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Albornoz Euán Miroslava Abigail
Vázquez Santisbón Eder Luis
Martínez King Miguel Ángel
TIPOS DE CUERPOS DE VALVULAS
• Una válvula es definida como un elemento de una línea de
cañerías, destinado a controlar de alguna forma el flujo de un
fluido, desde flujo total, flujo parcial hasta flujo cero. Existe una
gran variedad de diseños, de acuerdo a su uso y en una
variedad de materiales, apropiados para cada aplicación
particular.
En la figura puede verse una válvula de control típica. Se compone
básicamente del cuerpo y del servomotor.
El cuerpo de la válvula
contiene en su interior el
obturador y los asientos y
está provisto de rosca o de
bridas para conectar la
válvula a la tubería. El
obturador es quien realiza la
función de control de paso
del fluido y puede actuar en
la dirección de su propio eje
o bien tener un movimiento
rotativo. Está unido a un
vástago que pasa a través
de la tapa del cuerpo y que
es accionado por el
servomotor.
Cuerpo de la válvula
El cuerpo de la válvula debe resistir la temperatura y
la presión del fluido sin pérdidas, tener un tamaño
adecuado para el caudal que debe controlar y ser
resistente a la erosión o a la corrosión producidas por
el fluido.
El cuerpo y las conexiones a la tubería (bridadas o
roscadas) están normalizados de acuerdo con las
presiones y temperaturas de trabajo en las normas
DIN y ANSI,
entre otras.
Tapa de la válvula
La tapa de la válvula de control tiene por objeto unir el cuerpo al servomotor. A su
vez, desliza el vástago del obturador accionado por el motor. Este vástago, dispone
generalmente de un índice que señala en una escala la posición de apertura o de
cierre de la válvula.
Para que el fluido, no se escape a través de la tapa, es necesario disponer de una
caja de empaquetadura entre la tapa y el vástago. La empaquetadura ideal, debe
ser elástica, tener un bajo coeficiente de rozamiento, ser químicamente inerte y ser
un aislante eléctrico, con el fin de no formar un puente galvánico con el vástago que
dé lugar a una corrosión de partes de la válvula. La empaquetadura que se utiliza
normalmente, es de teflón, cuya temperatura máxima de servicio es de 2200 C. A
temperaturas superiores o inferiores a este valor es necesario o bien emplear otro
material o bien alejar la empaquetadura del cuerpo de la válvula para que se
establezca así un gradiente de temperaturas entre el fluido y la estopada y esta
última pueda trabajar satisfactoriamente.
La empaquetadura normal no proporciona un sello perfecto para el fluido. En el caso
de fluidos corrosivos, tóxicos, radiactivos, o muy voliosos hay que asegurar un cierre
total en la estopada. Los fuelles de estanqueidad 10 proporcionan al estar unidos por
un lado al vástago y por el otro a la tapa. La estanqueidad lograda es tan perfecta
que las posibles fugas s610 pueden detectarse mediante ensayos realizados con un
espectrómetro de masas.
Así pues, según las temperaturas de trabajo de los fluidos y el grado de estanqueidad
deseada existen los siguientes tipos de tapas:
Tapa normal
Tapa de aletas de radiación
Tapas de con columnas de extensión
Tapa con fuelle de estanqueidad
TIPOS DE TAPAS
Tapa normal adecuada para trabajar a temperaturas del fluido variables entre
0 y 220 C.
Tapa con aletas de radiación circulares o verticales que puede trabajar entre --20 a
450 C, recomendándose que por encima de 350 C, la válvula se monta invertida para
facilitar el enfriamiento de la empaquetadura.
Las columnas son adecuadas cuando el fluido está a temperaturas muy bajas. Como
guía en su selección se recomiendan las siguientes longitudes:
Tapa con columnas de extension
Tapa con fuelle de estanqueidad para temperaturas de servicio entre
-20 Y 450C.
