válvulas de regulación en las redes de abastecimiento y...
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Válvulas de regulación en las redes de abastecimiento y distribución de agua
Vicente Sansaloni Company
Ingeniero Técnico Industrial
Jefe de Producto y Proyectos. División de Válvulas de Acuster, S.L.
Introducción Las válvulas son uno de los elementos más importantes de una red de distribución de cualquier fluido. Gracias a ellas podemos controlar el sistema: regular caudal, presión, niveles en un depósito, proteger contra sobre-velocidad, sobre-presiones o inundaciones, cerrar un sector, hacer una toma en carga o simplemente cortar el suministro.
Esta importancia de las válvulas exige que la calidad de las mismas sea la adecuada. Son elementos cuyo correcto funcionamiento es de suma importancia. En el caso de las válvulas de regulación es aún más patente al ser elementos que están continuamente trabajando y de cuyo funcionamiento depende el control de nuestro sistema. Pero esta calidad debe extenderse también a las válvulas de corte. El poder aislar un sector por cualquier motivo es una operación de importancia y en el caso de válvulas de baja calidad es frecuente encontrarse con el problema de que estas no cierran de manera estanca o que no se pueden abrir o cerrar al haber quedado atascadas por el óxido o los depósitos calcáreos. A esta calidad de las válvulas debe unirse un mantenimiento adecuado. Deben abrirse y cerrarse cada cierto tiempo para garantizar que lo harán correctamente cuando lo necesitemos. Existen dispositivos para facilitar esta labor de mantenimiento (Fig 1)
Válvula de compuerta (válvula de corte) y dispositivo de accionamiento para mantenimiento
De hecho el coste de las válvulas representa normalmente un pequeño porcentaje del total de una instalación y en cambio los posibles costes causados por la mala calidad de las mismas (reparaciones, roturas, fallos en el sistema, etc.) superan en mucho la diferencia del precio de compra. Por no hablar de válvulas de seguridad o de regulación de las que depende la seguridad del resto de la instalación.
Control variables hidráulicas. Válvulas de control Como se indicaba en la introducción las válvulas de regulación son aquellas que, como su nombre indica, nos sirven para controlar las variables hidráulicas del sistema (presión, caudal, nivel), para proteger el sistema frente a sobre-presiones (válvulas de alivio, válvulas anti-ariete), controlar el sentido de flujo (válvulas de retención), proteger contra-inundaciones, evacuar o permitir la entrada de aire en las conducciones (ventosas). En esto se distinguen de las válvulas de corte o aislamiento cuya función es exclusivamente permitir el paso o no, o expresándolo de otro modo, hacer de puertas, es lo que se llama funcionamiento "todo o nada", son válvulas que están totalmente abiertas o totalmente cerradas. Las en cambio válvulas de regulación trabajan en diferentes grados de apertura según sea necesario.
Las válvulas reguladoras por tanto, en esencia, lo que hacen es dificultar el paso del fluido en mayor o menor medida dependiendo del grado de apertura y de la característica hidráulica de la válvula. Así pues las válvulas de regulación es un elemento que provoca pérdidas de carga o lo que es lo mismo es un elemento disipador de energía. Es importante hacer esta matización porque el sistema ideal sería aquel en el que el diámetro de las conducciones, la altura de los depósitos y el resto de elementos estuvieran diseñados de manera que no fueran necesarias las válvulas de regulación.
De hecho, una válvula de control puede ser sustituida por cualquier otro elemento disipador de energía que cree la misma pérdida de carga (placa orificio, estrechamiento, etc.). El motivo por el que son necesarias las válvulas es porque la demanda y las condiciones hidráulicas en las redes suele ser variable por lo que no nos vale con una pérdida de carga fija y necesitamos un elemento que nos permita variar esta pérdida de carga, es decir, regular.
Variables hidráulicas
Las variables hidráulicas a controlar por las válvulas son habitualmente: caudal, presión y nivel.
También se pueden considerar válvulas de control aquellas que nos van a proteger la instalación, bien del golpe de ariete como las válvulas de alivio, las válvulas de arranque de bombas y las válvulas anticipadoras de onda, bien de inundaciones provocadas por roturas en las tuberías como las válvulas de sobre-velocidad (o anti-inundaciones), bien sea controlando el aire en el interior de la conducción como las ventosas o válvulas de aireación.
