado por el peso del obturador y laexcentricidad.

Tercera excentricidad: es la inclinación del plano del asiento (tilting) respecto al planonormal de la tubería. Esta inclinación disminuye el recorrido del disco y por tanto eltiempo de cierre en caso de flujo inverso.

Además de la geometría y el peso del obturador, dependiendo de los casos hay otroselementos que optimizan la secuencia de cierre. Pueden usarse muelles que ayudan a uncierre más rápido antes de que revierta el flujo. Por contra, cuando el flujo ya empieza arevertir y la válvula todavía no ha cerrado un cierre lento puede ayudar a evitar el golpede ariete sobre la válvula. Existen sistemas de relentización oleo-hidráulicos.




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Para mejorar la estanqueidad del cierre, además de un muelle, algunos modelos puedenincorporan unos contrapesos en los extremos del eje.

En la selección de la válvula en fluidos a poca presión, hay que tener en cuenta la presiónmínima que recomienda el fabricante para abrir o mantener la válvula abierta y evitar

fluctuaciones del disco que resultan en un desgaste del eje basculante y del asiento. Esteefecto es pero menor que en las válvulas de retención basculante (swing check valves).

Fuentes de información.

y http://www.valvias.com/tipos-de-valvulas.php

y http://html.rincondelvago.com/valvulas-de-control.html

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