La caja de empaquetadura de la válvula consiste en unos anillos de estopada
comprimidos por medio de una tuerca
o bien mediante una brida de presión regulable con dos tuercas. La empaquetadura puede
ser apretada manualmente de modo periódico o bien ser presionada elásticamente con un
muelle apoyado interiormente en la tapa
Laempaquetadura normal suele ser de aros de teflón, de sección en V, comprimidos con un
resorte con la ventaja de que el teflón es autolubrificante y no necesita engrase. Cuando
el fluido y las condiciones de servicio. no permiten el empleo aislado del teflón se utiliza
fibra formada normalmente por amianto combinado o no con teflón y con un collarín
intermedio para la lubricación. El engrase se realiza mediante un lubricador dotado de
válvula aisladora.
En los casos en que el fluido es tan tóxico que debe impedirse su fuga a través de la
estopada y por alguna razón no pueden emplearse los fuelles de estanqueidad, se utilizan
empaquetaduras dobles con dos collarines de lubricación. Esta disposición permite la
inyección de gas inerte. Incluso, si partes pequeñas del fluido fugan, pueden recuperarse
por succión a través de dichos collarines.
Existen diversos tipos de empaquetaduras según sean las presiones y temperaturas de
trabajo y el tipo de fluido. En la tabla puede verse una guía de selección.
Las empaquetaduras con engrase pueden emplear varios tipos de lubricantes,
según sea el tipo de fluido y las condiciones de servicio exigidas.
En la tabla pueden verse los tipos comunes de lubricantes empleados y
sus aplicaciones.
Partes internas de la valvula
Como partes internas de la válvula se consideran generalmente las piezas metálicas
internas desmontables que están en contacto directo con el fluido. Estas piezas son el
vástago, la empaquetadura, el collarín de lubricación en la empaquetadura (si se
emplea), los anillos de guía del vástago, el obturador y el asiento o los asientos. Hay
que señalar que el obturador y el asiento constituyen el corazón de la válvula al
controlar el caudal gracias al orificio de paso variable que forman al variar su posición
relativa, y que además tienen la misión de cerrar el paso del fluido.
Para la seleccion adecuada del obturador intervienen tres puntos principales:
1. Materiales normales y los especiales aptos para contrarrestar la corrosión, la .
erosión y el desgaste producidos por el fluido.
2. Características de caudal en función de la carrera.
3. Tamaño normal o reducido que permite obtener varias capacidades de caudal de la
válvula cón el mismo tamaño del cuerpo.
Materiales
El obturador y los asientos se fabrican normalmente en acero inoxidable porque este
material es muy resistente a la corrosión y a la erosión del fluido. En las tablas
siguientes figuran los materiales estándar y los especiales utilizados en los
obturadores y asientos.
Cuando la velocidad del fluido es baja, pueden utilizarse PVC, fluorocarbonos y
otros materiales blandos, solos o reforzados con fibras de vidrio o grafito. En algunas
válvulas pueden utilizarse obturadores y asientos de cerámica.
Características de caudal inherente
El obturador determina la característica de caudal de la válvula; es decir, la relación
que existe entre la posición del obturador y el caudal de pasó del fluido.La
característica de un fluido incompresible fluyendo en condiciones de presión diferencial
constante a través de la válvula se denomina característica de caudal inherente y se
representa usualmente considerando como abscisas la carrera del obturador de la
válvula y como ordenadas el porcentaje de caudal máximo bajo una presión
diferencial constante. .
Las características más significativas son la de apertura rápida, la lineal y la
isoporcentual, siendo las más importantes estas dos últimas. 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 ia característica de la válvula.
En la figura pueden verse varios tipos de obturadores cuya forma y mecanización
determina esta característica
El obturador con característica de apertura rápida. tiene la forma de un disco plano. En la
figura tambien puede verse que el caudal aumenta mucho al principio de la carrera
llegando rápidamente al máximo.
En el obturador con característica lineal el caudal es directamente poporcional a la carrera
según la ecuación:
q=KI
En la que
q = caudal a pérdida de carga constante
K = constante
I = carrera de la válvula
Gráficamente se representa por la Iinea recta de la figura. El campo de control de
caudales que la válvula es capaz de regular manteniendo la curva característica
inherente es en la válvula lineal de 15 a 1 o de 30 a 1. Si bien teóricamente podría ser
infinita, las dificultades de fabricación la limitan a este valor.
En el obturador con caracteristica isoporcentual
Cada incremento de carrera del obturador produce un cambio en el caudal que es
proporcional al caudal que fluía antes de la variación.
