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INSTRUMENTACIN II

CONTENIDO1. GENERALIDADES .............................................................................................................. 4 2. TIPOS DE VLVULAS ....................................................................................................... 7 3. COMPONENTES DE UNA VLVULA ..........................................................................54 4. CARACTERSTICAS DE CAUDAL INHERENTE .......................................................57 5. CARACTERSTICA DE UNA VLVULA .......................................................................58 6. CARACTERSTICAS DE CAUDAL EFECTIVAS ........................................................62 7. SELECCIN DE CURVAS CARACTERSTICAS DE LAS VLVULAS DE CONTROL ....................................................................................................................................63 8. CONEXIONES DE VLVULAS DE CONTROL ...........................................................63 9. DISEO TPICO DE CUERPO DE VLVULA DONDE SE MUESTRAN LA CAJA Y LOS ASIENTOS. ...................................................................................................................65 10. SELECCIN DE VALVULAS DE CONTROL .........................................................66 11. DIMENSIONAMIENTO .............................................................................................66 DIMENSIONAMIENTO PARA LQUIDOS...............................................................67 12. CAVITACIN Y FLASHEO ......................................................................................69 COMO ELIMINAR LA CAVITACIN ..........................................................................70 13. RUIDO DE LAS VALVULAS DE CONTROL: CAUSAS Y CORRECCION ........ 71 14. ACTUADORES ...............................................................................................................73 15. SELECCIN DE ACTUADORES ................................................................................82 16. POSICIONADORES .....................................................................................................83 17. FUNCIONES DE CONTROL DE LOS ACTUADORES ..........................................84

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VALVULAS DE CONTROL

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1. GENERALIDADES

Las vlvulas de control juegan un papel muy importante al tomar parte del control automtico de las plantas modernas, las cuales dependen de la correcta distribucin y control del flujo de lquidos y gases. Tal control ya sea para el intercambio de energa, reduccin de presin o simplemente para llenar tanques, depende de alguna forma que el elemento final de control haga el trabajo. Dentro del lazo de control, las vlvulas tienen tanta importancia como el elemento primario, el transmisor y el controlador. Los elementos finales de control pueden ser considerados como el msculo del control automtico ya que ellos proporcionan la amplificacin de la fuerza entre los bajos niveles de energa en los controladores y los niveles de energa superiores necesarios para llevar a cabo su funcin en el control de flujo de fluidos. Las vlvulas de control son las ms utilizadas como elementos finales de control. Otros elementos utilizados como elemento final son: motores elctricos, ventiladores con aletas, bombas dosificadoras, dampers. En muchos sistemas las vlvulas de control a diferencia de otros componentes, estn sujetas a las ms severas condiciones de presin, temperatura, corrosin y contaminacin, y se comportan satisfactoriamente con una mnima atencin que se les d. Una vlvula se puede definir como un aparato mecnico con el cual se puede iniciar, detener o regular la circulacin (paso) de lquidos o gases mediante una pieza movible que abre, cierra u obstruye en forma parcial uno o ms orificios o conductos. Las vlvulas son unos de los instrumentos de control ms esenciales en la industria. Debido a su diseo y materiales, las vlvulas pueden abrir y cerrar, conectar y desconectar, regular, modular o aislar una enorme serie de lquidos y gases, desde los ms simples hasta los ms corrosivos o txicos. Sus tamaos van desde una fraccin de pulgada hasta 30 ft (9 m) o ms de dimetro. Pueden trabajar con presiones que van desde el vaci hasta mas de 20000 lb/in (140 Mpa) y temperaturas desde las criognicas hasta 1500 F (815 C). 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, pero tambin significa para nosotros la cantidad total de fluido que ha pasado por una seccin de terminada de un conducto. Caudal es el flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de fluido que circula por una seccin determinada del conducto en la unidad de tiempo.

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VLVULA DE CONTROL. La vlvula automtica de control generalmente constituye el ltimo elemento en un lazo de control instalado en la lnea de proceso y se comporta como un orificio cuya seccin de paso varia continuamente con la finalidad de controlar un caudal en una forma determinada. Una vlvula de control funciona como una resistencia variable en la tubera y provee una cada de presin por el cambio de turbulencia en el flujo laminar, la cada de presin es causada por un cambio en la resistencia de la vlvula o drag (arrastre). Para los gases que se aproximan a las condiciones adiabticas, las desviaciones dependen del grado de NO-IDEALIDAD del gas. En el caso de los lquidos la presin es disipada por la turbulencia o bien por el arrastre, en cualquier caso esto convierte la energa debido a la presin en calor, resultando un incremento de temperatura muy pequeo. PARTES DE LAS VLVULAS DE CONTROL. Las vlvulas de control constan bsicamente de dos partes que son: la parte motriz o actuador y el cuerpo. ACTUADOR: el actuador tambin llamado accionador o motor, puede ser neumtico, elctrico o hidrulico, pero los ms utilizados son los dos primeros, por ser las ms sencillas y de rpida actuaciones. Aproximadamente el 90% de las vlvulas utilizadas en la industria son accionadas neumticamente. Los actuadores neumticos constan bsicamente de un diafragma, un vstago y un resorte tal como se muestra en la figura. Lo que se busca en un actuador de tipo neumtico es que cada valor de la presin recibida por la vlvula corresponda una posicin determinada del vstago. Teniendo en cuenta que la gama usual de presin es de 3 a 15 lbs/pulg en la mayora de los actuadores se selecciona el rea del diafragma y la constante del resorte de tal manera que un cambio de presin de 12 lbs/pulg, produzca un desplazamiento del vstago igual al 100% del total de la carrera. EL CUERPO DE LA VLVULA: es la porcin que acta sobre el fluido de proceso. Consiste de un cuerpo o cubierta, trim o interiores, bonete y a veces una brida en el fondo y est provista de rosca o de bridas para conectarla a la tubera; se puede considerar que es la parte que hace el papel de recipiente a presin, la cual deber cumplir con las condiciones de presin, temperatura y tolerancia a la corrosin de la misma manera que un recipiente. El cuerpo de la vlvula contiene en su interior un obturador (tapn) que es quien realiza la funcin de control de paso del fluido y puede actuar en la direccin de su propio eje o bien tener un movimiento rotativo. Est unido a un vstago que pasa a travs de la tapa del cuerpo y que es accionado por el actuador. Cada tipo de vlvula tiene ciertas ventajas y desventajas para los requerimientos de un servicio dado y deber seleccionarse adecuadamente.

