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VAVULAS EN LA INDUSTRIA PETROLERA
1.- INTRODUCCIÓN Una válvula se puede definir como 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. Las válvulas Las válvulas son unos de los instrumentos de control de control más esenciales en la industria. Debido industria. Debido a su diseño su diseño y materiales m ateriales,, 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 vació hasta mas de 20000 lb/in² (140 Mpa) y temperaturas desde las criogénicas hasta 1500 °F (815 °C). En algunas instalaciones se requiere un sellado absoluto; en otras, las fugas o escurrimientos no tienen importancia.
2.- OBJETIVOS 2.1.- OBJETIVO GENERAL
Conocer las características de diferentes tipos de válvulas y sus funciones que se usan en la industria petrolera.
2.2.- OBJETIVOS ESPECIFICOS
Especificar su clasificación según su función y diseño. Conocer el diseño de las válvula que se puede utilizar según al tipo de flujo o área donde se encuentre. Caracterizar las operaciones que se realizan al manipuleo y sus dificultades.
3.- MARCO TEORICO Materiales Dependiendo del material utilizado en el cuerpo de la válvula, se denominan como válvulas de:
acero al carbono, como carbono, como el forjado A105N que se usa en la mayoría de procesos industriales inocuos acero inoxidable, como inoxidable, como el A182 F316 que se usa en situaciones de corrosión o temperatura menor
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acero aleado, como el superduplex forjado A182 F55 que se usa en procesos altamente corrosivos, como por ejemplo la desalinación del agua marítima
Función de las válvulas Las válvulas son aparatos mecánicos o electromecánicos, cuyas funciones son: apertura y cierre seguridad Explotación del sistema Aislar tramos de conducción Regular caudales Regular presiones Protección de sobrepresiones y depresiones
TIPOS DE VALVULAS Las válvulas se clasifican según su función y diseño:
1. 2. 3. 4.
Válvulas de apertura y cierre Válvulas de regulación de flujo y presión Válvulas de retención Válvulas de seguridad
1.- VÁLVULAS DE APERTURA Y CIERRE Se utilizan para cerrar y abrir totalmente el pasaje de flujo. Son de accionamiento rápido y ejercen una mínima resistencia. Los diferentes modelos son:
a) Esclusa (Compuerta) b) Esférica (Bola) c) Mariposa a).- VÁLVULAS DE COMPUERTA (ESCLUSA) Válvula de compuerta Es un tipo de válvula que posee una compuerta o cuchilla, accionada por un vástago para abrir, cerrar o regular el flujo del líquido o gas que pasa por el orificio de paso que se encuentra en el cuerpo de la válvula.
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Características y función de las válvulas de compuerta •Son las más usadas. •Se utilizan donde se requiere circulación ininterrumpida, en posición abierta o cerrada. •No debe utilizarse para control de flujo. •En su apertura, la compuerta se eleva completamente fuera del ducto.
Las válvulas de compuerta se utilizan principalmente para dejar pasar o no un fluido (ON-OFF), por su diseño no se deben usar para por lo que deben estar totalmente abiertas o cerradas para el asiento y la cuña no se desgasten por el fluido y su presión. Son utilizadas en servicio general, aceites y petróleo, gas, aire, pastas semilíquidas, líquidos espesos, vapor, gases y líquidos no condensables, líquidos corrosivos. Servicio general, aceites y gas, pastas semilíquidas, líquidos espesos, vapor, gases y líquidos no condensables, líquidos corrosivos Se fabrican de Bronce, acero al carbón fundido, acero inoxidable, Hierro, acero forjado, PVC, CPVC con extremos roscados, bridados, soldables a tope (butt Weld), soldables a caja (socket Weld). Pueden ser operadas además de con un volante, con un operador de engranes, y actuadores neumáticos y eléctricos.
