UNIVERSIDAD TECNOLGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERA
INGENIERA DE PETRLEOS
INSTRUMENTACIN
Seccin I: Aspectos bsicos de las vlvulas, incluso su
seleccin.
Andrs Landeta4TDDocente. Ing. Ral Balden
07/10/2015
1. OBJETIVOS. Seleccionar adecuadamente una vlvula. Conocer de
qu se compone y cul es el correcto accionar de cada vlvula.
2. INTRODUCCIN.En cuanto a seleccin y especificacin de vlvulas
para plantas nuevas, las vlvulas constituyen del 20 al 30% del
costo de la tubera de una planta, segn sea el proceso; el costo de
un tipoy tamao dados de vlvulas puede variar segn sea su
construccin.Las empresas de ingeniera seleccionan y especifican
vlvulas por medio de los esfuerzos coordinados de sus divisiones de
procesos, proyectos y diseo para ingeniera, por lo general se
incluyen en las especificaciones del material para las tuberas, que
se preparan de acuerdo al proceso y servicios que se manejan en una
planta y se tiene en cuenta las presiones y temperaturas mximas de
operacin.Las especificaciones del material de los tubos incluyen
todos los datos para el diseo, como conexiones y accesorios
(bridas, tubos, vlvulas) que se utilizaran para un servicio dado,
el ingeniero debe preparar una lista de clasificacin de vlvulas en
la cual aparezca, como mnimo, la siguiente informacin: Tipo de
vlvulas, tamaos, fabricantes y nmero de modelo de los fabricantes.
Capacidades de presin y temperatura de las vlvulas. Materiales de
construccin. Material para empaquetaduras y juntas. Servicio
recomendado por el fabricante.Las vlvulas se emplean, por lo
general, para dos funciones bsicas: cierre y estrangulacin.Las
vlvulas utilizadas para aislar equipo, instrumentos y componentes
de la tubera, cuando se necesita mantenimiento se llaman vlvula de
bloqueo se utilizan en los mltiples para desviar las corrientes a
diversos lugares segn se desee.En esencia, cualquier vlvula que no
est ni abierta, ni cerrada del todo; durante el funcionamiento de
la planta, se puede considerar como vlvula de bloqueo. Estas
vlvulas suelen ser del tamao de la tubera y tienen un orificio ms o
menos del tamao del dimetro interior del tubo.Las vlvulas de
operacin manual cuya finalidad es regular el flujo, la presin o
ambos, se denominan vlvulas de estrangulacin, la cual depender del
coeficiente de flujo en la vlvula.
3. SELECCIN DE VLVULAS.La seleccin de las vlvulas incluye muchos
factores y es preferible tener como referencia un sistema que
facilite la seleccin. Se debe tener en cuenta, como mnimo las
siguientes caractersticas bsicas: tipo de vlvula, materiales de
construccin, capacidades de presin y temperatura, material de
empaquetaduras y juntas, costo y disponibilidad.3.1. Tipo de
Vlvula.El tipo de vlvula depender de la funcin que debe efectuar,
sea de cierre (bloqueo), estrangulacin o para impedir el flujo
inverso. Es de importancia primordial conocer las caractersticas
qumicas y fsicas de los fluidos que se manejan; prestando atencin a
lo siguiente:3.1.1. Funciones de la Vlvula. Vlvulas de cierre, que
tambin se llaman vlvulas de bloqueo Vlvulas de estrangulacin
Vlvulas de retencin
3.1.2. Tipo de servicio. Lquidos Gases Lquidos con gases Lquidos
con solidos Gases con solidos Vapores generados por la reduccin en
la presin del sistema Con corrosin o sin corrosin Con erosin o sin
erosinUna vez determinadas la funcin y el tipo de servicio, se
puede seleccionar el tipo de vlvula segn su construccin con el uso
de la lista para clasificacin de vlvulas antes descritas.
Las caractersticas principales y los usos ms comunes de los
diversos tipos de vlvulas para servicio de bloqueo o cierre
son:
Vlvulas de compuerta:Resistencia mnima al fluido de la tubera.
Se utiliza totalmente abierta o cerrada. Accionamiento poco
frecuente. Vlvulas de macho:Cierre hermtico. Deben estar abiertas o
cerradas del todo. Vlvulas de bola:No hay obstruccin al flujo. Se
utilizan para lquidos viscosos y pastas aguadas. Cierre positivo.
Se utiliza totalmente abierta o cerrada.
Vlvulas de mariposa:Su uso principal es para cierre y
estrangulacin de grandes volmenes de gases y lquidos a baja presin.
Su diseo de disco abierto, rectilneo, evita cualquier acumulacin de
solidos; la cada de presin es muy pequea.
Las caractersticas principales y los usos ms comunes para
diversos tipos de vlvulas para servicio de estrangulacin son:
Vlvula de globo:Son para uso poco frecuente. Cierre positivo. El
asiento suele estar paralelo con el sentido del flujo; produce
resistencia y cada de presin considerables. Vlvula Aguja:Estas
vlvulas son, bsicamente, vlvulas de globo que tienen un macho cnico
similar a una aguja, que ajuste con precisin en su asiento. Vlvula
en Y:Las vlvulas en Y son vlvulas de globo que permiten el paso
rectilneo y sin obstruccin igual que las vlvulas de compuerta.
Vlvulas de ngulo:Son, en esencia, iguales que las vlvulas de globo.
La diferencia principal es que el flujo del fluido en la vlvula de
ngulo hace un giro de 90. Vlvulas de mariposa:Su uso principal es
para cierre y estrangulacin de grandes volmenes de gases y lquidos
a baja presin (desde 150 [psig] hasta el vaco).
Las vlvulas que no permiten el flujo inverso, actan en forma
automtica ante los cambios de presin para evitar que se invierta el
flujo.
Hay disponible una seleccin especial de tipos de vlvulas para
manejar pastas aguadas, gruesas o finas. Los tipos ms comunes son
en ngulo, fondo plano, macho, bola y diafragma; y vlvulas de
opresin o compresin.
3.2. Materiales de Construccin.
Para seleccionar materiales de construccin resistentes a la
corrosin, el ingeniero debe utilizar como gua los materiales
recomendados por los fabricantes para los diversos tipos de
servicios as como los datos publicados.Los datos publicados no se
deben considerar como definitivos para los materiales incluidos,
porque otras condiciones en el servicio real pueden influir en la
rapidez de la corrosin y se deben tener en cuenta, por ejemplo, la
presencia de sales disueltas, abrasivos.Cuando no hay experiencia
anterior ni datos aplicables en forma directa, el ingeniero se debe
basar en un examen y anlisis lgico de los datos acerca de las
mismas composiciones y condiciones para los fluidos.Si el costo de
la vlvula es importante y el servicio tiene requisitos crticos,
entonces se debe efectuar un programa de pruebas de materiales con
o sin ayuda del fabricante.
3.3. Capacidades de Presin y temperatura.
Una vez determinadas las presiones y temperaturas mximas de
operacin, el ingeniero podr establecer la capacidad de presin
requerida por la vlvula. Como una gua para la seleccin de material
de la vlvula tomando como base la presin (en la tabla IV), se
presentan las capacidades de presin de gran nmero de materiales
disponibles para vlvulas con rosca, con extremo de enchufe soldado
y con bridas.
3.4. Material de empaquetaduras y juntas.
La seleccin del material adecuado para empaquetaduras y juntas
es muy importante. La seleccin de una empaquetadura inadecuada
puede permitir fugas en la vlvula. Al seleccionar el material de
empaquetaduras de vlvulas, el ingeniero debe consultar la
literatura de los fabricantes de empaquetaduras y vlvulas; y las
publicaciones tcnicas, para comprobar que el material seleccionado
sea compatible con los fluidos que se manejan.
3.5. Costo y disponibilidad.
Cuando el ingeniero ha determinado el mejor tipo de vlvula para
el servicio debe tener en cuenta el costo y la disponibilidad. Hay
que obtener datos de disponibilidad y costo de los distribuidores o
de los fabricantes. Tambin hay que tener en cuenta si habr variacin
en el precio en el momento de la entrega. El precio de cada vlvula
tambin puede depender de la cantidad que se ordene en un momento
dado.
3.6. Evaluacin.
Se hace una lista comparativa de los datos crticos, como nombre
del fabricante, costo, tiempo de entrega, numero del modelo,
materiales de construccin y de empaquetadura. Aunque las vlvulas de
mxima calidad satisfarn los requisitos, no hay una forma segura de
establecer la calidad mnima necesaria.
3.7. Normas de la Industria.
La calidad, en este contexto, est basada en las normas de la
industria.La industria manufacturera de vlvulas es antigua y se
encuentra tanto en EstadosUnidos como en muchos otros pases. La
calidad se relaciona con las caractersticas que deben ofrecer los
fabricantes y todos deben cumplir con las normas mnimas:Normas
ANSI, especificaciones API, especificaciones ASTM, Normas MSS.
