¿Qué es una válvula?

Una válvula es un dispositivo mecánico destinado a controlar, retener, regular o dar paso a un fluido.Básicamente la válvula es un ensamblaje compuesto de un cuerpo con conexión a una tubería, y de un obturador operado por un accionamiento, que impide el paso del fluido cuando está en posición de cierre en contacto con los sellos.Además de los elementos y sistemas de estanqueidad intrínsecos para cada tipo de válvula, éstas pueden llevar incorporadas una serie de accesorios como posicionadores, transductores, reguladores de presión, etc. que proporcionan información y facilitan también la automatización de la válvula.

¿Qué es una válvula?Las válvulas son unos de los instrumentos de control más esenciales en la industria. Debido a su diseño y materiales, 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.

¿Qué es una válvula?

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 20.000 (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.

¿Qué es una válvula?La palabra flujo expresa el movimientode un fluido, pero también significa para nosotros la cantidad total de fluido que ha pasado por una sección determinada de un conducto. Caudal es el flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de fluido que circula por una sección determinada del conducto en la unidad de tiempo.

Categorías de las válvulas.

Debido a las variables citadas, no puede haber una válvula universal; por tanto, para satisfacer los cambiantes requisitos de la industria se han creado innumerables diseños y variantes con el paso de los años, conforme se han desarrollado nuevos materiales. Todos los tipos de válvulas recaen en nueve categorías:

Categorías de las válvulas.

1. Válvulas de compuerta2. Válvulas de globo3. Válvulas de bola4. Válvulas de mariposa 5. Válvulas de apriete 6. Válvulas de diafragma 7. Válvulas de macho 8. Válvulas de retención9. Válvulas de desahogo (alivio)

Categorías de las válvulas.

Sería imposible mencionar todas las características de cada tipo de válvulas que se fabrica. Más bien se presenta una descripción general de cada tipo en un formato general, se dan recomendaciones para servicio, aplicaciones, ventajas, desventajas y otra información útil. En muchos casos, una desventaja inherente a un tipo de válvula ha sido eliminada o corregida por un fabricante en particular. Por ello se debe consultar al fabricante para las aplicaciones especificadas.

Normas de Gestión

ISO 9001:2008 Requisitos Servicios de Gestión de CalidadRevisa: ISO 9001:2000 Abstracto:ISO 9001:2008 especifica los requisitos para un sistema de gestión de calidad donde una organización

Necesita demostrar su capacidad de proveer consistemente productos que satisfagan los requisitos aplicables de los clientes y legales y reglamentarias.Tiene como objetivo mejorar la satisfacción del cliente mediante la aplicación eficaz del sistema, incluyendo procesos para la mejora continua del sistema y el aseguramiento de la conformidad aplicables a los clientes y los requisitos legales y reglamentarios.

Normas de GestiónTodos los requisitos de la norma ISO 9001:2008 son genéricos y se pretende que sean aplicables a todas las organizaciones, independientemente del tipo, tamaño y producto suministrado.Cuando algún requisito(s) de la norma ISO 9001:2008 no se puede aplicar debido a la naturaleza de una organización y su producto, este puede ser considerado para la exclusión.Cuando se hacen las exclusiones, las reclamaciones de conformidad con la norma ISO 9001:2008 no son aceptables a menos que estas exclusiones se limiten a los requisitos de la cláusula 7, y que tales exclusiones no afectan la capacidad de la organización, o la responsabilidad, para proporcionar un producto que cumpla con los clientes y legales vigentes y los requisitos reglamentarios.

Partes principales de una válvula

a) Válvula de espejo b) Válvula de globo

Válvula de Compuerta (Gate valve)

Vástago Bocina guía

Tuerca bocina guía

VolantePerno guía

Brida prensa estopa

Estopero

Espárrago y tuerca

Cuña

Bocina central

Reten

Cuerpo y bonete

Anillo de asiento

Empaquetadura

Válvula de Compuerta de cuña (tapa atornillada)

Válvula de compuesta de cuña flexible (tapa con sello a

presión

Válvulas de compuerta.

La válvula de compuerta es de vueltas múltiples, en la cual se cierra el orificio con un disco vertical de cara plana que se desliza en ángulo recto sobre el asiento.

Recomendada para:Servicio con apertura total o cierre total, sin estrangulación.Para uso poco frecuente.Para resistencia mínima a la circulación.Para mínimas cantidades de fluido o líquido atrapado en la tubería

Aplicaciones:Servicio general, aceites y petróleo, gas, aire, pastas semilíquidas, líquidos espesos, vapor, gases y líquidos no condensables, líquidos corrosivos.

Válvulas de compuerta.

Ventajas: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.

Variaciones:Cuña maciza, cuña flexible, cuña dividida, disco doble.

Materiales:Cuerpo: Bronce, hierro, acero forjado, Monel, acero fundido, acero inoxidable, plástico de PVC.

Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento:Lubricar a intervalos periódicos.Corregir de inmediato las fugas por la empaquetadura.Enfriar siempre el sistema al cerrar una tubería para líquidos calientes y al comprobar que las válvulas estén cerradas.No cerrar nunca a la fuerza con la llave o una palanca.Abrir las válvulas con lentitud para evitar el choque hidráulico en la tubería.Cerrar las válvulas con lentitud para ayudar a descargar los sedimentos y mugre atrapados.

Especificaciones para el pedido.

Tipo de conexiones de extremo.Tipo de cuña.Tipo de asiento.Tipo de vástago.Tipo de bonete.Tipo de empaquetadura del vástago.Capacidad nominal de presión para operación y diseño.Capacidad nominal de temperatura para operación y diseño.

La ventaja mas importante de las válvulas de compuerta es que presentan poca restricción al flujo cuando están totalmente abiertas. Sin embargo, por los efectos del flujo dinámico contra la cuña que no tiene soporte, estas válvulas no son eficaces para estrangulación.

El traqueteo inducido por la velocidad del medio circundante contra una cuña parcialmente abierta más los ciclos frecuentes a la presión de la tubería, producen arrastres en el lado de corriente abajo que, combinado con la erosión, ocasiona desgaste del asiento y fugas.

Con apertura total y en el manejo de pastas aguadas (pulpa), se acumulan los sólidos en las cavidades del asiento e impiden el cierre total.

Además, hay que cambiar con frecuencia las empaquetaduras porque son de vueltas múltiples y puede haber desgaste serio en el vástago.

VÁLVULA DE GLOBO

VÁLVULA DE GLOBO

VÁLVULA DE CONO VÁLVULA DE GLOBO EN ANGULO

VÁLVULA DE GLOBO EN Y VÁLVULA DE FUELLE

Válvulas de globo.

Una válvula de globo es de vueltas múltiples, en la cual el cierre se logra por medio de un disco o tapón que cierra o corta el paso de fluido en un asiento que suele estar paralelo con la circulación en la tubería.

Recomendada para:Estrangulación o regulación de circulación.Para accionamiento frecuente.Para corte positivo de gases o aire.Cuando es aceptable cierta resistencia a la

circulación.

Aplicaciones:Servicio general, líquidos, vapores, gases, corrosivos, pastas semilíquidas.

Válvulas de globo.Ventajas:

Estrangulación eficiente con estiramiento o erosión mínimos del disco o asiento.Carreras corta del disco y pocas vueltas para accionarla, lo cual reduce el tiempo y desgaste en el vástago y en el bonete.Control preciso de la circulación.Disponible con orificios múltiples.

Desventajas:Gran caída de presión.Costo relativo elevado.

Variaciones:Normal (estándar), en Y, en ángulo, de tres vías

Válvulas de globo.

Materiales:Cuerpo: bronce, hierro, hierro fundido, acero forjado, monel, acero inoxidable, plástico.

Componentes: diversos.

Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento:

Instalar de modo que la presión esté debajo del disco, excepto en servicio con vapor a alta temperatura.Registro en lubricación.Hay que abrir ligeramente la válvula para expulsar los cuerpos extraños del asiento.Apretar la tuerca de la empaquetadura, para corregir de inmediato las fugas por las empaquetaduras.

Válvulas de globo.Especificaciones para el pedido:

Tipo de conexiones de extremoTipo de disco.Tipo de asiento.Tipo de vástago.Tipo de empaquetadura o sello del vástago.Tipo de bonete.Capacidad nominal para presión.Capacidad nominal para temperatura.

El uso principal de la válvula de globo es para estrangulación porque puede producir una caída repetible de presión en una amplia gama de presiones y temperaturas.

Sin embargo tiene poca capacidad y duración limitada del asiento debido a la turbulencia.

Su mantenimiento es costoso porque el sellamiento es de metal con metal, aunque ya hay asientos de materiales de elastoméricos.

Estas limitaciones explican porque son inadecuadas para servicios con pastas aguadas (pulpas)

Válvulas de bola.Las válvulas de bola son de ¼ de vuelta, en las cuales una bola taladrada gira entre asientos elásticos, lo cual permite la circulación directa en la posición abierta y corta el paso cuando se gira la bola 90° y cierra el conducto.

Recomendada para:Para servicio de conducción y corte, sin

estrangulación.Cuando se requiere apertura rápida.Para temperaturas moderadas.Cuando se necesita resistencia mínima a la

circulación.Aplicaciones:

Servicio general, altas temperaturas, pastas semilíquidas.

Válvulas de bola.Ventajas:

Bajo costo.Alta capacidad.Corte bidireccional.Circulación en línea recta.Pocas fugas.Se limpia por sí sola.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

Válvulas de bola.Variaciones:

Entrada por la parte superior, cuerpo o entrada de extremo divididos (partidos), tres vías, venturi, orificio de tamaño total, orificio de tamaño reducido.

Materiales:Cuerpo:

Hierro fundido, hierro dúctil, bronce, latón, aluminio, aceros al carbono, aceros inoxidables, titanio, tantalio, circonio, plásticos de polipropileno y PVC.

Asiento:TFE, TFE con llenador, Nylon, Buna-N, neopreno

Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento:Dejar suficiente espacio para accionar una manija larga

Válvulas de bola.

Especificaciones para el pedido:Temperatura de operación.Tipo de orificio en la bola.Material para el asiento.Material para el cuerpo.Presión de funcionamiento.Orificio completo o reducido.Entrada superior o entrada lateral.

La válvula de bola tiene ventajas inherentes de baja torsión de operación, buenas características de estrangulación y capacidad para alto volumen de flujo.

Este diseño adquirió importancia para las válvulas de alto rendimiento cuando la tecnología de plastomeros y elastómeros ofreció materiales confiables y repetibles para los asientos y sellos.

Estos elementos tienen las propiedades químicas y mecánicas convenientes para trabajar en una amplia gama de temperaturas, presiones y propiedades de los fluidos.

Válvulas de Mariposa:

Válvulas de Mariposa:

La válvula de mariposa es de ¼ de vuelta y controla la circulación por medio de un disco circular, con el eje de su orificio en ángulo recto con el sentido de la circulación.

Recomendada para:Servicio con apertura total o cierre total.Servicio con estrangulación.Para accionamiento frecuente.Cuando se requiere corte positivo para gases o líquidos.Cuando sólo se permite un mínimo de fluido atrapado en

la tubería.Para baja caída de presión a través de la válvula.

Aplicaciones:Servicio general, líquidos, gases, pastas semilíquidas, líquidos con sólidos en suspensión.

