VALVULAS, TUBERIAS Y ACCESORIOS
ELEMENTOS DE DISEÑO
GONZÁLEZ ORTIZ MIGUEL ANGEL 7IM5
VALVULAS
Definición Una válvula es definida como un elemento de una línea lí nea de operación, destinado a controlar de alguna forma el flujo de un fluido, desde flujo total, flujo parcial hasta flujo cero. Existe una gran gr an variedad de diseños, de acuerdo a su uso y en una variedad de materiales, materi ales, apropiados para cada aplicación particular. Dado que una válvula es un elemento formado por múltiples partes, se elije para cada parte, el material con las características adecuadas a la función de esa parte. Una válvula consiste básicamente en un cuerpo principal dentro del cual van alojados el obturador y los asientos, elementos que me definirán el paso de fluido permitido en cada momento. Especificación Las especificaciones para válvulas de control son lo que indica lo mínimo que debe de contener una válvula para satisfacer todas las condiciones de operación, el tipo de aplicación y los requerimientos del usuario. La tarea de especificar una válvula para un uso particular, implica determinar su tipo y diseño de acuerdo a las necesidades y características de la instalación, fijar sus dimensiones de acuerdo a la presión de trabajo, elegir el tipo de ensamblaje a la Iínea de operación de acuerdo a la l a facilidad de montaje y servicio o la menor posibilidad de fugas, puntos de corrosión u otros problemas y elegir los materiales de los diversos componentes (cuerpo y partes móviles), de acuerdo a la agresiv idad(corrosión , abrasión) del fluido, bajo las condiciones de temperatura y presión de operación. El dimensionamiento de las válvulas debe realizarse en función del caudal caudal y características de la corriente de paso. Por otro lado, si la válvula está sobredimensionada, nos dará un control errático del caudal debido a que estará trabajando siempre muy cerca del asiento y pequeños movimiento de la válvula nos provocarán cambios importantes en el caudal de paso. Selección de materiales Al elegir los materiales se parte por seleccionar el material del cuerpo y bonete primero y luego el resto de las partes conocidas en conjunto como "trim". Dependiendo del tipo de válvula el "trim" puede incluir vástago, bujes, asiento, compuerta, globo etc., en general las partes sujetas a desgaste. Los "trims" se elijen resistentes a la corrosión, erosión y desgaste. de sgaste. Para la selección de materiales se considera además de la resistencia a la corrosión, presión y temperatura, la presencia de shock térmico, shock físico, tensiones en la línea y riesgos de incendio
Tabla 1. Clasificación general de válvulas. CLASIFICACIÓN
De acuerdo al tipo de válvula:
De acuerdo a la función que va a desempeñar.
Especificación de válvula de acuerdo a clasificación Válvulas de compuerta Válvulas de globo Válvulas de bola Válvulas de mariposa Válvulas de retención Válvulas de diafragma Válvulas de tres vías *Válvulas de bloqueo (on/off) *Válvulas de estrangulamiento y regulación de flujo *Válvulas para impedir el flujo inverso *Válvulas de seguridad *Válvulas de control
De acuerdo a la técnica de fabricación de los componentes principales (cuerpo, bonete o la tapa) y el material principal que forma el cuerpo de la válvula.
Válvulas de acero fundido Válvulas de acero inoxidable Válvulas de acero forjado Válvulas de hierro
De acuerdo a la presión de trabajo, se distingue dentro de cada tipo o diseño, una "clase", expresada en libras/pulgada cuadrada (psi).
Clase 150 Clase 300 Clase 600 Clase 1500 Clase 2500
Según el accionamiento de la válvula tenemos:
Válvulas manuales. Válvulas automáticas.
Tabla 2.Criterios importantes a considerar en la selección del tipo de válvula Criterio de selección tipo de medio de operación presión y temperatura aspectos del flujo frecuencia de operación
Especificación líquido, gas, líquido con sólidos suspendidos, líquido corrosivo o erosivo considerar su valor y si es fijo o varía Es importante una caída de presión?, ¿es para abrir y cerrar o para regular flujo?, ¿es para evitar un retorno? Normalmente en un estado o cambia frecuentemente de estado? (importante para considerar el desgaste del equipo)
Tabla 3. Clasificación de válvulas de acuerdo a su accionamiento Tipo de Válvula válvulas manuales
válvulas de control automáticas
Descripción exigen la acción directa del usuario para efectuar su regulación *Operadas por presión, por temperatura o eléctricamente presentan la característica de accionamiento asistido *válvulas que ante un fallo en el suministro pasarán a la posición cerrado
Tabla 4. Clasificación de válvulas de acuerdo a la función que va a desempeñar. TIPO DE VALVULA
DESCRIPCIÓN Para control de caudal y presión de las corrientes de proceso Válvulas típicas Válvulas de globo Válvulas de diafragma Válvulas de mariposa Válvulas de compuerta Válvulas de cono Válvulas de bola Actúan de forma que permiten reducir la presión de la corriente de fluido hasta un valor establecido por nosotros.
Válvulas de control de corrientes On/OF
Válvulas reductoras de presión
*El accionamiento de este tipo de válvulas es de tipo automático y autónomo * Su aplicación más extendida es el control de la presión en líneas, tanques y depósitos. Evitando daños a personas y equipos a consecuencia de una excesiva presión. *actúan cuando en el depósito exista una presión inferior a la de consigna, permitiendo la entrada de un fluido del exterior. *Usos en: Calderas, Autoclaves, Compresoras Generadores de Vapor, Carros tanque que transportan gases, etc. *válvulas son de accionamiento autónomo siendo la misma corriente de fluido la que provoca su apertura y cierre. *Este tipo de válvulas se utiliza para asegurar el sentido de flujo dentro de un línea, evitando que se produzca un retorno de fluido *La adopción de este tipo de válvulas es especialmente importante en montaje de bombas en paralelo evitando que se produzca retorno de líquido a la bomba, cuando esta se encuentra parada.
