Tarea 5.1 Tipos de Valvulas de Control

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


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 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 comportándose como un orificio de área continuamente variable. 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 servomotor. El cuerpo de la válvula contiene en su interior el obturador y los asientos y esta 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 o bien tener un movimiento rotativo. Esta unido a un vástago que pasa a través de la tapa del 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. 3



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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Instrumentación y regulación automática 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, uno de 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 un orificio 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 no se gira un buen número de vueltas la sección de paso del fluido es mínima, convierte esta válvula en una buena reguladora de caudal, por su estabilidad, precisión y el diseño del obturador que facilita un buen sellado metálico, con poco desgate que evita la cavitación a grandes presiones diferenciales. Es posible encontrar diseños con la disposición de los puertos de entrada y salida de la válvula de forma angular, recta (90º) o lineal (0º). En centrales hidráulicas se utilizan las válvulas de aguja como bypass a la válvula de mariposa 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 obertura evitando un golpe de ariete de la instalación.

Fig. 1. Válvula de aguja.

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Instrumentación y regulación automática 2.


Válvula Anular (Annular valve).

La válvula anular permite la regulacion de presión y caudal. No padece cavitación. Puede cerrar contra toda la presión. El obturador tiene de forma cónica, se desplaza en la dirección 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 diámetro nominal 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 el disco podría resultar erosionado. Parcialmente abierta puede sufrir vibraciones. Tienen un uso bastante extendido en el sector petroquímico ya que permite estanqueidades del tipo metal-metal. La operación de obertura y cierre es lenta. Debido al desgaste producido por la fricción no se recomienda en instalaciones donde su uso sea frecuente. Requiere de grandes actuadores difíciles de automatizar. Son difíciles de reparar 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 y estrangulación de líquidos que pueden llevar una gran cantidad de sólidos en suspensión. En las válvulas de diafragma se aísla el fluido de las partes del mecanismo de operación. Esto las hace idóneas en servicios corrosivos o viscosos, ya que evita cualquier contaminación hacia o del exterior. La estanqueidad se consigue mediante una membrana flexible, generalmente de elastómero, pudiendo ser reforzada con algún metal, que se tensa por el efecto de un eje-punzón de movimiento lineal, hasta hacer contacto con el cuerpo, que hace de asiento. Las aplicaciones de este tipo de válvula son principalmente para presiones bajas y pastas aguadas 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 re stringido): Las válvulas de diafragma tipo Weir se pueden usar en servicios de apertura y cierre y regulación

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Straightway (paso directo) también llamadas Straight-Thru. Estas válvulas de diafragma de 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 forma esférica de su cuerpo. Si bien actualmente algunos diseños ya no son tan esféricos, conservan el nombre por el tipo de mecanismo. El obturador de la válvula se desplaza con un movimiento lineal. En la mayoría de los casos, el mecanismo de avance es la de un "tornillo". El vástago del obturador va roscado al 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, el obturador avanza linealmente.

Las válvulas de globo automatizadas pueden tener vástagos sin rosca, y el desplazamiento lineal viene directamente proporcionado por el actuador. Según la disposición geométrica de los puertos de entrada y el eje del obturador podemos clasificar las válvulas de globo en: 9



 Válvula de globo de asiento recto (Str aight)  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 del obturador 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 la estrangulación 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 ahorra tiempo y desgaste. Aún así, las válvulas de globo de grandes tamaños requieren de grandes actuadores. El ensamblaje de la válvula de globo permite su reparación sin tener de desmontarla de la instalación.

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

La válvula de Cono Fijo es una válvula de libre descarga, también conocida como válvula Howell Bunger ® o válvula de Chorro Hueco (Hollow Jet valve). Estas válvulas se usan para descargar el agua a alta presión de los embalses o tuberías forzadas contra la atmósfera. Algunas válvulas están también diseñadas para trabajar sumergidas en el agua. La salida del flujo de agua por la válvula no es convergente, se dice que la descarga tiene forma de chorro hueco. Una gran area de aire hace contacto con el spray de agua reduciendo la energía cinética de la misma.