Válvulas de Mariposa:

Ventajas: Ligera de peso, compacta, bajo costo.Requiere poco mantenimiento.Número mínimo de piezas móviles.No tiene bolsas o cavidades.Alta capacidad.Circulación en línea recta.Se limpia por sí sola.

Desventajas:Alta torsión (par) para accionarla.Capacidad limitada para caída de presión.Propensa a la cavitación.

Válvulas de Mariposa:Variaciones:

Disco plano, disco realzado, con brida, atornillada, con camisa completa, alto rendimiento.

Materiales:Cuerpo: Hierro, hierro dúctil, aceros al carbono, acero

forjado, aceros inoxidables, aleación 20, bronce, monel.

Disco: Todos los metales; revestimiento de elastómeros como TFE, Kynar, Buna-N, neopreno, , Hypalon.

Asiento: Buna -N, Viton, neopreno, Caucho, butilo, poliuretano, Hypalon, Hycar.

Válvulas de Mariposa:Instrucciones especiales para la instalación y mantenimiento:

Se puede accionar con palanca, volante o rueda para cadena.Dejar suficiente espacio para el movimiento de la manija, si se acciona con palanca.Las válvulas deben estar en posición cerrada durante el manejo y la instalación.

Especificaciones para el pedido:Tipo de cuerpo.Tipo de asiento.Material del cuerpo.Material del disco.Material del asiento.Tipo de accionamiento.Presión de funcionamiento.Temperatura de funcionamiento.

Las válvulas de mariposa junto con las de bola, han compartido gran proporción de los esfuerzos de investigación y desarrollo para el empleo de nuevos materiales de construcción, en particular elastómeros y plastomeros para cuerpos, asientos y sellos.

Las válvulas de mariposa son sencillas, pequeñas, de poco peso y de bajo costo.

Su circulación rectilínea minimiza la acumulación de sedimentos y produce poca caída de presión.

Otra ventaja es que son de ¼ de vuelta, son de manejo de grandes volúmenes de líquidos gases y pastas aguadas y están disponibles en varios tamaños.

VÁLVULAS DE DIAFRAGMA

VÁLVULAS ABIERTA

VÁLVULAS ESTRANGULADA

CONVENCIONALDOBLE MANDO

Válvulas de diafragma.

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.

Recomendada para:Servicio con apertura total o cierre total.Para servicio de estrangulación.Para servicio con bajas presiones de operación.

Aplicaciones:Fluidos corrosivos, materiales pegajosos o viscosos, pastas semilíquidas fibrosas, lodos, alimentos, productos farmacéuticos.

Válvulas de diafragma.

Ventajas:– Bajo costo.– No tiene empaquetaduras.– No hay posibilidad de fugas por el vástago.– Inmune a los problemas de obstrucción, corrosión o

formación de gomas en los productos que circulan.

Desventajas:– Diafragma susceptible de desgaste.– Elevada torsión al cerrar con la tubería llena.

Válvulas de diafragma.

VariacionesTipo con vertedero y tipo en línea recta

Materiales:Metálicos, plásticos macizos, con camisa, en gran variedad de cada uno.

Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento:Lubricar a intervalos periódicosNo utilizar barras, llaves ni herramientas para cerrarla.

Válvulas de diafragma.

Especificaciones para el pedido:Material del cuerpo.Material del diafragma.Conexiones de extremo.Tipo de vástago.Tipo de bonete.Tipo de accionamiento.Presión de funcionamiento.Temperatura de funcionamiento.

Las válvulas de diafragma son adecuadas en particular para manejo de pastas aguadas (pulpas) son básicamente para paso y corte, porque tienen características deficientes para estrangulación con bajo volumen de circulación.

Su ventaja principal es que consiste en un cuerpo, un bonete y un diafragma flexible y se ha eliminado el sello de vástago, pero su principal desventaja es el material del diafragma.

Estas válvulas tienen otras dos desventajas inherentes, pero menos serias. Requiere vueltas múltiples y la de tipo mas común (sumidero) puede tener fugas si se acumula material detrás del diafragma o si el sumidero se desgasta por erosión.

Válvulas de apriete (Pinch).

Válvulas de apriete (Pinch).

Abierta Cerrada

Válvulas de apriete.

La válvula de apriete es de vueltas múltiples y efectúa el cierre por medio de uno o más elementos flexibles, como diafragmas o tubos de caucho que se pueden apretar u oprimir entre sí para cortar la circulación.

Recomendada para:Servicio de apertura y cierre.Servicio de estrangulación.Para temperaturas moderadas.Cuando hay baja caída de presión a través de la válvula.Para servicios que requieren poco mantenimiento.

Aplicaciones:Pastas semilíquidas, lodos y pastas de minas, líquidos con grandes cantidades de sólidos en suspensión, sistemas para conducción neumática de sólidos, servicio de alimentos.

Válvulas de apriete.

Ventajas:Bajo costo.Poco mantenimiento.No hay obstrucciones o bolsas internas que lo obstruyan.Diseño sencillo.No corrosiva y resistente a la abrasión.

Desventajas:Aplicación limitada para vacío.Difícil de determinar el tamaño.

Variaciones:Camisa o cuerpo descubierto; camisa o cuerpo metálico alojados.

Válvulas de apriete.Materiales:– Caucho, caucho blanco, Hypalon, poliuretano, neopreno,

neopreno blanco, Buna-N, Buna-S, VitonA, butilo, caucho de siliconas.

Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento:– Los tamaños grandes pueden requerir soportes encima o

debajo de la tubería, si los soportes para el tubo son inadecuados.

Especificaciones para el pedido:– Presión de funcionamiento.– Temperatura de funcionamiento.– Materiales de la camisa.– Camisa descubierta o alojada.

Válvulas de retención (check)

Hay dos categorías de válvulas y son para uso específico, más bien que para servicio general: válvulas de retención (check) y válvulas de desahogo (alivio)

Al contrario de los otros tipos descritos, son válvulas de accionamiento automático, funcionan sin controles externos y dependen para su funcionamiento de sentido de circulación o de las presiones en el sistema de tubería.

Como ambos tipos se utilizan en combinación con válvulas de control de circulación, la selección de la válvula, con frecuencia, se hace sobre la base de las condiciones para seleccionar la válvula de control de circulación.

Válvulas de retención (check).

La válvula de retención esta 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.

Hay tres tipos básicos de válvulas de retención: 1) válvulas de retención de columpio, 2) de elevación y 3) de mariposa.

Válvulas de retención del columpio.

Esta válvula tiene un disco embisagrado o de charnela que se abre por completo con la presión en la tubería y se cierra cuando se interrumpe la presión y empieza la circulación inversa. Hay dos diseños:

Uno en "Y" que tiene una abertura de acceso en el cuerpo para el esmerilado fácil del disco sin desmontar la válvula de la tubería y un tipo de circulación en línea recta que tiene anillos de asiento reemplazables.

Recomendada paraCuando 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.

AplicacionesPara servicio con líquidos a baja velocidad.

VentajasPuede estar por completo a la vista.La turbulencia y las presiones dentro de la válvula son muy bajas.El disco en "Y" se puede esmerilar sin desmontar la válvula de la tubería.

VariacionesVálvulas de retención con disco inclinable.

MaterialesCuerpo: bronce, hierro fundido, acero forjado, Monel, acero fundido, acero inoxidable, acero al carbono.

Componentes: diversos.

Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento

En las tuberías verticales, la presión siempre debe estar debajo del asiento.Si una válvula no corta el paso, examinar la superficie del asiento.Si el asiento esta dañada o escoriado, se debe esmerilar o reemplazar.Antes de volver a armar, limpiar con cuidado todas las piezas internas

Válvulas de retención de elevación

Una válvula de retención de elevación es similar a la válvula de globo, excepto que el disco se eleva con la presión normal de la tubería y se cierra por gravedad y la circulación inversa.

Recomendada para– Cuando hay cambios frecuentes de circulación en la

tubería.– Para uso con válvulas de globo y angulares.– Para uso cuando la caída de presión a través de la válvula

no es problema.

Aplicaciones– Tuberías para vapor de agua, aire, gas, agua y vapores

con altas velocidades de circulación.

Ventajas– Recorrido mínimo del disco a la posición de apertura total.– Acción rápida.

Variaciones– Tres tipos de cuerpos: horizontal, angular, vertical.– Tipos con bola (esfera), pistón, bajo carga de resorte,

retención para vapor.

Materiales– Cuerpo: bronce, hierro, hierro fundido, acero forjado,

Monel, acero inoxidable, PVC, Penton, grafito impenetrable, camisa de TFE.

Componentes: diversos.

Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento– La presión de la tubería debe estar debajo del asiento.– La válvula horizontal se instala en tuberías horizontales.– La válvula vertical se utiliza en tubos verticales con

circulación ascendente, desde debajo del asiento.– Si hay fugas de la circulación inversa, examinar disco y

asiento.

Válvula de retención de mariposa

Una válvula de retención de mariposa tiene un disco dividido embisagrado en un eje en el centro del disco, de modo que un sello flexible sujeto al disco este a 45° con el cuerpo de la válvula, cuando esta se encuentra cerrada. Luego, el disco solo se mueve una distancia corta desde el cuerpo hacia el centro de la válvula para abrir por completo.

Recomendada paraCuando se necesita resistencia mínima a la circulación en la tubería.Cuando hay cambios frecuentes en el sentido de la circulación.Para uso con las válvulas de mariposa, macho, bola, diafragma o de apriete.

Aplicaciones• Ser vicio para líquidos o gases.

Ventajas• El diseño del cuerpo se presta para la instalación de

diversos tipos de camisas de asiento.• Menos costosa cuando se necesita resistencia a la

corrosión.• Funcionamiento rápido.• La sencillez del diseño permite construirlas con

diámetros grandes.• Se puede instalar virtualmente en cualquier posición.

Variaciones• Con camisa completa.• Con asiento blando.

MaterialesCuerpo: acero, acero inoxidable, titanio, aluminio, PVC, CPCB, polietileno, polipropileno, hierro fundido, Monel, bronce.Sello flexible: Buna-N, Viton, caucho de butilo, TFE, neopreno, Hypalon, uretano, Nordel, Tygon, caucho de siliconas.

Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento

En las válvulas con camisa, esta se debe proteger contra daños durante el manejo.Comprobar que la válvula queda instalada de modo que la abra la circulación normal.

Válvulas de desahogo (alivio)

Una válvula de desahogo es de acción automática para tener regulación automática de la presión. El uso principal de esta válvula es para servicio no comprimible y se abre con lentitud conforme aumenta la presión, para regularla.

La válvula de seguridad es similar a la válvula de desahogo y se abre con rapidez con un "salto" para descargar la presión excesiva ocasionada por gases o líquidos comprimibles.

El tamaño de las válvulas de desahogo es muy importante y se determina mediante formulas especificas.

Aplicaciones– Agua caliente, vapor de agua, gases, vapores.

Ventajas– Bajo costo.– No se requiere potencia auxiliar para la operación.

Variaciones– Seguridad, desahogo de seguridad.– Construcción con diafragma para válvulas utilizadas en

servicio corrosivo.

Materiales– Cuerpo: hierro fundido, acero al carbono, vidrio y TFE,

bronce, latón, camisa de TFE, acero inoxidable, Hastelloy, Monel.

Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento

– Se debe instalar de acuerdo con las disposiciones delcódigo ASME para recipientes de presión sin fuego.