La ecuación correspondiente es:
Criterios Básicos para la Selección de
Válvulas
La gama de diseños y tipos de Válvulas
industriales disponibles en el mercado actual,
independientemente de marcas y características
diferenciadoras de tipo comercial, es muy amplia y
ofrece múltiples posibilidades al ingeniero de
aplicación y cualquier persona técnico o comercial
que tiene que tomar una decisión acerca de la
selección de los correctos equipos para cada
escenario.
Elección del tipo de válvula de acuerdo a su
función .
Nuestra primera base de elección estará basada en la función
de la válvula o equipo debe de realizar en la planta para ello
distinguiremos las siguientes funciones:
•Aislamiento: Deseamos interrumpir el flujo de la línea en de
forma total y cuando sea preciso.
•Retención: Necesitamos impedir que el flujo no retroceda hacia
la zona presurizada cuando esta decrece o desaparece.
•Regulación: Queremos modificar el flujo en cuanto a cantidad,
desviarlo, mezclarlo o accionarlo de forma automática.
•Seguridad: Necesitamos proteger equipos y personal contra la
sobre presión.
Determinación de la Presión Nominal.
El siguiente factor es determinar el Rating o Presión Nominal de Diseño de la
válvula, este factor esta determinado por los datos de proceso en planta,
fundamentalmente por la intersección entre presión de trabajo efectiva y
temperatura de trabajo efectiva. Existen unas presiones de diseño o Rating de
fabricación estándar sobre los que especificar, estos difieren entre las Normas DIN
o ANSI, los más comunes se representan en la siguiente tabla con su equivalencia
más cercana:
DIN ANSI
PN 10 Clase 125
PN 16 Clase 150
PN 25 Clase 300
PN 40 Clase 600
PN 64 Clase 900
PN 100 Clase 1500
PN 250 Clase 2500
Estas clases de presión nominal no deben de tomarse mas que como una selección
de la válvula en función de la curva de intersección entre la presión y la
temperatura máxima del proceso. Debemos de considerar siempre que la presión
máxima decrece con el aumento de la temperatura y viceversa.
Determinación de los materiales constructivos
En función del factor anterior así como la compatibilidad química
y de resistencia a la corrosión y erosión de los fluidos, debemos
de escoger los materiales constructivos de las diversas partes de
la válvula.
Desde el punto de vista de selección de materiales de una válvula
debemos de considerar siempre los siguientes:
•Cuerpo retenedor de presión, parte húmeda en contacto con el
fluido.
•Partes blandas y empaques
•Tornillería de unión y recubrimientos exteriores.
Sobre el cuerpo observaremos que el material disponible sea
compatible con el fluido en términos de compatibilidad química.
No solamente observaremos esta compatibilidad sino también
otros factores encaminados a la abrasión
Selección del accionamiento
Las Válvulas pueden ser accionadas de diversas formas:
•Manualmente
•Auto accionadas por el propio fluido
•Accionadas por actuadores externos
La selección del tipo de accionamiento esta condicionada
por las necesidades en planta
Selección del Tamaño (DN) de la Válvula
Las Válvulas están normalizadas a un tamaño o Diámetro
Nominal de acuerdo a los Estándares internacionales. El
dimensionado de la válvula se realizara de acuerdo al caudal
de circulación en línea y otros factores del proceso.
Cuando seleccionemos la válvula tenemos que considerar
aspectos como la Cavitación y presión diferencial entre otros
Las válvulas. pueden ser de varios tipos según sea el
diseño del cuerpo y el movimiento del obturador.
Las válvulas de movimiento lineal en las que el
obturador se mueve en la dirección de su propio eje se
pueden clasificar de la siguiente manera:
Válvula de globo Válvula de tres vías
Válvula de jaula Válvula en ángulo
Válvula de compuerta Válvula en Y
Válvula de cuerpo partido Válvula Saunders
Válvula de compresión
• Destinada a la regulación de flujos y operación frecuente,
introduce una caída de presión en la línea y proporciona un
cierre hermético
El asiento es paralelo a la dirección del fluido por lo que
introduce turbulencia y resistencia al paso del Iíquido.