Ventajas y desventajas de las válvulas de compuerta Ventajas Válvulas
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Alta capacidad. Cierre hermético. Bajo costo. Diseño y funcionamiento sencillos. Poca resistencia a la circulación.
Desventajas
Control deficiente de la circulación. Se requiere mucha fuerza para accionarla. Produce cavitación con baja caída de presión. Debe estar abierta o cerrada por completo. La posición para estrangulación producirá erosión del asiento y del disco.
c).- ESFÉRICA (BOLA) Válvula de bola. Es un tipo de válvula que posee una bola taladrada de lado a lado que abre, cierra u obstruye en forma parcial el flujo, pueden tener dos o tres vías.
Válvula que sirve para regular la cantidad de flujo que pasa por ella. El elemento de cierre asienta sobre una sección circular. Se usan para cortar o regular el flujo del líquido y este último es su uso principal. Válvulas
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Las principales características de los servicios de estas válvulas es que incluyen operación frecuente, estrangulamiento al grado deseado de cualquier flujo, para gases y aire, y alta resistencia y caída tolerable de presión en la línea.
Características y función de las válvulas de bola Se abre mediante el giro del eje unido a la esfera o bola perforada, de tal forma que permite el paso del fluido cuando está alineada la perforación con la entrada y la salida de la válvula. Cuando la válvula está cerrada, el agujero estará perpendicular a la entrada y a la salida. Las válvulas de bola o esfera son de baja presión (125 lbs) y diseño sencillo, soliéndose usar para controlar el flujo y regularlo aunque no es completamente recomendable. Son un tipo de válvula muy versátil en el manejo de fluidos lo que le permite ser una de las válvulas más populares. Precisamente su cierre rápido de ¼ de vuelta ordinariamente con una palanca permite que su operación sea muy sencilla además de que su diseño es más pequeño que las válvulas de compuerta. Las válvulas de bola se utilizan para dejar o no pasar un fluido (ON-OFF), de otra forma si se deja parcialmente abierta el fluido y la presión del mismo desgastaran partes de la válvula que con el tiempo averiaran los interiores de la válvula dando lugar a fugas. Las válvulas de bola se fabrican en extremos roscados, bridados, soldables a tope (butt Weld) y soldables a caja (socket Weld), en 1, 2 o 3 piezas según la clase de operación y ahorro de costos que se requiera tener. Los principales materiales en que se fabrican de línea las válvulas de bola son: cuerpo de acero al carbón, acero inoxidable, bronce; bola o esfera de acero al carbón, acero inoxidable; asientos de teflón. Las válvulas de globo automatizadas pueden tener vástagos sin rosca, y el desplazamiento lineal viene directamente proporcionado por el actuador.
Ventajas y desventajas de las válvulas de bola Ventajas
Bajo costo. Alta capacidad. Corte bidireccional. Circulación en línea recta. Pocas fugas. Se limpia por si sola.
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Poco mantenimiento. No requiere lubricación. Tamaño compacto. Cierre hermético con baja torsión (par).
Desventajas
Características deficientes para estrangulación. Alta torsión para accionarla. Susceptible al desgaste de sellos o empaquetaduras. Propensa a la cavitación.
d).- MARIPOSA Válvula de mariposa Es un tipo de válvula que posee una lámina movible conocida cómo mariposa que abre, cierra u obstruye en forma parcial uno o más orificios o
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conductos.