– Se debe instalar en lugares de fácil acceso para inspección y mantenimiento.

– Mediciones de nivel

Nivel.– Es la distancia existente entre una línea de referencia y la

superficie del fluido, generalmente dicha línea de referencia se toma como fondo del recipiente.

Métodos de medición.Como se menciono anteriormente el nivel es la variable que puede ser medida mas fácilmente, pero existen otros factores, tales como viscosidad del fluido, tipo de medición deseada, presión, si el recipiente esta o no presurizado, que traen como consecuencias que existan varios métodos y tipos de instrumentos medidores del nivel. El medidor de nivel seleccionado dependerá de nuestras necesidades o condiciones de operación.Los métodos utilizados para la medición del nivel de líquidos, básicamente pueden ser clasificados en: Métodos de medición directa y método de medición indirecta.

Métodos de medición indirecta:

Método por medidores actuados por desplazadores.Estos tipos de instrumentos se utilizan generalmente para llevar la medición a sitios remotos o para el control de nivel, aunque también pueden utilizarse como un indicador directo. Están compuestos principalmente por un desplazador, una palanca y un tubo de torsión.Como podemos observar, el objetivo principal de estos componentes, es convertir el movimiento vertical del desplazador en un movimiento circular del tubo de torsión.

EMPAQUETADURAS PARA SELLADO

Material de empaquetadura y juntas

La selección del material adecuado para empaquetaduras y juntas es tan importante como la de los materiales de la válvula para el servicio a que se destinan. La selección de una empaquetadura inadecuada puede permitir fugas en las válvulas y requerir un paro del sistema para reemplazarla.Además, si el fluido que se escapa es toxico o inflamable, puede ocurrir una grave situación con posibles lesiones al personal y daños en planta-Al seleccionar el material de empaquetadura de válvula, se debe consultar la literatura de los fabricantes y las publicaciones técnicas, para comprobar que el material seleccionado sea compatible con los fluidos que se manejan

Asimismo, la forma física de la empaquetadura debe ser compatible con las características mecánicas de las válvulas.Ciertos materiales requieren una elevada compresión, pero hay válvulas que son débiles o muy ásperas y no se puede aplicar una gran compresión.Además las elevadas compresiones requeridas por ciertas válvulas pueden hacer que algunas empaquetaduras fluyan en frío.Cierta empaquetaduras incompatibles pueden producir desgaste del vástago

DEFINICIONES:Una empaquetadura para sellado, puede ser definida como un material deformable, utilizando para prevenir o controlar el paso del fluido entre dos superficies que poseen movimiento una con relación a la otra.

ANALISIS SIMPLE DE UNA EMPAQUETADURA:Para el usuario hacer una evaluación rápida de una empaquetadura, es importante observar los siguientes puntos:

DensidadIntegridad del entrelazadoTolerancia dimensionalIntegridad de composición

a) Densidad:

Solamente podemos comparar densidad entre dos empaquetaduras, cuando estas están fabricadas con las mismas materias primas y que tengan la misma composición.Entonces, cuando mayor la densidad de una empaquetadura mejor su efecto de sellabilidad como se demuestra en grafico:

b) Integridad del entrelazado:

La empaquetadura debe ser enteramente trenzadaEl alma no debe ultrapasar 25 % de la sección transversal de la empaquetaduraLa estabilidad dimensional debe ser buenaLas empaquetaduras referentes a las curvas (a–b–c) del grafico siguiente, fueron construidas con el mismo hilo, poseen la misma composición y la misma densidad.

La diferencia entre ellas esta en la construcción.La cantidad de hilos en el alma de la empaquetadura (a) es mayor que el de la (b), y esta es mayor que el de la (c)

El grafico demuestra que cuanto menor es la cantidad de hilos en el alma, mejor será el efecto del sellado. Se puede concluir que las empaquetaduras enteramente trenzadas sellan mas que las tradicionales capa/capa

c) Tolerancia dimensional:

La variación dimensional del tamaño de una empaquetadura debe ser baja, máximo 0,4 (mm) para tamaños hasta 6,4 (mm) y de 0,8 (mm) para tamaños por encima de 6,4 (mm).Con estas tolerancias se puede garantizar un buen desempeño de la empaquetadura no habiendo fugas constantes del fluido (tamaños menores a los especificados) o desgaste excesivo del eje (tamaños mayores a los especificados).La empaquetadura debe tener los cantos bien conformados y la superficie lisa, lo que permite aumentar el área de contacto de la empaquetadura con el eje, asícomo evitar que éste sea averiado por irregularidades de la superficie de la empaquetadura.

d) Integridad de composición:

La formulación correcta de las materias primas utilizadas (hilos, impregnantes y lubricantes) es fundamental para el buen desempeño de la empaquetadura.Este perfecto equilibrio de materiales, aliados con un proceso modelo de fabricación, imparten a las empaquetaduras propiedades necesarias como:

Amplio rango de temperaturaBajo coeficiente de fricciónBuena conductividad térmicaMoldeabilidadBuena resistencia al desgasteBuena resistencia químicaBaja expansión térmicaResistencia al escurrimiento (Creep)

Solamente comparando empaquetaduras de un fabricante calificado y responsable el usuario podrá garantizar que la empaquetadura sea siempre la mas indicada para la aplicación.Es importante recordar que el costo de una empaquetadura, aún la mas cara, es muchas veces inferior al posible perjuicio.

Sugerencias practicas para la instalación y mantenimiento de las válvulas.

1. Un manejo sin cuidado ocasiona partes rotas o distorsionadas. La superficie de las válvulas son fácilmente dañables.

2. No roscarse más de lo debido la cañería en la válvula. Aplicar la llave en las partes apropiadas, como en los Hexágonos cercanos a la cañería o en sus extremos. Usar la medida apropiada de llave. Un esfuerzo indebido en la llave puede dar por resultado distorsión en los asientos y fugas en las válvulas.

3. Instalar un adecuado soporte para las cañerías y válvulas. El esfuerzo de la línea puede causar dificultades en la operación de la válvula. Las VÁLVULAS NUNCA DEBERAN CARGAR EL PESO DE LA LINEA.

4. Remover cuidadosamente todas las suciedades, virutas, rebabas, escamas y todas las partículas extrañas de la cañería, antes de operar el sistema.

5. Cuando se instale cañería de acero en válvulas con extremos roscados esté seguro que las terminales estén realmente limpias y que la cañería no se roscara mas de lo debido. Esto prevendrá que se dañen los asientos.

6. Use sellador únicamente en los hilos de la cañería y no en la rosca de la válvula. Esto prevendrá que el sellador pueda entrar en el cuerpo de la válvula. (se recomienda para este fin, cinta de teflón)

7. Mantenga las válvulas cerradas fuertemente cuando se estén instalando. Esto prevendrá que alguna suciedad rebaba, etc. Dañe los asientos y los discos.

8. Instale las válvulas en lugares propios de operación, previstos con anterioridad; para que se les diseñe un claro apropiado para su manejo. Coloque las válvulas en un lugar adecuado para prevenir daños cuando se muevan algunos objetos.

9) La expansión y contracción de las líneas por los cambios de temperatura puede ocasionar fugas en las juntas.

10) Los nuevos empaques tienen algunas veces contracciones cuando son expuestas al calor por primera vez . La prensa estopa deberá ajustarse lo necesario para sostener la presión.

11) Las líneas de presión deberán cerrarse lentamente para prevenir el golpe de ariete, y por consiguiente un sobre esfuerzo en las líneas, válvulas y conexiones.

12) Identifique las tuberías y las válvulas con colores diferentes o numeración de modo que puedan ser operadas rápidamente en caso de una emergencia.

13) Las válvulas deberán ser inspeccionadas a intervalos periódicos, su duración depende del tipo de instalación y condiciones de servicio. Deberán ser abiertas y cerradas completamente, ajustando el empaque y renovándolo cuando sea necesario.

14. Use llaves apropiadas para remover el asiento de la válvula, esto prevendrá una distorsión.

15. Para ordenar piezas de repuesto envíe muestras o un dibujo dimensionado (plano).

16. Cuando una válvula es desmontada, y desarmada. Limpie todos los accesorios cuidadosamente antes de reensamblarlos, esto le ayudara a tener un conocimiento mas completo sobre su armado y desarmado.

12 PASOS BASICOS PARA INSTALAR UNA EMPAQUETADURA

1. Retire la empaquetadura usada, así como el anillo "linterna" (si existe).

2. Inspeccione el eje (o camisa), o el vástago por posible desgaste y la caja estopa. Rectifique o cambie piezas gastadas y limpie debidamente la caja estopa.

2. Inspeccione el eje (o camisa), o el vástago por posible desgaste y la caja estopa. Rectifique o cambie piezas gastadas y limpie debidamente la caja estopa.

3. Determine el tamaño de la empaquetadura y la cantidad de anillos a usar, midiendo el D.E. del eje (camisa) o vástago asícomo el D.I. y profundidad de la caja de estopa. Para determinar el tamaño correcto de la empaquetadura reste el diámetro del asiento (O.D.) menos el diámetro del eje (I.D) y divida la diferencia entre 2.

4. Determine la ubicación correcta del anillo "linterna" (si éste se usa).

5. Corte los anillos del largo apropiado usando una barra de madera del mismo diámetro del eje o un cortador de anillos. Corte siempre la empaquetadura en anillos individuales. Nunca zigzaguee la empaquetadura enrollándola. Los anillos deben ser cortados con una guillotina o cuchillo con culata. Corte los anillos sobre algún tubo sobrante o un madero con el mismo diámetro del tubo. La ilustración muestra como utilizar el madero o tubo para cortar las empaquetaduras.

Sostenga la empaquetadura fuertemente en el palo, sin estrecharla excesivamente. Corte los anillos e inserte la empaquetadura en el asiento de la válvula, cerciorándose de que llene total y apropiadamente el espacio donde va la empaquetadura.

Cada anillo puede ser cortado de la misma manera.

6. Lubrique la superficie de cada anillo antes de instalarlos con un lubricante como (sólo en casos de bombas).

7. Instale cada anillo individualmente, asentando el primero al fondo de la caja estopa. Escalone el corte de los anillos a 90°(12, 3, 6 y 9 horas). En caso de válvulas, instale los anillos de a dos cada vez, y comprímalos.

8. Instale el anillo linterna a la profundidad adecuada.

9. Después de instalar el último anillo, ajuste el prensa estopa sólo con la presión de los dedos.

10. Abra las válvulas de succión y descarga permitiendo la fuga.

11. Arranque la bomba permitiendo el goteo durante 10 – 15 minutos.

12. Restringir la fuga ajustando la prensa con sólo la vuelta de una cara de la tuerca a la vez. Repita esto cada 5 minutos hasta lograr un goteo aceptable (p.e. 60 gotas por minuto). En caso de válvulas ajuste la prensa hasta cortar totalmente la pérdida, asegurándose que el vástago pueda deslizarse.

Empaquetadura avanzada, a prueba de fuego, para emisiones de vástagos de válvulas

1. Capas de cinta de grafito son conformadas en hebras compactas.2. Cada hebra es reforzada con una cubierta de malla de alambre

Inconel*.3. Las hebras son trenzadas en forma cuadrangular para formar una

empaquetadura densa pero flexible, y luego es mejorada con agentes de bloqueo.

4. El exterior de la empaquetadura luego es impregnada densamente con agentes lubricantes, para reducir la fricción con el vástago, y con un inhibidor de la corrosión para evitar las picaduras.