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CONEXIN PARA SEAL NEUMTICA CAJA DEL DIAFRAGMA

DIAFRAGMA Y VSTAGO MOSTRADOS EN POSICIN SUPERIOR PLATO DEL DIAFRAGMA

RESORTE DEL DIAFRAGMA VSTAGO DEL ACTUADOR ASIENTO DEL RESORTE AJUSTE DEL RESORTE CONECTOR DEL VASTAGO YUGO INDICADOR DE POSICIN DE LA VLVULA INDICADOR DE ESC ALA

2.

ACTUADOR DE ACCION DIRECTA VLVULA CON VSTAGO Y TAPN BRIDA EMPAQUE DE

EMPQUE DEL BONETE EMPAQUE EN ESPIRAL

YUGO PARA CONEXIN DEL ACTUADOR EMPAQUE CAJA DE EMPAQUE BONETE TAPON DE LA VALVULA

CAJA DE EMPAQUES

CAJA EMPAQUE DEL ANILLO DEL ASIENTO ANILLO DE ASIENTO CUERPO DE LA VLVULA

1.

EMPUJE PARA CERRAR EL CUERPO DE LA VLVULA

Figura No. 1 (Vlvula de control y sus partes)

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2. TIPOS DE VLVULASCategoras de vlvulas. Debido a las diferentes variables, no puede haber una vlvula universal; por tanto, para satisfacer los cambiantes requisitos de la industria se han creado innumerables diseos y variantes con el paso de los aos, conforme se han desarrollado nuevos materiales. Todos los tipos de vlvulas recaen en nueve categoras: vlvulas de compuerta, vlvulas de globo, vlvulas de bola, vlvulas de mariposa, vlvulas de apriete, vlvulas de diafragma, vlvulas de macho, vlvulas de retencin y vlvulas de desahogo (alivio). Estas categoras bsicas se describen a continuacin. Seria imposible mencionar todas las caractersticas de cada tipo de vlvula que se fabrica y no se ha intentado hacerlo. Ms bien se presenta una descripcin general de cada tipo en un formato general, se dan recomendaciones para servicio, aplicaciones, ventajas, desventajas y otra informacin til. Las vlvulas por el diseo del cuerpo y el movimiento del obturador (tapn) se clasifican en dos grandes tipos. Las vlvulas pueden ser de movimiento lineal de movimiento rotatorio.

Vlvulas de movimiento lineal

Vlvulas de globo Vlvulas de ngulo Vlvulas de tres vas Vlvulas en Y Vlvulas de jaula Vlvulas de compuerta Vlvulas de cuerpo partido Vlvulas Saunders Vlvulas de compresin Vlvulas rotatorias Vlvulas de mariposa Vlvulas de bola Vlvulas de macho Vlvulas de orificio ajustable Vlvulas de flujo axial

Vlvula de movimiento rotativo

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VLVULAS DE GLOBO (SIMPLE ASIENTO) Son las vlvulas de control ms comunes, son para uso poco frecuente y pueden tener uno o dos asientos. Sofisticadas vlvulas de globo en acero al carbn, acero inoxidable y aleaciones especiales, utilizadas ampliamente en industrias de procesos, incluidas plataformas marinas, petrleo y gas. Tambin incluye diseos para servicios especializados como aplicaciones criognicas, altas presiones, tamaos grandes y nucleares. Las vlvulas de un solo asiento que se muestra en la figura No. 2. Generalmente son empleadas cuando se requieren cierre hermtico, sirven para cortar o regular el flujo del lquido que es su principal uso. El cambio de sentido del flujo (dos vueltas en ngulo recto) en la vlvula ocasiona turbulencia y cada de presin, esta turbulencia produce menor duracin del asiento; se encuentran en diferentes tamaos, donde la cancelacin parcial de las fuerzas de desbalance acta en el vstago de la vlvula. Las vlvulas de simple asiento precisan de un actuador de mayor tamao para que el obturador cierre en contra de la presin diferencial del proceso. Por lo tanto, se emplean cuando la presin del fluido es baja y se precisa que las fugas en posicin de cierre sean mnimas. Las vlvulas de un solo asiento generalmente estn guiadas en la parte superior, es decir el tapn est guiado dentro de la porcin ms baja del bonete de la vlvula. Los extremos del cuerpo de la vlvula, que pueden ser con brida, soldados o con rosca suelen medir desde 1/8 hasta 30.