Características de las válvulas de mariposa Estas válvulas son de baja presión (125 lbs) y diseño sencillo, soliéndose usar para controlar el flujo y regularlo aunque no es completamente recomendable. Se caracterizan por ser de operación rápida, ya que solo necesita un cuarto de vuelta para pasar de la posición de cerrado a la posición de abierto, teniendo además una pequeña caída de presión dado a que no alteran la dirección del fluido. Existen válvulas de mariposa tipo waffer u oblea, tipo lug u orejadas y bridadas en medidas desde 24”, siendo la más común por su facilidad de instalación las válvulas mariposa tipo waffer. Las válvulas de mariposa son adecuadas para instalarse en espacios reducidos o donde la línea del proceso no puede soportar mucho peso. Válvulas
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Las partes fundamentales de una válvula de mariposa son el cuerpo que puede ser de hierro, acero al carbón, acero inoxidable, pvc, cpvc u otro plástico; el disco que integra los mismos materiales del cuerpo y el asiento que podrá ser principalmente de elastómeros como el EPDM o buna habiendo otros materiales adicionales según la aplicación de la válvula. Pueden ser usadas en manejo de agua limpia o con sólidos hasta cierto %, también puede tener uso para corrosivos como ácidos y muchos otros fluidos dependiendo de la presión y temperatura que se maneje en la línea de proceso. Las válvulas de mariposa pueden ser operadas con palanca, operador de engranes o actuadores neumáticos o eléctricos. También existen las válvulas de mariposa de alto rendimiento las cuales soportan una presión y temperaturas más altas y condiciones de operación más severas. Estas válvulas provocan pequeñas pérdidas de carga, tanto como si se haya en posición entreabierta, como enteramente abiertas. Sin embargo, en posición cerrada no siempre consiguen un cierre hermético. Las válvulas de mariposa son unas válvulas muy versátiles. Tiene una gran capacidad de adaptación a las múltiples solicitaciones de la industria, tamaños, presiones, temperaturas, conexiones, etc. a un coste relativamente bajo. El funcionamiento básico de las válvulas de mariposa es sencillo pues sólo requiere una rotación de 90º del disco para abrirla por completo. La operación es como en todas las válvulas rotativas rápida.
Ventajas y desventajas de las válvulas de mariposa Ventajas
Ligera de peso, compacta, bajo costo. Requiere poco mantenimiento. Número mínimo de piezas móviles. No tiene bolas o cavidades. Alta capacidad. Circulación en línea recta. Se limpia por si sola.
Desventajas
Alta torsión (par) para accionarla. Capacidad limitada para caída de presión. Propensa a la cavitación.
2.- VALVULAS REGULACIÓN DE FLUJO Y PRESIÓN
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Se utilizan para regular el caudal en una cañería introduciendo una pérdida de carga adicional al fluido. Las diferentes válvulas utilizadas son:
Válvula Globo Válvula de Angulo Válvula de jaula válvulas de compresión válvula En Y
2.1.- VALVULA GLOBO Las válvulas globo son unidireccionales, comúnmente son utilizadas como válvulas de regulación. Su robustez y cierre hermético Metal-Metal hacen que éstas válvulas sean adaptables a las más altas exigencias de servicio. La junta cuerpo bonete, puede ser plana, macho-hembra o tipo ring-joint, dependiendo de la serie y servicio. El obturador es normalmente del tipo tapón el cual está guiado para evitar su desalineación. El obturador parabólico, para regulación lineal de flujo, se construye a vuestro pedido para todas las medidas. Los detalles constructivos pueden variar en función de las dimensiones y series. Para materiales posibles y una completa descripción de una válvula en particular comuníquese con THORSA S.A.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA VALVULA GLOBO Ventajas La válvula de globo es excelente para regular el flujo en la gama desde moderado hasta flujo pleno. La válvula de globo de disco o de macho produce buen cierre. Las válvulas de globo destinadas para apertura y cierre permiten cambiar la empaquetadura del vástago en servicio, con la válvula totalmente abierta. Válvulas
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Desventajas La configuración en laberinto de estas válvulas requiere que el flujo cambie de dirección varias veces dentro del cuerpo, lo cual aumenta mucho la caída de presión en la tubería. El asiento se daña con facilidad con los sólidos atrapados entre el macho o el disco y el asiento. Por ello, se prefieren estas válvulas para servicio con materiales limpios. Sin embargo, incluso en este caso, muchas veces ocurren daños al arranque de la planta antes de poder lavar las tuberías para eliminar incrustaciones y otros cuerpos extraños.