Vamos a centrarnos no obstante en las 3 variables hidráulicas básicas anteriormente mencionadas (caudal, presión, nivel).
En el caso del control de la presión cabe decir que la presión se puede controlar:
- Aguas-arriba: Se controla y mantiene una presión aguas-arriba (válvulas sostenedoras o mantenedoras de presión)
- Aguas-abajo: Se controla y mantiene una presión aguas-abajo (válvulas reductoras de presión)
- Presión diferencial: Se controla y mantiene una pérdida de carga a través de la propia válvula o de otro elemento (válvulas de control de presión diferencial)
El control del caudal puede ser para adaptarlo a una demanda, en el llenado de un depósito o de la propia tubería, el control del caudal de una bomba, la descarga de una presa, el vaciado de una conducción por un desagüe.
1 – Válvula de control X – Medida consigna 2 – Actuador eléctrico Y – Salida del controlador 3 – Unidad de control W – Entrada de referencia 4 – Dispositivo de medida
Ejemplos de control
Una idea equivocada y en cambio bastante generalizada es el pensar que hay válvulas específicas para controlar presión o caudal, o ambas variables.
Esto es un error puesto que la válvula como explicábamos siempre realiza la misma función que es la de crear una pérdida de carga, por lo que la válvula puede ser la misma. La diferencia no está en la válvula sino en la variable que vamos a elegir para controlar.
Así pues, cuando regulamos caudal con una válvula (manteniendo la variable caudal) lo que hacemos es crear una pérdida de carga con la válvula, la pérdida de carga necesaria para establecer ese caudal consigna pero igualmente estamos reduciendo la presión. Cuando por el contrario queremos regular presión, el hecho de hacerlo también afectará por tanto al caudal.
No existen por tanto válvulas específicas en lo que a su diseño como elemento se refiere, para controlar las diferentes variables hidráulicas, lo que varían son los elementos que comandaran la válvula.
Válvulas de control
Las válvulas de regulación abarcan un gran variedad de diseños, en el presente tema nos vamos a centrar en las válvulas de regulación más típicas. No se va a tratar sobre válvulas de retención, de seguridad ni ventosas
No obstante y como veremos, es muy difícil, por no decir imposible, establecer límites rígidos puesto que en principio cualquier válvula no deja de ser un elemento de cierre y en mayor o menor medida puede realizar cualquier función. Así una válvula típica de aislamiento como la de mariposa se puede utilizar como válvula de regulación, o una de esfera como válvula de regulación de descarga de fondo en una presa. También nos podemos encontrar con válvulas de mariposa o de paso anular actuando como
Control de presión:
Presión constante aguas arriba
Control de caudal:
Valor constante del caudal Q Control de nivel
mín.
máx. 1
Control de presión:
Presión constante aguas abajo
2
1
3
4
W
4
W
X
X X
X
W
1
Y
Y Y
W
1
2
1
3
3 3
2 2
Y
4
4
válvulas de retención. En cualquier caso hay algunas consideraciones a tener en cuenta que acabaran recomendado el uso de cada tipo de válvula para unas aplicaciones específicas.
Características de las válvulas de control Como se ha mencionado anteriormente, todas las válvulas en su recorrido desde la posición de apertura completa (100%) a la de cierre (0%) van incrementando la resistencia en la instalación por lo que de una u otra manera se puede regular con las mismas ya que son un elemento de resistencia variable.
A pesar de esto, según el diseño de la válvula y el recorrido que realiza el agua al pasar por dentro de la misma, esta regulación puede ser efectiva o no.
Curva característica La curva que representa como varía la resistencia de la válvula según el grado de apertura se conoce como curva característica de la válvula.
Esta curva se suele representar relacionando el coeficiente de caudal para cada grado de apertura (Kv) respecto al coeficiente de caudal a válvula 100% abierta (Kv0).