La válvula de chorro hueco está diseñada para disipar una gran cantidad de energía sin sufrir por cavitación o vibración. 10



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

Las válvulas que están sumergidas necesitan ubicarse en una cámara con un especial perfil para evitar inestabilidades hidráulicas. El cuerpo de la válvula de Cono Fijo es una tubería con un cono soldado mediante cartelas a su final. Un tubo actúa como obturador. Éste desliza linealmente por las cartelas del cuerpo hasta hacer contacto con el asiento del cono cuando la válvula se cierra completamente. El coeficiente de descarga en un parámetro dimensional que reacciona el caudal con la altura manométrica del flujo. Contra mayor es el coeficiente de descarga mayor será el caudal 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 como válvulas de pellizco o válvulas de manguito flexible, la estanqueidad se consigue mediante la estrangulación de la misma conducción que es un tubo flexible llamado 'sleeve', el cual es el único componente en contacto con el medio. Idóneas en servicios de líquidos pastosos y partículas sólidas en suspensión, evita el contacto con los mecanismos 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 válvulas actuadas mecánicamente, como la mostrada en figura superior, especialmente cuando maneja fluidos abrasivos, es aconsejable un fuerte apriete en el cierre para prevenir la erosión del tubo flexible provocado por el líquido que va fugando. 11



En las válvulas actuadas por presión, como la válvula mostrada en la figura de la derecha, la presión es uniformemente distribuida sobre la parte externa del tubo flexible. Como ventaja sobre las válvulas mecánicamente actuadas, la sección de 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 contralar manualmente ya que en la operatividad de la válvula, la presión del mismo fluido en la conducción también afecta. Esto puede ser resuelto mediante un regulador de presión. El tubo flexible es de elastómero generalmente reforzado. La selección del material se realiza de acuerdo a un compromiso de corrosión-resistencia ya que el elastómero va perdiendo sus propiedades resistivas en el tiempo en contacto con fluidos corrosivos. El límite de fatiga debe estar dentro del número de oberturas y cierres previstos para la válvula.

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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. El sellado en válvulas de bola es excelente, la bola contacta de forma circunferencial y uniforme el asiento, el cual suele ser de materiales blandos. Las aplicaciones más frecuentes de la válvula de bola son de obertura/cierre. No son recomendables usarlas en servicios de parcialmente abiertas por un largo tiempo bajo condiciones de alta caída de presión a través de la válvula, ya que los asientos blandos pueden 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 perdida de 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 material del asiento, metálico o plástico. Se emplean en vapor, agua, aceite, gas, aire, fluidos corrosivos, pastas aguadas y materiales pulverizados secos. Según que abrasivos o fluidos fibrosos pueden dañar la superficie de la bola y asiento. Tipos de válvulas de bola.  -Válvula de bola f lotante (Float ball valve): La válvula se sostiene sobre dos asientos en forma de anillos.  -Válvula de bola guiada ("Trunnion"): La bola es soportada en su eje vertical de rotación por unos muñones. Estos absorben los esfuerzos que realizan la presión del fluido sobre la bola, liberando de tales esfuerzos el contacto entre la bola y el asiento por lo que el par operativo de la válvula se mantiene bajo. Este diseño es recomendado 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 la vida de la válvula, y no requiere de mantenimiento operativo. Esto puede ser un factor muy importante especialmente para válvulas de bolas instaladas en tuberías bajo tierra o submarinas. También se elige este diseño en fluidos peligrosos.  Entrada superior: La bola se puede extraer desmontando la tapa superior. La válvula puede ser reparada en la instalación.  Entrada lateral: Cuerpo de una sola pieza. La bola se monta desde una entrada axial.  Cuerpo partido: El cuerpo lo forma dos o tres piezas. Permite la inspección y mantenimiento de todas las parte internas.

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Instrumentación y regulación automática 2.


Válvula de Mariposa (butterf ly valve)

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 desarrollo de la válvula de mariposa es más reciente que en otro tipo de válvulas. Una mayor concienciación en el ahorro energético de las instalaciones favoreció su introducción, ya que su pérdida 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 una rotación de 90º del disco para abrirla por completo. La operación es como en todas las válvulas rotativas rápida. Poco desgaste del eje, poca fricción y por tanto un menor par, que resulta en un actuador más 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 es una 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, las válvulas de compuerta y globo resultan muy pesadas y de geometría compleja. Por todo ello, las válvulas de mariposa son especialmente atractivas en grandes tamaños respecto otro tipo de válvulas. La pérdida de carga es pequeña. Cuando la válvula está totalmente abierta, la corriente circula de forma aerodinámica alrededor del disco, y aunque la pérdida de carga es ligeramente superior a las válvulas esféricas o de compuerta, ya que estás tienen la sección totalmente libre de obstáculos, es claramente inferior a la válvula globo. Las válvulas de mariposa pueden estar preparadas para admitir cualquier tipo de fluido gas, líquido y hasta sólidos. A diferencia de las válvulas de compuerta, globo o bola, no hay cavidades donde pueda acumularse sólidos impidiendo la maniobrabilidad de la válvula. La presión y temperatura de diseño son factores relacionados, a una misma presión, con el aumento de la temperatura, baja las prestaciones de la válvula por la menor capacidad que 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 grandes presiones y temperaturas extremas. 3.