3.8. Procuracin (compra) de las vlvulas.
El grupo de Ingeniera de procesos inicia las actividades de
diseo de la planta con la emisin de hojas de flujo del proceso que
indican los materiales de construccin y los instrumentos crticos
para el proceso y los servicios.Todas las corrientes de fluidos
para proceso y servicios se listan por separado en este ndice de
acuerdo con sus presiones y temperaturas mximas y mnimas de
operacin.
Las especificaciones en su mayor parte, son clasificaciones
estandarizadas de servicios generales para cumplir con los datos
del proceso.Los Ingenieros de proyecto, ahora preparan y expiden
diagramas de flujo de tubera e instrumentos (llamados tambin
diagramas de flujo de ingeniera). En ellos se indica en forma
esquemtica toda la tubera, vlvulas e instrumentos para los sistemas
de proceso y servicios.El grupo de diseo de tuberas prepara una
maqueta de la planta. Cada vez se usan ms las maquetas porque son
fciles de estudiar y modificar. Como opcin.Mientras tanto, un grupo
de especialistas ha preparado los planos para la colocacin del
equipo en la planta.Conforme avanza la maqueta de tubera y queda
concluida para ciertas secciones de la planta, se hacen planos
isomtricos para todas las tuberas de 1 [in] o ms.Esta informacin,
junto con la especificacin de material para tubera, constituye el
paquete que utiliza el grupo de compras para solicitar cotizaciones
a proveedores y fabricantes.Cuando est lista la evaluacin de
cotizaciones se enva al grupo de proyecto para aprobacin por el
gerente de proyectos; si se aprueba, se coloca la orden de compra
con el proveedor.
3.9. Inspeccin.
Debido a la estandarizacin de la industria, no se someten las
vlvulas a las mismas inspecciones de equipo, tal como
intercambiadores de calor, recipientes de presin, bombas, etc.Las
vlvulas estndar son idnticas hasta el grado que lo permita la
fabricacin en serie.En el caso de las vlvulas que son de fabricacin
especial, se deben efectuar inspecciones en todas las etapas de
diseo y fabricacin de las vlvulas.
4. FUNDAMENTOS DE LA CONSTRUCCIN DE LAS VLVULAS.
4.1. Vlvulas no Estndar.
Hay que escoger a un fabricante de prestigio para producir estas
vlvulas: El ingeniero de procesos qumicos que conoce las
ramificaciones del flujo debe regresar e informarse de todos los
aspectos de ingeniera mecnica que intervienen en el diseo de una
vlvula, a fin de preveer todos los problemas que pudieran surgir.
Se deben examinar con cuidado las capacidades de presin y
temperatura del fabricante para vlvulas construidas con materiales
no estndar. Es necesario ponerse en contacto con el experto del
fabricante de vlvulas. Los fabricantes de bombas y compresores son
una valiosa fuente de informacin (sellos anulares, sellos normales)
y es necesario investigar a fondo las fuerzas hidrulicas dentro de
las vlvulas. El costo de las vlvulas que requieren materiales no
estndar se puede reducir con un revestimiento interno de la vlvula.
Cualquier falla en el revestimiento o en los sellos que permita que
los fluidos hagan contacto con el metal, siempre ocasionar falla de
la vlvula. Las vlvulas; adems, los revestimientos no siempre son
impenetrables a la difusin de algunos fluidos en la corriente del
proceso. Las vlvulas revestidas suelen tener sellos anulares (O
rings) para separar las secciones revestidas y las no
revestidas.
4.2. Tipos de Construccin.
Estas reglas para la especificacin de vlvulas no estndar se han
aplicado menudo en el pasado para crear las vlvulas que ahora ya no
son estndar, un ingeniero que se enfrenta a la seleccin de vlvulas
para un proceso exclusivo o una ampliacin de la planta no tiene
tantas facilidades. Se encuentra que, al no haber personas
experimentadas en su organizacin, est ante el dilema de utilizar
vlvulas totalmente nuevas o vlvulas estndar.
4.3. Vlvulas de Compuerta.
Las vlvulas de compuerta no se recomiendan para servicios de
estrangulacin, porque la compuerta y el sello tienden a sufrir
erosin rpida cuando restringen la circulacin y producen turbulencia
con la compuerta parcialmente abierta. El cierre completo sin
estrangulacin, operacin poco frecuente y mnima resistencia a la
circulacin, volante - vstago, bonete, compuerta, asientos y cuerpo.
Estas vlvulas estn disponibles con:
4.3.1. Vstagos de los siguientes tipos: Vstago no elevable, con
rosca interna Vstago elevable, con externa Vstago elevable, con
rosca interna
4.3.2. Bonetes para vlvulas de compuerta: Bonetes con rosca
interna o externa Bonetes con unin Bonetes con brida y atornillados
Bonetes con abrazadera Bonetes sellados de presin Bonetes con sello
Bonetes con cierre de obturador
4.3.3. Elementos de control de fluido: Disco Macizo o de una
sola cua con asientos de vlvula cnicos Cuas flexibles Disco de cua
dividido Disco doble
Los asientos de las vlvulas de compuerta pueden ser integrales
con el cuerpo se de construccin anular. Las fugas por las vlvulas
de compuerta pueden ocurrir en ambos extremos en donde se conectan
a la tubera en la unin entre el bonete y el cuerpo, en el vstago y
corriente debajo de la compuerta cuando la vlvula est cerrada.
Prensaestopas o estopero es el mtodo ms comn para sellar el vstago
y evitar fugas
4.4. Vlvulas de Globo.
Las vlvulas de globo se utilizan para cortar o regular el flujo
del lquido y ese ltimo es su uso principal. Las principales
caractersticas de los servicios de las vlvulas de globo incluyen
operacin frecuente, estrangulacin al grado deseado de cualquier
flujo, cierre positivo para gases y aire, y alta resistencia y cada
tolerable de presin en la lnea. Sus principales componentes
son:
4.4.1. Vstagos de los siguientes tipos: Vstago elevable con
rosca interna Vstago elevable con rosca externa Vstago deslizable
para apertura y cierre rpidos
4.4.2. Bonetes de los siguientes tipos: Bonete de rosca interna
y externa Bonete de unin para vlvulas pequeas Bonete con brida
Bonete sellado a presin Bonete sellado presin
4.4.3. Elementos de control de fluido: Disco de composicin Disco
del tipo de macho
Los asientos de las vlvulas de globo pueden se fundidos
integrales o anillos de asiento reemplazables que se fijan con
tornillos o de alguna otra forma. Los puntos de fuga de las vlvulas
de globo son los mismos que en las vlvulas de compuerta.Las vlvulas
de Globo se construyen con una amplia variedad de materiales:
bronce, hierro fundido, acero forjado, acero fundido, acero
inoxidable, latn y aleaciones resistentes a la corrosin.
4.5. Vlvulas de Mariposa.Las vlvulas de mariposa son sencillas,
ligeras y de bajo costo. El costo de mantenimiento tambin es bajo
porque tiene un mnimo de piezas mviles. El uso principal de las
vlvulas de mariposa es para servicio de corte y de estrangulacin
cuando se manejan grandes volmenes de gases y lquidos a presiones
relativamente bajas.Las principales caractersticas de los de los
servidores de la vlvula de mariposa incluyen apertura total, cierre
total o estrangulacin, operacin frecuente, cierre positivo para
gases o lquidos y baja cada de presin. Hay tres tipos principales
de cuerpo: Tipo de disco plano (tipos de oreja) Tipo con brida Tipo
de rosca
De acuerdo con sus caractersticas de sellos y de aprueba de
fugas, las vlvulas de mariposa se dividen en dos grupos
principales: En el primer grupo, el asiento contra el cual cierra
el disco es metlico. En el segundo grupo se utilizan sellos
anulares elsticos alrededor de los discos para tener un cierre a
prueba de fugas buna-N, Viton, caucho (hule) natural, TRE
Hypalon.
4.6. Vlvulas de Macho.
Servicio de corte y sin estrangulacin. Dado que el flujo por la
vlvula es suave e interrumpido, hay poca turbulencia dentro de ella
y por tanto, la cada de presin es baja. Las ventajas principales de
las vlvulas de macho son accin rpida.Hay dos tipos principales de
vlvulas de macho: lubricados para evitar las fugas entre la
superficie del macho y el asiento en el cuerpo y reducir la friccin
durante la rotacin, y los no lubricados en el macho tienen un
revestimiento que elimina la necesidad de la lubricacin.Los
principales servicios de las vlvulas de macho incluyen apertura o
cierre total sin estrangulacin; tienen mnima resistencia al flujo,
son para operacin frecuente y tienen poca cada de presin. Las dos
categoras principales de estas vlvulas son circulacin rectilnea y
orificios mltiples. El macho de circulacin rectilnea es cnico o
cilndrico. En el tipo de lubricacin, se inyecta lubricante a presin
para evitar las fugas. La presin del lubricante eleva el macho y
facilita la operacin. Las vlvulas con macho no lubricado estn
disponibles en los tipos elevable y con camisa de elastmero o
revestimiento para el macho.Las ventajas principales de las vlvulas
con macho no lubricado son el cierre hermtico, operacin rpida,
ausencia de problemas de lubricacin y amplia gama de temperaturas.