RIKO
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0,600
0,700
0,800
0,900
1,000
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
% APERTURA
Kv/
Kv0 TIPO E
TIPO SZ
Curva inherente Kv/Kv0 de una válvula de paso anular
Esto se conoce también como curva inherente de la válvula. Cuando la curva se realiza considerando la válvula instalada en la conducción estamos hablando de la curva característica. En la curva característica se acostumbra a representar el caudal que se establece en el sistema en función del grado de apertura de la válvula.
Cuando lo que se pretende es regular, se intenta buscar una curva de característica lineal. Las válvulas de seccionamiento como las mariposas no tienen curvas lineales. Esto se puede observar en las Fig. 4 y 5
Q (m3/h)
% Apertura
Q (m3/h)
% Apertura Curva característica válvula paso anular
Q (m3/h)
% Apertura
Q (m3/h)
% Apertura
Curva característica válvula mariposa
Se observa claramente que mientras la apertura o cierre de la válvula de paso anular, que es una válvula de control, tiene un efecto directo sobre el caudal en toda la carrera de la misma, no ocurre así con la de mariposa en la que a partir del 45% de apertura el efecto de la válvula es casi nulo por lo que la válvula sólo dispone de este 45% de carrera para realizar el control.
La cavitación
Otro elemento a tener en cuenta es la cavitación. Como se habrá visto en otros temas, la cavitación es el fenómeno por el cual el agua pasa de estado líquido a vapor. Las válvulas de control son un elemento especialmente sensible a la aparición de la cavitación puesto que se trata de elementos que van a cerrar la sección de paso para crear una pérdida de carga, por lo que en el interior de la válvula la velocidad del agua puede ser my elevada sobre todo en posiciones cercanas al cierre (sección de paso muy pequeña) y como sabemos por el teorema de Bernoulli este aumento de velocidad en el agua es debido a la conversión de energía de presión en energía cinética.
Energía Potencial (z)Energía de Presión (p/p/γ)γ)Energía Cinética (vv22/2g)/2g)
Pérdidas (pérdida de carga h)+
ΣΣ constanteconstante
Energía Potencial (z)Energía de Presión (p/p/γ)γ)Energía Cinética (vv22/2g)/2g)
Pérdidas (pérdida de carga h)++
ΣΣ constanteconstante
Teorema de Bernoulli y efecto Venturi
Presión baja / Velocidad alta
Efecto Venturi
Presión alta
Velocidad baja
Presión alta
Velocidad baja
z p vg
2
2+ +γ
+ h = Constantez p vg
2
2+ +γ
+ h =z p vg
2
2+ +γ
+ h = Constante
Energía cinética
Pérdidas
Energía de presión
Energía cinéticaEnergía cinética
Pérdidas
Energía de presiónEnergía de presión
La cavitación en las válvulas se puede caracterizar por lo que se conoce como coeficiente de cavitación. Los más usados son:
11σ =
p - pp
v
∆ 22 v =
p - pp
σ∆
Donde p1 es la presión de entrada a la válvula; p2 es la presión de salida; pv es la presión de vapor del agua y ∆p es el diferencial de presión (p1 - p2)
Estos valores también se pueden representar para la válvula y la instalación. Siguiendo el mismo ejemplo que en las Fig. 4 y 5, representamos en las Fig. 7 y 8 las curvas de cavitación de las válvulas trabajando en las mismas condiciones.
Q (m3/s)
σ Instalación σ cavitación incipiente σ cavitación desarrolladaσ Instalación σ cavitación incipiente σ cavitación desarrollada % Apertura
Curva cavitación válvula paso anular
σ Instalación σ cavitación incipiente σ cavitación desarrolladaσ Instalación σ cavitación incipiente σ cavitación desarrollada % Apertura
Q (m3/s)
Curva cavitación válvula mariposa
Una vez más observamos que la válvula de mariposa estará cavitando, precisamente en el único tramo donde tenía capacidad de regulación.
Así pues las válvulas de aislamiento como las mariposas y compuertas no son válvulas adecuadas para regular. No porque no puedan hacerlo sino porque lo hacen de manera ineficiente.
