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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA – SEDE QUITO
FACULTAD DE INGENIERÍA
MECÁNICA – 07
TIPOS DE VÁLVULAS
Tutalchá Jorge
Quito, 14 de julio del 2013
OBJETIVOS
Objetivo general
Conocer las distintos tipos de válvulas comerciales
Objetivos específicos
Enunciar loa materiales que constituyen a los distintos tipos de válvulas
Conocer la aplicaciones más adecuadas de cada tipo de válvula
MARCO TEORICO
Válvulas
Según el diccionario de la Real Academia, una válvula es un Mecanismo que regula el flujo de
la comunicación entre dos partes de una máquina o sistema. Sin embargo las tres acepciones
siguientes se refieren a mecanismo que dejan pasar un fluido en un sentido y lo impiden en el
contrario (incluido el llamado fluido eléctrico). En la industria, a menudo se refiere la palabra a
estas últimas acepciones, pero en el lenguaje, ha tomado en muchas ocasiones el sentido de la
primera acepción. De este modo, podría definirse una válvula como un dispositivo mecánico
con el cual se puede iniciar, detener o regular la circulación (paso) de líquidos o gases
mediante una pieza movible que abre, cierra u obstruye en forma parcial uno o más orificios o
conductos.
La válvula es uno 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. Sus tamaños van desde unos milímetros hasta los 90 m o más de
diámetro (aunque en tamaños grandes suelen llamarse compuertas). Pueden trabajar con
presiones que van desde el vacío hasta más de 140 MPa y temperaturas desde las criogénicas
hasta 1100 K. En algunas instalaciones se requiere un sellado absoluto; en otras, las fugas o
escurrimientos no tienen importancia.
La palabra flujo expresa el movimiento de un fluido. Para la cantidad total de fluido que pasa
por una sección determinada de un conducto por unidad de tiempo, en castellano se emplea la
palabra caudal
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 sierra o corta el paso del 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.
Ventajas
Estrangulación eficiente con estiramiento o erosión mínimos del disco o asiento.
Carrera corta del disco y pocas vueltas para accionarlas, lo cual reduce el tiempo y
desgaste en el vástago y 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.
Materiales
Cuerpo: bronce, hierro, hierro fundido, acero forjado, Monel, acero inoxidable, plásticos.
Componentes: diversos.
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.
Ventajas
Bajo costo.
Alta capacidad.
Corte bidireccional.
Circulación en línea recta.
Pocas fugas.
Se limpia por si 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.
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, tántalo, zirconio; plásticos de polipropileno y PVC.
Asiento: TFE, TFE con llenador, Nylon, Buna-N, neopreno.
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 ángulos rectos 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 solo se permite un mínimo de fluido atrapado en la tubería.
Para baja ciada de presión a través de la válvula.
Aplicaciones
Servicio general, líquidos, gases, pastas semilíquidas, líquidos con sólidos en suspensión.
Ventajas
Ligera de peso, compacta, bajo costo.
Requiere poco mantenimiento.
Número mínimo de piezas móviles.
No tiene bolas o cavidades.
Alta capacidad.
Circulación en línea recta.
Se limpia por si sola.
Desventajas
Alta torsión (par) para accionarla.
Capacidad limitada para caída de presión.
Propensa a la cavitación.
Variaciones
Disco plano, disco realzado, con brida, atornillado, 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; revestimientos de elastómeros como TFE, Kynar, Buna-N, neopreno,
Hypalon.
Asiento: Buna-N, viton, neopreno, caucho, butilo, poliuretano, Hypalon, Hycar, TFE.
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.
Ventajas
Bajo costo.
No tienen 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.
Variaciones
Tipo con vertedero y tipo en línea recta.
Materiales
Metálicos, plásticos macizos, con camisa, en gran variedad de cada uno.
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.
Ventajas
Bajo costo.
Poco mantenimiento.
No hay obstrucciones o bolsas internas que la obstruyan.
Diseño sencillo.
No corrosiva y resistente a la abrasión.
Desventajas
Aplicación limitada para vació.
Difícil de determinar el tamaño.
Variaciones
Camisa o cuerpo descubierto; camisa o cuerpo metálicos alojados.
Materiales
Caucho, caucho blanco, Hypalon, poliuretano, neopreno, neopreno blanco, Buna-N, Buna-S,
Viton A, butilo, caucho de siliconas, TFE.
Válvulas de retención (check).
La válvula de retención está destinada a impedir una inversión de la circulación. La circulación
del líquido en el sentido deseado abre la válvula; al invertirse la circulación, se cierra. 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 para
Cuando se necesita resistencia mínima a la circulación.
Cuando hay cambios poco frecuentes del sentido de circulación en la tubería.
Para servicio en tuberías que tienen válvulas de compuerta.