Figura No. 2 Vlvula de Globo Simple Asiento

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VALVULAS DE GLOBO

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VALVULAS DE GLOBO (DOBLE ASIENTO) Como se muestra en la figura 6 son generalmente guiados arriba y abajo. La ventaja de esta construccin reside en la reduccin de fuerza requerida para cerrarla ya que el fluido ejerce fuerzas hacia los dos asientos tendiendo a anularse dichas fuerzas. Por consiguiente tienen 2 puertos de diferentes dimetros (). Estas vlvulas a veces son llamadas semi-balanceadas. En la vlvula de doble asiento la fuerza de desequilibrio desarrollada por la presin diferencial a travs del obturador es menor que en la vlvula de simple asiento. Por este motivo se emplea en vlvulas de gran tamao o bien cuando deba trabajarse con una alta presin diferencial. En posicin de cierre las fugas son mayores que en una vlvula de simple asiento. Las vlvulas de globo se pueden construir de bronce, hierro, hierro fundido, acero forjado, acero inoxidable, latn y aleaciones resistentes a la corrosin.

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Figura No. 7 Vlvula de Globo Doble Asiento Una vlvula de globo es de vueltas mltiples, en la cual el cierre se logra por medio de un disco o tapn que sierra o corta el paso del fluido en un asiento que suele estar paralelo con la circulacin en la tubera. Recomendada para Estrangulacin o regulacin de circulacin. Para accionamiento frecuente. Para corte positivo de gases o aire. Cuando es aceptable cierta resistencia a la circulacin. Aplicaciones Servicio general, lquidos, vapores, gases, corrosivos, pastas semilquidas. Ventajas Estrangulacin eficiente con estiramiento o erosin mnimos del disco o asiento. Carrera corta del disco y pocas vueltas para accionarlas, lo cual reduce el tiempo y desgaste en el vstago y el bonete. Control preciso de la circulacin. Disponible con orificios mltiples. Desventajas Gran cada de presin. Costo relativo elevado. Variaciones Normal (estndar), en "Y", en ngulo, de tres vas. Diseos de bonete incorporado, junta sin bonete, angulares, patrn T, patrn Y, y con sello de presin Diseos de aleaciones fundidas y forjadas Materiales Cuerpo: bronce, hierro, hierro fundido, acero forjado, Monel, acero inoxidable, plsticos. Componentes: diversos. Tamaos desde 1/4" a 24" Tipos de presin desde ASME 150 hasta 4500 Margen de temperatura: -50F a 1200F

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Instrucciones especiales para instalacin y mantenimiento Instalar de modo que la presin este debajo del disco, excepto en servicio con vapor a alta temperatura. Registro en lubricacin. Hay que abrir ligeramente la vlvula para expulsar los cuerpos extraos del asiento. Apretar la tuerca de la empaquetadura, para corregir de inmediato las fugas por la empaquetadura. Especificaciones para el pedido Tipo de conexiones de extremo. Tipo de disco. Tipo de asiento. Tipo de vstago. Tipo de empaquetadura o sello del vstago. Tipo de bonete. Capacidad nominal para presin. Capacidad nominal para temperatura.

Figura No. 8 Vlvulas de globo.

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VLVULAS DE ANGULO Las vlvulas en ngulo son bsicamente, vlvulas de globo que tienen conexiones de entrada y de salida en ngulo recto. Este tipo de vlvulas se muestran en la figura No. 4. Su empleo principal es para servicio de regulacin (estrangulamiento) y cierre en aplicaciones de petrleo, gas, productos petroqumicos, electricidad, plataformas marinas y otras aplicaciones intensivas. Diseadas especialmente para servicios donde una alta eficacia de flujos, cierre hermtico y una prolongada vida til constituye un requisito fundamental. Presentan menos resistencia al flujo que las de globo, tambin se usan para prevenir una acumulacin de slidos en la pared del cuerpo de la vlvula. Permite obtener un flujo de caudal regular sin excesivas turbulencias y es adecuada para disminuir la erosin cuando sta es considerable por las caractersticas del fluido o por la excesiva presin diferencial. El diseo de la vlvula es idneo para el control de fluidos que vaporizan, para trabajar con grandes presiones diferenciales y para los fluidos que contienen slidos en suspensin. A veces son errneamente utilizadas para altas cadas de presin, ya que esto causa problemas de vibracin y ruido. Otra desventaja en muchas aplicaciones es la alta recuperacin obtenida con el patrn de flujo de la lnea, esto significa un bajo ndice de cavitacin para bajos o moderados P's.Es (autodrenable) entonces, tambin se puede aplicar para lquidos radioactivos. Fabricadas de acuerdo con las normas API y ASME/ANSI (Los materiales de construccin son ms o menos los mismos que para las vlvulas de globo: bronce, hierro, hierro fundido, acero forjado, monel, acero fundido, acero inoxidable, PVC, polipropileno y grafito impermeable). Probadas de acuerdo con API 598 Diseos con bonete integrado o sello de presin Contamos con diseos de sello con fuelle y empaquetadura de prensaestopas Bridas tipo RF y RTJ, soldadas a tope y cuerpos con extremos especiales Modelos disponibles para servicios peligrosos, incluidas aplicaciones con cloro, etc. Tamaos desde 2" a 24" Tipos de presin desde ANSI 150 hasta 4500 Margen de temperatura desde -320F a 750F