Válvulas de control Hay muchos tipos de válvulas de control, aquí se van a tratar las tipologías más habituales
- Válvulas de globo
- Válvulas de paso anular
- Válvulas multi-chorro
- Válvulas de descarga de chorro hueco (Howell-Bunger)
Válvula de paso anular (también conocida como de émbolo o de aguja)
Las válvulas de paso anular están diseñadas para regulación. Consisten en un bulbo hidrodinámico dispuesto centralmente en el interior del cuerpo de la válvula de manera que el fluido es conducido alrededor del bulbo, resultando una sección de paso anular. Un pistón de acero inoxidable guiado sobre unas guías deslizantes (normalmente en bronce), se mueve axialmente en el interior de la válvula. El movimiento axial se transmite al pistón por medio de un robusto mecanismo de biela-manivela que se actúa desde un eje al exterior mediante un desmultiplicador manual o un actuador eléctrico, neumático o hidráulico (con o sin contrapeso). El movimiento del pistón en el sentido del flujo cierra el paso en el cuello donde el cuerpo de la válvula vuelve a tener la sección del tubo, dando una sección de forma anular de paso mayor o menor dependiendo de la posición en la que se encuentre el pistón.
Sentido del flujoSentido del flujo
Válvula de paso anular
Como se puede ver en la Fig. 9, el cierre de la válvula está en la brida de salida y el flujo a la salida es convergente lo que tiene una influencia positiva en el comportamiento de la válvula frente a la cavitación ya que las burbujas de vapor se forman a la salida de la válvula y además convergen hacia el centro del flujo donde pueden colapsar sin estar en contacto con elementos de la válvula o de la conducción.
Como se aprecia en las Fig 10, que representa la sección de paso de diferentes tipos de válvulas, las válvulas de paso anular mantienen la geometría de la sección de paso constante en todo su recorrido, siendo ésta un anillo. También se aprecia que a pesar de que son estancas y sirven para aplicaciones todo/nada, no son de paso total incluso en su posición 100% abierta.
Secciones de paso en diferentes tipos de válvulas
Esta característica de mantener la geometría constante proporciona un funcionamiento de la válvula muy estable y equilibrado y crea pocas turbulencias a la entrada de la válvula.
Son válvulas equilibradas en presiones y esto les proporciona un accionamiento suave y bajo par de maniobra.
El cuerpo esférico permite también trabajar hasta altas presiones.
Las aplicaciones principales de estas válvulas son: regulación de presión o caudal, llenado de depósitos, descarga de presas, válvula de by-pass, válvula de desagüe.
Tipos de cilindro de salida
Las válvulas de paso anular, pueden modificarse para adaptarse mejor a las condiciones de servicio. Lo más habitual es cambiar la forma del obturador o cilindro
- Cilindro recto (estándar)
Cilindro recto
Esta es la configuración estándar. El pistón acaba en un pequeño cilindro recto que al estar el pistón retraído deja el paso completamente libre y que al avanzar va cerrando el paso hasta que este se cierre completamente una vez hace contacto con la junta de estanqueidad.
Esta configuración es de aplicación cuando los diferenciales de presión no son muy elevados o en los casos donde se requiere una gran capacidad (baja pérdida de carga) como descarga de presas y válvulas de control de bomba.
Válvula de compuerta Válvula de mariposa Válvula de esfera
Válvula de paso anular
Abierta
Regulando
- Cilindro ranurado o perforado
Cilindro perforado o ranurado (posición 100% abierto)
El cilindro perforado o ranurado consiste en una prolongación del pistón que puede estar perforada o ranurada. En posición 100% abierta el cilindro está ocupando el área de paso del agua, por lo que el agua se fuerza a pasar por los orificios o ranuras, forzando a las posibles burbujas de cavitación a ir a gran velocidad hacia el centro del chorro, colapsando rodeadas de agua y sin producir daños mecánicos. Adicionalmente estos orificios o ranuras cambian la relación entre carrera y cierre de la válvula, cambiando por tanto la curva característica de la misma.
Entrada del agua en el cilindro
Cambiando el tamaño o distribución de los cilindros y ranuras se puede adaptar la curva de la válvula a las necesidades de la instalación.
Cuando la válvula empieza a cerrar, el pistón se desplaza y el cilindro empieza a salir hacia el exterior, de ésta manera el área de paso va disminuyendo. Una vez el pistón está en contacto con la junta la válvula queda completamente cerrada.