VÁLVULAS DE CONTROLDESCRIPCIÓN:

Las válvulas de control son las encargadas de regular el caudal del fluido de control que modifica a su vez el valor de la variable medida y por lo tanto la variable controlada, comportándose como un orificio de área continuamente variable.

EL CUERPO: Es el alojamiento de las partes internas de la válvula (Asiento-Obturador) que están en contacto con el fluido, por lo tanto debe ser de material adecuado para resistir altas temperaturas y presiones del fluido sin pérdidas, tener un tamaño adecuado al caudal que se debe controlar y ser resistente a la erosión o corrosión producidas por el fluido.

TAPA DE LA VÁLVULA: Permite la unión del cuerpo con el actuador y a su través se desliza al vástago del obturador. Este vástago, accionado por el motor, dispone generalmente de un índice que señala la posición de apertura y cierre de la válvula.

LA EMPAQUETADURA:

Para que el fluido no se escape a través de la tapa es necesario disponer de un caja de empaquetadura entre la tapa y el vástago. Para temperaturas superiores a 200ºC se le adicionan a la caja unas aletas de radiación.

La empaquetadura que se utiliza normalmente es de teflón cuya temperatura máxima de servicio es de 200ºC. A temperaturas superiores es necesario utilizar otro material o alejar la empaquetadura de cuerpo de la válvula. En el caso de fluidos corrosivos, tóxicos, radiactivos, o muy valiosos hay que asegurar un cierre total en la estopada, lo cual se consigue mediante el uso de fuelles de estanqueidad, o empaquetaduras dobles.

La empaquetadura normal suele ser de aros de teflón, de sección en V, comprimidos con un resorte, con la ventaja de que el teflón es auto lubricante y no necesita engrase.

PARTES INTERNAS ( Obturador y Asiento):Como partes internas se consideran generalmente las piezas metálicas internas desmontables que están en contacto directo con el fluido. Estas piezas son el vástago, la empaquetadura, los anillos guías del vástago, el obturador y el asiento.Para efectuar la selección del conjunto obturador-asiento se recomienda evaluar los siguientes aspectos.

1. Materiales aptos y especiales para contrarrestar la corrosión, la erosión y el desgaste producidos por el fluido.

2. Características del caudal en función de la carrera (características del caudal inherente)

3. Tamaño normal o reducido que permite obtener varias capacidades de caudal de la válvula con el mismo tamaño del cuerpo.

MATERIALES: Generalmente son construidos en acero inoxidable por ser este un material muy resistente a la corrosión y a la erosión del fluido, pero se fabrican de otros materiales de acuerdo a laaplicación.

CARACTERÍSTICAS DE CAUDAL INHERENTE:

La característica de un fluido incompresible fluyendo en condiciones de presión diferencial constante a través de una válvula, se denomina característica de caudal inherente y se representa usualmente considerando como abscisas la carrera del obturador y como ordenadas el porcentaje de caudal máximo bajo una presión diferencial constante. Las curvas características más significativas son las de apertura rápida, lineal e isoporcentual. Otras curvas son las parabólicas y las correspondientes a las válvulas de tajadera, mariposa, Saunders y con obturador excéntrico rotativo.

Las curvas características se obtienen mecanizando el obturador para que al variar la carrera el orificio de paso variable existente entre el contorno del obturador y el asiento configure la característica de la válvula.

En el obturador con característica lineal, el caudal (m), es directamente proporcional a la carrera (m) según la ecuación q = K * l donde:

q= caudalK= constantel= carrera de la válvula

El obturador con característica isoporcentual, produce un cambio en el cambio en el caudal que es proporcional al caudal que fluía antes de la variación. La ecuación correspondiente es:

Si se integra la expresión anterior se obtiene

qadldq .=

q= caudal a pérdida de carga constante

a= constante

l= carrera de la válvula

laebq ..=

La curva isoporcentual se caracteriza por que al principio de lacarrera de la válvula, la variación de caudal es pequeña, y al final pequeños incrementos en la carrera se traducen en grandes variaciones de caudal. Este tipo de válvulas presentan una rangeabilidad de 50 a 1.

ACTUADOR DE LA VÁLVULA O SERVOMOTOR: Es el dispositivo que mueve el vástago de la válvula, pueden ser neumáticos, eléctricos, hidráulicos y digitales; generalmente es neumático por ser simple, de acción rápida y tener gran capacidad de esfuerzo.Se verifica entonces que para cualquier posición, la fuerza ejercida por la presión de entrada sobre el diafragma es igual y opuesta a la fuerza ejercida por el resorte.

Donde P= Presión de entradaA= Área del diafragma K= Constante del resorteΔx= desplazamiento del vástago

xKAP Δ= ..

ACCESORIOS: Las válvulas de control pueden tener incorporados ciertos tipos de accesorios para realizar funciones adicionales de control.

Posicionador: El Posicionador es un accesorio para la válvula cuyo objetivo es compensar las fuerzas de desequilibrio que actúan en la válvula y que influyen en la posición del vástago de la válvula y hacen que el control sea errático.

Estas fuerzas en los actuadores neumáticos son esencialmente las siguientes:

Fuerza de rozamiento del vástago al deslizarse a través de la empaquetadura.Fuerza estática del fluido sobre el actuador creada por la presión diferencial del fluido.

El Posicionador está acoplado mecánicamente al vástago a través de una leva, de tal forma que el movimiento de este es realimentado en el Posicionador y comparado con la señal de entrada, utilizando normalmente el equilibrio de fuerzas.

Volante de accionamiento manual: En los casos en que se exige máxima seguridad de funcionamiento de una instalación y el proceso debe continuar trabajando independiente de las fallas que se presentan en el bucle de control es necesario mantener un control de apertura de la válvula, lo cual se realiza mediante el volante de accionamiento manual que puede estar ubicado en la parte superior o lateralmente.

CLASIFICACIÓN DE LAS VÁLVULAS DE CONTROL

Las válvulas de control pueden ser de varios tipos dependiendo del diseño del cuerpo y del movimiento del obturador.

a. Válvulas de movimientos lineal o recíproco: son aquellas en las cuales el obturador se mueve en la dirección de su propio eje y se clasifican de la siguiente manera.

Válvula de globo: Puede ser construida de simple o doble asiento. Las válvulas de simple asiento precisan de un actuador de mayor tamaño para que el obturador cierre en contra de la presión diferencial del proceso. Por lo tanto se emplean cuando la presión del fluido es baja y se requiere que las fugas en posición de cierre sean mínimas.Las válvulas de doble asiento, se emplean cuando deba trabajarse con una alta presión diferencial. En la posición de cierre las fugas son mayores que en una válvula de simple asiento.

Válvula en ángulo: Esta válvula permite obtener un flujo de caudal sin excesivas turbulencias y es adecuada para disminuir la erosión cuando ésta es considerable, debido a las características del fluido o 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.

Válvula de tres vías: Este tipo de válvula se emplea generalmente para mezcla de líquidos o para derivar de un flujo de entrada dos salidas (Divisoras). Intervienen típicamente en el control de temperatura de intercambiadores de calor.

Válvula de jaula: Consiste en un obturador cilíndrico que desliza en una jaula con orificios adecuados a las características de caudal deseadas en la válvula. Como el obturador está contenido dentro de la jaula, la válvula es muy resistente a las vibraciones y al desgaste.

Válvula de compuerta: Esta válvula efectúa su cierre con un disco vertical plano o de forma especial y que se mueve verticalmente al flujo del fluido. Por su disposición es ideal para el control todo-nada ya que en posiciones intermedias tiende a bloquearse, la compuerta y el sello presentan rápida erosión y provocan turbulencia.

Válvula en Y: Es adecuada como válvula de cierre y de control. Como válvula todo-nada se caracteriza por presentar baja pérdida de carga y como válvula de control una gran capacidad de caudal.

Válvula de cuerpo partido: Esta es una modificación de la válvula de globo de simple asiento, con el cuerpo partido en dos partes entre las cuales está presionado el asiento. Esta disposición permite una fácil sustitución del asiento. Se emplea principalmente para fluidos viscosos y en la industria alimentaria.

Válvula Saunders: En esta válvula, el obturador es una membrana flexible que a través de un vástago unido a un servomotor, es forzada contra un resalte del cuerpo cerrando así el paso del fluido. La válvula se caracteriza por que el cuerpo puede revestirse fácilmente de goma o plástico para trabajar con fluidos agresivos.

b. Válvulas de movimiento o vástago rotatorio: donde el obturador presenta un movimiento circular, dentro de esta clasificación tenemos.

Válvula de obturador excéntrico rotativo: Consiste en un obturador de superficie esférica que tiene un movimiento rotativo excéntrico y que está unido al eje de giro por dos brazos flexibles. Se caracteriza por su gran capacidad de caudal, comparable a lasválvulas mariposa y a las de bola por su elevada pérdida de carga admisible.

Válvula de obturador Cilíndrico excéntrico: Esta válvula tiene un obturador cilíndrico excéntrico que asienta sobre el un cuerpo cilíndrico. El cierre hermético se consigue con un revestimiento de goma o teflón en la cara del cuerpo donde asienta el obturador. La válvula tiene una ganancia relativamente alta. Es adecuada para fluidos corrosivos y líquidos viscosos o con sólidos en suspensión.

Válvula de mariposa: El cuerpo está formado por un anillo dentro del cual gira transversalmente un disco circular. Las válvulas de mariposa se emplean para el control de grandes caudales de fluidos a baja presión.

Válvula de bola: El cuerpo de la válvula tiene un cavidad interna esférica que alberga un obturador en forma de esfera o de bola. Se emplea principalmente en el control de fluidos negros, o con gran porcentaje de sólidos en suspensión.

Válvula de orificio ajustable: El obturador de esta válvula consiste en una camisa de forma cilíndrica que está perforada con dos orificios, uno de entrada y otro de salida, y que gira mediante una palanca exterior accionada manualmente o por medio de un servomotor.La válvula es adecuada para ajustar manualmente el caudal máximo de un fluido, cuando el caudal puede variar en límites amplios en forma intermitente o continua y cuando no se requiere un cierre estanco. Se utiliza para combustibles gaseosos o líquidos, vapor, aire comprimido y líquidos en general.

Válvula de flujo axial: Consisten en un diafragma accionado neumáticamente que mueve un pistón, el cual a su vez comprime un fluido hidráulico contra un obturador formado por un material elastómero. Este tipo de válvulas se emplea para gases y es especialmente silencioso.

DIMENSIONAMIENTO DE VÁLVULAS (Cv y Kv)

El primer coeficiente de dimensionamiento que se utilizó fue el denominado Cv, empleado inicialmente en los Estados Unidos, se define como:

Caudal de agua en galones USA por minuto que pasa a través de la válvula en posición completamente abierta y con una pérdida de carga de 1 psi.

Este coeficiente depende de las dimensiones internas y de la tersura de la superficies de la válvula.

En los países que emplean unidades métricas se suele utilizar adicionalmente el coeficiente Kv el cual está definido por la norma IEC 534-1987 de válvulas de control del siguiente modo:

Caudal de agua (de 5 a 40ºC) en m3/h que pasa a través de la válvula a una apertura dada y con una pérdida de 1 bar.