Válvulas de seguridad
Válvulas de retención
Tabla 5. Lista general de materiales de construcción de válvulas según sus límites de temperatura de operación LIMITACIONES DE TEMPERATURA DE TEMPERATURA Rango Muy alto Alto Intermedio
Bajo Muy bajo
Temperatura >= 1093 649-871 538 343 288 232 66 -157 -267
Tipo de material Metales refractarios Aceros aleados para alta temperatura Aceros al carbon Hierro dúctil Bronce Hierro fundido PVC Aceros de baja aleación / Bronce Bronce /Hierro dúctil/ Acero inoxidable
Tabla 6. Normas Internacionales ASTM para la especificación de válvulas ASTM International ASTM A126-04 ASTM A182/A182M-04 ASTM A338 ASTM A522/A522M-01 ASTM A694/A694M-03 ASTM A961-04 ASTM A988/A988M ASTM A989/A989M ASTM B61-2 ASTM B763 ASTM B834
ASTM C1129 ASTM F885 ASTM F992 ASTM F993 ASTM F1020 ASTM F1030 ASTM F1098 ASTM F1271 ASTM F1370 ASTM F1565 ASTM F1792 ASTM F1793 ASTM F1794 ASTM F1795 ASTM F1802 ASTM F1970 ASTM F1985 ASTM F2138 ASTM F2215 ASTM F2324
Descripción Especificación Estándar para piezas fundidas de hierro gris para válvulas, bridas y accesorios de tubería Especificación normalizada para los forjados o laminados de acero de aleación Bridas-Pipe, Accesorios Forjados, y de las válvulas y piezas para el servicio de alta temperatura Especificación Estándar para bridas de hierro maleable, instalaciones de tuberías, válvulas y piezas para ferrocarriles, marina, y otros servicios para trabajo pesado a temperaturas de hasta 650F Especificación normalizada para los forjados o laminados 8 y el 9% de níquel bridas de acero de aleación, accesorios, válvulas y elementos para el servicio de baja temperatura Especificación estándar para carbono y de aleación forjadas de acero para bridas de la tubería, accesorios, válvulas y elementos de alta presión de servicio de transmisión Especificación normalizada para los requisitos comunes para bridas de acero, forjados accesorios, válvulas, tuberías y piezas para Aplicaciones Especificación Estándar para Hot-prensado isostáticamente Bridas de acero inoxidable, accesorios, válvulas y elementos para el servicio de alta temperatura Especificación Estándar para Hot-prensado isostáticamente Bridas de aleación de acero, accesorios, válvulas y elementos para el servicio de alta temperatura Especificación estándar para la válvula de vapor o Colada de Bronce Especificación Estándar para Fundiciones de cobre de la aleación de arena para la aplicación de la válvula Especificación Estándar para Presión Metalurgia consolidado polvo de hierro-níquel-cromo-molibdeno (UNS N08367) y de níquel-cromo-molibdeno-columbio (Nb) (UNS N06625) Bridas de aleación de tuberías, accesorios, válvulas y piezas Norma Práctica para la estimación del ahorro de calor por adición a las válvulas de aislamiento térmico Desnudos y Bridas Especificación estándar para dimensiones de sobres para las válvulas de globo de bronce NPS 1 / 4 a 2 Especificación estándar para placas de etiqueta de la válvula Especificación Estándar para la válvula de bloqueo de dispositivos Especificación Estándar para Ciegos válvulas de línea para aplicaciones marinas Norma Práctica para la selección de operadores de válvulas Especificación Estándar para Dimensiones de sobres para válvulas de mariposa-NPS 2 a 24 Especificación estándar para válvulas de derrames para el uso en el Tanque de Marina Protecciones líquido Sobrepresión Aplicaciones Especificación Estándar para Válvulas reductoras de presión para sistemas de agua Especificación Estándar para Válvulas reductoras de presión para el servicio de vapor Especificación normalizada para los requisitos especiales para las válvulas utilizadas en servicio de oxígeno gaseoso Especificación Estándar para válvulas automáticas de cierre (también conocidos como válvulas limitadoras de caudal, EFV) para aire o nitrógeno Servicio Especificación estándar para accionado por la mano, Válvulas Globo de Estilo de Gas (con excepción del gas de oxígeno), y Sistemas Hidráulicos Especificación Estándar para Válvulas reductoras de presión de aire o nitrógeno Método de prueba estándar para probar el funcionamiento de las válvulas limitadoras de caudal Especificación estándar para accesorios especiales de ingeniería, accesorios y válvulas para su uso en cloruro de polivinilo () (PVC) o tratada con cloro de poli (cloruro de vinilo) (CPVC) Sistemas Especificación normalizada para los neumáticos, operados, tipo globo, válvulas de control Especificación Estándar para válvulas limitadoras de caudal para el Servicio de Gas Natural Especificación normalizada para los giros, rodamientos, Aplicaciones ferrosos y no ferrosos para uso en rodamientos, Método de prueba estándar para válvulas de aerosol Pre-aclarado
Válvula de Compuerta
Tabla 7. Características y aplicaciones de las válvulas de compuerta Descripción
Funcionamiento Gral.
