Vlvulas de controlLa vlvula de control generalmente constituye el ltimo elemento en un lazo de control instalado en la lnea de proceso y se comporta como un orificio cuya seccin de paso varia continuamente con la finalidad de controlar un caudal en una forma determinada.Juega un papel importante en los procesos industriales pudiendo abrir y cerrar, conectar, desconectar, regular, modular o aislar una enorme serie de lquidos y gases. Realiza la funcin de variar el caudal del fluido de control que modifica a su vez el valor de la variable media.

La vlvula de control se compone generalmente por el cuerpo y el servomotor. El cuerpo de la vlvula contiene el asiento y el obturador y para su conexin con la tubera se encuentran las roscas y la brida. El obturador es el encargado de abrir, cerrar, regular el paso del fluido actuando ya sea en movimiento rotativo o a travs de su propio eje; esta a su vez est unida a un vstago que es accionado por el servomotor.

Tipos de vlvulasLas vlvulas pueden ser de varios tipos segn sea el diseo del cuerpo y el movimiento del obturadorLas vlvulas de movimiento lineal en las que el obturador se mueve en la direccin de su propio eje se clasifican como se especifica a continuacin:

Vlvula de globoEn las siguientes figuras, a, b y c, se aprecian los distintos tipos de vlvulas de globo, de simple asiento, de doble asiento y de obturador equilibrado respectivamente. Las vlvulas de simple asiento precisan de un actuador de mayor tamao para que el obturador cierre en contra de la presin diferencial del proceso. Por lo tanto, se emplean cuando la presin del fluido es baja y se precisa que las fugas en posicin de cierre sean mnimas. En la vlvula de doble asiento o de obturador equilibrado la fuerza de desequilibrio desarrollada por la presin diferencial a travs del obturador es menor que en la vlvula de simple asiento. Por este motivo se emplea en vlvulas de gran tamao o bien cuando deba trabajarse con una alta presin diferencial. En posicin de cierre las fugas son mayores que en una vlvula de simple asiento.

Vlvula en nguloEsta vlvula representada en la siguiente figura permite obtener un flujo de caudal regular sin excesivas turbulencias y es adecuada para disminuir la erosin cuando sta es considerable por las caractersticas del fluido o por la excesiva presin diferencial. El diseo de la vlvula es idneo para el control de fluidos que vaporizan (flashing), para trabajar con grandes presiones diferenciales y para los fluidos que contienen slidos en suspensin.

Vlvula de tres vasEste tipo de vlvula se emplea generalmente para mezclar fluidos (vlvulas mezcladoras) o bien para derivar de un flujo de entrada dos de salida (vlvulas diversoras). Las vlvulas de tres vas intervienen tpicamente en el control de temperatura de intercambiadores de calor.

Vlvula de jaulaConsiste en un obturador cilndrico que se desliza en una jaula con orificios adecuados a las caractersticas de caudal deseadas en la vlvula. Se caracterizan por un fcil desmontaje del obturador y porque ste puede incorporar orificios que permiten eliminar prcticamente el desequilibrio de fuerzas producido por la presin diferencial favoreciendo la estabilidad del funcionamiento. Por este motivo, este tipo de obturador equilibrado se emplea en vlvulas de gran tamao o bien cuando deba trabajarse con una alta presin diferencial. Como el obturador est contenido dentro de la jaula, la vlvula es muy resistente a las vibraciones y al desgaste. Por otro lado, el obturador puede disponer de aros de tefln que, con la vlvula en posicin cerrada, asientan contra la jaula y permiten lograr as un cierre hermtico.

Vlvula de compuertaEsta vlvula efecta su cierre con un disco vertical plano, o de forma especial, y que se mueve verticalmente al flujo del fluido. Por su disposicin es adecuada generalmente para control todo-nada, ya que en posiciones intermedias tiende a bloquearse. Tiene la ventaja de presentar muy poca resistencia al flujo de fluido cuando est en posicin de apertura total.

Vlvula en YEn la siguiente figura puede verse su forma. Es adecuada como vlvula de cierre y de control. Como vlvula todo-nada se caracteriza por su baja prdida de carga y como vlvula de control presenta una gran capacidad de caudal. Posee una caracterstica de autodrenaje cuando est instalada inclinada con un cierto ngulo. Se emplea usualmente en instalaciones criognicas.

Vlvula de cuerpo partidoEsta vlvula es una modificacin de la vlvula de globo de simple asiento teniendo el cuerpo partido en dos partes entre las cuales est presionado el asiento. Esta disposicin permite una fcil sustitucin del asiento y facilita un flujo suave del fluido sin espacios muertos en el cuerpo. Se emplea principalmente para fluidos viscosos.

Vlvula SaundersEn la vlvula Saunders el obturador es una membrana flexible que a travs de un vstago unido a un servomotor es forzada contra un resalte del cuerpo cerrando as el paso del fluido. La vlvula se caracteriza porque el cuerpo puede revestirse fcilmente de goma o de plstico para trabajar con fluidos agresivos. Tiene la desventaja de que el servomotor de accionamiento debe ser muy potente. Se utiliza principalmente en procesos qumicos difciles, en particular en el manejo de fluidos negros o agresivos o bien en el control de fluidos conteniendo slidos en suspensin.