Orificios mltiples:Las vlvulas de macho se prestan con facilidad
para la construccin de orificios mltiples. El uso de las vlvulas de
macho con orificios mltiples simplifica mucho la tubera. Se puede
utilizar una sola de estas vlvulas en lugar de dos, tres o cuatro
vlvulas rectilneas. Las vlvulas de orificios mltiples slo cierran
en contra de la presin en el sentido positivo, pues la presin
dentro de la vlvula empuja al macho con el orificio.
4.7. Vlvula de Bola.
Las vlvulas de bola, bsicamente son vlvulas de macho
modificadas, plastmeros y elastmeros. Estas vlvulas se utilizan en
forma principal para servicio de corte y no son satisfactorias para
estrangulacin. Son rpidas para operarlas, de mantenimiento fcil, no
baja torsin y su cada de presin es funcin del tamao del orificio.
Los principales componentes de estas vlvulas son el cuerpo, el
asiento y la bola.Hay dos tipos principales de cuerpos para vlvulas
de bola: entrada superior y cuerpo divido.En el de entrada
superior, la bola y los asientos se instalan por la parte
superior.En el de cuerpo dividido, la bola y asientos se instalan
desde los extremos.
Las bolas tienen orificios completos, de venturi y de superficie
reducida. El orificio completo es igual al dimetro interior de la
tubera. El orificio de venturi tiene superficies reducidas y hay
flujo de venturi dentro del cuerpo. El vstago de la vlvula de la
bola no est, por lo general, sujeto a la bola. Estas vlvulas se
fabrican con una serie de materiales: hierro fundido, hierro dctil,
bronce, aluminio, acero al carbono, acero inoxidable, latn,
titanio, circonio. Los tamaos comunes son de hasta 36 [in] siendo
igual que las de macho, pueden ser de orificios mltiples y se puede
utilizar en lugar de dos o tres vlvulas rectilneas, lo cual
simplifica la tubera y reduce los costos.
4.8. Vlvulas de aguja.
Las vlvulas de aguja son, bsicamente, vlvulas de globo que
tienen machos cnicos similares a agujas que ajustan con precisin en
sus asientos. Por lo general, se utilizan como vlvulas para
instrumentos o en sistemas hidrulicos, aunque no para altas
temperaturas. Los extremos suelen ser roscados y sus tamaos can de
1/8 a 1 [in].
4.9. Vlvulas de ngulo.
Las vlvulas en ngulo son, bsicamente vlvulas de globo que tienen
conexiones de entrada y de salida en ngulo recto. Su principal es
para servicio de estrangulacin y presenta menos resistencia al
flujo que las de globo.
4.10. Vlvulas de compresin.
Las vlvulas de compresin son las ms sencillas y baratas de
todas. Se puede utilizar para servicio de corte o de estrangulacin
que puede variar de 10% al 95% de su capacidad especificada de
flujo. Entre sus caractersticas principales esta la poca cada de
presin para temperaturas moderadas y para paso de pastas aguadas.
Su principio de funcionamiento es oprimir un tubo flexible con un
mecanismo de compresin. Dado que la cada de presin en estas vlvulas
es pequea, son adecuadas para pastas aguadas y lquidos que
contienen gran cantidad de materia en suspensin.Los componentes
principales de la vlvula de comprensin son el cuerpo y un mecanismo
opresor. Estas vlvulas se fabrican con una amplia gama de
materiales que incluyen caucho, Hypalon, Neopreno, uretano, caucho
de butilo o de siliconas, buna-S y Viton A.
4.11. Vlvulas de Corredera.
Las vlvulas de corredera para controlar lquidos y gases a baja
presin, no se destinan a servicios en donde se requiere un cierre
hermtico, se pueden emplear en servicios en que los lquidos o gases
se pasan por la vlvula tienen alto contenido de slidos, pulpa de
papel o materiales granulados de libre fluidez.El elemento de
control del flujo consiste en uno o dos discos que se deslizan
entre asientos paralelos en el cuerpo, sin usar ningn mecanismo
expansor de discos.Los tamaos son desde 2 hasta 75 [in].
4.12. Vlvulas para tanque, de fondo plano.
Las vlvulas para fondo plano se utilizan para vaciar tanques y
otros recipientes.El disco de un tipo se eleva dentro del tanque;
El del otro tipo baja en la vlvula,Los componentes principales son
disco, vstago y cuerpo.
4.13. Vlvula de drenaje tipo ariete.
Otro tipo de vlvula para fondos planos es la de drenaje del tipo
de ariete o pistn, en el cual el ariete penetra en el tanque cuando
est cerrada u evita la acumulacin de materiales que podran obstruir
la salida del tanque o recipiente.Debido a las tolerancias tan
precisad entre el ariete y las piezas circundantes, es posible
utilizar esta vlvula en servicios a temperaturas muy bajas. El
ariete se mantiene hermtico con dos anillos elsticos de
empaquetadura a travs de los cuales se mueve los tamaos son entre 1
y 6 [in].
4.14. Vlvulas de Diafragma.
Las vlvulas de diafragma se utilizan en servicios para corte y
estrangulacin y desempean una serie de servicios importantes para
el control de lquidos.Las aplicaciones principales de las vlvulas
de diafragma son para bajas presiones y con pastas aguadas que
obstruiran las piezas funcionales de la mayor parte de otros tipos
de vlvulas. Estas vlvulas no requieren empaquetaduras en el vstago.
Los componentes principales son el cuerpo, el bonete y el diafragma
flexible. Los dos tipos generales de cuerpos son los rectilneos y
el de vertedero o Saunders.Las vlvulas rectilneas tienen los mismos
dimetros interior y conformacin que la tubera. La vlvula de
vertedero o Saunders es preferible para estrangulacin y tambin
produce cierre hermtico, los vstagos de las vlvulas de diafragma no
son giratorios; los diafragman slo se mueven hacia arriba o abajo
con ayuda de un pistn de compresin el cual, a su vez se mueve con
un abrazo de palanca o un vstago giratorio.Los extremos de la
vlvula pueden ser roscados, con brida soldados a tope, con
soldadura de enchufe o con roscas macho higinicas. Los tamaos
normales son entre 1/8 y 24 [in].
4.15. Vlvulas en Y.
Las vlvulas en Y, que son una modificacin de las vlvulas de
globo, tienen el conducto rectilneo de una vlvula de compuerta, se
obtiene una trayectoria ms lisa, similar a la de la vlvula de
compuerta y menor cada de presin que la vlvula de globo
convencional; cualquier especificacin de vlvula de globo se puede
satisfacer con la vlvula en Y.
4.16. Vlvulas de Retencin (Check).
Las vlvulas de retencin (check) son integrales y se destinan a
impedir la inversin del flujo en una tubera. La presin del fluido
circulante abre la vlvula; el peso del mecanismo de retencin y
cualquier inversin en el flujo la cierran.Hay diferentes tipos de
vlvulas de retencin y su seleccin depende de la temperatura, cada
de presin que producen y la limpieza del fluido. La vlvula de
retencin de bisagra (columpio) abre con la presin en la tubera pues
el flujo en sentido normal har que el disco oscile y se separe del
asiento.La vlvula de retencin de bisagra se utiliza con bajas
velocidades de fluido con inversiones de flujo poco frecuentes; las
principales caractersticas de estas vlvulas de retencin son mnima
resistencia al flujo, servicios de baja velocidad y con cambios de
direccin poco frecuentes. Los componentes principales de estas
vlvulas son el cuerpo, disco, pasador oscilante y tapa, las vlvulas
en Y tienen una abertura alineada con el asiento.Las vlvulas
rectilneas tienen un disco abisagrado en la parte superior, las
tapas son roscadas y los discos son metlicos. Estas vlvulas se
pueden instalar en una tubera horizontal o en una vertical con
flujo ascendente. La vlvula de retencin de disco inclinable es
similar a la de bisagra.Los componentes principales de la vlvula de
disco inclinado con el disco, el eje (varilla) de pivoteo y el
cuerpo. La unin pivotante del disco se encuentra justo encima del
centro y esta descentrada del plano del cuerpo, este diseo
disminuye el recorrido del disco y reduce la fuerza de cierre cosa
que reduce al mnimo el golpeteo.Estas vlvulas estn disponibles con
sello de anillo blando o de metal con metal.Las vlvulas grandes
tienen tambin un sello insertado.