Aplicaciones
Ventajas
Desventajas
Destinada a operar totalmente abierta o totalmente cerrada, no introduce caída de presión considerable en la línea.
Abre mediante el levantamiento de una compuerta o cuchilla (la cuál puede ser redonda o rectangular) permitiendo así el paso del fluido.
Las válvulas de compuerta no son empleadas para regulación.
Alta capacidad.
Control deficiente de la circulación.
Lo que distingue a las válvulas de este tipo es el sello, el cual se hace mediante el asiento del disco en dos áreas distribuidas en los contornos de ambas caras del disco.
El vástago externo evita el contacto constante con el fluido, permite fácil lubricación e indica claramente el estado cerrado o abierto. Está expuesto a daños por golpes y atmósferas corrosivas.
Para el manejo de fluidos con gran cantidad de sólidos en suspensión en forma de pulpa o "slurry", se necesita un diseño de compuerta en forma de cuchillo
Cierre hermético. Bajo costo. Diseño y funcionamiento sencillos. Poca resistencia a la circulación.
Se requiere mucha fuerza para accionarla. Produce cavitación con baja caída de presión. Debe estar cubierta o cerrada por completo. La posición para estrangulación producirá erosión del asiento y del disco.
Tabla 8. Lista general de materiales para válvulas tipo compuerta Descripción Cuerpo
API TRIM-8 (UT) ASTM A 105N
API TRIM-5 (HF) ASTM A 105N
API TRIM-12 (3HF) ASTM A 105N
Asientos (anillos)
ASTM A 276 TIPO 410 +ST6
ASTM A 276 TIPO 410 +ST6
Cuña,disco,compuerta
ASTM A 217 CA15
ASTM A 217 CA15 +ST6
ASTM A 276 TIPO 316 +ST6 ASTM A 351 CF8M
Junta
GRAFITO / INOXIDABLE 304
GRAFITO / INOXIDABLE 304
Bonete
ASTM A 105N
ASTM A 105N
GRAFITO / INOXIDABLE 304 ASTM A 105N
Empaque de vástago
GRAFITO
GRAFITO
GRAFITO
Tornillo hexagonal
ASTM A 193 GR B7
ASTM A 193 GR B7
ASTM A 193 GR B7
Prensa-Empaque
ASTM A 108 TIPO 1018
ASTM A 108 TIPO 1018
ASTM A 108 TIPO 1018
Esparrago
ASTM A 582 TIPO 416
ASTM A 582 TIPO 416
ASTM A 582 TIPO 416
Brida-Prensa-Empaques
ASTM A 36
ASTM A 36
ASTM A 36
Tuerca del esparrago
ASTM A 194 GR 8
ASTM A 194 GR 8
ASTM A 194 GR 8
Vástago
ASTM A 276 TIPO 410
ASTM A 276 TIPO 410
ASTM A 276 TIPO 316
Tuerca del vástago
ASTM A 582 TIPO 416
ASTM A 582 TIPO 416
ASTM A 582 TIPO 416
Volante
ASTM A 536 GR 65 45 12
ASTM A 536 GR 65 45 12
ASTM A 536 GR 65 45 12
Tuerca del volante
ASTM A 108 TIPO 1018
ASTM A 108 TIPO 1018
ASTM A 108 TIPO 1018
Imagen de una Válvula de Compuerta
Vástago tipo ascendente
Tuerca de volante
Placa de identificación
Volante Ensamble vastago compuerta Tuerca de vástago Vástago Empaque del vástago
Tuerca del esparrago
Brida-Prensaempaque Superficie de sello posterior
Esparrago Prensa -empaque Tornillo de
Unión cuerpo Bonete
Empaque del vástago Bonete
Recubrimiento de estelite en los asientos
Junta
Compuerta (disco)
Asiento (anillo)
Cuerpo
Imagen de una válvula de compuerta
Válvula de bola Tabla 9.Características y aplicaciones de las válvulas de bola Descripción
Funcionamiento Gral.
Aplicaciones
Ventajas
Desventajas
Logra un buen sello de la bola con el asiento (anillo de goma sintética, TFE, RTFE, Nylon y otros) sin depender de torque externo.
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
Servicio general, pastas semilíquidas, líquidos, vapores, gases, corrosivos.
Alta capacidad.
Requiere alta torsión (par) para accionarla.
Cuando está abierta proporciona un paso libre al fluido sin turbulencia ni gran caída de presión
Bajo costo. Desgaste del asiento.
Servicio con apertura total o cierre total. No se utiliza para regular flujos ya que en posición semicerrada, los asientos se resienten. Para accionamiento frecuente. Para baja caída de presión a través de la válvula.
Cierre hermético. Funcionamiento rápido. permite la circulación directa en la posición abierta y corta el paso cuando se gira la bola 90° y cierra el conducto
Cavitación con baja caída de presión. No ofrecen una regulación tan precisa como la de una válvula de globo al ser son de ¼ de vuelta.
Para resistencia mínima a la circulación. Para cantidad mínima de fluido atrapado en la tubería.