El coeficiente Kv para la válvula totalmente abierta se denomina Kvs mientras que para el mínimo valor recibe el nombre de Kvo. Por lo tanto la relación Kvs / Kvo es la denominada rangeabilidad o campo de control que expresa la relación de caudales que la válvula puede controlar.

La equivalencia entre los coeficientes Cv y Kv se expresa mediante las relaciones:

[ ][ ]hCvKv

KvCv/m 86.0

16.13

minutopor galones

=

=

Fórmula General: La válvula se comporta como un orificio que permite la circulación de un cierto caudal con una determinada pérdida de carga.Aplicando el teorema de Bernoulli en los puntos 1 y 2 de la figura.

221 2

2

2

22

1

1

VPVP+=+

ρρ

Suponiendo fluidos incompresibles: Luegoρρρ == 21

( )ρ

2121

22

2 PPVV −=−

( ) hPV 2/22 =Δ= ρ

hV 2β=

Como V2 es mucho mayor que V1 queda :

Por otro lado la forma de la válvula da lugar a una resistencia que disminuye la velocidad.

Donde:β = coeficiente de resistencia (sin dimensiones)V = velocidad del flujo, en (m/s)h = altura de presión entre la entrada y la salida de la válvula, (m)

y como, q = A V

Siendo: q = caudal a través de la válvula, en m3 /sA = sección del orificio de paso, en m2

( ) [ ]smPAhAq /310/2.2 ρββ Δ==

( )PQKv Δ= /ρ

PQCv Δ= /ρ

Resulta

donde: q = caudal a través de la válvula, en m3 /sρ = densidad del fluido, en Kg/dm3

Q = caudal máximo, en m3 /hρ = densidad en Kg/dm3 o g/cm3ΔP = pérdida de carga en bar para caudal máximo

En términos de coeficiente Cv ampliamente conocido será:

Q = caudal máximo en gpmρ = densidad ΔP = pérdida de carga en psi

Ejemplo:

• Fluido: Agua de alimentación a caldera a 350ºF• Rata máxima: 200,000 (lb/h) a 800 psig• Caída de presión: 200 psi• Densidad: 0.89

Como la ecuación trabaja con caudal en gpm, debemos convertir las lb/hr a gpm:

200,000/60 =3,333.4 lb/min3,333.4/8.328 = 400gpm 60ºF

A 350 ºF con gravedad específica de 0.89 hay que dividir 400 / 0.89 = 450 gpm (es decir un galón de agua a 60 ºFpesa 8.328 lbs, pero a 350ºF pesa 7.41 lbs)

Donde: Q = 450 gpmρ = 0.89 ΔP =(P1 - P2) = 200 ps

Para obtener un buen intervalo de control, el índice de capacidad Cv es mayor que el calculado Cvc. El índice de capacidad debe ser 1.25 a 2 veces mayor que el coeficiente calculado.

Cvc / Cv = 0.5 a 0.8

Por lo tanto para esta aplicación se recomienda la utilización de una válvula globo de 1½” con Cv de 34 (o de 3” con asientos reducidos en un 40% con Cv=48). El conjunto tapón asiento preferiblemente recubierto de Stellite por la alta caída de presión.

( ) ( )PQCvc Δ= /ρ

( ) ( ) ( )( ) 3020089.0450/ ==Δ= PsQCvc

SELECCIÓN Y OPERACIÓN DE BOMBAS CENTRIFUGAS

BOMBAS CENTRIFUGAS

Un equipo de bombeo es un transformador de energía. Recibe energía mecánica, que puede proceder de un motor eléctrico, térmico, etc., y la convierte en energía que un fluido adquiere en forma de presión, de posición o de velocidad.

Las bombas se clasifican en :1.- Bombas roto dinámicas. A este grupo pertenecen las turbo

máquinas:Estas son siempre rotativas. Su funcionamiento se basa en la ecuación de EULER, y su órgano transmisor de energía se llama rodete.Se llaman roto dinámicas porque su movimiento es rotativo y el rodete comunica energía al fluido en forma de energía cinética.

2.- Bombas de desplazamiento positivo. A este grupo pertenecen no solo las bombas alternativas sino las rotativas llamadas rotoestáticas porque son rotativas, pero en ellas el rodete comunica energía al fluido en forma de presión. Su funcionamiento se basa en el principio de desplazamiento positivo.

Clasificación de las bombas roto dinámicas.

• Según la dirección del flujo : Bombas de flujo radial, de flujo axial y de flujo radio axial

• Según la posición del eje : Bombas de eje horizontal, de eje vertical y de eje inclinado.

• Según la presión engendrada : Bombas de baja presión, de media presión y de alta presión.

• Según la entrada de flujo en la bomba : De simple aspiración y de doble aspiración.

• Según el número de rodetes : De un escalonamiento o de varios escalonamientos.

Clasificación de las bombas por el tipo de material de sus partes.

Las condiciones de servicio y la naturaleza del líquido manejado determinarán el tipo de material que se usará. En general las condiciones de servicio que afectan principalmente la selección de materiales son las siguientes:

Corrosión del líquido manejadoAcción electroquímicaAbrasión de los sólidos en suspensiónTemperatura de bombeoCarga de operaciónVida esperada

EN RESUMEN

MAQUINASDE FLUIDO

Maquinashidráulicas

ρ = Cte

Maquinastérmicasρ = variable

Turbomáq.

Máq. Despl.Positivo

Generadora

Motora

Generadora

Motora

Bombas( fluido )Ventiladores

( gas )Turbinas hidráulicas

Esquema de instalación de succión negativa

Esquema de instalación de succión positiva

Altura de impulsión de la bomba

Es el trabajo mecánico utilizable transmitido por la bomba al líquido que impulsa, relacionado con el peso del mismo, expresado en metros.

Dicha altura es independiente de la densidad del producto bombeado, es decir, una bomba centrífuga impulsa el líquido que bombea a una misma altura H, cualquiera que sea la densidad de éste. La densidad ρ determina la presión en la bomba e interviene en la potencia absorbida por la misma.

Caudal de impulsión de la bomba

Es el volumen útil suministrado por la bomba en la unidad de tiempo en (m3/seg.) (son también usuales (lts./s) y (m3/h).

El líquido de compensación así como el de goteo no están contenidos en el caudal de la bomba, (es decir, no han de tenerse en cuenta al seleccionarla).

Altura de impulsión de la instalación

La altura manométrica de la instalación (H) es el resultado de los siguientes componentes

Hgeo, altura geodésica de impulsión = diferencia de altura entre los niveles del líquido en aspiración e impulsión. Si la tubería de impulsión vierte por encima del nivel del líquido, esta altura geodésica estará referida al eje horizontal de la salida

BOMBA CENTRIFUGA EN CORTE

rodete

carcasa

eje de transmisión

Ingreso de agua

salidade agua

BOMBA DE AGOTAMIENTOCON FLOTADOR - CORTE

Flange de Salida

Válvula de Retención

Válvula limitadora de presión

Succión entrada

Plato de Desgaste

Impeler

Plato removible

Voluta (caracol)

Rodamientos

Sello mecánico

Bomba Autocebante

motor

rotor

ingreso

salida

MOTOBOMBA - CORTE

eje de transmisión

ALTURAS A CONSIDERAR EN LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS

El órgano principal de una bomba centrífuga es el rodete que, en la Fig , se puede ver con los alabes dispuestos según una sección perpendicular al eje de la bomba; el líquido llega a la entrada del rodete en dirección normal al plano de la figura, (dirección axial), y cambia a dirección radial recorriendo el espacio o canal delimitado entre los alabes.

ABIERTO -SUCCIÓN AL FRENTE

FLUJO RADIAL

• Pequeño, económico.

• Maneja líquidos abrasivos (resiste atascamiento).

• El desgaste del impulsor y las paredes laterales disminuyen eficiencia.

• Impulsor ajustable al espacio de la cubierta de succión

• El diámetro puede ser ajustado para variar capacidad, cabeza y potencia

SEMI-CERRADO, SUCCIÓN AL FRENTE-FLUJO RADIAL

• Productos fibrosos

• Las venas posteriores reducen:

• Presión de la caja estopero

• Presión posterior

• Empuje

• Sólidos acumulados atrás del impulsor o en la cámara el sello.

• Con o sin orificios de balance

• El diámetro puede ser compensado para evitar capacidad, cabeza , potencia

CERRADO- SUCCIÓN AL FRENTE, FLUJO RADIAL

• Maneja líquidos limpios

• Maneja aplicaciones de alta cabeza

• Más costoso.

• Más eficiente

• No requiere plato de desgaste

• No se atasca, sin espacio cerrado

• Con o sin orificios de balance

• Anillos de desgaste al frente para prevenir recirculación en la succión.

• Con o sin anillos de desgaste atrás.

• El diámetro puede ser ajustado para variar la capacidad, cabeza y potencia

CERRADO -DOBLE SUCCIÓN-FLUJO RADIAL

• Bajo requerimiento de NPSH

• Más costoso.

• Efectivamente dos impulsores de succión sencillos espalda con espalda.

• Balanceado hidráulicamente

• Maneja gran capacidad

• La caja estopero no es afectada por la presión de descarga.

• Colocado usualmente entre rodamientos

• Requiere dos cajas estoperos.

FLUJO AXIAL

• Flujo estrictamente paralelo al al eje de rotación

• Alto flujo, baja capacidad de cabeza.

• Eje horizontal, partida radial y succión al frente.

• Eje vertical, succión abajo.

FLUJO MIXTO

• Fluido generado en ambas direcciones axial y radial.

• Bombas de succión sencilla con eje horizontal o vertical.

• Diseños sencillos de succión abiertas y cerradas.

• Impulsor cerrado con o sin venas traseras u orificios de balance.

• Capacidad moderada.

¿Donde empieza y donde termina la máquina?Secciones de entrada “e” y de salida “s”

Norma:La sección de entrada de una bomba se toma antes de la brida de conexión del tubo de aspiración, sección “e”.

La sección de salida se toma después de la brida de conexión del tubo de impulsión, sección “s”.

La bomba empieza en la sección “e” y termina en la sección “s”. Todas las pérdidas de energía que tienen lugar entre las secciones “e” y “s” son imputables a la bomba y disminuyen el rendimiento de la misma; pero las pérdidas que tienen lugar antes de la sección “e” ( en el tubo de aspiración) y después de la sección “s” (en el tubo de impulsión) son imputables a la instalación y disminuyen el rendimiento de la instalación (no el de la bomba).

¿Donde empieza y donde termina la máquina?Secciones de entrada “e” y de salida “s”

En la operación de las máquinas pueden surgir pleitos entre los de operación y los constructores de la máquina sobre el mal funcionamiento, bajo rendimiento e incumplimiento de garantías. Pues bien, el constructor es responsable de cuanto sucede entre las secciones “e” y “s” y el instalador de cuanto sucede antes y después de estas secciones.

Sentido de rotación.

El sentido de rotación de una bomba centrífuga puede ser:

En el sentido de las manecillas del relojEn el sentido contrario de las manecillas del reloj

El punto de observación debe ser en una bomba horizontal cuando el observador está colocado en el lado del acople de la bomba.Lo mismo sucede en las bombas verticales en las cuales el observador debe colocarse mirando hacia abajo en la flecha superior de la bomba..

BOMBA MULTIPLE CONSTITUIDA POR (N) RODETES IGUALE ACOPLADOS EN SERIE

Bombas Centrifugas - Norma API

1.- Succión.2.- Impulsor.3.- Agujeros de Balanceo.4.-Anillos de Desgaste. 5.- Descarga.