La fuerza necesaria para
cerrarla es comparativamente
mayor que en el caso de las,
válvulas de compuerta y de
bola, pero el recorrido del
vástago es mucho menor.
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 . Se caracterizan por el fácil desmontaje del obturador y
porque éste puede incorporar orificios que permiten eliminar
prácticamente el desequilibrio de fuerzas producido por la presión
diferencial favoreciendo la estabilidad del funcionamiento. Por este
motivo, este tipo de obturador equilibrado se emplea en válvulas
de gran tamaño o bien cuando deba trabajarse con una alta
presión diferencial.
• Destinada a operar totalmente abierta o totalmente cerrada,
no introduce caída de presión en la línea. No tiene un sentido
de flujo. Se diferencian unas de otras por:
• •Tipo de unión entre cuerpo y bonete (con hilo, apernada,
soldada)
• • Tipo de vástago (con hilo externo o hilo interno)
• •Tipo de disco o compuerta (cuña de una pieza o de dos
piezas)
Válvula de cuerpo partido
Esta válvula es una modificación de la válvula de globo de simple
asiento teniendo el cuerpo partido en dos partes entre las cuales
está presionado el asiento. Esta disposición permite una fácil
sustitución del asiento y facilita un flujo suave del fluido sin espacios
muertos en el cuerpo. Se emplea principalmente para fluidos
viscosos y en la industria alimentaria.
Válvula de tres vías
Este tipo de válvula se emplea generalmente para mezclar fluidos
válvulas mezcladoras o bien para derivar de un flujo de entrada
dos de salida válvulas diversoras . Las válvulas de tres vías
intervienen típicamente en el control de temperatura de
intercambiadores de calor.
Válvula en ángulo
Esta válvula representada en la figura , permite obtener un flujo
de caudal regular sin excesivas turbulencias y es adecuada para
disminuir la erosión cuando ésta es considerable por 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 en Y
En la figura puede verse su forma. Es adecuada como válvula de
cierre y de control. Como válvula todo-nada se caracteriza por su
baja pérdida de carga y como válvula de control presenta una
gran capacidad de caudal. Posee una característica de
autodrenaje cuando está instalada inclinada con un cierto ángulo.
Se emplea usualmente en instalaciones criogénicas.
Válvula Saunders
En la válvula Saunders , 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 porque el cuerpo puede revestirse
fácilmente de goma o de plástico para trabajar con fluidos
agresivos.
Válvula de compresión
Esta válvula funciona mediante el pinzamiento de dos o más
elementos flexibles, por ejemplo, un tubo de goma. Igual que las
válvulas de diafragma se caracterizan porque proporcionan un
óptimo control en posición de cierre parcial y se aplican
fundamentalmente en el manejo de fluidos negros corrosivos,
viscosos o conteniendo partículas sólidas en suspensión .
Las válvulas en las que el obturador tiene un
movimiento circular se clasifican como se detalla a
continuación.
Válvula de obturador excéntrico rotativo
Válvula de obturador cilíndrico excéntrico
Válvula de mariposa
Válvula de bola
Válvula de orificio ajustable
Válvula de flujo axial
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 uno o dos brazos flexibles. El eje de giro sale al exterior del
cuerpo y es accionado por el vástago de un servomotor. El par
de éste es reducido gracias al movimiento excéntrico de la cara
esférica del obturador.
• Está destinada fundamentalmente a regular flujos (con mínima
resistencia y caída de presión) aunque puede, en ocasiones, ser
usada para abrir y cerrar,
Formada por un disco que pivotea en un eje o
semi-ejes, con un recorrido de 90º, se ha
popularizado con el uso de fundas o líneas de
elastómeros como Buna-N (no apto para
vapor), para lograr un buen sello entre disco y
asiento.
• De operación muy rápida se utiliza para
abrir o cerrar el paso de fluido. Logra un
buen sello de la bola con el asiento (anillo
de goma sintética, TFE, RTFE, Nylon y otros)
sin depender de torque externo.
• Cuando está abierta proporciona un paso
libre al fluido sin turbulencia ni gran caída
de presión, por lo que es apta para
líquidos viscosos. No se utiliza para regular
flujos ya que en posición semicerrada, los
asientos se resienten.
• ?