Tabla 10. Materiales típicos de construcción de válvulas tipo bola Componentes de la válvula Asiento
Cuerpo
TFE reforzado con bronce TFE reforzado con grafito Nylon reforzado con grafito FEP TFE reforzado con vidrio DELRIN TORLON NYLATRON PEEK PPS TFE TEFZEL
A105,WCB Cr-Mo, F5, C5 Cr-Mo,F11, WC6 Cr-Mo,F9, C12 SS, F304,CF8 SS,F316,CF8M SS,F316L, CF3M Monel Inconel Hastelloy Titanio Alloy20 LCB LCC F317, CG8M
Trim: (Formado por el vástago y la bola) SS316 SS304 SS317, SS630 Monel, Alloy20 Hastelloy C, Inconel Titanio, Nitronic Stellite AC cromado AC niquelado SS cromado SS niquelado. y y y y y y y y y y
Imagen de una válvula de Bola
Válvula de Globo Tabla 11. Características y aplicaciones de las válvulas de Globo Descripción Una válvula de globo es de vueltas múltiples, en la cual el cierre se logra por medio de un disco o tapón que sierra o corta el paso del fluido en un asiento que suele estar paralelo con la circulación en la tubería
Funcionamiento Gral. Las válvulas automatizadas del globo tienen un vástago liso más bien que roscado y son abiertos y cerrados por actuador asamblea. Cuando una válvula del globo es manual, el vástago es dado vuelta por un manubrio.
Aplicaciones Servicio general, líquidos, vapores, gases, corrosivos, pastas semilíquidas.
Ventajas Estrangulación eficiente con estiramiento o erosión mínimos del disco o asiento.
Desventajas Gran caída de presión. Costo relativo elevado
Carrera corta del disco y pocas vueltas para accionarlas, lo cual reduce el tiempo y desgaste en el vástago y el bonete.
Estrangulación o regulación de circulación. Para accionamiento frecuente. Para corte positivo de gases o aire. Cuando es aceptable cierta resistencia a la circulación
Control preciso de la circulación. Disponible con orificios múltiples. Por su diseño, tanto el asiento como el disco (globo) pueden ser reparados y reemplazados con facilidad sin retirar la válvula de línea.
Tabla 12. Diseños típicos de globo o disco: Tipo de globo o disco Disco plano de teflón o compósito Disco esférico Disco cónico Disco aguja Disco check
Características especial para gases, no adecuado, para grandes restricciones de flujo poca superficie de contacto con el asiento es útil cuando hay tendencia a la formación de depósitos en el asiento mayor superficie de contacto con el asiento es adecuada para grandes restricciones de flujo permite una regulación muy fina de flujo, adecuado para instrumentación el disco se desliza en el vástago permitiendo una doble función de control de flujo y de evitar retorno
Tabla 13. Materiales típicos de construcción de válvulas tipo Globo Descripción Cuerpo Asiento Disco Seguro Tuerca del disco Bonete Empaque del vástago Prensa empaque Esparrago Brida prensa empaque Tuerca del esparrago Vástago Tuerca del vástago Volante Tuerca del volante
Material (API TRIM 8, UT) ASTM A-105M ASTM A-276 tipo 410 +ST 6 ASTM A-276 tipo 410 ASTM A-276 tipo 410 ASTM A-276 tipo 410 ASTM A-105N Grafito ASTM A-108 Tipo 1018 ASTM A-582 GR 416 ASTM A-36 ASTM A-194 GR 8 ASTM A-276 tipo 410 ASTM A-582 GR 416 STM A-536 GR 664512 STM A-194 GR 8
Imagen de una válvula de globo
Válvula de Mariposa Tabla 14. Características y aplicaciones de las válvulas de Mariposa Descripción General
Está destinada fundamentalmente a regular flujos (con mínima resistencia y caída de presión) La válvula de mariposa es de ¼ de vuelta y controla la circulación Formada por un disco circular que pivotea en un eje o semi-ejes, con un recorrido de 90º en ángulos rectos con el sentido de la circulación
Funcionamiento Gral.
Las válvulas automatizadas del globo tienen un vástago liso más bien que roscado y son abiertos y cerrados por actuador asamblea. Cuando una válvula del globo es manual, el vástago es dado vuelta por un manubrio.
Aplicaciones
Ventajas
Desventajas
Servicio general, líquidos, gases, pastas semilíquidas, líquidos con sólidos en suspensión.
Ligera de peso, compacta, bajo costo.
Alta torsión (par) para accionarla.
Requiere poco mantenimiento.
Capacidad limitada para caída de presión.
Servicio con apertura total o cierre total. Servicio con estrangulación. Para accionamiento frecuente. Cuando se requiere corte positivo para gases o líquidos. Cuando solo se permite un mínimo de fluido atrapado en la tubería.
Número mínimo de piezas móviles. No tiene bolas o cavidades. Alta capacidad. Circulación en línea recta. Se limpia por sí sola.
Para baja ciada de presión a través de la válvula.
Tabla 15. Materiales típicos de construcción de válvulas tipo Mariposa Descripción Cuerpo Asiento Disco Tuerca del disco Bonete Esparrago Tuerca del esparrago Vástago Tuerca del vástago Volante
Material (API TRIM 8, UT) ASTM A-126 B ASTM A-276 EPDM ASTM B-148 ASTM A-276 EPDM ASTM A-105N ASTM A-582 ASTM A-194 GR 8 ASTM A-416 ASTM A-582 GR 416 ASTM A-536
Propensa a la cavitación.
Imagen de una Válvula de mariposa
Válvula de Diafragma Tabla 16. Características y aplicaciones de las válvulas de Diafragma Descripción General
Las válvulas de diafragma son de vueltas múltiples y efectúan el cierre por medio de un diafragma flexible sujeto a un compresor. Cuando el vástago de la válvula hace descender el compresor, el diafragma produce sellamiento y corta la circulación No tiene un sentido de flujo preferencial. Existen dos diseños: de paso recto y del tipo presa (paso vertedero).