Valvula macho (plug valve).

Las válvulas de 'macho' también son conocidas por su nombre inglés "Plug valves" por el obturador. El obturador puede ser cilíndrico o cónico. Aunque las válvulas de bola son de alguna forma un tipo de válvula macho, son tratadas como otra clase. La válvula de macho se usa en servicio de apertura/cierre y desviación de flujos, ya que pueden tener una configuración multi-puerto. Pueden ser utilizadas en fluidos con sólidos en suspensión. Las válvulas de "macho" tipo lift están diseñadas para levantar el obturador al inicio de maniobrar la válvula, protegiendo así las superficies de sellado obturador-asiento del desgaste por rozamiento.

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Válvulas de retención. 1. Válvula de Retención D uck Bill (Rubber Duck Bill Check Valve) La válvula de retención tipo Duck-Bill (pico de pato) es una válvula económica utilizada en los desagües a sistemas de alcantarillados o ríos para evitar la entrada del fluido en sentido contrario, como por ejemplo en caso de una crecida del rio. También evitan la entrada de olores no deseados. La válvula Duck-Bill está construida por un tubo de goma (sleeve) aplanado en su final. La válvula solo se puede abrir cuando la fuerza del flujo empuja el extremo aplanado del tubo que actúa como sello de la válvula. Sin flujo o flujo en sentido inverso la parte aplanada sella todavía más. La posición normal de la válvula es estar cerrada. Se pueden conectar directamente a una tubería con bridas cuando el diseño de la válvula incorpora la brida en el mismo cuerpo de goma. La conexión también puede ser tipo slipon, cuando el cuerpo de la válvula se monta sobre el diámetro exterior de la tubería, y es apretado 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 un tubo, pueden ser un elemento más dentro del sistema de tuberías. La válvula de retención DuckBill no requiere de ninguna fuerza externa para actuar y como no tiene ningún mecanismo tampoco requiere mantenimiento. Es por tanto una válvula muy competitiva respecto otras válvulas como la de compuerta usadas para la misma función. Según el material elastómero elegido la válvula puede usarse en medios corrosivos, abrasivos fluidos de aguas residuales, fangos o fluidos pastosos. La temperatura operativa de la válvula está también limitado a la capacidad del elastómero.

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2.


Válvula de Retención de Di sco 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 cierra en el sentido inverso. Es conocida en sus términos en inglés como tilting disc valve. Es una válvula de retención muy versátil, su rapidez de cierre convierte la protección de bombas como una de sus principales aplicaciones. Se usa tanto en gases y líquidos, pero no es recomendable con sólidos en suspensión. Su pérdida de carga es relativamente baja. En las válvulas de disco oblicuo se diferencian tres excentricidades:  Primera excentricidad: es la distancia entre el eje y el plano de asiento, eliminando así la interferencia de dicho asiento y el eje de oscilación, con lo que el asiento es de construcción integral y continua tanto en el cuerpo como en el obturador, evitando zonas más susceptibles a las fugas.  Segunda excentricidad: es la distancia entre el eje de basculación del disco y el diámetro del disco. Esta excentricidad es la que permite un rápido cierre en caso de flujo inverso. Cuando hay flujo reversible o el fluido deja de fluir por debajo de una determinada presión la fuerza de empuje del fluido no es suficiente para vencer el par de cierre provocado por el peso del obturador y la excentricidad.  Tercera excentricidad: es la inclinación del plano del asiento (tilting) respecto al plano normal de la tubería. Esta inclinación disminuye el recorrido del disco y por tanto el tiempo de cierre en caso de flujo inverso. Además de la geometría y el peso del obturador, dependiendo de los casos hay otros elementos que optimizan la secuencia de cierre. Pueden usarse muelles que ayudan a un cierre más rápido antes de que revierta el flujo. Por contra, cuando el flujo ya empieza a revertir y la válvula todavía no ha cerrado un cierre lento puede ayudar a evitar el golpe de 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 pueden incorporan unos contrapesos en los extremos del eje. En la selección de la válvula en fluidos a poca presión, hay que tener en cuenta la presión mínima 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. Este efecto es pero menor que en las válvulas de retención basculante (swing check valves).

Fuentes de información. y y

http://www.valvias.com/tipos-de-valvulas.php http://html.rincondelvago.com/valvulas-de-control.html

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Tarea 5.1 Tipos de Valvulas de Control

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