Para tuberías verticales que tienen circulación ascendente.
Aplicaciones
Para servicio con líquidos a baja velocidad.
Ventajas
Puede 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.
Variaciones
Válvulas de retención con disco inclinable.
Materiales
Cuerpo: bronce, hierro fundido, acero forjado, Monel, acero fundido, acero inoxidable, acero
al carbono.
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.
Válvula de retención (tipo de elevación).
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.
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 para
Cuando 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
Servicio 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.
Materiales
Cuerpo: 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.
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 fórmulas
específicas.
Válvula de desahogo (alivio).
Recomendada para
Sistemas en donde se necesita una gama predeterminada de presiones.
Aplicaciones
Agua caliente, vapor de agua, gases, vapores.
Ventajas
Bajo costo.
No se requiere potencia auxiliar para la operación.
Variaciones
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.
Válvulas solenoides
Las válvulas de solenoide se usan cuando es necesario controlar fluidos automáticamente.
Éstas se usan cada vez más en las más variados tipos de plantas y equipos. La variedad de
diferentes diseños que están disponibles permite que una válvula se seleccione
específicamente para cada aplicación en cuestión.
Construcción
Las válvulas de solenoide son unidades de control, que cuando se energizan o desenergizan,
cortan o permiten el paso de un fluido. El actuador trabaja con un accionamiento
electromecánico. Cuando se aplica energía una armadura pivota contra la acción de un
resorte, y al desaparecer la energía vuelve a su posición original.
Operación de válvula
De acuerdo al modo de actuación, pueden distinguirse entre válvulas pilotadas internamente o
externamente. Una característica distintiva es el número de puertos de conexión o el número
de trayectorias o vías del flujo ("ways").
Válvulas de acción directa
Con una válvula de acción directa, el sello del asiento se fija al núcleo del solenoide. En
condición desenergizada, se cierra el orificio del asiento, que opera cuando la válvula se
energiza.
Válvulas de 2 vías de acción directa
Las válvulas de 2 vías son válvulas que se cierran con un puerto de entrada y otro de salida. En
condición desenergizada, el resorte del núcleo, asistido por la presión del fluido, mantiene el
asiento de la válvula cerrado. Cuando se energiza, el núcleo y asiento se abren por acción del
serpentín del solenoide. La fuerza electromagnética es mayor que la fuerza del resorte
combinada y las fuerzas de presión dinámica y estática del medio.
Materiales del cuerpo
El cuerpo de las válvulas de fluidos neutros se fabrican en latón y bronce. Para fluidos con altas
temperaturas, como acero resistente a la corrosión o vapor están disponibles aceros
resistentes a la corrosión. Adicionalmente, material de poliamidas se usa por motivos
económicos en varias válvulas de plástico.
Materiales de solenoide
Todas las partes del actuador de solenoide que entran en contacto con el fluido se hacen de
acero resistente a la corrosión, austeníticos. De esta forma, la resistencia se garantiza contra
ataques corrosivos por medios suavemente agresivos o neutros. Materiales de sellado Las
condiciones mecánicas, térmicas y químicas son los factores de aplicación para selección del
material de sellado. El material standard para fluidos neutros a temperaturas de hasta 90 ºC es
normalmente Viton. Para temperaturas más altas se emplea EPDM y PTFE. El PTFE es un
material universalmente resistente a prácticamente todos los fluidos de interés técnico.
Rango de presión y presiones nominales
Todas las cifras de presión citadas en este artículo representan mediciones de presión. Las
presiones nominales se miden en PSI. Las válvulas funcionan con fiabilidad dentro del rango de
presión dadas. Nuestras cifras se aplican en un rango de 15 % de voltaje inferior al 10 % de
sobre voltaje.
VALVULA MACHO TAPON LUBRICADO (MTL)
Es una válvula que consiste en un macho de forma cilíndrica o troncocónica con un orificio
transversal igual al diámetro interior de la tubería. El macho ajusta el cuerpo de la válvula y
tiene un movimiento de giro de 90*. Como lubricante para evitar la fuga de fluidos como gas
se utiliza grafito. Cuando la presión es muy grande el lubricante es grasa grafitada, la cual fluye
por pequeños conductos del cono hacia la superficie. A esta válvula es necesario que después
de un tiempo se desarme, lave, lubrique, arme y ponga nuevamente en servicio debido a que
la grasa tiene deterioro con el tiempo. Se utiliza generalmente en el control manual todo-nada
de líquidos o gases y en regulación de caudal.
Características Principales de los Materiales. Las bridas serán fundidas integralmente con el
cuerpo de la válvula y deberán ser dimensionadas y taladradas según norma internacional
ISO 2531, PN10. Los materiales de los elementos principales de la válvula de tapón serán:
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.