Funcionamiento Gral.
Su operación puede ser manual como también mediante un actuador. Se presta para operación neumática. Para proteger el diafragma de posibles daños por un exceso de fuerza, se incorpora al mecanismo de cierre una tuerca limitadora de torque.
Aplicaciones
Ventajas
Desventajas
Servicio con apertura total o cierre total.
Bajo costo.
Diafragma susceptible de desgaste.
Para servicio de estrangulación.
No tienen empaquetaduras.
Para servicio con bajas presiones de operación.
No hay posibilidad de fugas por el vástago.
Fluidos corrosivos, materiales pegajosos o viscosos, pastas semilíquidas fibrosas, lodos, alimentos, productos farmacéuticos.
Inmune a los problemas de obstrucción, corrosión o formación de gomas en los productos que circulan.
Se utiliza para abrir y cerrar el paso de flujo pero también para regular fluio de gases y Iíquidos corrosivos en Iíneas de baja presión.
Imagen de una válvula de diafragma
El bonete atornillado permite el desmontaje del mismo sin necesidad de quitar el cuerpo de la válvula de la línea.
Elevada torsión al cerrar con la tubería llena. Para regulación de flujo, el diseño tipo presa es preferible aunque a flujos muy bajos, la regulación es pobre.
Válvula de Retención Tabla 17. Características y aplicaciones de las válvulas de Retención Descripción General
La válvula de retención está destinada a impedir una inversión de la circulación. La circulación del líquido en el sentido deseado abre la válvula; al invertirse la circulación, se cierra.
a)
Tipo Pistón
Una válvula de retención de elevación es similar a la válvula de globo, excepto que el disco se eleva con la presión normal e la tubería y se cierra por gravedad y la circulación inversa. b)
Tipo bola
Funcionamiento Gral.
La presión de la tubería debe estar debajo del asiento. La válvula horizontal se instala en tuberías horizontales. Si hay fugas de la circulación inversa, examinar disco y asiento.
EL DISEÑO TIPO BOLA ES USADO PARA FLUÍDOS DE ALTA VISCOSIDAD; LA ACCIÓN RODANTE GIRATORIA DE LA BOLA, MANTIENE LA SUPERFICIE DE ASIENTO EN BUENAS CONDICIONES HASTA QUE LA BOLA SE DESGASTA.
Aplicaciones
Ventajas
Desventajas
Cuando hay cambios frecuentes de circulación en la tubería.
Recorrido mínimo del disco a la posición de apertura total.
LAS VÁLVULAS DE RETENCIÓN TIPO PISTÓN PRODUCEN UNA ALTA CAÍDA DE PRESIÓN EN LA LÍNEA
Acción rápida. Para uso con válvulas de globo y angulares. Para uso cuando la caída de presión a través de la válvula no es problema.
EL DISEÑO TIPO PISTÓN PROPORCIONA UN CIERRE MÁS HERMÉTICO QUE CUALQUIER OTRO TIPO DE VÁLVULA DE RETENCIÓN
Tuberías para vapor de agua, aire, gas, agua y vapores con altas velocidades de circulación. Cuando se necesita resistencia mínima a la circulación en la tubería.
El diseño del cuerpo se presta para la instalación de diversos tipos de camisas de asiento.
Cuando hay cambios frecuentes en el sentido de la circulación.
Menos costosa cuando se necesita resistencia a la corrosión.
Para uso con las válvulas de mariposa, macho, bola, diafragma o de apriete.
Funcionamiento rápido.
Servicio para líquidos o gases.
c)
Tipo stock
Básicamente dispone de una pieza móvil (disco), normalmente asentada e inmovilizada en posición abierta o cerrada, por la presión del mismo fluido que pivota en un extremo o en un punto excéntrico o se levanta paralelamente a su eje como un pistón, con el fin de abrir o cerrar el paso del fluido.
AL MOMENTO DE SU INSTALACIÓN ES NECESARIO NACER COINCIDIR LA FLECHA MARCADA EN EL CUERPO DE LA VÁLVULA CON EL SENTIDO DEL FLUJO.
Cuando se necesita resistencia mínima a la circulación. Cuando hay cambios poco frecuentes del sentido de circulación en la tubería. Para servicio en tuberías que tienen válvulas de compuerta. Para tuberías verticales que tienen circulación ascendente.
La sencillez del diseño permite construirlas con diámetros grandes. Se puede instalar virtualmente en cualquier posición. Puede estar por completo a la vista. La turbulencia y las presiones dentro de la válvula son muy bajas. PROPORCIONA UN CIERE COMPLETAMENTE HERMÉTICO CERO FUGAS DEBIDO A LA FUERZA DE CIERRE QUE SE PUEDE OBTENER MEDIANTE LA ACCIÓN DEL VOLANTE.
PRODUCEN UNA ALTA CAÍDA DE PRESIÓN EN LA LÍNEA.
Tabla . Materiales típicos de construcción de válvulas tipo Mariposa Descripción Cuerpo Asiento Piston Resorte Junta Tapa Placa de identificación Volante
Material (API TRIM 8, UT) ASTM A-105N ASTM A-276 TIPO 410+STG ASTM A-276 Acero inoxidable 302 Grafito-Inoxidable 304 ASTM A-105N ALUMINIO ASTM A-536
Imagen de una válvula de Retención
TIPOS DE EXTREMOS Y UNIONES TIPICOS DE VALVULAS
TUBERIAS La tubería es un conducto que cumple la función de transportar agua u otros fluidos FABRICACION Las tuberías al momento de ser construidas son sometidas a una serie de procesos los cuales dan como resultado la obtención de productos con alto grado de seguridad. Dentro de estos procesos podemos señalar algunos como: 1. 2. 3. 4. 5.