Cilindro perforado en posición cerrado (el cilindro sale al exterior)
- Cilindro doble perforado
Cuando los diferenciales de presión requeridos son muy grandes se puede instalar un cilindro doble, consistente en dos cilindros perforados paralelos y con un cierto decalaje entre las perforaciones.
3ª2ª1ª
3ª2ª1ª
3ª3ª3ª2ª2ª2ª1ª1ª1ª
Cilindro doble perforado (válvula DN800 PN100)
El efecto que se consigue es el hacer la reducción de presión en varias etapas. Si el cilindro tiene más escalones se haría en más etapas. Con este sistema se consiguen grandes reducciones de presión sin cavitación.
Cilindro multi-etapas
Reducción de presión en una etapa (izquierda) y en múltiples etapas (derecha)
Presión de vapor Presión de
vapor
- Cilindro ranurado recortado
El cilindro ranurado recortado es un cilindro ranurado que en la posición de la válvula 100% abierta no cubre toda el área de paso. Es por tanto una solución híbrida, facilita una baja pérdida de carga ya que en posición 100% abierta el paso de la válvula está prácticamente libre lo que permite el control de grandes caudales. En las últimas posiciones de la carrera, el cilindro ranurado recortado obtura el paso, quedando éste limitado a las ranuras, permitiendo una mayor precisión en el control de los caudales bajos y un mejor comportamiento frente a la cavitación.
Cilindro ranurado recortado. Válvula abierta (izquierda, válvula cerrada (derecha)
Válvula de asiento plano. Válvulas automáticas
La válvula de asiento es uno de los tipos de válvula de control más conocidos. En estas válvulas el obturador que suele ser un disco cierra sobre un asiento plano. Dependiendo de la forma del cuerpo de la válvula o del recorrido del agua en la misma se habla de diferentes tipos como válvulas de globo, válvulas en ángulo y válvulas en “Y”, por citar los más típicos.
Válvula de asiento plano. De izquierda a derecha: tipo globo, tipo “Y”, en ángulo
DN
H
PI
Válvula de asiento tipo globo
Son válvulas de carrera (recorrido del obturador) más corta que las de paso anular. La carrera típica de este tipo de válvulas (ver H en Fig. 20) suele ser D/4, siendo D el diámetro del asiento.
DN – Ø Nominal = D
PI – Paso interior = D
H - Carrera
Al ser el asiento circular el área de paso es la de un cilindro de diámetro D y altura D/4.
Al ser el área lateral de este cilindro la longitud del disco por la altura lo que resulta:
44
2DDDSL ππ =×=
Que coincide exactamente con la sección de paso del diámetro nominal de la válvula (DN)
Las válvulas de asiento plano tienen una buena característica de regulación, aunque su carrera más corta las hace menos precisas que las de paso anular vistas anteriormente. Debido al recorrido que realiza el agua en su interior también tiene más pérdidas de carga a válvula completamente abierta, aunque este punto no suele ser decisivo en una válvula de control.
El comportamiento frente a la cavitación es bastante bueno, pero en situaciones de diferenciales de presión elevados o contra-presiones muy bajas también se suelen utilizar diseños de obturador especiales como cilindros con paso proporcional, ranurados o perforados. Consisten al igual que hemos visto en la válvula de paso anular en añadir un cilindro al obturador de la válvula.
Válvula de asiento con obturador especial anti-cavitación
También se puede adaptar la curva de la válvula según el diseño que tenga el cilindro así como se puede ver en cilindro especial de la Fig. 22 donde se consigue no sólo un mejor comportamiento frente a la cavitación, sino también adaptarse a caudales mayores o menores según el pistón va cerrando. Se está variando la relación de carrera de la válvula.
Obturador especial
Las válvulas de asiento se pueden actuar manualmente y mediante actuadores eléctricos, hidráulicos o neumáticos. Existe una variante especial de las mismas que se actúa mediante el propio fluido a controlar y es lo que se conoce como válvulas hidráulicas automáticas.
Válvulas hidráulicas automáticas
Las válvulas hidráulicas automáticas son aquellas que son actuadas por la presión del fluido a controlar sin necesitar energía exterior.