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Figura No. 9

Vlvulas De ngulo

Figura No. 10 Vlvula de ngulo

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Figura No. 11 Vlvula de ngulo de alta integridad

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VLVULAS DE TRES VIAS Vlvulas mezcladoras este tipo de vlvulas se emplean principalmente para combinar o mezclar fluidos, figura No. 12a, son diseadas como una extensin tpica de las vlvulas de doble puerto. Vlvulas diversoras. Estas vlvulas tambin sirven para derivar de un flujo de entrada a dos de salida, figura No. 12b. La relacin entre las dos corrientes de fluidos estn determinadas por la posicin del tapn.

a) Mezcladora

b) Diversora

Figura No.12 Vlvulas de Tres Vas

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Figura No.13 Vlvulas de Tres Vas

Figura No.14 Vlvulas de Cuatro Vas

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FuncinLas vlvulas desviadoras motorizadas conmutan automticamente el flujo de lquido caloportador en las instalaciones de climatizacin e hidrosanitarias. Las altas prestaciones hidrulicas de estas vlvulas, unidas al tamao reducido y a la facilidad de uso, las hace particularmente idneas para instalaciones de calefaccin o produccin de agua caliente sanitaria. Las vlvulas de esfera motorizadas se utilizan en dichas instalaciones sobre todo por las siguientes caractersticas: Ausencia de prdidas Maniobras rpidas (apertura y cierre de la vlvula) Capacidad de funcionar con presiones diferenciales elevadas Bajas prdidas de carga Combinacin con cualquier tipo de mando de tres contactos para obtener un control completo en la fase de apertura y cierre, gracias a las caractersticas elctricas del dispositivo.

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Esquemas de aplicacinInstalacin de produccin de agua caliente sanitaria con acumulador La vlvula desviadora enva el agua calentada por la caldera con prioridad al acumulador para mantener la temperatura en el circuito sanitario. Cuando se alcanza la temperatura ajustada en el acumulador, el agua se desva al circuito de calefaccin. Instalacin solar con vlvula de tres vas desviadora Si el agua procedente del acumulador est a una temperatura inferior al ajuste del termostato, la vlvula desviadora la manda a la caldera. En caso contrario, la vlvula enva el agua directamente al mezclador.

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Instalacin de produccin de agua caliente sanitaria con acumulador. La vlvula desviadora enva el agua calentada por la caldera con prioridad al acumulador para mantener la temperatura en el circuito sanitario. Cuando se alcanza la temperatura ajustada en el acumulador, el agua se desva al circuito de calefaccin.

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VLVULAS Y En la figura No. 15 se puede ver su forma, es adecuada como vlvula de cierre y apertura, o sea vlvula de todo-nada, este tipo de vlvulas son auto drenables cuando se instalan a cierto ngulo. Generalmente se aplican en instalaciones donde se tienen metales fundidos y en servicios criognicos donde se descargan para mantener el peso de la columna fra al mnimo, por ejemplo hidrgeno lquido. El orificio para el asiento est a un ngulo de unos 45 con el sentido de flujo; por tanto, se obtiene una trayectoria ms lisa, similar a la de la vlvula de compuerta y hay menor cada de presin que en la vlvula de globo convencional; adems, tiene buena capacidad para estrangulacin.

Figura No. 15 Vlvula en Y

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VLVULAS DE CUERPO DIVIDIDO Esta vlvula es una modificacin de la vlvula de globo de simple asiento, teniendo el cuerpo dividido en dos partes (ver figura No. 16), entre las cuales est presionado el asiento. Esta disposicin permite una fcil sustitucin del asiento y facilita un flujo suave del fluido sin espacios muertos en el cuerpo. Se emplea para ciertos servicios corrosivos, para fluidos viscosos y en la industria alimenticia que demandan frecuente inspeccin o reemplazo de los interiores, ya que el mantenimiento es muy sencillo, el anillo del asiento puede ser removido. El tapn es guiado en vstago y con las vlvulas que manejan slurries o fluidos que cristalizan se eliminan problemas que podran causarse, al depositarse estos slidos en el tope de una gua de tapn comn y corriente. La desventaja es que no se pueden utilizar para plantas de fuerza donde se requieren conexiones soldadas.