Moldeado (rodillos) Esfuerzos Hidrostáticos Pruebas electromagnéticas Ensayos no destructivos Test de ultrasonido (grietas internas y espesores)
Además de los procesos antas mencionados las tuberías deben cumplir con ciertos requisitos mecánicos del material, los cuales son obtenidos por medio de lo siguiente: 1. 2. 3. 4.
Ensayos a la tracción Aplastamiento Doblado Dureza
Materiales de Fabricación Dentro de los materiales de fabricación de las tuberías el más utilizado es el acero al carbón. Este es fabricado en gran variedad de tamaños y formas para facilitar su obtención. y
y
y y
y
Para condiciones de trabajo en las cuales sea necesaria una buena resistencia a la corrosión se recomiendan aquellas cuyo material de fabricación sean aleaciones de níquel y cromo. Tuberías de Níquel, Morel e Incomel pueden ser obtenidas en las tablas del NPS desde ½ hasta 4" de diámetro nominal. Tuberías del tipo Hastelloy encuentran el rango de sus dimensiones y tamaños en ½ a 4" NPS. Tuberías de aluminio sin costuras son construidas para algunas dimensiones estándar y para tuberías extrafuertes. Tuberías de aluminio-bronce se encuentran en los números de lista o schedule 40 y 80 desde ½ a 4".
TERMINACIONES y
Tubos roscados: En sus extremos se suministran con tubos sin costuras para gas y vapor o, en construcción más barata, como tubos para gas y vapor soldados al tope, que no permiten una gran flexión sin rajarse. Se construyen con diámetros nominales desde 1/8 hasta 4"(mas raramente hasta 6").
y
y
y
Tubos sin costura: Pueden ser estirados en frío o en caliente (hasta un diámetro nominal aproximadamente de 25 mm); para un diámetro nominal mayor de hasta 620mm son laminados en caliente (procedimiento Mannesmann). Para presiones de hasta 25 Kg/cm2 de presión nominal son corrientes en el comercio (DIN 2449); para presiones hasta 100 Kg/cm2 según la DIN 2450 (st 34), 2451 (st 45) y 2455 (st 55) y para mayores presiones pueden también ser suministrados con pared más gruesa. Tubos soldados: Se suministran o bien como tubos soldados o r ecubrimiento con gas de agua para diámetros por encima a los 300 mm con todas las dimensiones que se deseen y para todas las presiones hasta 80 Kg/cm2 aproximadamente, o como tubos con soldadura autógena por encima de 50 mm de diámetro, en los cuales, sin embargo, la presión admisible depende de la bondad de la soldadura. Tubos remachados: Solo entran en consideración a partir de un diámetro nominal de 60 mm, lo mismo que los de soldadura autógena, no son apropiados más que para presiones pequeñas.
CARACTERISTICAS PARA SU SELECCION El proceso para la obtención de tuberías es el ítem individual más costoso en una planta industrial, esto es el tercer ítem en el orden de costo total en la implementación de una planta. En un proceso industrial la mayoría de los fluidos bombeados producen algún tipo de corrosión. La adecuada elección del tipo de tuberías a utilizar depende de los siguientes factores: y y y y y y
Esfuerzo a las temperaturas de trabajo Tiempo de vida útil Periodos de mantención Facilidad de instalación y reparación Adecuada resistencia a la corrosión y erosión Costo de los equipos
Tabla 18. Clasificación de tuberías según sus materiales de construcción Clases de tubería Tubería de acero y hierro dulce
Uso Se utiliza para altas presiones y temperaturas, generalmente transporta agua, vapor, aceites y gases.
Tuberías de hierro fundido
Este tipo de tuberías se instala frecuentemente bajo tierra para transportar agua, gas y aguas negras (drenaje); aunque también se utiliza para conexiones de vapor a baja presión. Estas se usan extensamente en instalaciones sanitarias debido a sus propiedades anticorrosivas. Se usan en instalaciones sanitarias y de calefacción
Tuberías sin costura de latón y cobre
Tuberías de cobre
Tuberías plásticas
Especificación Esta tubería se especifican por el diámetro nominal, el cual es siempre menor que el diámetro interior (DI) real de la tubería. De manera general tiene tres clases: estándar (Schedule 40), extrafuerte (Schedule 80) y doble extrafuerte. Los acoplamientos de tuberías de hierro fundido generalmente son del tipo de bridas o del tipo campana y espigo Tienen el mismo diámetro nominal de las tuberías de acero y hierro, pero el espesor de sus paredes es menor. Hay que tener en cuenta la vibración y el desalineamiento como factores de diseño, por ejemplo en diseño automotriz, hidráulico y neumático.
Estas tuberías se usan extensamente en industria química debido a su resistencia a la corrosión y a la acción de sustancias químicas. Son flexibles y se instalan muy fácilmente pero no son recomendables para instalaciones en donde haya calor o alta presión.