Materiales
Cuerpo y Tapa Superior Hierro fundido ASTM A 126 Clase B,
Tapón Hierro fundido dúctil ASTM A 536, recubierto en elastómero resistente a las aguas
residuales, integrado a las partes
Eje Hierro fundido dúctil ASTM A 536
Sellos Material elastómero de alta dureza, resistente a las aguas residuales
Rueda de manejo Hierro fundido ASTM A 126 Clase B
Revestimiento Exterior Epoxy de 12.5 mills mínimo, con dos manos de pintura anticorrosiva.
Tornillos
Pernos, tuercas, etc. expuestos
Asientos
Apoyos de la válvula
Acero al Carbón ASTM A 307, Grado A, Acero inoxidable 316, Resistentes a la corrosión, con
lámina soldada de 90% níquel puro Tipo Reemplazable, de acero inoxidable 31
La válvula de control
La válvula de control es básicamente un orificio variable por efecto de un actuador. Constituye
el elemento final de control en más del 90 % de las aplicaciones industriales. En la figura
siguiente se ve una válvula globo con un actuador neumático de diafragma en donde se
indican las diversas piezas que la constituyen
Esta válvula utiliza una señal externa que puede ser neumática o eléctrica y posteriormente
transformada en una de tipo neumática que incide el cabezal.
Estos elementos los podemos considerar constituidos por dos partes:
Actuador: recibe la señal de controlador y la transforma en un desplazamiento (lineal o
rotacional) merced a un cambio en la presión ejercida sobre el diafragma.
Cuerpo: el diafragma está ligado a un vástago o eje que hace que la sección de pasaje
del
fluido cambie y con ésta el caudal.
Con un diagrama en bloques se puede representar a la válvula como un sistema en serie.
Válvula de alivio de presión
Las válvulas de alivio de presión, también llamadas válvulas de seguridad o válvulas de alivio,
están diseñadas para liberar un fluido cuando la presión interna de un sistema que lo contiene
supere el límite establecido (presión de tarado). Su misión es evitar una explosión, el fallo de
un equipo o tubería por un exceso de presión. Existen también las válvulas de alivio que
liberan el fluido cuando la temperatura supera un límite establecido. Estas válvulas son
llamadas válvulas de alivio de presión y temperatura.
Usos Típicos
Entre los ejemplos más comunes y a la vista de todos están los calentadores de agua por
acumulación. Las válvulas de seguridad o de alivio instaladas en los calentadores o en la línea
del calentador están diseñadas para abrirse y liberar la presión en caso de que la presión
supere cierto límite (de ordinario, unos 8 ... 10 bar) para evitar que revienten en caso de fallo
del termostato, que podría llevar al agua a temperatura por encima de la ebullición y producir
vapor.
En la industria también sobran los ejemplos como los compresores de aireo en los sistemas de
reducción de presión para suministro de gas natural o de GLP.
Otros usos habituales de estas válvulas son el alivio de presión en un bloqueo en el sistema de
impulsión de una bomba, o para aliviar el aumento de presión debido a una expansión térmica
de un fluido confinado en un sistema cerrado.
Tipos
Mecánicos
Válvula de alivio para calentadores de agua.
El mecanismo de alivio consiste en un tapón que mantiene cerrado el escape. Un resorte
conserva este tapón en posición evitando que el fluido se escape del contenedor o tubería.
Cuando la presión interna del fluido supera la presión del resorte el tapón cede y el fluido es
expulsado a través del escape. Una vez que la presión interna disminuye el tapón regresa a su
posición original.
El umbral de presión que determina el punto de liberación del fluido se ajusta aumentando o
reduciendo la presión que el resorte ejerce sobre el tapón con un tornillo que lo atraviesa por
su centro.
Las válvulas de alivio de presión y temperatura tienen un segundo mecanismo para liberar la
presión que es activado cuando se alcanza determinada temperatura. Estás válvulas se abrirán
cuando ocurra uno de estos dos eventos: presión por arriba del umbral o temperatura por
arriba del umbral, lo que ocurra primero.
Eléctricos
Las válvulas eléctricas de alivio cuentan con los dos módulos, un presostato y una
electroválvula. El presostato se puede ajustar para que dispare la electroválvula a la presión
deseada.
Electrónicos
Los sistemas más avanzados en lugar de un presostato tienen un transductor de presión que
envía una señal a un cuarto de control. Aquí un operador de manera manual o programando
una computadora decide a que presión se abra o cierre la electroválvula.
BIBLIOGRAFIA
http://es.wikipedia.org/wiki/V%C3%A1lvula
http://www.acuacar.com/files/licitaciones/b-paraiso/etg1/40208S15109C3.pdf
http://todoproductividad.blogspot.com/2009/10/principios-basicos-de-las-valvulas-de.html
http://www.monografias.com/trabajos11/valvus/valvus.shtml