2.2.- VALVULA DE ANGULO Esta válvula permite tener un flujo de caudal regular sin excesivas turbulencias y es adecuada para disminuir la erosión cuando esta es considerable por las características del fluido o bien por la excesiva presión diferencial. El diseño de la válvula es idóneo para el control de fluidos que vaporizan, para trabajar con grandes presiones diferenciales y para los fluidos que contienen sólidos en suspensión. Válvulas
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Son similares a las de globo, su única diferencia es que tiene conexiones de entrada y salida en ángulo recto.
•Algunas ventajas: ▫Menor resistencia al flujo que las de Globo.
2.3.- VALVULA DE JAULA Consiste en un obturador cilíndrico que desliza en una jaula con orificios adecuados a las características de caudal deseadas en la válvula. Se caracterizan por el fácil desmontaje del obturador y porque este puede incorporar orificios que permiten eliminar prácticamente el desequilibrio de fuerzas producido por la presión diferencial favoreciendo la estabilidad y el funcionamiento. Por este motivo, este tipo de obturador equilibrado se emplea en válvulas de gran tamaño o bien cuando deba trabajarse con una alta presión diferencial. Como el obturador esta contenido dentro de la jaula, la válvula es muy resistente a las vibraciones o al desgaste. Por otro lado, el obturador puede disponer de aros de "resina antiadherente" ó "fluoropolímero" (la empresa me prohibió poner el nombre comercial) que, con la válvula en posición cerrada, asientan contra la jaula y permiten así un cierre hermético.
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2.4.- VALVULAS DE COMPRESION Funciona mediante el pensamiento de dos o más elementos flexibles, por ejemplo, un tubo de goma. Igual que las válvulas de diafragma se caracteriza por que proporciona un óptimo control en posición de cierre parcial y se aplican fundamentalmente en el manejo de fluidos negros o corrosivos, viscosos o conteniendo sólidos en suspensión.
2.5.-VALVULA EN Y Son similares a las válvulas de globo, la diferencia radica en que su asiento presenta una inclinación de 45◦ respecto al flujo. Es adecuada como válvula de cierre y de control. Como válvula todo-nada se caracteriza por su baja perdida de carga y como válvula de control presenta una gran capacidad de caudal. Posee una característica de auto drenaje cuando esta instalada inclinada con un cierto Angulo. Se emplea usualmente en instalaciones criogénicas.
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Algunas ventajas: ▫Se obtienen trayectorias más lisas que en las válvulas globo. ▫Presentan buena capacidad de estrangulación.
3.- VÁLVULA DE RETENCIÓN Las válvulas de retención son válvulas automáticas y autónomas que se utilizan para evitar la inversión del flujo en un conducto. Cuando está abierto y bajo la presión del flujo, el mecanismo de retención se mueve libremente por los medios, y ofrece muy poca resistencia y una caída mínima de presión. Asahi/America ofrece dos tipos básicos de válvulas de retención: válvulas de retención de columpio y válvulas de retención de bola. Una válvula de retención de columpio utiliza un disco oscilante, que requiere solo una contrapresión mínima para cerrar la válvula. Esta válvula también puede modificarse, con una palanca y contrapeso, o un muelle, para ayudar a que se asiente más rápido para eliminar el impacto. La válvula de retención de bola Asahi/America emplea una bola de movimiento libre, que se desasienta para permitir el flujo en una dirección, pero se sella contra un asiento para evitar el contraflujo. Ambos tipos de válvulas se pueden instalar verticalmente u horizontalmente Los distintos modelos son:
Check: consiste en un disco vertical con bisagra superior. Bola: se utiliza una bola o balín de libre rotación, la cual sube en ángulo para permitir el pasaje del flujo. Pistón: similares a las horizontales, constan de un pistón y cilindro que producen acción amortiguadora.