Tabla 19. Altura equivalente de velocidad (ft) Flujo volumétrico (gpm) -> Diámetro (in) 4 6 8 10 12 147 16 18 20
4 6 8 10 12 147 16 18 20 24
100
200
Altura equivalente (ft) 400 600
800
1000
1500
0.1 0.02 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
0.41 0.08 0.03 0.01 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
1.62 0.32 0.1 0.04 0.02 0.01 0.01 0.00 0.00 0.00
3.65 0.72 0.23 0.09 0.05 0.02 0.01 0.01 0.01 0.00
6.48 1.28 0.41 0.17 0.08 0.04 0.03 0.02 0.01 0.01
10.13 2.00 0.63 0.26 0.13 0.07 0.04 0.02 0.02 0.0012
22.8 4.50 1.42 0.58 0.28 0.15 0.09 0.06 0.04 0.02
2000 40.53 8.01 2.53 1.04 0.5 0.27 0.16 0.10 0.06 0.03
2500 63.32 12.51 3.96 1.62 0.78 0.42 0.25 0.15 0.10 0.05
3000 91.18 18.01 5.7 2.33 1.13 0.61 0.36 0.22 0.15 0.07
4000 162.11 32.02 10.13 4.15 2.00 1.08 0.63 0.40 0.26 0.13
5000 253.29 50.03 15.83 6.48 3.13 1.69 0.99 0.63 0.41 0.20
7500 569.9 112.57 35.62 14.59 7.04 3.80 2.23 1.39 0.91 0.44
1000 1.013.19 200.13 63.32 25.94 12.51 6.75 3.96 2.47 1.62 0.78
ACCESORIOS Es el conjunto de piezas moldeadas o mecanizadas que unidas a los tubos mediante un procedimiento determinado forman las líneas estructurales de tuberías de una planta de proceso. Tipos de accesorios más comunes se puede mencionar: y y y y y y
Codos Tes Reducciones Cuellos o acoples Empacaduras Tornillos y niples
Características Entre las características se encuentran: tipo, tamaño, aleación, resistencia, espesor y dimensión. y
y
y y
Diámetros. Es la medida de un accesorio o diámetro nominal mediante el cual se identifica al mismo y depende de las especificaciones técnicas exigidas. Resistencia. Es la capacidad de tensión en libras o en kilogramos que puede aportar un determinado accesorio en plena operatividad. Aleación. Es el material o conjunto de materiales del cual esta hecho un accesorio de tubería. Espesor. Es el grosor que posee la pared del accesorio de acuerdo a las normas y especificaciones establecidas.
TABLAS DE DESCRIPCION GENERAL DE ACCESORIOS Tabla 20. Clasificación de Bridas ACCESORIO
DESCRIPCION
TIPO Y CARACTERISTICAS
Brida con cuello y boquilla para soldar:
Bridas Brida deslizante:
Son accesorios para conectar tuberías con equipos (Bombas, intercambiadores de calor, calderas, tanques, etc.) o accesorios (codos, válvulas, etc.). Una de ellas pertenece a la tubería y la otra al equipo o accesorio a ser conectado. La ventaja de las uniones bridadas radica en el hecho de que por estar unidas por espárragos, permite el rápido montaje y desmontaje a objeto de realizar reparaciones o mantenimiento.
CARACTERÍSTICAS GENERALES es utilizada con el fin de minimizar el numero de soldaduras en pequeñas piezas a la vez que contribuya a contrarrestar la corrosión en la junta Es la que tiene la propiedad de deslizarse hacia cualquier extremo del tubo antes de ser soldada y se encuentra en el mercado con cara plana, cara levantada, borde y ranura, macho y hembra y de orificio requiere soldadura por ambos lados.
Brida roscada.
Son bridas que pueden ser instaladas sin necesidad de soldadura y se utilizan en líneas con fluidos con temperaturas moderadas, baja presión y poca corrosión, no es adecuada para servicios que impliquen fatigas térmicas.
Brida loca con tubo rebordeado.
Es la brida que viene seccionada y su borde puede girar alrededor de cuello, lo que permite instalar los orificios para tornillos en cualquier posición sin necesidad de nivelarlos.
Brida ciega.
Es una pieza completamente sólida sin orificio para fluido, y se une a las tuberías mediante el uso de tornillos, se puede colocar conjuntamente con otro tipo de brida de igual diámetro, cara y resistencia.
Brida orificio y de cuello largo para soldar.
Son convertidas para cumplir su función como bridas de orificio, del grupo de las denominadas estándar, específicamente del tipo cuello soldable y deslizantes.
Brida embutible.
Tiene la propiedad de ser embutida hasta un tope interno que ella posee, con una tolerancia de separación de 1/8'' y solo va soldada por el lado externo.
Tabla 21. Clasificación de Codos Codos estándar de 45° Codos estándar de 90° Codos estándar de 180° Diámetro.
Es el tamaño o medida del orificio del codo entre sus paredes los cuales existen desde ¼'' hasta 120. También existen codos de reducción.
Angulo
Es la existente entre ambos extremos del codo y sus grados dependen del giro o desplazamiento que requiera la línea. Es la dimensión que va desde el vértice hacia uno de sus arcos. Según sus radios los codos pueden ser: radio corto, largo, de retorno y extra largo. Es el tipo de material o mezcla de materiales con el cual se elabora el codo, entre los más importantes se encuentran: acero al carbono, acero a % de cromo, acero inoxidable, galvanizado, etc. Es el procedimiento que se emplea para pegar un codo con un tubo, u otro accesorio y esta puede ser: soldable a tope, roscable, embutible y soldable Es la medida del centro al extremo o cara del codo y la misma puede calcularse mediante formulas existentes.
Radio CODOS
Son accesorios de forma curva que se utilizan para cambiar la dirección del flujo de las líneas tantos grados como lo especifiquen los planos o dibujos de tuberías.