4.17. Vlvulas Horizontales de Retencin.
En las vlvulas horizontales de retencin, se eleva un disco o
bola de sus guas desde su asiento por la presin de la circulacin
ascendente.En general, las vlvulas horizontales de retencin
requieren cadas de presin ms o menos grandes. Su construccin
interna es similar a la de las vlvulas de globo, sus caractersticas
de servicio incluyen cambios frecuentes de direccin, mayor
resistencia al flujo y prevencin de flujo inverso. Se utiliza con
vlvulas de globo y en ngulo.En estas vlvulas se utilizan dos tipos
principales de discos: disco de composicin y disco metlico que se
puede esmerilar; existen tres tipos de cuerpos: horizontal, en
ngulo y en vertical y se emplean tres tipos diferentes de tapas:
roscada, que se suele utilizar cuando se trabaja con presiones
bajas. Se puede instalar en una tubera horizontal o en una vertical
con circulacin ascendente.
4.18. Vlvula de Retencin de Bola.
En estas vlvulas, en lugar del disco guiado se utiliza una bola
o baln de libre rotacin, estn limitadas a tamaos pequeos y para
servicio con materiales viscosos o que producen depsitos.
4.19. Vlvulas de Retencin de Pistn.
Son muy similares a las horizontales se retencin y estn
esquipadas con un amortiguador.
4.20. Vlvulas de Retencin de Mariposa.
Los asientos de estas vlvulas son muy similares a los de las
vlvulas de mariposa y muchas veces se utilizan de combinacin con
ellas, mnima resistencia al flujo, cambios frecuentes de direccin y
para uso de tuberas equipadas con vlvulas de mariposa.
4.21. Vlvulas Especiales.
Su uso principal es en servicio de vapor. Vlvula de globo y
ngulo para retencin de vapor combinan la funcin de una vlvula de
cierre y de retencin porque producen corte positivo y evitan el
flujo inverso, su aplicacin principal es en plantas termoelctricas
en servicios de vapor y agua de alimentacin e incluye evitar el
flujo inverso de vapor desde el cabezal principal para vapor.Hay
dos tipos de cuerpos: rectilneos y en ngulo, en ambos cuerpos se
utiliza un vstago para fijar el disco en su posicin de asiento
porque el asiento no est completamente fijo; los materiales de
construccin de estas vlvulas son los diferentes aceros y su tamao
vara desde hasta 24 [in]. Vlvulas de Purga:Son vlvulas de globos
modificadas y su uso principal es en servicio del vapor a alta
presin, utilizado con frecuencia en combinacin de vlvula rectilnea
y de ngulo, pero tambin se pueden utilizar dos vlvulas similares o
algn otro tipo de vlvula.
Las vlvulas se instalan espalda con espalda o encontradas,
resisten deformaciones severas y la empaquetadura es especial para
servicio de purga.Cuando se utilizan dos vlvulas en serie, deben
abrir con rapidez y del todo para aumentar la duracin de sus piezas
movibles. Los tamaos suelen ser de 1 a 2 % [in].
5. CLCULOS DE COSTO DE LAS VLVULAS.
Los diversos tipos de vlvulas deben intervenir en la eleccin de
los tipos para cada servicio, el costo de las vlvulas se refleja en
las estimaciones del costo total de capital requerido. Las
elecciones entre vlvulas de globo o en ngulo de bonetes
atornillados o de unin o de disco metlico o de disco tipo macho, se
hacen con frecuencia meses antes de que los proveedores hayan
tenido oportunidad de cotizar.En la estimacin de costo de las
vlvulas, las empresas de ingeniera acostumbran estimar las vlvulas
junto con las tuberas con una distribucin de costos, hemos
encontrado que conforme aumenta la capacidad de las plantas de
proceso, el valor de las vlvulas en la inversin total aumenta con
ms rapidez que otros artculos pedidos en grandes cantidades o
sueltos. Es muy probable que a un ingeniero lo interese calcular
las vlvulas que no sean para plantas de xido de etileno.
6. SELECCIN DE VLVULAS PARA LA IPQ.
6.1. Seleccin de Vlvulas.
Las funciones de las vlvulas, ms que cualquier otra cosa son las
que limitan la eleccin. En la industria de procesos qumicos se
emplean vlvulas para gran variedad de flujos, desde slidos
granulados hasta desechos industriales. En general, las
caractersticas ms importantes a considerar son: viscosidad,
corrosividad y abrasividad.Hay que reconocer otras circunstancias
especiales, como el manejo de ms de un fluido con la misma vlvula o
las posibles altas presiones. La cada de presin en las vlvulas
puede explicar una parte considerable de las prdidas totales por
friccin en un sistema. La mejor seleccin de vlvulas es la que
producir mnima cada de presin y satisfar otros requisitos con
frecuencia, es necesario tener en cuenta el material de cuerpo por
separado de las guarniciones (es decir, las partes internas que
tienen contacto con el lquido) a fin de optimizar el diseo de la
vlvula desde un punto de vista econmico.
6.2. Vlvulas de Compuerta.
En la categora para cierre y paso, la vlvula de compuerta supera
a todas en porcentaje de unidades en operacin, pero aun as tiene
limitaciones. Estas vlvulas no se prestan a un control preciso del
flujo porque ocurre un porcentaje anormal de cambio de flujo cuando
est casi cerrada y a alta velocidad. Aunque hay variaciones, la
vlvula de compuerta, por lo general, produce menor cada de presin
en el sistema que cualquier otro tipo de vlvula.
6.2.1. Mecanismos de control de flujo.
La vlvula de compuerta ms comn es la de cua maciza, lisa con
asiento inclinado. Dado que las temperaturas y presiones de
operacin han aumentado; una solucin es la cua flexible que puede
funcionar con asientos desalineados y minimiza el desgaste de la
superficie de sellamiento.Esta cua es de forma de H y su
configuracin le da la elasticidad en este tipo de cua dividida
cuando los discos pueden girar con independencia. La vlvula de cua
dividida se utiliza ms en servicios corrosivos de baja presin,
tiene asientos integrales y su sellado hermtico sin ayuda de la
presin de lquido que compensa en forma automtica la desalineacin
angular de los asientos.
6.2.2. Movimientos de los elementos de control de flujo.
Se utiliza una serie de tcnicas para hacer que el vstago mueva
la compuerta para abrir y cerrar la trayectoria de flujo. En la
construccin de rosca externa y yugo, la cuerda del vstago nos hace
contacto con el medio circulante y se recomienda en aplicaciones a
altas temperaturas o en lquidos corrosivos.Hay disponibles trenes
de engranes que disminuyen la torsin requerida para mover las
compuesta; pero si se requiere operacin rpida, la nica solucin
aceptable es un actuador.
6.2.3. Mtodos de Sellamiento.
En las vlvulas de compuerta se requiere sellamiento en cuatro
lugares, tres de ellos son para evitar fugas al exterior y el
cuarto es para restringir el escurrimiento del fluido, por lo
general corriente abajo, cuando est cerrada la vlvula. En las
vlvulas para vapor a presiones y temperatura altas suelen ser del
tipo de bonete con sello de presin.Hay dos tipos bsicos de
sellamiento en las vlvulas de compuerta: contacto de metal con
metal y de metal en contacto con un metal que tiene un inserto de
material elstico; es difcil mantener este ajuste hermtico y cuando
se pone la vlvula en servicio se deben esperar algunas fugas despus
de unos cuantos ciclos de funcionamiento.Un sello de metal con un
metal en el que una de las superficies tiene un inserto elstico
produce sellamiento primario elstico y sellamiento secundario de
metal con metal, esta construccin solo se utiliza con temperaturas
y presiones que no perjudiquen el inserto elstico.
6.2.4. Requisitos de espacio y pesos.
Tambin tiene la desventaja de que es pesada y requiere mucho
espacio para instalarla, dado que las vlvulas de compuerta con
sensibles a las cargas impuestas por la tubera, se deben incluir
soportes adecuados en los tubos.
6.3. Vlvulas de macho.
Las vlvulas de macho, igual que las de compuertas modernas, se
destinan para servicio de paso y cierre; los componentes bsicos de
estas vlvulas son el cuerpo, el macho y la tapa. El macho es cnico
o cilndrico y tiene un conducto por el cual circula el lquido.Las
vlvulas de macho estn disponibles con abertura redonda, normal de
venturi y de recorrido corto siendo una caracterstica importante de
la vlvula de macho es su fcil adaptacin al tipo de orificios
mltiples.Las vlvulas de macho de tres y de cuatro vas tiene mucho
uso en la industria de procesos qumicos.
6.3.1. Movimiento de los elementos de control de circulacin.
En las vlvulas de un solo orificio el macho gira a 90 desde la
posicin de apertura total a la de cierre total y se la denomina, a
veces, vlvula de un cuarto de vuelta. Las vlvulas son orificios
mltiples pueden girar hasta 270, segn el nmero y la deposicin de
los orificios. La palanca es, casi siempre, en forma deL, por lo
tanto la palanca est perpendicular con la tubera cuando se cierra
la vlvula y queda paralela con ella cuando se abre la vlvula.