6.- Cubierta.7.- Eje de la Bomba.8.- Sello Mecánico.9.- Brida del sello.10.- Rodamientos Axiales y Radiales.

Bombas ANSI

1- Succión.2- Impulsor.3- Descarga.4- Cubierta estacionaria.

5- Eje de la Bomba.6- Sello Mecánico.7- Brida del sello.8- Rodamientos Axiales y Radiales.

Distribución de flujo dentro de una bomba

BOMBA CENTRIFUGA

Triángulo de velocidades a la entrada con ángulo = 90º y desprendimientos de la corriente líquidaa) Flujo menor que el nominal; b) Flujo igual al nominal; c) Flujo mayor que el nominal

Ángulo de incidencia del flujo es tangencial al alabe, y no ocurre turbulencia

Ángulo de incidencia del flujo es tangencial, y no ocurre turbulencia

CAPACIDAD REAL

Borde externo del alabe

Turbulencia ocurre en cara

interior del alabe

CAPACIDAD MENOR

TurbulenciaRotación

CAPACIDAD MAYORTurbulencia ocurre en cara

exterior del alabe

Borde interno del

alabe

Rotación Turbulencia

Curvas características teórica y real de una bomba centrífuga y pérdidas correspondientes

CURVA DE CAUDAL ALTURA• El método corriente para ensayar una bomba o una máquina

soplante es hacerla funcionar a velocidad constante y variar el caudal estrangulando la salida o impulsión.

• La curva característica que indica el funcionamiento de la máquina, bajo estas condiciones, es una curva de alturas o presiones de impulsión en función del caudal en o bajo las condiciones especificadas.

• Además de estas curvas, es costumbre trazar curvas de rendimiento total y de potencia absorbida, también en función del caudal. Estas tres curvas representadas muestran el funcionamiento de la unidad y pueden ser utilizadas para los efectos de comparación.

Las curvas de Performance son suministradas por el fabricante, las mismas se determinan de acuerdo a testde performance.

Estas Curvas muestran:• Altura (m)• Eficiencia • Potencia (Hp)

• B.E.P• (NPSH)

para una bomba en particular, RPM y

Caudal

Bombas Centrifugas - Curvas de Performance

Consecuencias de Trabajar Fuera del B.E.PZona A.Extremadamente a la Izquierda.Bomba muy sobredimensionada para el sistemaMuy ineficiente, excesiva recirculación de producto.Alta presión, alta carga radial, defleccióndel eje y vibraciones.Se puede corregir adicionando líneas de recirculación.

Zona C.Operando fuera de la Curva.Bomba subdimensionada para el sistemaCavitación, alto caudal, alto consumo de energía.Alta carga radial, deflección del eje y vibraciones.Se puede corregir cerrando válvula de descarga de modo de reducir el caudal.

Zona B.Por detrás del BEP.Bomba sobredimensionada para el sistemaMenor eficiencia.Se puede corregir con un impulsor de menor diámetro.

10-07-2012

PUNTO DE FUNCIONAMIENTOCASO DE BOMBA UNICA

H

Q

CURVA BOMBA

CURVA DE INST. SISTEMA

H0

Q0

PTO. DE FUNCIONAMIENTO(Q0, H0)

Best Efficiency Point (BEP)

Todas las bombas (tanto las centrífugas como las volumétricas) tienen límites operativos. En modo particular, las bombas centrífugas presentan algunas limitaciones que si no están bien consideradas pueden reducir drásticamente su duración de trabajo. El BEP (Best Efficiency Point) no es sólo el punto de trabajo más alto sino el punto donde la velocidad y la presión son iguales sobre el rodete y sobre la voluta. En cuanto el punto detrabajo se aleja del Best Efficiency Point, la velocidad cambia, lo cual hace cambiar la presión en uno de los lados del rodete. Esta presión irregular sobre el rodete se manifiesta en un empuje radial que desvía el eje de la bomba causando, entre otras cosas:

•una carga excesiva sobre los cojinetes •una excesiva desviación de los sellos mecánicos •un desgaste irregular del forro del eje

BOMBA CENTRIFUGA

Cebado de la bomba.

Las bombas rotó dinámicas no son autocebantes. las bombas de émbolo y en general todas las de desplazamiento positivo, si.

El fundamento de la explicación es que en las primeras el principio de funcionamiento es la ecuación de EULER, y en las segundas el principio de desplazamiento positivo.

En las bombas rotó dinámicas funcionando a un (r.p.m.) determinado, proporcionan una altura Hmáxima, que generalmente coincide con el punto para el cual Q = 0 . Esta altura , según la ecuación de Euler, no depende de la densidad del fluido. Así, por ejemplo, una bomba de agua que da una altura máxima de 100 metros dará esa misma altura si está llena de aire o llena de agua; pero

Cebado de la bomba.

• Si la bomba está llena de aire el incremento de presión creada por la bomba será:

que no sería suficiente para que subiera el agua por la tubería de aspiración

• Si la bomba está llena de agua (bomba cebada) el incremento de presiones creado por la bomba será:

y la bomba ya podrá aspirar.

...120.120100*2.1* 2 acmmmkgHp aire =⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛===Δ χ

Δp H kgm

m c aagua= = ⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

=χ * . . . . .100 000 1002

LEYES DE SEMEJANZA

Las leyes de semejanza sirven:

1.-Para predecir el comportamiento de una máquina de distinto tamaño; pero geométricamente semejante a otra cuyo comportamiento (caudal, potencia etc.) se conoce , trabajando en las mismas condiciones (generalmente en condiciones de máximo rendimiento)

2.- Para predecir el comportamiento de una misma máquina (la igualdad es un caso particular de la semejanza), cuando varia alguna de sus características.

Luego:

1.- El modelo ha de ser geométricamente semejante al prototipo.

2.- El modelo ha de ser dinámicamente semejante al prototipo.

LEYES DE SEMEJANZA

Condición cinemática

1° Condición dinámica

2° Condición dinámica

Qn D

cte*

.3 =

H DQ

cte* .4

2 =

Hn D

cte2 2*.=

LEYES DE SEMEJANZA

Número especifico de revoluciones

Condición de semejanza de acuerdo al tamaño de la máquina.

Número específico de revoluciones

n QH

cte nq3 4/ = =

Nn D

cte3 5 = .

n n NHs = 5 4/

LEYES DE SEMEJANZA

Teoría de semejanza para máquinas generadoras (bombas).

Al variar el número de r.p.m. de una bomba de n1 a n2 se modifica su velocidad tangencial y con ella todas las demás velocidades según la relación n1/n2.

•Los gastos son proporcionales al número de r.p.m.

QQ

nn

1

2

1

2

=

LEYES DE SEMEJANZATeoría de semejanza para máquinas generadoras (bombas).

Al variar el número de r.p.m. de una bomba de n1 a n2 se modifica su velocidad tangencial y con ella todas las demás velocidades según la relación n1/n2

• Las cargas son proporcionales al cuadrado de la velocidad

2

2

1

2

1⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

nn

HH

m

m

LEYES DE SEMEJANZA

Teoría de semejanza para máquinas generadoras (bombas).

Al variar el número de r.p.m. de una bomba de n1 a n2 se modifica su velocidad tangencial y con ella todas las demás velocidades según la relación n1/n2

• Los momentos requeridos en el eje de la bomba son proporcionales al cuadrado de las (r.p.m.)

MM

nn

1

2

1

2

2

=⎡

⎣⎢

⎤

⎦⎥

LEYES DE SEMEJANZA

Al variar el número de r.p.m. de una bomba de n1 a n2 se modifica su velocidad tangencial y con ella todas las demás velocidades según la relación n1/n2.

•Las potencias absorbidas son proporcionales al cubo del número de revoluciones.

3

2

1

2

1⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

nn

NN

LEYES DE SEMEJANZA

Los gastos son proporcionales al cubo de la escala de similitud.

Las alturas manométricas son proporcionales al cuadrado del coeficiente de similitud en virtud de que, al ser proporcionales al producto de dos velocidades, lo son a sus diámetros respectivos.

QQ

DD

1

2

1

2

3⎡

⎣⎢

⎤

⎦⎥ =

⎡

⎣⎢

⎤

⎦⎥

DD

1

2

⎡

⎣⎢

⎤

⎦⎥ = ε

2

2

1

2

1⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡DD

HmHm

LEYES DE SEMEJANZASi la velocidad angular es constante, las potencias absorbidas son directamente proporcionales a la quinta potencia de .

En el caso de tener diferentes números de r.p.m , las fórmulas respectivas serán:

NN

DD

1

2

1

2

5⎡

⎣⎢

⎤

⎦⎥ =

⎡

⎣⎢

⎤

⎦⎥

QQ

DD

nn

1

2

1

2

3

1

2

⎡

⎣⎢

⎤

⎦⎥ =

⎡

⎣⎢

⎤

⎦⎥

MM

DD

nn

1

2

1

2

5

1

2

2

=⎡

⎣⎢

⎤

⎦⎥

⎡

⎣⎢

⎤

⎦⎥

⎡

⎣⎢⎢

⎤

⎦⎥⎥

HmHm

DD

nn

1

2

1

2

2

1

2

2⎡

⎣⎢

⎤

⎦⎥ =

⎡

⎣⎢

⎤

⎦⎥

⎡

⎣⎢

⎤

⎦⎥

NN

DD

nn

1

2

1

2

5

1

2

5

=⎡

⎣⎢

⎤

⎦⎥

⎡

⎣⎢

⎤

⎦⎥

LEYES DE SEMEJANZAPARA LOS VENTILADORES (BOMBAS DE

AIRE)

Los caudales son directamente proporcionales al número de revolucionesLas presiones engendradas son directamente proporcionales al cuadrado del número de revolucionesLas potencias son directamente proporcionales al cubo del número de revoluciones.Los caudales son directamente proporcionales al cubo de los diámetros.Las presiones engendradas son directamente proporcionales al cuadrado de los diámetros.Las potencias son directamente proporcionales a la quinta potencia de los diámetros.

LEYES DE SEMEJANZAPARA LOS VENTILADORES (BOMBAS DE AIRE)

Los caudales no varían con la densidad del aire.

Las presiones engendradas varían en relación directa con la densidad.

Las potencias absorbidas varían en relación directa con la densidad.

Las presiones engendradas son directamente proporcionales a la presión barométrica e inversamente proporcionales a la temperatura absoluta.

Las potencias son directamente proporcionales a la presión barométrica e inversamente proporcionales a la temperatura absoluta.

Ejemplo:Una bomba con un diámetro del impeler de 6-7/8 de pulgada, 1750 (r.p.m.) del motor, un flujo de 100 (GPM) y una altura TDH de 44 pies, requiere 2,47 HP en el punto de operación.Como cambian los parámetros si las (r.p.m.) del motor sube a 3450.

)(19717503450)(100;

1

212

2

1

2

1 GPMGPMnnQQ

nn

QQ

====

)(17117503450)(44;

22

1

212

2

2

1

2

1 TDHTDHnnHH

nn

HH

mmm

m =⎥⎦⎤

⎢⎣⎡=⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡=⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡=

10-07-2012

)(9,1817503450)(47,2;

33

1

212

3

2

1

2

1 HPHPnnNN

nn

NN

=⎥⎦⎤

⎢⎣⎡=⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡=⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡=

• Ejemplo:Para el caso anterior si se cambia el diámetro del impeler a 6 1/2 pulgadas.