Existen diferentes diseños para estas válvulas siendo los más comunes el de las válvulas accionadas por diafragma y las accionadas por pistón.
El eje que mueve el obturador se acciona por el movimiento del diafragma o del pistón al que está unido.
Válvulas hidráulicas automáticas. De izquierda a derecha: diafragma cámara simple, diafragma cámara doble, pistón
Hay una o dos cámaras que al llenarse o vaciarse de agua son las que van a mover el obturador.
Para realizar el llenado o vaciado de la cámara se instala un circuito piloto que tiene normalmente una toma aguas-arriba de la válvula, una toma aguas-abajo y una entrada y salida a la cámara.
EL CIRCUITO PILOTO
LA VÁLVULA BASE
EL CIRCUITO PILOTO
LA VÁLVULA BASE
Válvulas hidráulicas automáticas. Válvula base y circuito piloto
- Principio de funcionamiento
Sentido de circulación
Fapertura
s
S
PE PS
Fcierre
Sentido de circulaciónSentido de circulaciónSentido de circulación
FaperturaFapertura
s
S
PE PS
Fcierre
s
S
PE PS
FcierreFcierre
Equilibrio de fuerzas apertura/cierre en una válvula automática
El fluido aguas arriba está bajo una presión PE (presión de entrada) y aguas abajo con una presión PS (presión de salida). Sobre el obturador están actuando unas fuerzas en el sentido de apertura FApertura y otras en el sentido de cierre FCierre
Fcierre = PE • S + PS • s + Fmuelle
Fapertura = PE • s + PS • S
La superficie del diafragma (S) acostumbra a ser 3 veces la del obturador por lo que S = 3 • s así pues la fuerza de cierre es mayor que la de apertura y la válvula puede cerrar.
Liberando presión de la cámara se cambia el equilibrio de fuerzas y la válvula abre.
Los elementos que controlan este llenado y vaciado de la cámara pueden ser manuales, por ejemplo una pequeña válvula de esfera, con lo que se puede actuar sobre una válvula de gran tamaño simplemente abriendo o cerrando esa válvula de esfera que llena o vacía la cámara.
- Los pilotos
También existen elementos de control automáticos a los que se denomina pilotos. El piloto consiste en una pequeña válvula que de forma automática abrirá o cerrará para crear la pérdida de carga en el circuito piloto. De esta manera regulará el volumen de agua con el que se llenará la cámara y por tanto la posición de la válvula principal. La válvula principal sigue el movimiento del piloto.
Existen diversos tipos de pilotos según cuál sea la función que se requiere en la válvula principal.
Diferentes tipos de pilotos para válvulas automáticas
Así pues una válvula con un piloto reductor de presión por ejemplo, realizará la función de reducción de presión a una presión de consigna determinada de manera automática y sin necesidad de más energía que la propia presión del fluido.
Los pilotos y por tanto las funciones también pueden combinarse, resultando las posibilidades casi ilimitadas y convirtiendo a estas válvulas en unos equipos muy versátiles.
Otra cuestión interesante es la combinación de funciones hidráulicas con eléctricas o electrónicas, ya que mediante pequeñas electroválvulas se puede abrir o cerrar la válvula principal, combinar entre dos circuitos piloto diferentes (por ejemplo una reducción de presión con presiones diferentes para la noche y el día). También se pueden instalar pilotos electrónicos proporcionales con lo que desde un sistema Escada se puede realizar cualquier función que se desee con la válvula, igual que se haría con una válvula con un actuador eléctrico pero con la ventaja de poder manejar señales de muy poca potencia.
Válvula hidráulica automática con piloto electrónico y piloto hidráulico de emergencia para funcionamiento en caso de fallo de la corriente eléctrica o la señal de mando
- Instalación y consideraciones importantes
Al ser el circuito piloto un sistema hidráulico con secciones de paso reducidas, se hace imprescindible el filtrado previo del agua que va a circular por el mismo. Para ello se montan filtros en el circuito piloto como se puede ver en la Fig. 28
Igualmente, al no ser las válvulas de regulación, válvulas de paso total, también es necesaria la instalación de un filtro antes de la válvula principal, así como válvulas de aislamiento para permitir el mantenimiento de la misma.