Figura No. 16 Vlvula de Cuerpo Dividido

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VLVULAS TIPO SAUNDERS (DIAFRAGMA) Este tipo de vlvulas (ver figura No. 17) se presta admirablemente para control de productos como pulpa de papel, lechadas qumicas, tintes y cidos. El diafragma se asienta en el puente o vertedero de la vlvula y obtiene un cierre hermtico. El cuerpo presenta poca resistencia al flujo y evita la acumulacin de materias en suspensin en el puente. En sta vlvula el obturador es una membrana flexible que a travs de un vstago unido a un servomotor (actuador), es forzada contra un resalte del cuerpo cerrando as el paso del fluido. La vlvula no viene con empaques en su construccin regular, pero un empaque de seguridad puede ser suministrado de ser necesario. La vlvula se caracteriza porque el cuerpo puede revestirse fcilmente de goma o de plstico para trabajar con fluidos agresivos. Se utiliza para tratamientos de aguas, para el control de fluidos corrosivos, o teniendo slidos en suspensin ya que tiene un diafragma entre el cuerpo y el bonete. Se debe tener cuidado en la aplicacin de esta clase de vlvulas en cuanto a su tamao; bajo condiciones normales, es deseable que la vlvula opere alrededor del 60% de su recorrido. Si la vlvula es muy grande, el diafragma operar muy cerca del puente con la posibilidad de acumulacin de slidos en el mismo. Estas vlvulas proveen solamente rango limitado y deben ser escogidas cuidadosamente en cuanto a su tamao para que realicen un control efectivo. Se recomienda que se utilice un posicionador, para asegurar la exactitud en las aplicaciones de control proporcional.

Figura No. 17 Vlvula SaunderLas vlvulas de diafragma son de vueltas mltiples y efectan el cierre por medio de un diafragma flexible sujeto a un compresor. Cuando el vstago de la vlvula hace descender el compresor, el diafragma produce sellamiento y corta la circulacin.

Vlvula de diafragma.UNIDAD 6

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Recomendada para Servicio con apertura total o cierre total. Para servicio de estrangulacin. Para servicio con bajas presiones de operacin. Aplicaciones Fluidos corrosivos, materiales pegajosos o viscosos, pastas semilquidas fibrosas, lodos, alimentos, productos farmacuticos. Ventajas Bajo costo. No tienen empaquetaduras. No hay posibilidad de fugas por el vstago. Inmune a los problemas de obstruccin, corrosin o formacin de gomas en los productos que circulan. Desventajas Diafragma susceptible de desgaste. Elevada torsin al cerrar con la tubera llena. Variaciones Tipo con vertedero y tipo en lnea recta. Materiales Metlicos, plsticos macizos, con camisa, en gran variedad de cada uno. Instrucciones especiales para instalacin y mantenimiento Lubricar a intervalos peridicos. No utilizar barras, llaves ni herramientas para cerrarla. Especificaciones para el pedido Material del cuerpo. Material del diafragma. Conexiones de extremo. Tipo del vstago. Tipo del bonete. Tipo de accionamiento. Presin de funcionamiento. Temperatura de funcionamiento.

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Vlvulas para servicio de apertura y cierre regulacin, manual o con actuador, con conexiones a proceso bridada ANSI/ 125-150

Diafragmas de Recambio Intercambiables con otras marcas en la industria de procesos, amplia gama de Polmeros (Caucho Natural, EPDM, Butilo, NBR, Neopreno, Hypalon, Viton, caucho Blanco, LINATEX) y PTFE con diversos refuerzos.

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Vlvulas de Diafragma de Paso Recto y Total para aplicacin ideal en servicios de abrasin aportando estanqueidad total. Vlvulas para servicios de apertura y cierre, fcil mantenimiento por la parte superior. Revestimientos interiores del cuerpo y diafragmas realizados con Polmeros especiales para uso en alta abrasin. Conexiones a proceso: Bridas. DIN PN 10/16; ANSI 125-150, DN

Diafragmas de Recambio diseo de paso tipo recto para vlvulas de paso recto y total. Intercambiables con otras marcas en la industria de procesos abrasivos. Amplia gama de Polmeros (Caucho Natural, EPDM, Butilo, NBR, Neopreno, Hypalon, Viton, caucho Blanco, LINATEX).

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Figura No. 18 Vlvula Saunder (Diafragma)

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VLVULAS DE COMPUERTA Esta vlvula efecta su cierre con un disco vertical plano, o de forma especial, y que se mueve verticalmente al flujo del fluido. Por su disposicin es adecuada generalmente para control todonada, ya que en posiciones intermedias tiende a bloquearse. Tiene la ventaja de presentar muy poca resistencia al flujo de fluido cuando est en posicin de apertura total. En la figura No. 19 se puede observar una vlvula de este tipo.

Figura No. 19 Vlvula de CompuertaLa vlvula de compuerta es de vueltas mltiples, en la cual se cierra el orificio con un disco vertical de cara plana que se desliza en ngulos rectos sobre el asiento.

Vlvula de compuerta. Recomendada para Servicio con apertura total o cierre total, sin estrangulacin. Para uso poco frecuente. Para resistencia mnima a la circulacin. Para mnimas cantidades de fluido o liquido atrapado en la tubera. Aplicaciones Servicio general, aceites y petrleo, gas, aire, pastas semilquidas, lquidos espesos, vapor, gases y lquidos no condensables, lquidos corrosivos. Ventajas Alta capacidad.UNIDAD 6

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Cierre hermtico. Bajo costo. Diseo y funcionamiento sencillos. Poca resistencia a la circulacin.