4.- VÁLVULAS DE SEGURIDAD La válvula de seguridad de resorte es el dispositivo más empleado para el alivio de presión. También se la conoce con los nombres de válvula de alivio, válvula de alivio de seguridad, válvula de alivio de presión y válvula de seguridad de presión. Se puede definir como un dispositivo que automáticamente sin otra asistencia de energía que la del propio fluido implicado, descarga fluido para evitar que se exceda una presión predeterminada y que esté diseñada para que vuelva a cerrar y se evite el flujo adicional de fluido después de haberse restablecido las condiciones normales de presión
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Características de las válvulas de seguridad La válvula de seguridad garantiza un control automático de la presión interna del líquido o gas su objetivo es evitar una explosión, el fallo de un equipo o tubería por un exceso de presión. Cuando la presión del fluido alcanza un valor prefijado, se produce la apertura del obturador, que no cierra mientras la presión no descienda una cierta cantidad bajo dicho valor. Al abrir la válvula, el fluido descarga directamente a la atmósfera (válvulas de escape libre), o a través de una tubería (válvulas de escape conducido). Se recomienda que la presión de trabajo no exceda del 90% de la presión de apertura con lo que se garantiza un buen funcionamiento. Se utiliza para limitar la presión o la temperatura de flujos de gases, vapores o líquidos. Se pueden ver lugares cómo: calentadores de agua, Olla a presión, compresores de aire, estaciones de reducción de presión y muchos más. Son fabricadas de hierro fundido, acero al carbono, vidrio y TFE, bronce, latón, camisa de TFE, acero inoxidable, Hastelloy, Monel.
Ventajas de las válvulas de seguridad
Bajo costo. No se requiere potencia auxiliar para la operación.
Clasificación de las válvulas de seguridad Según su accionamiento:
De muelle o recorte. Para su funcionamiento manual van provistas de una palanca. Suelen ser ligeras. Como desventaja tiene: La fuerza del resorte no permanezca constante sino aumenta conforme trabaja la válvula, el material del resorte envejezca y halla que volver a regular la válvula y cuando se calienta para dejar salir el vapor, la fuerza del resorte disminuye. De contrapeso. Suelen ser típicas de instalaciones terrestres y estacionarias, ya que son muy sensibles a los problemas vibratorios y a los
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golpes. Suelen ser muy voluminosas y pesadas, aunque son fáciles de probar, levantando el contrapeso.
Según la carrera:
De pequeña carrera (alivio)-Relief. Para pequeños caudales a desahogar. De gran carrera (seguridad)-Safery. Para grandes caudales a desahogar.
Suelen emplearse para vapor o gases. La carrera es 1/3 del diámetro del platillo. Suelen situarse en lugares donde la acumulación del vapor o del gas suelen ser rápida. A veces es necesario disponer varias válvulas. El funcionamiento de estas válvulas es que el vapor desahogado se proyecta sobre un segundo platillo el cual es levantado por la acción del choque del fluido.
Según el medio de apertura:
Accionado directamente. Válvula comandada por válvula o medios auxiliares. Suelen recibir la orden de abrir o cerrar a través de una válvula auxiliar de seguridad. Suelen componerse de cilindro de trabajo (que va accionado por la válvula auxiliar) recorte y freno de aceite. Como hay que evitar la condensación de vapor en el tubo de unión entre la válvula auxiliar y la de seguridad, tendrá una caída de 1200.
Las válvulas auxiliares suelen estar sometidas a frecuentes averías. Estos sistemas se pueden clasificar en dos grupos. En el primero, el vapor que pasa a través de la válvula de seguridad auxiliar, mantiene cerrada la válvula de seguridad principal, mientras que la presión del sistema se mantenga por debajo de la presión máxima. En el segundo, la válvula de seguridad no da paso al vapor a la válvula principal, mientras la presión en el sistema sea inferior a la máxima.
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