Esquema de instalación básico (1-válvula de by-pass; 2a y 2b-válvulas de aislamiento; 3-Carrete de desmontaje; 4-filtro caza-piedras; 5-ventosa o purgador)
Como se ve en la Fig. 28, también es extremadamente conveniente la instalación de un by-pass para poder dar un servicio mínimo cuando se está realizando una operación de mantenimiento de la válvula. En caso de no disponer de espacio suficiente, se recomienda dejar las tomas del by-pass para que la brigada de mantenimiento pueda realizar un by-pass provisional con una tubería flexible cuando realicen el mantenimiento. Estas medidas no son caras si las comparamos con los inconvenientes que supone dejar sin servicio la red.
Otra consideración muy importante es el tener en cuenta que las válvulas de regulación requieren de un flujo lo menos turbulento posible (igual que lo elementos de medición como caudalímetros y contadores) por lo que antes y después de las mismas se aconseja dejar un tramo recto de conducción antes y después de las mismas y sin elementos distorsionadores del flujo.
Esto es tanto más importante cuanto mayor es la válvula. Como regla general se puede considerar un tramo recto de 5 x DN antes de la válvula y 3 x DN detrás de la misma
En válvulas de gran tamaño y válvulas de paso anular es más importante estas recomendaciones ya que si trabajan con grandes diferenciales de presión y se produce cavitación, aunque ésta no afecte a la válvula (recordemos que converge al centro de la conducción) sí puede hacerlo a elementos montados detrás de la misma (válvulas de mariposa, codos, tés,…)
8 a 10 x DN para cilindro recto
5 x DN para cilindro ranurado o perforado
Válvula paso anular
8 a 10 x DN para cilindro recto
5 x DN para cilindro ranurado o perforado
Válvula paso anular
Recomendaciones de espacio de tubería recta aguas-arriba y aguas-debajo de las válvulas de control
Válvulas multi-chorro
En este tipo de válvulas se obliga al fluido a atravesar múltiples orificios más o menos abiertos, por lo que es como si dispusiéramos de muchas pequeñas válvulas de compuerta cubriendo la sección de paso. Los pequeños chorros producidos se distribuyen también en la sección de paso de manera uniforme esto tiene como efecto la disminución de las vibraciones, los daños causados por la cavitación, las fluctuaciones de presión y el ruido.
Hay diferentes construcciones para estas válvulas en el mercado.
Un primer tipo (Fig. 30) consiste en una válvula de guillotina a la que se le coloca una placa con múltiples orificios aguas-abajo. El recorrido de la guillotina abre más o menos de estos orificios.
En estos diseños se estudia el diámetro, reparto y densidad de orificios para conseguir la curva característica pretendida
Válvula de control multi-chorro tipo guillotina. Obsérvese la distribución estudiada de los orificios
El otro tipo es la de doble disco. Como se aprecia en la Fig. 31 el principio de funcionamiento es sumamente sencillo consisten en dos discos perforados (2 y 3) y un cuerpo anular (1) que se monta entre las bridas de la tubería. El disco (2) está fijo. El disco (3), situado aguas arriba de la válvula se puede desplazar deslizándose arriba y abajo. En la posición completamente abierta, los orificios en los discos (2)
y (3) coinciden. La posición completamente cerrada se obtiene por el desplazamiento del disco móvil (3) la pequeña distancia equivalente al diámetro de uno de los orificios.
Válvula de control multi-chorro de doble disco. Obsérvese la distribución uniforme de los orificios
Las posiciones de regulación son las intermedias, con los orificios parcialmente cerrados. El disco móvil (3) puede ser movido manualmente o por cualquier tipo de actuador.
Son válvulas como se puede ver en ambos tipos, sencillas y con buenas cualidades de regulación, aún así tienen algunos inconvenientes importantes.
Por su diseño constructivo no pueden trabajar en presiones elevadas, en caso de formarse cavitación, las burbujas que se forman se reparten por toda la conducción, pudiendo causar desperfectos aguas-abajo.
La pérdida de carga con la válvula 100% es elevada lo que disminuye su capacidad máxima y al tener un recorrido el obturador muy pequeño se pierde precisión en el control en comparación con otros diseños.