Desventajas Control deficiente de la circulacin. Se requiere mucha fuerza para accionarla. Produce cavitacin con baja cada de presin. Debe estar abierta o cerrada por completo. La posicin para estrangulacin producir erosin del asiento y del disco. Variaciones Cua maciza, cua flexible, cua dividida, disco doble. Materiales Cuerpo: bronce, hierro fundido, hierro, acero forjado, Monel, acero fundido, acero inoxidable, plstico de PVC. Componentes diversos. Instrucciones especiales para instalacin y mantenimiento Lubricar a intervalos peridicos. Corregir de inmediato las fugas por la empaquetadura. Enfriar siempre el sistema al cerrar una tubera para lquidos calientes y al comprobar que las vlvulas estn cerradas. No cerrar nunca las llaves a la fuerza con la llave o una palanca. Abrir las vlvulas con lentitud para evitar el choque hidrulico en la tubera. Cerrar las vlvulas con lentitud para ayudar a descargar los sedimentos y mugre atrapados. Especificaciones para el pedido Tipo de conexiones de extremo. Tipo de cua. Tipo de asiento. Tipo de vstago. Tipo de bonete. Tipo de empaquetadura del vstago. Capacidad nominal de presin para operacin y diseo. Capacidad nominal de temperatura para operacin y diseo.

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VLVULAS DE COMPRESIN Las vlvulas de compresin son las ms sencillas y baratas de todas, se pueden utilizar para servicio de corte o de estrangulacin, que puede variar del 10% al 95% de su capacidad especificada de flujo. Dado que el lquido est aislado de las piezas metlicas mediante tubos de caucho o de plstico, se pueden controlar muy bien los lquidos corrosivos. Su principio de funcionamiento es oprimir un tubo flexible con un mecanismo de compresin. Igual que las vlvulas de diafragma se caracterizan porque proporcionan un ptimo control en posicin de cierre parcial y se aplican fundamentalmente en el manejo de fluidos negros corrosivos, viscosos o conteniendo partculas slidas en suspensin, en la figura No. 10 se muestra un tipo de estas vlvulas. Aunque se dice que algunas vlvulas de compresin son buenas para servicio al vaco intenso, no se recomienda la vlvula normal de compresin, porque se puede colapsar el tubo flexible .Los componentes principales de la vlvula de compresin son el cuerpo y un mecanismo opresor. El cuerpo es un manguito que pude ser de caucho, y tiene extremos de brida y abrazadera para acoplarlos con el tubo, tiene limitaciones de temperatura y presin. El mecanismo de compresin se puede accionar con un volante, una rueda de cadena o con actuador hidrulico o elctrico. Estas vlvulas se fabrican con una amplia gama de materiales que incluyen Caucho, Hypaln, Neopreno, Uretano, Caucho de butilo o de siliconas.

Figura No. 10 Vlvula de CompresinLa vlvula de apriete es de vueltas mltiples y efecta el cierre por medio de uno o mas elementos flexibles, como diafragmas o tubos de caucho que se pueden apretar u oprimir entre si para cortar la circulacin.

Vlvula de apriete.UNIDAD 6

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Recomendada para Servicio de apertura y cierre. Servicio de estrangulacin. Para temperaturas moderadas. Cuando hay baja cada de presin a travs de la vlvula. Para servicios que requieren poco mantenimiento. Aplicaciones Pastas semilquidas, lodos y pastas de minas, lquidos con grandes cantidades de slidos en suspensin, sistemas para conduccin neumtica de slidos, servicio de alimentos. Ventajas Bajo costo. Poco mantenimiento. No hay obstrucciones o bolsas internas que la obstruyan. Diseo sencillo. No corrosiva y resistente a la abrasin. Desventajas Aplicacin limitada para vaci. Difcil de determinar el tamao. Variaciones Camisa o cuerpo descubierto; camisa o cuerpo metlicos alojados. Materiales Caucho, caucho blanco, Hypalon, poliuretano, neopreno, neopreno blanco, Buna-N, Buna-S, Viton A, butilo, caucho de siliconas, TFE. Instrucciones especiales para instalacin y mantenimiento Los tamaos grandes pueden requerir soportes encima o debajo de la tubera, si los soportes para el tubo son inadecuados. Especificaciones para el pedido Presin de funcionamiento. Temperatura de funcionamiento. Materiales de la camisa. Camisa descubierta o alojada.

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VLVULAS ROTATORIAS Son vlvulas de obturador de superficie esfrica que tiene un movimiento rotativo excntrico y que esta unido al eje de giro por uno o dos brazos flexibles, (como se muestra en la figura 11). El eje de giro sale al exterior del cuerpo y es accionado por el vstago de un actuador. El par de ste es reducido gracias al movimiento excntrico de la cara esfrica del obturador. Las vlvulas pueden tener un cierre estanco mediante aros de tefln dispuestos en el asiento y se caracteriza por su gran capacidad de caudal, comparable a las vlvulas de mariposa y a las de bola y por su elevada prdida de carga admisible, bajo peso, simplicidad de diseo, estn limitadas a usar P bajas particularmente para tamaos grandes.