Vlvula de compresinEsta vlvula funciona mediante el pinzamiento de dos o ms elementos flexibles, por ejemplo, un tubo de goma. Igual que las vlvulas de diafragma se caracterizan porque proporcionan un ptimo control en posicin de cierre parcial y se aplican fundamentalmente en el manejo de fluidos negros corrosivos, viscosos o conteniendo partculas slidas en suspensin.

Clculos de Cv.Cv se entiende como el coeficiente de flujo de la vlvula y depende del tipo, dimetro y grado de apertura de este dispositivo. Este es de suma importancia debido a que trata sobre el clculo de las dimensiones de las antes mencionadas, de modo que una vlvula sobredimensionada puede llegar a tener un pobre desempeo al trabajar en un lazo de control.

Formulas bsicas para el clculo de Cv.

Lquidos

Vapor de agua

Gases

Dnde:F: Caudal. Para lquidos en (gal/min), para vapor en (lb/h) y para gases en(ft3/seg) estndar (60 F y 14.7 psia)PV: Prdida de carga en la vlvula en (psig)P1: Presin aguas arriba (psia)P2: Presin aguas abajo (psia): Densidad relativa del lquido respecto del agua a 60 FTsh: Recalentamiento del vapor respecto de las condiciones de saturacin (F).Vale cero para vapor saturado.G: Densidad relativa del gas respecto al aire a 60 F y 14.7 psiaT1: Temperatura del gas a la entrada de la vlvulaEsto solo se aplica cuando el rgimen del flujo es subcritico y turbulento. Si el rgimen es viscoso o de transicin se deben aplicar otras frmulas. Cuando hay vaporizacin parcial del lquido, el rgimen es crtico y se tiene en cuenta con una ecuacin de dimensionamiento distinta con un coeficiente adicional. Para gases, tambin se debe tener en cuenta si el rgimen es crtico o de transicin.

Flashing y cavilacinLa cavilacin y Flashing (vaporizacin) son fenmenos que ocurren nicamente en los lquidos ya que los gases ni los vapores no pueden cavilarse ni evaporarse. La cavitacin con formacin de vapor consiste en un crecimiento explosivo de una burbuja de vapor dentro de un lquido cuyo resultado es una vaporizacin local del lquido. La formacin de la burbuja va seguida por un rpido aplastamiento o implosin de la misma, debido a la recondensacin del vapor. La secuencia de cambio de fases es causada por fluctuaciones de la presin local en el lquido.

Descripcin de la cavitacin.Cuando un lquido fluye a travs de una regin donde la presin es menor que su presin de vapor, l liquido hierve y forma burbujas de vapor. Estas burbujas son transportadas por el lquido hasta llegar a una regin de mayor presin, donde el vapor regresa al estado lquido de manera sbita, implotando bruscamente las burbujas. Esta fenmeno se llama cavitacin. Si las burbujas de vapor se encuentran cerca o en contacto con una pared slida cuando cambian de estado, las fuerzas ejercidas por el lquido al aplastar la cavidad dejada por el vapor dan lugar a presiones localizadas muy alto, ocasionando picaduras sobre la superficie slida. El fenmeno generalmente va acompaado de ruido y vibraciones, dando la impresin de que se tratara de grava que golpea con diferentes partes de la mquina. Segn se ha dicho, cuando, la corriente de un punto de una estructura o de una mquina alcanza una presin inferior a la presin de saturacin de vapor (Fig. 1), el lquido se evapora y se originan en el interior del lquido cavidades de vapor, de ah el nombre de cavitacin. En el interior del fluido existen, pues, zonas en que reina un gradiente fuerte de presiones que aceleran las burbujas y producen un impacto en el contorno (Venturis, bombas, turbinas, etc.). El fenmeno de la cavitacin se explica con el mecanismo siguiente: si la presin en un lquido como el agua baja suficientemente, empieza a hervir a temperatura ambiente. Consideremos un cilindro lleno de agua y tapado con un pistn en contacto con el agua. Si se mueve el pistn en direccin fuera del agua, se reduce la presin y el agua se evapora formando burbujas de vapor, si ahora bajamos el pistn hacia el agua la presin aumenta, el vapor se condensa y la burbuja se destruye (colapso de la burbuja). Cuando se repite este proceso con alta velocidad como por ejemplo -en el interior de una bomba de agua, se forman y se destruyen las burbujas rpidamente. Se demostr con clculos que una burbuja en colapso rpido produce ondas de choque con presiones hasta de 410 MPa. Estas fuerzas ya son capaces de deformar varios metales hasta la zona plstica, lo que est comprobado por la presencia de bandas de deslizamiento sobre partes de bombas o de otro equipo sujeto a cavitacin.