6.3.2. Mtodos para Sellamiento.
Los sellos para evitar el escurrimiento corriente abajo son
exclusivos de las vlvulas de macho.Hay dos tipos generales de
vlvulas de macho: lubricadas y sin lubricar, en el tipo lubricado
se inyecta lubricante a presin entre la cara del macho y el asiento
en el cuerpo para evitar fugas. Con la lubricacin se aprovecha la
ley de Pascal, debido a la multiplicacin de la fuerza, el
lubricante sirve tambin para separar el macho de su asiento y
reducir el esfuerzo inicial de rotacin, en un tipo de vlvula no
lubricada se utiliza sellos primarios elsticos contra uno o ambos
asientos.Mediante una accin de excntrica se logran la dilatacin y
contraccin perpendiculares de los segmentos de sellos.La vlvula de
macho con camisa tiene mucha aplicacin en las industrias de proceso
qumicos para manejar fluidos corrosivos, una camisa hecha con un
plstico de fluoro-carbono rodea por completo el macho y est fija en
su lugar por el cuerpo metlica.
6.3.3. Requisitos de espacio y peso.
La vlvula de macho es muy compacta y requiere un mnimo de
espacio.
6.4. Vlvulas De Bola.
6.4.1. Mecanismos de control de circulacin.
La vlvula de bola bsica es una adaptacin de la vlvula de macho.
Tiene una bola con un orificio en un eje geomtrico para conectar
las partes de entrada y de salida del cuerpo, en la posicin
abierta, al flujo es rectilneo y para cerrarla, se gira la bola a
90 grados, las vlvulas de bola son de tipos de venturi, orificio
reducido y orificio completo.
6.4.2. Movimientos de elementos de control de circulacin.
En general, los sistemas para mover la bola son similares a los
de las vlvulas de macho. Esta vlvula, igual que la de macho, tambin
es de un cuarto de vuelta,Los tamaos pequeos se hacen girar con una
palanca; en los grandes se utiliza una unidad de engranes, los
tamaos que requieren engranes son ms variables que en las vlvulas
de macho; hay que consultar con el fabricante.Un estilo de vlvula
de bola tiene un sistema exclusivo para la rotacin de la bola, la
parte roscada se impulsa hacia arriba o abajo con un yugo que se
hace girar con un volante y la ranura espiral en el vstago est
destinada para empujar por accin mecnica a la bola contra su
asiento cuando est cerrada, mediante una accin de excntrica y al
mismo tiempo eliminar la friccin entre la bola y su asiento durante
los ciclos de apertura y cierre.
6.4.3. Mtodos para sellamiento.
En las vlvulas de bola se emplean sellos contra fugas al
exterior que pueden ser desde sellos anulares hasta empaquetaduras
convencionales en el vstago. El sellamiento para las conexiones de
extremo debe ir de acuerdo con las especificaciones de tubera y los
sellos son idnticos a los utilizados para conectar tubos y
accesorios. Adems, se clasifican como de bola flotante o montada en
mun, en la vlvula de la bola flotante, la presin en la tubera
empuja a la bola flotante contra su asiento en el lado de corriente
abajo.Para las bolas de montaje en muones, la posicin de la bola de
fija superior e inferior con cojines y la presin en la tubera mueve
a los asientos contra la bola.En las vlvulas de bola flotante o
montadas en muones, los anillos de asiento pueden requerir
sellamiento contra el cuerpo para evitar fugas y escurrimientos;
las vlvulas de la bola son de funcionamiento rpido de 90 para
apertura y cierre, son de fcil mantenimiento no requiere lubricacin
y producen cierre hermtico a una torsin baja.
6.4.4. Requisitos de espacio y peso.
Las vlvulas de bola son compactas y pesan bastante. Son las
vlvulas estndar en la mayor parte de las plataformas petroleras
fuera de la costa y cada vez se emplean ms en las refineras de
petrleo.
6.5. Vlvulas De Globo.
6.5.1. Mecanismo de control de flujo.
La categora de vlvulas de globo abarca gran nmero de tipos que
incluyen los de operacin manual y automatizada para control. Estas
vlvulas se utilizan, normalmente, para aplicaciones con
estrangulacin y suelen tener una trayectoria tortuosa para
circulacin y a menudo un cambio de 90 en el sentido de la
circulacin. La cada de presin suele ser grande en las vlvulas de
globo y, para minimizar la cada, muchos fabricantes ofrecen vlvulas
en Y y en ngulo.
6.5.2. Movimientos de elemento de control de circulacin.
Los mismos que en las vlvulas de compuerta.
6.5.3. Mtodos para sellamiento.
Los problemas de sellamiento o cierre y sus resoluciones en las
vlvulas de globo son semejantes a los de las vlvulas de compuerta,
excepto el sello para restringir el escurrimiento corriente
abajo.
6.5.4. Requisitos de espacio y peso.
Las vlvulas de globo necesitan igual espacio y pesan casi lo
mismo que las de compuerta, aunque no son tan sensibles.
6.6. Vlvulas De Mariposa.
Las vlvulas de mariposa son del tipo de oscilacin total o con
asientos para el cierre. En la vlvula de cierre, se hace girar el
disco contra un asiento que suele tener un sello de elastmero, Las
vlvulas para baja presin suelen tener revestimiento completo con
caucho o material similar; cuando cierran el disco comprime el
revestimiento en los 360 grados.Los cuerpos de las vlvulas de
mariposa de tamao pequeo son de extremos roscados y se atornillan a
la tubera, las vlvulas de tamao ms grande estn destinadas para la
instalacin entre un par de bridas y se clasifican como tipo de
disco y tipo de orejas. Son adecuadas para servicio de paso y
cierre o de estrangulacin y tienen bajas prdidas por friccin de
lquidos, son adecuadas en especial para grandes volmenes de gases o
lquidos a presiones bajas.
6.7. Vlvulas De Diafragma.
Hay muchos tipos de cuerpos para las vlvulas de diafragma y
recaen en dos clasificaciones: de sumidero y de circulacin
rectilnea. La vlvula Saunders es la que ms se utiliza porque ofrece
cierre hermtico y una carrera corta que permite el uso de
materiales ms duros y menos flexibles, como el Tefln para el
diafragma.
Las vlvulas de diafragma no requieren empaquetadura en el
vstago, porque el diafragma asla los mecanismos de actuacin de los
flujos, La vlvula consta de un cuerpo, bonete y diafragma flexible.
La cada de presin en la vlvula de tipo de sumidero es ms o menos
igual a la de una vlvula de globo y, al igual que sta, la de
diafragma se utiliza a menudo en servicio de estrangulacin. Esta
vlvula es adecuada para productos viscosos, pastas aguadas o
lquidos corrosivos.
6.8. Vlvulas De Retencin.
Las vlvulas de retencin (check) impiden el flujo inverso en las
tuberas, son de funcionamiento automtico y se mantienen abiertas
por la presin de flujo que circula.Las vlvulas de retencin estn
disponibles en los tipos de bisagra, discoinclinable, elevacin
(disco, pistn o bola) o de cierre y retencin para vapor; en los
tipos ms recientes de las vlvulas ya no se utilizan tanto los
cuerpos con brida y ahora tienen cuerpos de placas u oblea para
instalacin entre bridas de tubo.Estos cuerpos estn disponibles con
placas sencillas montadas excntricas que producen efecto de disco
inclinable o con dos placas abisagradas en el centro.Este ltimo
tipo suele tener para ayudar al cierre rpido, la cada de presin en
cualquiera de los tipos de vlvulas con cuerpos de placas suele ser
ms grande en los tamaos pequeos que en los de bisagra y menor en
las ms grandes. El disco o bola en una vlvula de retencin de
elevacin sube dentro de guas en su asiento, por la presin
ascendente como la vlvula de retencin de pistn es un disco con
amortiguador y la cada de presin es mayor que cualquiera de los
otros tipos.Las vlvulas de cierre y retencin suelen ser de globo o
en ngulo y un vstago que se utiliza para tener un asentamiento
hermtico o restringir la elevacin del disco. Las vlvulas de pie son
vlvulas de retencin especiales y se utiliza en la parte inferior
del tubo de succin en una bomba horizontal.
6.9. SELECCIN DE VLVULAS DE ALTO RENDIMIENTO.Caractersticas de
los principales tipos de vlvulas utilizadas en industria de
procesos qumicos.
6.9.1. Vlvulas de macho:Su diseo sencillo y sin complicaciones
se ha conservado todo ese tiempo, debido a que todava es de
apertura y cierre rpido y operacin con de vuelta, a un costo mnimo,
los tipos mucho ms modernos vienen en tamaos hasta 34 [in] y con
capacidad hasta para 10000 [psi] de presin.Hay disponibles dos
tipos estndar de vlvulas de macho, uno es el lubricado que resuelve
los problemas de friccin, las vlvulas revestidas con un elastmero,
como el tetrafluoretileno (TFE), cada da se utilizan ms aunque
requieren altas torsiones.