Figura No. 11 Vlvula de Obturador Excntrico Rotatorio

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VLVULAS DE OBTURADOR CILINDRO EXCNTRICO Este tipo de vlvulas entra dentro del tipo de las rotatorias, tienen un obturador cilndrico que asienta contra un cuerpo cilndrico (ver figura No.12). El cierre hermtico se consigue con un revestimiento de goma o tefln en la cara del cuerpo donde asienta el obturador. La vlvula es de bajo costo y tiene una capacidad relativamente alta, es adecuada para fluidos corrosivos y lquidos viscosos o conteniendo slidos en suspensin.

Figura No. 12 Vlvula de Obturador Cilndrico Excntrico

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VLVULAS DE MARIPOSA Este tipo de vlvulas rotatorias son las ms antiguas, son sencillas, ligeras y de bajo costo; el costo de mantenimiento tambin es bajo porque tienen un mnimo de piezas movibles, los tamaos ms tpicos de aplicacin son de 2 a 36 o mayores, se emplean para el control de grandes caudales de fluidos a bajas y moderadas presiones. El cuerpo est formado por un anillo cilndrico dentro del cual gira transversalmente un disco transversal (ver figura No. 13). Un diseo modificado para este tipo de vlvulas es el disco montado excntricamente para permitir un cierre hermtico mediante un anillo de goma encastrado en el cuerpo, el anillo puede ser Neopreno Buna N, Vit-n o tefln. El diseo ms comn del cuerpo es sin bridas o conexin waffer. Un actuador exterior acciona el eje de giro del disco y ejerce su par mximo cuando la vlvula esta totalmente abierta (en control todo-nada se consideran 90 y en control continuo 60, a partir de la posicin de cierre ya que la ltima parte del giro es bastante inestable), siempre que la presin diferencial permanezca constante. En la seleccin de la vlvula es importante considerar las presiones diferenciales correspondientes a las posiciones de completa apertura y de cierre; se necesita una fuerza grande del actuador para accionar la vlvula en caso de una cada de presin elevada. La fuerza que se requiere para cerrar los actuadores esta dictaminada por la combinacin de dos factores, la fuerza de friccin debido a la cada de presin y el torque dinmico inducido por el flujo.

Figura No. 13 Vlvula de MariposaLa vlvula de mariposa es de de vuelta y controla la circulacin por medio de un disco circular, con el eje de su orificio en ngulos rectos con el sentido de la circulacin.

Vlvula de mariposa.

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Recomendada para Servicio con apertura total o cierre total. Servicio con estrangulacin. Para accionamiento frecuente. Cuando se requiere corte positivo para gases o lquidos. Cuando solo se permite un mnimo de fluido atrapado en la tubera. Para baja ciada de presin a travs de la vlvula. Aplicaciones Servicio general, lquidos, gases, pastas semilquidas, lquidos con slidos en suspensin. Ventajas Ligera de peso, compacta, bajo costo. Requiere poco mantenimiento. Numero mnimo de piezas mviles. No tiene bolas o cavidades. Alta capacidad. Circulacin en lnea recta. Se limpia por si sola. Desventajas Alta torsin (par) para accionarla. Capacidad limitada para cada de presin. Propensa a la cavitacin. Variaciones Disco plano, disco realzado, con brida, atornillado, con camisa completa, alto rendimiento. Materiales Cuerpo: hierro, hierro dctil, aceros al carbono, acero forjado, aceros inoxidables, aleacin 20, bronce, Monel. Disco: todos los metales; revestimientos de elastmeros como TFE, Kynar, Buna-N, neopreno, Hypalon. Asiento: Buna-N, viton, neopreno, caucho, butilo, poliuretano, Hypalon, Hycar, TFE. Instrucciones especiales para instalacin y mantenimiento Se puede accionar con palanca, volante o rueda para cadena. Dejar suficiente espacio para el movimiento de la manija, si se acciona con palanca. Las vlvulas deben estar en posicin cerrada durante el manejo y la instalacin. Especificaciones para el pedido Tipo de cuerpo. Tipo de asiento. Material del cuerpo. Material del disco. Material del asiento. Tipo de accionamiento. Presin de funcionamiento.UNIDAD 6

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INSTRUMENTACIN II

Temperatura de funcionamiento.