Aleación.
Junta.
Dimensión.
Tabla 22. Clasificación de TE.s ACCESORIO
TE.
DESCRIPCION
Son accesorios que se fabrican de diferentes tipos de materiales, aleaciones, diámetros y schedulle y se utiliza para efectuar fabricación en líneas de tubería.
TIPO Y CARACTERISTICAS
CARACTERÍSTICAS GENERALES
Diámetros iguales o te de recta, Reductora con dos orificios de igual diámetro y uno desigual. Espesor.
Diámetro. Las tes existen en diámetros desde ¼'' " hasta 72'' " en el tipo Fabricación.
Aleación. Juntas.
Dimensión.
Este factor depende del espesor del tubo o accesorio a la cual va instalada y ellos existen desde el espesor fabricación hasta el doble extrapesado. Las más usadas en la fabricación son: acero al carbono, acero inoxidable, galvanizado, etc. Para instalar las te en líneas de tubería se puede hacer mediante procedimiento de rosca embutiblesoldable o soldable a tope. Es la medida del centro a cualquiera de las bocas de la te.
Tabla 23. Clasificación de Reducciones ACCESORIO
REDUCCION
DESCRIPCION
Son accesorios de forma cónica, fabricadas de diversos materiales y aleaciones. Se utilizan para disminuir el volumen del fluido a través de las líneas de tuberías.
TIPO Y CARACTERISTICAS Estándar concéntrica.
CARACTERÍSTICAS GENERALES Es un accesorio reductor que se utiliza para disminuir el caudal del fluido aumentando su velocidad manteniendo su eje
Estándar excéntrica.
Es un accesorio reductor que se utiliza para disminuir el caudal del fluido en la línea aumentando su velocidad perdiendo su eje.
Diámetro.
Es la medida del accesorio o diámetro nominal mediante el cual se identifica al mismo, y varia desde ¼'' " x 3/8'' " hasta diámetros mayores. Representa el grosor de las paredes de la reducción va a depender de los tubos o accesorios a la cual va a ser instalada. Existen desde el espesor estándar hasta el doble extrapesado. Es la mezcla utilizada en la fabricación de reducciones, siendo las mas usuales: al carbono, acero al % de cromo, acero inoxidable, etc. Es el tipo de instalación a través de juntas roscables, embutibles soldables y soldables a tope. Es la medida de boca a boca de la reducción Concéntrica y excéntrica).
Espesor. Aleación.
Junta Dimensión
Tabla 24. Clasificación de Tapones ACCESORIO TAPONES.
DESCRIPCION Son accesorios utilizados para bloquear o impedir el pase o salida de fluidos en un momento determinado. Mayormente son utilizados en líneas de diámetros menores.
TIPO Y CARACTERISTICAS macho y hembra
CARACTERÍSTICAS GENERALES
Aleación.
Son fabricados en mezclas de galvanizado, acero al carbono, acero inoxidable, bronce, monel, etc.
Resistencia.
Tienen una capacidad de resistencia de 150 libras hasta 9000 libras.
Espesor
Representa el grosor de la pared del tapón.
Junta.
La mayoría de las veces estos accesorios se instalan de forma enroscable, sin embargo por normas de seguridad muchas veces además de las roscas suelen soldarse. Los tipos soldables a tope, se utilizan para cegar líneas o también en la fabricación de cabezales de maniformes.
Tabla 25. Clasificación de Empacaduras ACCESORIO
DESCRIPCION
TIPO Y CARACTERISTICAS Empacadura flexitalica.
CARACTERÍSTICAS GENERALES
Anillos de acero.
Son las que se usan con brida que tienen ranuras para el empalme con el anillo de acero. Este tipo de juntas de bridas se usa en líneas de aceite de alta temperatura que existen en un alambique, o espirales de un alambique de tubos. Este tipo de junta en bridas se usa en líneas de amoniaco. Como su nombre lo indica son fabricadas de material de asbesto simple, comprimido o grafitado. Las empaquetaduras tipo de anillo se utilizan para bridas de cara alzada o levantada, de cara completa para bridas de cara lisa o bocas de inspección y/o pasahombres en torres, inspección de tanques y en cajas de condensadores, donde las temperaturas y presiones sean bajas. Son las que se usan en cajas de condensadores, donde la temperatura y la presión sean bajas. Este tipo puede usarse en huecos de inspección cuando el tanque va a llenarse con agua. Son las que se usan en bridas machos y hembras que estén en servicio con amoniaco o enfriamiento de cera. Son las que generalmente se usan en uniones con brida, particularmente con bridas de superficie plana, y la placa de superficie en el extremo de agua de algunos enfriadores y condensadores. Son fabricadas en acero al carbono, según ASTM, A-307, A-193. En aleaciones de acero inoxidable, A-193. También son fabricadas según las normas AISI en aleaciones de acero inoxidable A-304, A-316. Son de gran resistencia al calor (altas temperaturas) se fabrican tipo anillo y espirometalicas de acero con asiento grafitado, son de gran utilidad en juntas bridadas con fluido de vapor.
Es un accesorio utilizado para realizar sellados en juntas mecanizadas existentes en líneas de servicio o plantas en proceso.
Empacadura de asbesto. EMPACADURAS.
Empacaduras de cartón.
Empacaduras de goma. Empacadura completa.
Empacadura de metal.
Empacaduras grafitadas.
Este tipo de empacadura es de metal y de asientos espirometatilos.