6.9.2. Vlvulas de diafragma:Son bsicamente para paso y corte,
porque tienen caractersticas deficientes para estrangulacin con
bajo volumen de circulacin, pero su principal desventaja es el
material de diafragma, cuanto ms inerte sea el material como el TFE
que es menos flexible.
6.9.3. Vlvulas de compuerta:Presentan poca restriccin al flujo
cuando estn abiertas del todo ests vlvulas no son eficaces para
estrangulacin, con apertura total y en el manejo de pastas aguadas,
se acumulan los slidos en la cavidad del asiento e impiden el
cierre total.Hay disponibles algunos diseos modificados para
eliminar algunas de esas limitaciones. El sellamiento depende de la
torsin aplicada en el volante o la manija, en vez que sea en la
presin corriente arriba.
6.9.4. Vlvulas de globo:El uso principal de la vlvula de globo
es para estrangulacin porque puede producir una cada repetible de
presin en una amplia gama de presiones y temperaturas, sin embargo
tiene baja capacidad y duracin limitada del asiento debido a la
turbulencia.
6.9.5. Vlvulas de mariposa:Las vlvulas de mariposa son
sencillas, pequeas, de poco peso y de bajo costo. Su circulacin
rectilnea minimiza la acumulacin de sedimentos y produce poca cada
de presin. Otra ventaja es que son de de vuelta. Los tipos ms
recientes son para manejo de grandes volmenes de lquidos, gases o
pastas aguadas y estn disponibles en tamaos desde 2 [in] hasta ms
de 2 [ft].
6.9.6. Vlvulas de Bola:La vlvula de bola tiene ventajas
inherentes de baja torsin de operacin, buenas caractersticas de
estrangulacin y capacidad para alto volumen de flujo. Este diseo
adquiri importancia para las vlvulas de alto rendimiento cuando la
tecnologa de plastmeros y elastmeros ofreci materiales
confiables.
6.9.7. Sugerencias para determinar el tamao de las vlvulas.
La determinacin del tamao de las vlvulas tiene relacin con la
cada de presin un volumen establecido. El empleo de una vlvula de
cierre de tamao mayor que el necesario no produce ms dao que el de
un costo de capital ms alto.Las de tamao menor producirn circulacin
insuficiente en el sistema. El tamao mayor puede dar origen a una
caracterstica que no permite la apertura ni la facilidad de control
deseadas o se puede daar la vlvula si se la hace funcionar muy
cerca de la posicin cerrada. Por ningn motivo se debe hacer
funcionar una vlvula con menos de 10% de apertura.La cada
importante en la presin para determinar el tamao es la que ocurre
cuando la vlvula est abierta o en el caso de estrangulacin, en las
posiciones de uso mnimo, mximo y normal. Una vez determinada la
cada de presin, se calcula la constante o factor de circulacin (Cv)
de la vlvula. La cavitacin limita la confianza que se puede tener
en las frmulas de determinacin del tamao para lquidos, siempre que
la presin en la tubera cae a menos de la presin de vapor del lquido
que circula en ella, se produce vaporizacin instantnea.
6.9.8. Costos y Garantas.
La tendencia es hacia el diseo de vlvulas modulares para obtener
mxima flexibilidad en el inventario del fabricante y el usuario.
Adems, se han perfeccionado nuevos asientos de fcil reemplazo por
el personal de mantenimiento. Todas estas innovaciones han ayudado
a reducir los costos.Para las vlvulas no certificadas de produccin
normal que puedan tener mal funcionamiento o fallas se acostumbra
otorgar una garanta implcita.6.10. Seleccin De Vlvulas.
La seleccin de vlvulas implica muchas decisiones que van ms all
de una simple eleccin de cierto tipo o estilo; el criterio ms
importante es el rendimiento del sistema.
Para seleccin de vlvulas.
Productividad Rendimiento Cierre hermtico Sello Calidad Balanceo
Seguridad ptimas de la planta Limitaciones impuestas por algunos
reglamentos para proteccin del ambiente. Soporte de presin y
temperatura Soporte de corrosin Diseo y servicio Elegir los
materiales de fabricacin, peso, alineacin y tamao de la vlvula
Costos y garantas
6.11. Instalacin, Operacin Y Mantenimiento De Vlvulas.
Las vlvulas con extremos de brida son las que ms se utilizan en
la mayor parte de las tuberas de proceso.En los sistemas en que se
requieren instalacin firme y proteccin contra escurrimientos se
emplean vlvulas de extremos soldados. Los tamaos para tubos pequeos
suelen tener extremos roscados, segn sea el material del tubo y la
vlvula y el fluido que se va a manejar. En la figura 1 se ilustran
las caras tpicas de contacto con las bridas.Los extremos con brida
tienen dimensiones y capacidades de presin estndar para diversos
materiales de construccin. Los dimetros de la brida, los crculos y
agujeros para tornillos y los dimetros de las caras realzadas estn
incluidas en diversas normas del Ameritan National Standards
Institute (ANSI) y de Manufacturers Standarization Society of the
Valve and Fitting Industry (MSS). Las clases para presiones
idnticas o similares con diferentes materiales, tienen las mismas
dimensiones.Cuando se instalan bridas de acero de cara realzada en
bridas de hierro fundido, bronce o acero inoxidable, se debe tener
cuidado especial para no doblar o romper el material de menor
resistencia. Adems, si se unen bridas de acero de cara realzada con
bridas de cara plana de otros materiales, se recomienda desmontar
la cara realzada y utilizar una junta de ese tamao en la unin. Si
hay que utilizar la brida de acero de cara realzada, se recomiendan
tornillos de baja resistencia para evitar daos al material ms dbil.
La norma MSS SP 46; Instalacin de bridas de acero con cara realzada
en bridas de hierro fundido, latn bronce o acero inoxidable,
incluye las recomendaciones para esos casos.
6.11.1. Juntas.
Las juntas para las bridas entre vlvulas y tubos son de tres
categoras:
Blandas:Las juntas blandas son las hechas con elastmeros, las de
hojas de asbesto (amianto) comprimidas, que tienen por lo general
aglutinante de caucho sinttico para darles resistencia a la
corrosin y mejorar el sellamiento y las de materiales de
hidrocarburos fluorados, como el PTFE, con o sin relleno. Las
juntas blandas de empleo ms frecuente en servicio con productos
qumicos son las de hojas de asbesto comprimido y de PTFE
Semimetlicas:Las juntas semimetlicas incluyen las de camisa
metlica rellenas con asbesto, de las cuales hay muchos tipos, las
de metal corrugado y metal perfilado con asbesto pegado con
adhesivo en las ranuras concntricas y las de tipo devanado en
espiral con hoja de asbesto, papel o PTFE entre los devanados.
Metlicas:Las juntas metlicas son de diversos diseos
estandarizados. La junta anular es la ms comn aunque la junta
lenticular cada vez tiene ms aplicaciones en servicio para alta
presin.
Con muchas subdivisiones:Hay muchos tipos no estandarizados,
como las de metal corrugado, metal plano liso, metal perfilado con
ranuras en V concntricas y otras variantes. Estas juntas que no son
estndar no se utilizan mucho para bridas de tuberas.
La temperatura mxima de servicio en la mayor parte de las juntas
elastomricas no excede de 200C. Las de PTFE estn limitadas a 500F,
pues a ms temperatura empiezan a desintegrarse; se recomienda que
trabajen con temperaturas inferiores, por lo general unos 400F,
para evitar que fluya en fro. Las juntas blandas requieren bridas
con acabado ranurado de suficiente aspereza para evitar el
arrastre. Esto es de particular importancia con materiales de PTFE
que pueden fluir en fro.
6.11.2. Propiedades de las juntas semimetlicas.
Las juntas semimetlicas tienen limitaciones segn el tipo de
metal y de asbesto.El asbesto est emparedado, puede producir un
sellamiento satisfactorio aunque ya se haya pulverizado y no tenga
resistencia a la traccin. Se utilizan acero inoxidable o aleaciones
a base de nquel en la mayor parte de las juntas semimetlicas para
temperaturas superiores a los 1000F. Estas juntas requieren
diferentes acabados de superficie segn sea su tipo especfico. Las
juntas de asbesto con camisa de metal que se necesita para asentar
contra la brida y las juntas con ncleo metlico con asbesto en una
parte de la superficie sellan con gran facilidad en superficies
lisas.
6.11.3. Juntas anulares.
Las juntas anulares y lenticulares son las metlicas de empleo ms
comn en bridas de tubos. Las caras de las juntas anulares son
fciles de instalar y apretar; tienen la ventaja de un sellamiento
positivo y mantienen su integridad durante un incendio. Si la junta
no asienta en el borde interno habr una cavidad o bolsa en donde se
puede retener el lquido de la tubera.
Las uniones con junta anular tienen la ventaja de que no hay
cavidades que atrapen el lquido de la tubera. Se hacen con tanta
facilidad como con las bridas planas o de cara realzada. Se
requiere poca flexibilidad en la tubera para instalar o desmontar
una brida con unin lenticular, pero se necesita mucha elasticidad
para desmontar una brida con junta anular.