)(5.166875.6

5.6)(197;33

1

212

3

2

1

2

1 GPMGPMDDQQ

DD

QQ

=⎥⎦⎤

⎢⎣⎡=⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡=⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡=⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡

)(8,152875.65.6)(171;

22

1

212

2

2

1

2

1 TDHTDHDDHH

DD

HmHm

mm =⎥⎦⎤

⎢⎣⎡=⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡=⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡=⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡

10-07-2012

)(3.14875.65.6)(9.18;

55

1

212

5

2

1

2

1 HPHPDDNN

DD

NN

=⎥⎦⎤

⎢⎣⎡=⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡=⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡=⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡

CAVITACIÓN

Cavitación.La cavitación es un fenómeno que se produce siempre que la presión en algún punto o zona de la corriente de un líquido desciende por debajo de un cierto valor mínimo admisible. El fenómeno puede producirse lo mismo en estructuras hidráulicas estáticas que en máquinas hidráulicas. Por los efectos destructivos que en las estructuras y máquinas hidráulicas mal proyectadas o mal instaladas produce la cavitación es preciso estudiar este fenómeno, para conocer sus causas y controlarlo.

CAVITACIÓN

Cuando la corriente en un punto de una estructura o de una máquina hidráulica alcanza una presión inferior a la presión de saturación del vapor, el líquido se evapora y se originan en el interior del líquido “cavidades” de vapor, de ahí el nombre de cavitación. Estas cavidades o burbujas de vapor arrastradas por la corriente llegan a zonas en que reina una presión muy elevada, y allí se produce una condensación violenta del vapor. Esta condensación del vapor a su vez produce una elevación local de la presión que puede sobrepasar las 1000 atmósferas. En el interior del fluido existen, pues, zonas en que reina un gradiente fuerte de presiones que aceleran las burbujas y producen un impacto en el contorno.

CAVITACIÓN

Signos de la existencia de la cavitación.La cavitación se manifiesta de diversas maneras, de las cuales las más importantes son:

• Ruidos y vibración.• Una caída de las curvas de capacidad

carga y la de eficiencia.• Desgaste de las aspas del impulsor.

CAVITACIÓN

El peligro de cavitación será tanto mayor o, lo que es lo mismo, la bomba habráde colocarse tanto mas baja con relación al nivel del pozo de aspiración cuanto:

• La presión barométrica sea menor en el lugar de instalación.

CAVITACIÓN

• La presión de saturación sea mayor. Esta presión crece con la temperatura. por tanto, el bombeo de líquidos calientes exige una altura de suspensión más pequeña. El agua, por ejemplo, a 100°C hierve a 1,0332 (kg./cm.2) ; a 50°C hierve a 0,12578 (kg./cm.2) ; a los 25 °C hierve a 0,03229 (kg./cm.2). Nótese además que el agua puede hervir, y por tanto producirse la cavitación común a temperaturas más bajas. Así, por ejemplo, el agua hierve también a 1°Ccon tal que la presión absoluta descienda a 0,006695 (kg./cm.2), es decir, a una presión de 67 mm.c.a. Ahora bien, si la altura de suspensión HS es demasiado elevada puede ocurrir dentro de la bomba una presión de este orden y producirse la cavitación.

CAVITACIÓN

• Las pérdidas en la tubería de aspiración, Hra sean mayores. Por tanto si hay peligro de cavitación se realizará la tubería de aspiración con diámetro grande, sin más de un codo y si esto no basta no se instalará, alcachofa, ni válvula de pie, ni válvula de compuerta. El cebado se hará con bomba de vacío.

CAVITACIÓN

El caudal y, por tanto, la altura dinámica en el tubo de aspiración sea mayor. Si se empieza a producir la cavitación y se reduce el caudal, cerrando parcialmente la válvula de impulsión, la cavitación cesará.La pérdida en el interior de la bomba , sea mayor.

vge2

2

Δh

(NPSH) ALTURA DE ASPIRACIÓN NETA POSITIVA

Al proyectar la instalación de una bomba o al comprar una de ellas deben considerarse dos tipos de altura en la aspiración:

NPSH requeridaNPSH disponible

El NPSH requerida es la altura en la aspiración de la bomba que debe instalarse (fabricante). Depende exclusivamente del diseño interno particular de cada bomba y que suele variar mucho, no sólo con el caudal y la velocidad dentro de la misma bomba; sino también de una bomba a otra, entre las de un mismo fabricante, y desde luego con mayor razón entre las de distintos fabricantes

(NPSH) ALTURA DE ASPIRACIÓN NETA POSITIVA

• El NPSH disponible es la altura que se cuenta en el sistema, determinada por el proyectista (se calcula del lado de aspiración de la bomba). Depende exclusivamente de las características hidráulicas de la red externa de succión conectada a la bomba. Este valor debe ser calculado para cada instalación . Si se desea que la instalación opere satisfactoriamente, el NPSH disponible en el sistema , deberá ser mayor por lo menos en 0.50 metros al NPSH requerido por la bomba, de otro modo se producirán las fallas hidráulicas y mecánicas que anteriormente se explicaron

(NPSH) ALTURA DE ASPIRACIÓN NETA POSITIVA

Es una característica de la bomba, es aquella energía necesaria para llenar la parte de aspiración y vencer las pérdidas por rozamiento y el aumento de velocidad desde la conexión de aspiración de la bomba hasta el punto que se añade más energía.

En su determinación intervienen cuatro (4) factores:

HP : Altura correspondiente a la presión absoluta sobre la superficie del líquido en el cual aspira la bomba.

HZ : Altura en metros de la superficie del fluido con respecto a lalínea central del árbol del rodete ya sea por encima o por debajo del mismo.

HVP : Altura correspondiente a la tensión del vapor del líquido a la temperatura existente.

Hf : Pérdida de altura a causa del rozamiento y turbulencia entre la superficie del líquido y la platina de aspiración de la bomba.

(NPSH) ALTURA DE ASPIRACIÓN NETA POSITIVA

La altura en la aspiración NPSH es la suma de estas alturas. Cualquier termino que tienda a reducir la altura total de aspiración es considerada negativa.

Si el nivel de superficie esta por encima de la línea central del árbol del rodete se considera positivo, si esta por debajo es negativo.

La tensión del vapor y las pérdidas por rozamiento son siempre negativas, ya que disminuyen la altura de aspiración.

NPSH H H H HP Z VP f= ± − −

fzvp

Disponible HHEGHH

NPSH −±−

=.

)(

HP : (m.c.agua)

HZ : (m.c.fluido)

HVP : (m.c.agua)

Hf : (m.c.fluido)

Luego se debe transformar a una misma unidad para que sean sumables: para lo cual se debe incluir la gravedad especifica del fluido (G.E.)

Calculo del NPSH requerido.

Para el calculo del NPSH requerido y disponible es necesario relacionar ambos valores con un mismo plano de referencia con respecto a la bomba. En las bombas que trabajan horizontalmente (eje horizontal) el plano de referencia se coloca a través del centro del eje y en las bombas verticales (eje vertical) a través del plano que atraviesa la parte más inferior de los alabes del impulsor en caso de tener más de un impulsor, se considera el más inferior.El cálculo del NPSH requerido requiere mediciones prácticas en laboratorio y, por lo tanto, solamente pueden ser efectuados normalmente por el proveedor de la bomba. El método empleado es sin embargo el siguiente:

Existen dos formas de cavitación

1. Cavitación en la succión: ocurre en el centro (ojo) del impeler, (se conoce como la verdadera cavitación).2. Cavitación en la descarga: ocurre en el extremo (diámetro exterior) del impeler (se conoce como cavitación por recirculación.

Cavitación NO ES AIRE en la bombaCavitación en el área de succión

(ojo)

Cavitación en el área de descarga

CAVITACIÓNEn sistemas de bombeo se pueden presentar zonas de presión negativa. Si la presión negativa supera la presión del vapor del fluido durante el bombeo, burbujas de vapor se forman en el fluido y circulan en el sistema hasta llegar a un sitio donde existe suficiente presión, para lograr que las burbujas vuelvan a estado liquido

CAVITACIÓN DE SUCCIÓN:

Es cuando demasiado vacío es creado en el centro de impulsión hasta el punto de exceder la presión de vapor del liquido que se esta bombeando. El liquido literalmente hierve o se separa. Bolsas de vacío se forman en el área de mas baja presión, generalmente en el centro del impulsor y se mueven hacia fuera hasta que alcanzan un área de suficiente presión que les permite colapsar o implosar. Esta situación de exceso de vacío puede ser creada por varios motivos.

• La altura de succión podría ser demasiado alta.

• La tubería de succión podría estar parcialmente o totalmente obstruida, causando exceso de vacío.

• El NPSH disponible podría ser insuficiente para la aplicación.

NINGUNA DE ESTAS SITUACIONES SON PROBLEMA DE BOMBAS.

Todos son problemas de aplicación y sistema.

Cavitación de descarga• Ocurre cuando la altura de descarga es

demasiado alta y como consecuencia la altura obliga a la bomba a operar sobre la izquierda de la curva, fuera del rango de operación. La generación de cavitación toma lugar justo donde la punta del alabe del impulsor pasa por el cortador de agua

En el contexto de las bombas centrifugas, el término cavitación implica un proceso dinámico de formación de burbujas dentro del líquido, su crecimiento y subsecuente colapsamiento a medida que el líquido fluye a través de la bomba.

Generalmente las burbujas que se forman dentro de un líquido son de dos tipos: Burbujas de vapor o burbujas de gas.

Las burbujas de vapor se forman debido a la vaporización del líquido bombeado. La cavitación inducida por la formación y colapso de estas burbujas se conoce como “Cavitación Vaporosa”.

Las burbujas de gas se forman por la presencia de gases disueltos en el líquido bombeado (generalmente aire pero puede ser cualquier gas presente en el sistema). La cavitación inducida por la formación y colapso de estas burbujas se conoce como “Cavitación Gaseosa”.

En ambos tipos, las burbujas se forman en un punto interior de la bomba en el que la presión estática es menor que la presión de vapor del líquido (cavitación vaporosa) o que la presión de saturación del gas (cavitación gaseosa).

La Cavitación Vaporosa es la forma de cavitación más común en las bombas de proceso. Generalmente ocurre debido a un insuficiente NPSH disponible o a fenómenos de recirculación interna. Se manifiesta como una reducción del desempeño de la bomba, ruido excesivo, alta vibración y desgaste en algunos componentes de la bomba. La extensión del daño puede ir desde unas picaduras relativamente menores después de años de servicio, hasta fallas catastróficas en un corto periodo de tiempo.

La Cavitación Gaseosa se produce por efecto de gases disueltos (más comúnmente aire) en el líquido. Esta cavitación raramente produce daño en el impulsor o carcasa. Su efecto principal es una pérdida de capacidad. No debe confundirse con el ingreso de aire o bombeo de líquidos espumosos, situaciones que no necesariamente producen cavitación pero sí reducción de capacidad, detención del bombeo y otros problemas. Para el bombeo de líquidos espumosos se han diseñado y se siguen desarrollando bombas especiales que han logrado un considerable mejoramiento en el manejo de estos fluidos.Para poder identificar los tipos de cavitación es necesario entender primero sus mecanismos, es decir, como ocurre..