En las conexiones con brida los tornillos se deben apretar a la
torsin adecuada para el material y la clase de presin. Hay
publicaciones en donde se indica la torsin para bridas y
accesorios. Esto es muy importante con tornillos de baja
resistencia para que no queden esforzados en exceso al formar la
unin, pues pueden ocurrir fugas cuando se des-esfuerzan los
tornillos.
Las conexiones o extremos roscados son los de menor costo y las
puede hacer un operario no especializado; sin embargo, tienen
muchas desventajas. Es difcil sellar las fugas y las roscas estn
sujetas a corrosin, por lo cual si se corroen ser casi imposible
desarmarlas. Los materiales que se raspan con facilidad, como los
aceros inoxidables austenticos, son muy difciles de apretar.
Las vlvulas de acero y acero inoxidable con extremos soldados a
tope se maquinan a las normas ANSI B 16.5, ANSI B 16.25 y ANSI B
16.10. Con insertos consumibles se necesitan preparativos
especiales para soldar los extremos y no se incluyen en B 16.5. Se
debe tener cuidado de no daar los asientos de vlvula con las
salpicaduras de soldadura. Los asientos metlicos se deben cerrar
durante la soldadura y ponerles alguna proteccin en la superficie
del disco, si hay la posibilidad de que les llegue la salpicadura
de soldadura.
La vlvula se debe mantener lo ms fra que sea posible para evitar
la deformacin del asiento en el cuerpo. Esto es importante en las
vlvulas con enchufe soldado extremo con extremo. En las vlvulas de
bola con piezas internas de PTFE puede ser necesario desmontar los
asientos para no daarlos con el calor de la soldadura.
Otros tipos de conexiones de extremo, como las de cubo y de
compresin no se utilizan mucho en vlvulas para procesos. Se deben
solicitar recomendaciones al fabricante si se quiere
utilizarlas.
6.11.4. Sistemas soldados.
Los sistemas de tuberas soldadas ofrecen la mxima seguridad de
hermeticidad en las uniones. Los extremos soldados de enchufe se
utilizan para tamaos hasta de 2 [in] de dimetro y los soldados a
tope para tamaos ms grandes. En algunos casos se utiliza soldadura
a tope en los tamaos pequeos para evitar la cavidad que hay en la
conexin de soldadura de enchufe.Las conexiones de extremo de
enchufe son ms fciles que las soldaduras a tope y requieren menos
pericia. Al instalar conexiones de enchufe soldadas, no se debe
asentar el tubo a fondo en el enchufe antes de soldar, pues
producir esfuerzos muy altos cuando el metal de la soldadura se
contraiga y tire del tubo hacia el enchufe.
6.11.5. Precauciones durante la instalacin.
El manejo es de suma importancia, en especial para vlvulas
grandes que requieren el uso de un polipasto. Las vlvulas no se
deben levantar por el volante, brazos del yugo o mecanismo de
operacin. Se deben colocar eslingas debajo del cuerpo en forma que
impidan que se invierta. Cuando se reciben las vlvulas es
preferible dejarlas en su empaque original, salvo que se vayan a
guardar bajo techo. Los protectores de las bridas no se deben
quitar sino hasta el momento de instalarlas y, despus de quitarlos,
se debe inspeccionar si el interior de la vlvula est limpio y hay
que quitar los cuerpos extraos. Por lo general, las vlvulas se
deben almacenar con los discos cerrados. Hay que accionar las
vlvulas un ciclo completo de cierre, apertura y cierre para probar
su funcionamiento. Las vlvulas de retencin se suelen embarcar con
algn tope interno para proteger al disco y al asiento contra daos
mecnicos. Hay que quitar el tope antes de instalar la vlvula en la
tubera. El espacio entre las bridas de la tubera se debe establecer
de modo que se puedan instalar las vlvulas sin combar los tubos.
Las vlvulas no se destinan a uso como elementos de tensin o
compresin para aproximar o separar tuberas mal instaladas. Una vez
que la vlvula est conectada, hay que comprobar que los tornillos
del bonete estn apretados. Las tuercas se pueden aflojar durante el
embarque y las juntas pueden estar poco comprimidas o escurrirse y
permitir fugas entre el cuerpo y el bonete. Se debe comprobar el
apretamiento de los tornillos del prensaestopas.
6.11.6. Estoperos.
El sellamiento del vstago de la vlvula requiere un estopero y
empaquetadura de acuerdo con la construccin de la vlvula. Se
utilizan dos tipos: estopero convencional y sellos anulares.Las
vlvulas en que el vstago sube y baja, aunque no gire, necesitan
estopero.Pueden ser sencillos o dobles con anillo de cierre
hidrulico. Los estoperos sencillos se utilizan en vlvulas con
capacidad hasta 150 [psi] de presin y en las de menos de 2 [in] de
dimetro. Los estoperos dobles pueden tener la zona del anillo
machuelada y con tapones a una conexin para que salga el
lquido.
6.11.7. Sellamiento con sellos anulares.
Los sellos anulares de elastmero producen buen sellamiento pero
no son adecuados cuando hay movimiento deslizante a lo largo del
estopero. El PTFE no es satisfactorio como sello dinmico, ni
siquiera con las vlvulas de 1/4 de vuelta por su tendencia a fluir
en fro. Los sellos anulares rara vez se utilizan para altas
presiones y temperaturas por las limitaciones de su material. Las
vlvulas con sello de fuelle tienen un fuelle metlico que produce
una barrera entre el disco y la unin entre el cuerpo y el
bonete.
El fuelle es ms eficaz que el estopero convencional u otro tipo
similar de empaquetadura. Suelen tener tambin un estopero
convencional y a menudo tienen un detector de fugas para avisar en
caso de falla.
El fuelle es el punto dbil del sistema y su duracin puede ser
muy variable.
Las presiones mximas estn limitadas por la construccin del
fuelle y el tamao de la vlvula y suelen ser menores a 500 [psig]. A
falta de cualquier otro mtodo para proveer un sello equivalente, se
debe usar el fuelle, pero hay que reconocer sus limitaciones.
6.11.8. Mantenimiento.
El mantenimiento de las vlvulas en servicio suele estar limitado
a apretar los tornillos de la unin entre el bonete y el cuerpo y
los del estopero, aunque en, caso de emergencia se pueden instalar
nuevos anillos de empaquetadura.
El reemplazo de sta en una vlvula que est en servicio siempre es
peligroso y slo se debe intentar despus de que el asiento posterior
est asentado en forma hermtica contra el bonete; estos asientos slo
se utilizan en las vlvulas de compuerta y de globo.
El mantenimiento extenso de las vlvulas de una tubera, aunque
est fuera de servicio, slo se hace en circunstancias inusitadas. El
grado de reparaciones con las vlvulas instaladas est limitado por
su diseo. Es mucho ms conveniente desmontar una vlvula con bridas e
instalar una de repuesto, que intentar repararla instalada, aunque
el diseo de la vlvula permita hacer ciertas reparaciones sin
desmontarla. A veces, a las vlvulas grandes se les puede dar
servicio cuando estn instaladas, pues puede ser difcil desmontarlas
para llevarlas al taller.
Las vlvulas que se pueden reparar sin desmontarlas, para
corregir problemas con el asentamiento e instalar nuevos discos o
sellos de asiento, son las de compuerta, globo, retencin, macho,
bola de entrada superior y diafragma.
Hay que desmontar la mayor parte de las vlvulas de bola y de
mariposa para tener acceso a los sellos de la bola y de los
asientos.
La rectificacin de los asientos de las vlvulas de compuerta y de
retencin de bisagra requiere el uso de una mquina especial que se
monta en la brida del cuerpo.
6.11.9. Ventajas de la reparacin en el taller.
El desmontaje de las vlvulas de la tubera para repararlas tiene
algunas ventajas.Muchas veces la prdida de tiempo ser menor si se
tienen disponibles las vlvulas para repuesto. La calidad de las
reparaciones ser mejor y la inspeccin ms precisa porque se tendr
acceso a todas las superficies. Adems, se puede probar la
hermeticidad del asentamiento, lo cual es difcil si la vlvula est
instalada.
6.12. El Reacondicionamiento Deja Como Nuevas Las Vlvulas
Viejas
Qu incluye el trabajo?El reacondicionamiento de vlvulas implica
mucho ms que la simple limpieza siendo un proceso mediante el cual
se reconstruyen las vlvulas para lograr caractersticas de
funcionamiento iguales a las de una vlvula nueva.El procedimiento
tpico para reacondicionamiento es:
a) Desarmar la vlvula y limpiar los componentes con productos
qumicos o con chorro de arena.b) Inspeccionar con cuidado los
componentes.c) Soldar para rellenar superficies gastadas o maquinar
para producir superficies nuevas.
6.12.1. Tiempos de entrega.
Los tiempos de entrega de vlvulas estndar, de tamaos comunes,
son de dos a cuatro semanas. Las vlvulas grandes (8 in o ms) pueden
requerir cuatro a seis semanas y las muy grandes (por ejemplo, las
de compuerta de 36 in) de cuatro a ocho semanas. Sin embargo,
muchos reacondicionadores ofrecen servicio para caso de emergencia
y pueden devolver las vlvulas en cuestin de das, si se les autoriza
tiempo extra. Puede ocurrir que un reacondicionador entregue una
vlvula grande reparada en menos tiempo del requerido para recibir
una vlvula nueva.Algunos tienen en existencia vlvulas pequeas
reparadas para entregarlas a cambio de las vlvulas usadas.En
algunas zonas, puede ser necesario embarcar las vlvulas al
reacondicionador; en las ciudades grandes los talleres recogen y
entregan a domicilio. Adems, los fabricantes suelen tener talleres
autorizados en todas las poblaciones importantes, lo cual elimina
las demoras ocasionadas por el embarque.
6.13. Vlvulas De Mariposa Para Fluidos De Proceso.
Las vlvulas de mariposa tienen caractersticas combinadas para
control de circulacin y cierre de estrangulacin. Su diseo compacto,
la amplia disponibilidad de elastmeros y los materiales de alto
contenido de aleacin permiten utilizarlas con muchos fluidos de
proceso.Las vlvulas de mariposa se utilizan en las industrias de
procesos qumicos para el manejo de lquidos, gases y slidos.Aunque
las vlvulas de mariposa son excelentes vlvulas de control, su uso
ms comn es para cierre. Producen cierre hermtico a prueba de goteo
en casi cualquier aplicacin en un proceso, incluso vapor, aire,
gases, lquidos, pastas aguadas y slidos.El funcionamiento bsico de
una vlvula de mariposa es sencillo pues slo requiere una rotacin de
90 del disco para abrirla por completo. La sencillez del
funcionamiento ha aumentado mucho el empleo de estas vlvulas con
control automatizado remoto o local.
6.13.1. Lmites de presin y temperatura.
La funcin primaria de la mayor parte de las vlvulas de mariposa
es producir un cierre positivo. Los elastmeros permiten al diseador
de vlvulas lograr mayor resistencia a los fluidos del proceso. Se
han logrado muchos adelantos en la composicin y moldeo de
elastmeros y ya hay vlvulas de mariposa con funcionamiento
confiable que cierran a 720 [psi].
Las vlvulas de mariposa son ms ligeras de peso que las de
compuerta, macho o bola, lo cual es una ventaja para la instalacin,
pues se pueden manejar sin gras en tamaos hasta de 10 [in]. Para
los sistemas de tubera en que se utilizan se pueden emplear perchas
(suspensores) y soportes de tubos ms ligeros. Casi todas estas
vlvulas tienen construccin de fondo seco que impide que los lquidos
del proceso lleguen hasta el cuerpo.
La vlvula de mariposa puede tener cuerpo de acero al carbono o
de hierro dctil y slo las partes internas hmedas se hacen con
material de aleacin. En el control de flujo, las ventajas de las
vlvulas de mariposa incluyen la facilidad de mantenimiento sin
necesidad de herramientas o equipo especiales y sin necesidad de
paros de la planta. Las del tipo de placa u oblea son muy fciles de
instalar; todo lo que se requiere es poner parte de los tornillos
en la parte inferior de las bridas e introducir la vlvula entre las
bridas hasta que descanse en la cuna formada por los tornillos.
Despus se aprietan los tornillos hasta que los sellos de extremo
estn bien sujetos y haya contacto de metal con metal.Las diversas
temperaturas y presiones de los materiales requieren la
configuracin y guarniciones para ese servicio.Se debe tomar en
cuenta lo siguiente al seleccionar vlvulas de mariposa: Tamao de la
tubera Tipo de fluido que manejar la vlvula Viscosidad y densidad
relativa del fluido Temperaturas mnima, mxima y promedio Presiones
mnima, mxima y normal en la tubera. Volmenes de flujo mnimo, mximo
y normal. Cada de presin con circulacin mxima y mnima Tipo de
brida. Holgura para el disco Condiciones para el cierre Estar
sometida a libre descarga?
6.13.2. Aplicacin de las vlvulas de mariposa.
Estas vlvulas se han utilizado en la industria de procesos
qumicos durante muchos aos en sistemas de distribucin de agua,
torres de enfriamiento y tuberas para aire, como como vlvulas de
aislamiento o admisin de bombas y en tuberas para espuma y agua en
los sistemas de extincin de incendios.Tambin trabajan bien en
servicio en procesos secos como polmetros y resinas pulverizados,
vlvulas de descarga de tolvas y secadoras, en tuberas para
transporte neumtico y en sistemas de recuperacin de polvos.
6.14. Seleccin Y Aplicacin De Vlvulas Para Cierre De
Tuberas.
6.14.1. Mtodos tradicionales para cierre
Se ha utilizado una serie de mtodos mecnicos, sin uso de
vlvulas, para tener cierre positivo de las tuberas. Entre ellos se
cuentan una placa maciza entre las bridas, brida y carrete ciegos o
lisos y vlvula doble de cierre y purga en que se utiliza una vlvula
para drenaje.Todos estos mtodos son costosos y requieren mucho
tiempo. Para resolver las desventajas de esos mtodos se ha creado
una serie de vlvulas especiales para cierre de tuberas.
Vlvula estndar: es costosa; no hay seguridad intrnseca de cierre
positivo; puede tener escurrimiento. Placa maciza entre las bridas:
es poco costosa, pero requiere mucha mano de obra y tiempo para
accionarla. Bridas ciegas: requieren mucha mano de obra y tiempo,
son engorrosas y pesadas. Doble cierre y purga: no hay seguridad
intrnseca de cierre absoluto, puede escurrir. Vlvula de cierre de
tubera: positiva, segura, indicacin visible de su posicin, econmica
cuando se tiene en cuenta el costo total. Algunos fabricantes han
creado dispositivos y vlvulas para cierre de tuberas en tamaos
desde 1/2 hasta 64 [in.] y con capacidad de presin de ms de 3 000
[psi]. Placa maciza entre las bridas: Requiere sacar algunos de los
tornillos y tuercas de las bridas y separar las bridas para colocar
la placa, volver a colocar y apretar los tornillos y tuercas para
fijar la placa. Se requieren dos o ms operarios y herramientas para
cerrar un tubo en esta forma y una cantidad igual de tiempo para
quitar la placa y volver a atornillar las bridas para abrir la
tubera Doble cierre y purga: Este mtodo, que consta de un carrete
con vlvula de purga instalado entre dos vlvulas, a menudo se
considera como un cierre, no es 100% positivo.
6.14.2. Placa entre las bridas o cierre de 3 tornillos para el
tubo.
Es el caso real de un usuario que instal vlvulas para cierre de
la tubera.
En muchos casos, la economa es el factor decisivo para el uso de
las vlvulas de cierre de tuberas o los mtodos antiguos, que
requieren ms tiempo. Cuando el cierre es poco frecuente, el mtodo
antiguo puede ser menos costoso, pero cuando se requiere cierre
frecuente y positivo, la vlvula es la mejor eleccin.Cuando hay la
posibilidad de que se escape lquidos o gases inflamables o txicos
por una vlvula o cuando hay que tener seguridad absoluta contra la
contaminacin de los productos por mezclado, es esencial el cierre
de la tubera; adems, no se debe olvidar el aspecto econmico cuando
los escurrimientos puedan ocasionar la prdida de productos costosos
o daos ambientales.
6.15. CONCLUSIONES.
Las vlvulas utilizadas para aislar equipo, instrumentos y
componentes de la tubera (coladores, trampas de vapor, filtros en
la tubera, etc.) cuando se necesita mantenimiento se llaman vlvulas
de bloqueo o de cierre.
Cualquier vlvula que no est ni abierta del todo ni cerrada del
todo durante el funcionamiento de la planta, se puede considerar
como vlvula de bloqueo.
Vlvula, dispositivo mecnico empleado para controlar el flujo de
un gas o un lquido, o en el caso de una vlvula de retencin para
hacer que el flujo slo se produzca en un sentido.
En el caso de que el fluido sea corrosivo puede ser necesario
emplear aleaciones, como acero inoxidable.
Las vlvulas pueden accionarse de forma manual, a travs de un
servomecanismo o mediante el flujo del propio fluido
controlado.
La vlvula de mariposa tiene la ventaja de combinar las funciones
de la vlvula de cierre y de control de estrangulacin.
La reparacin de una vlvula se considera econmica si se puede
reacondicionar a un costo no mayor al 65 % del precio de
reposicin.
6.16. BIBLIOGRAFA.
RICHARD W GREENE, Vlvulas, Seleccin, Uso y Mantenimiento,
Mc.Graw-Hill/Interamericana de Mxico, S.A. de C.V, abril 2001