NOTA: Si la altura de descarga es lo suficientemente alta como para trasladar el punto de funcionamiento fuera del rango de operación aceptable, la cavitación de punta que resulta de operar fuera del rango recomendado, no solo acorta la vida del impulsor, sino, más importante, provoca serias deflexiones en el eje, causando fatiga metálica y quebraduras. Adicionalmente observamos stress excesivo que reduce la vida útil y causa la falla de rodamientos produciendo gran impacto operacional en el sello mecánico debido a la frecuencia y severidad de las deflexiones

Corrección de la cavitación en la descarga

• Cavitación en la descarga significa operar demasiado al extremo izquierdo de la curva, puede significar la necesidad de rebajar la altura del sistema y/o aumentar el flujo.

• En algunos casos podemos resolver la dificultad con un aumento de la velocidad, pero para poder determinar la factibilidad de esto tenemos que diagramar la curva del sistema.

• En todo caso para poder solucionar la cavitación tenemos que ver la forma de hacer operar la bomba dentro de su rango aceptable.

Corrección de la cavitación en la succión

• Cavitación en la succión se puede identificar si es que se trata de línea de succión atascada, demasiado altura de succión o problema de NPSH .

• El vacuometro indicara que hay demasiado vacío, no la fuente de el. Si la línea esta taponada, límpiela.

• Si la altura de succión es demasiado alta, acercar la bomba al nivel de liquido de la succión

Desgaste por cavitación en la

descarga

Desgaste por cavitación en la

succión

DAÑO CAUSADO POR LA CAVITACIÓN EN LA SUCCIÓN

• Baja vida útil de rodamientos (principalmente rodamientos radiales)

• Destrozo del impeler

• Destrozo por desgaste en el plato

•Deterioro de los sellos (Vibraciones y desalineamiento)

Altura total dinámica de elevación de succión demasiado ·Alta”.Altura de descarga “Baja”

Unidades de la Presión

1.-Medidas Normales a 0: (m.s.n.m) y 4ºC1 Atmósfera = 1 (bar) = 99,3413 (KPa) = 1,013 (kg./cm2) = 10,32 (m.c.agua) = 14,696 (psi)

2.- Para realizar cambios de unidades, se utiliza la llamada atmósfera técnica.

1 Atmósfera técnica = 1,0 (kg./cm2) =10 m.c.agua = 14,223 (psi) = 98, 0665 (KPa)

Este equivalente toma en cuenta las variaciones de la presión en cualquier lugar de la tierra, de manera que es aplicable en cualquier lugar.

Agua, GE = 1,0

)(1010Pr

100001*100000Pr

)(100*1000*0,1*Pr

2

2

2

2

30,1

barcmkg

esión

cmm

mkg

esión

mmkg

Hesión

f

f

f

=⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡== γ

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

==

==

31000

1000*1*

mkg f

cuerpo

aguacuerpo

agua

cuerpo

agua

cuerpo

γ

γδγ

ρρ

γγ

δ

GE = 1,0

50,13 psi.GE = 1.0

H = 115.5 pies

)(13,5013,50Pr

lg1441*75,7218Pr

)(5.115*4,62*0,1*Pr

2

2

2

2

30,1

psipuglb

esión

pupie

pielb

esión

piepielb

Hesión

f

f

f

=⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡== γ

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

==

==

34,62

4,62*1*

pielbf

cuerpo

aguacuerpo

agua

cuerpo

agua

cuerpo

γ

γδγ

ρρ

γγ

δ

10-07-2012

Petróleo, GE = 0,8

)(88Pr

100001*80000Pr

)(100*1000*8,0*Pr

2

2

2

2

38,0

barcmkg

esión

cmm

mkg

esión

mmkg

Hesión

f

f

f

=⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡== γ

GE = 0,8

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

==

==

3

8,08,0

800

1000*8,0*

mkg f

cuerpo

agua

agua

cuerpo

agua

cuerpo

γ

γδγ

ρρ

γγ

δ

10-07-2012

Acido, GE = 1,3

)(1313Pr

100001*130000Pr

)(100*1000*3,1*Pr

2

2

2

2

33,1

barcmkg

esión

cmm

mkg

esión

mmkg

Hesión

f

f

f

=⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡== γ

GE = 1,3

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

==

==

33,1

3,13,1

1300

1000*3,1*

mkg f

agua

agua

cuerpo

agua

cuerpo

γ

γδγ

ρρ

γγ

δ

La forma de la curva característica debe ser, asimismo, motivo de estudio.

Una curva excesivamente plana no admite regulación de caudal al estrangular la válvula de impulsión; por el contrario, si su pendiente es grande, el punto de trabajo puede modificarse con excesiva facilidad.

Los máximos en la curva deben evitarse, principalmente si han de trabajar en paralelo con otra. Esta instalación es muy utilizada cuando se desea obtener mayor caudal con la misma altura.

Cuando se elige una bomba, es muy importante no calcular márgenes de seguridad irreales o en las apreciaciones e informaciones inapropiadas. La curva actual podría superar el rango operativo recomendado, con serias consecuencias.

Lo mejor es verificar el actual punto de trabajo de la bomba en el curso de las operaciones de bombeo (recurriendo a un medidor de caudal y/o un manómetro) para poder realizar las adaptaciones necesarias y asegurarse de que las condiciones de trabajo sean correctas y garantizar la larga duración del servicio.

Caudal de Impulsión Q

Altu

ra d

e Im

puls

ión

H

Curvas características de la bomba

De desarrollo plano

De desarrollo pendiente

Desplazamiento del punto de servicio desde B1 hacia B3 a través de la curva del sistema, debido a la elevación de la velocidad de régimen desde n1 hacia n3

Caudal Q

Altu

ra d

e Im

puls

ión

H

B = Punto de servicion = Velocidad (r.p.m.)

B1

B3

B2n3

n2

n1

CURVAS QH

Curva de la Instalación

Desplazamiento del punto de servicio desde B1 hacia B3 sobre la curva característica de la bomba QH, a medida que se estrangula la válvula

Caudal Q

Altu

ra d

e Im

puls

ión

H

B = Punto de servicio

B1

B3B2

CURVA QH

Curvas de la Instalación

Válvula Abierta

Válvula más estrangulada

Caudal de Impulsión Q

Altu

ra d

e Im

puls

ión

H

Curva de la Instalación

Si el impulsor de la bomba no recibe un flujo adecuado, la Bomba

puede:

RONCAR.La bomba está bombeando una mezcla de aire y liquido. Esto puede

estar acompañado por severa agitación y cabeceo. Esto no es Cavitación , es entrada de aire.

SÍNTOMAS.

Operación ruidosa (ronquido).

Fluctuación del amperaje.

Flujo intermitente.

Presión de Descarga errática.

ACCIONES CORRECTIVAS.

Aumentar nivel del sumidero.

Bajar velocidad de la bomba.

Estrangular la descarga.

Nunca estrangular válvula de succión.

PRECAUCIÓN

EL Ronquido puede causar rápido deterioro a los componentes de la

Bomba.

El flujo intermitente puede hacer que la bomba se detenga debido a las altas

fluctuaciones de carga.

AIRE ENTRAMPADO.El bombeo se detiene completamente. La carcasa se ha

llenado con aire y la bomba no puede re-cebarse.

ACCIONES CORRECTIVAS.

En algunos casos la bomba puede re-cebarse cuando el nivel del sumidero sube hasta un punto donde es capaz de sobrepasar la

presión del bolsón de aire dentro de la bomba.

Ventear el aire entrampado por el lado de descarga.

CAÑERÍAS

Deben diseñarse para evitar entrampamiento de aire.

CavitaciónRápida formación de bolsones de pequeñas burbujas de vapor en aquellos puntos dentro de la bomba sujetos a presiones más bajas

que las requeridas para evitar que el líquido hierva.Cuando las burbujas se desplazan hacia zonas de mayor presión,

ellas se colapsan.

SINTOMAS.

Reducción en flujo y presión.

Operación deficiente.

Ruido y golpeteo.

Desgaste acelerado del Impulsor y Plato Succión.

Línea de Succión bloqueada.

Línea de Succión muy pequeña.

Alta viscosidad.

(NPSH)d menor que el (NPSH)r.

Cavitación

ALTURA NETA POSITIVA DE SUCCIÓN.

Presión absoluta (metros) requerida en el Flange de

succión para asegurar operación libre de

Cavitación.

¡Debido al severo daño sobre la bomba, la

Cavitación debe evitarse a cualquier costo!

CONDICIONES DE LA DESCARGA.

Deben ser las adecuadas para proveer la correcta cabeza de operación a la bomba. Si no es así:

El motor se detendrá debido

a las altas fluctuaciones de carga.

Se producirá Cavitación por alto flujo.

El sumidero se vaciaráproduciéndose el efecto

ronquido.

ACCIONES CORRECTIVAS.

Estrangular la descarga.

Reducir r.p.m.

NUNCA ajustar la válvula de admisión.

Siempre que sea posible, partir con agua luego cambiar a pulpa.Válvula de Succión abierta y descarga cerrada (excepto en casos especiales)

Partir.

Abrir lentamente válvula de descarga (excepto en casos especiales).

CHEQUEOS:a) Ruidos o vibraciones y sello.b) Caudal.c) Nivel de cajón.d) Amperaje.e) Rechequear después de 30 minutos.

PUESTA EN MARCHA.

PRECAUCIÓN

CUANDO SE ABRA O CIERRE

UNA VÁLVULA, HÁGALO

LENTAMENTE PARA EVITAR

GOLPE DE ARIETE.

Control de velocidad en manual.Reducir nivel de cajón.Con nivel a 10% introducir agua de lavado.Lavar el Sistema.Detener bomba y drenar.

PRECAUCIÓN

EVITAR LAS PARADAS SIN CONTROL ESPECIALMENTE CUANDO SE OPERA

CON LÍNEAS MUY LARGAS.

EL EFECTO DE GOLPE DE ARIETE PUEDE SER CATASTRÓFICO.

FLUJO REDUCIDO O NULOa) Falta cebado.b) Aire entrampado (ventear el sistema).c) Filtro Strainer bloqueado.d) Velocidad muy baja.e) Rotación invertida.f) Impulsor bloqueado.g) Componentes desgastados.

ANALISIS DE FALLAS

AMPERAJE MUY ALTO (POTENCIA)a) Densidad alta.b) Impulsor rozando.c) Rodamientos defectuosos.d) Empaquetaduras de sello sobre apretadas.e) Amperímetro defectuosof) Bajo voltaje.

ANALISIS DE FALLASDERRAME EXCESIVO POR EL SELLOa) Empaquetaduras gastadas.b) Agua de sello insuficiente.c) Camisa gastada.d) Agua de sello sucia.

SOBRECALENTAMIENTO DE LA BOMBA

Operación contra válvulas cerradas o

líneas obstruidas o bloqueadas.

DETENER DE INMEDIATO.NO INTRODUCIR

PRODUCTO FRÍO HASTA QUE LA BOMBA NO SE

HAYA ENFRIADO LO SUFICIENTE.

ANALISIS DE FALLAS

DERRAME POR SELLO CENTRIFUGOa) Velocidad (r.p.m.) muy baja.b) Altura succión muy alta.c) Expulsor gastado.d) Aplicación incorrecta.e) Caudal fluctuante.

VIBRACIONa) Cavitación.b) Caudal fluctuante.c) Impulsor gastado.d) Eje torcido.e) Rodamientos defectuosos