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INSTRUMENTACIN II

VLVULAS DE BOLA Actualmente las vlvulas de bola (ver figura No. 14) ya han sido aceptadas para trabajar en servicios modulantes ya que inicialmente este tipo de vlvulas fueron diseadas para ser vlvulas manuales con cierre hermtico. Sin embargo tienen una excelente rangeabilidad y una capacidad nica para manejar lodos o materiales fibrosos. Las vlvulas de bola encontraron su principal aplicacin en la industria del papel y celulosa donde se requiere un buen patrn de flujo, cierre hermtico y fcil operacin. Tambin es el tipo de vlvula ms adecuada para manejar slurries porque minimizan la tendencia a sedimentarse. Se han desarrollado dos conceptos diferentes en la construccin de estas vlvulas, una es donde se utiliza una esfera completa y la otra donde se utiliza un segmento esfrico el cual es soportado por una flecha. El cuerpo de la vlvula tiene una cavidad interna esfrica que alberga un obturador en forma de esfera o de bola (de ah su nombre). La bola tiene un corte adecuado (usualmente en V) que fija la curva caracterstica de la vlvula y gira transversalmente accionada por un servomotor (actuador) exterior. El cierre se logra con un aro de tefln incorporado al cuerpo contra el cual asienta la bola cuando la vlvula est cerrada. En posicin de apertura total, la vlvula equivale aproximadamente en tamao a 75% del tamao de la tubera. Una vlvula de bola tpica es la vlvula de macho que consiste en un macho de forma cilndrica con un orificio transversal igual al dimetro interior de la tubera. El macho ajusta en el cuerpo de la vlvula y tiene un movimiento de giro de 90. Se utiliza generalmente en el control manual todo-nada de lquidos o gases.

Figura No. 14 Vlvula de BolaLas vlvulas de bola son de de vuelta, en las cuales una bola taladrada gira entre asientos elsticos, lo cual permite la circulacin directa en la posicin abierta y corta el paso cuando se gira la bola 90 y cierra el conducto.

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Vlvula de bola. Recomendada para Para servicio de conduccin y corte, sin estrangulacin. Cuando se requiere apertura rpida. Para temperaturas moderadas. Cuando se necesita resistencia mnima a la circulacin. Aplicaciones Servicio general, altas temperaturas, pastas semilquidas. Ventajas Bajo costo. Alta capacidad. Corte bidireccional. Circulacin en lnea recta. Pocas fugas. Se limpia por si sola. Poco mantenimiento. No requiere lubricacin. Tamao compacto. Cierre hermtico con baja torsin (par). Desventajas Caractersticas deficientes para estrangulacin. Alta torsin para accionarla. Susceptible al desgaste de sellos o empaquetaduras. Propensa a la cavitacin. Variaciones Entrada por la parte superior, cuerpo o entrada de extremo divididos (partidos), tres vas, Venturi, orificio de tamao total, orificio de tamao reducido. Materiales Cuerpo: hierro fundido, hierro dctil, bronce, latn, aluminio, aceros al carbono, aceros inoxidables, titanio, tntalo, zirconio; plsticos de polipropileno y PVC. Asiento: TFE, TFE con llenador, Nylon, Buna-N, neopreno. Instrucciones especiales para instalacin y mantenimiento Dejar suficiente espacio para accionar una manija larga.UNIDAD 6

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

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VLVULAS DE MACHO La vlvula de macho es de de vuelta, que controla la circulacin por medio de un macho cilndrico o cnico que tiene un agujero en el centro, que se puede mover de la posicin abierta a la cerrada mediante un giro de 90.

Figura 15 Vlvula de macho. Recomendada para Servicio con apertura total o cierre total. Para accionamiento frecuente. Para baja cada de presin a travs de la vlvula. Para resistencia mnima a la circulacin. Para cantidad mnima de fluido atrapado en la tubera. Aplicaciones Servicio general, pastas semilquidas, lquidos, vapores, gases, corrosivos. Ventajas Alta capacidad. Bajo costo. Cierre hermtico. Funcionamiento rpido. Desventajas Requiere alta torsin (par) para accionarla. Desgaste del asiento. Cavitacin con baja cada de presin. Variaciones Lubricada, sin lubricar, orificios mltiples. Materiales Hierro, hierro dctil, acero al carbono, acero inoxidable, aleacin 20, Monel, nquel, Hastelloy, camisa de plstico. Instrucciones especiales para instalacin y mantenimiento Dejar espacio libre para mover la manija en las vlvulas accionadas con una llave. En las vlvulas con macho lubricado, hacerlo antes de ponerlas en servicio. En las vlvulas con macho lubricado, lubricarlas a intervalos peridicos. Especificaciones para pedido Material del cuerpo.UNIDAD 6

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Material del macho. Capacidad nominal de temperatura. Disposicin de los orificios, si es de orificios mltiples. Lubricante, si es vlvula lubricada.

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VLVULAS DE FLUJO AXIAL Las vlvulas de flujo axial consisten en un diafragma accionado neumticamente que mueve un pistn, el cual a su vez comprime un fluido hidrulico contra un obturador formado por un material elastmero. De este modo, el obturador se expansiona para cerrar el flujo anular del fluido. Este tipo de vlvulas se emplean para gases y son especialmente silenciosas (ver figura15).

Figura No. 16 Vlvula de Flujo Axial

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VLVULAS DE RETENCIN (CHECK) Y DE DESAHOGO (ALIVIO)Hay dos categoras de vlvulas y son para uso especfico, ms bien que para servicio general: vlvulas de retencin (check) y vlvulas de desahogo (alivio). Al contrario de los otros tipos descritos, son vlvulas de accionamiento automtico, funcionan sin controles externos y dependen para su funcionamiento de sentido de circulacin o de las presiones en el sistema de tubera. Como ambos tipos se utilizan en combinacin con vlvulas de control de circulacin, la seleccin de la vlvula, con frecuencia, se hace sobre la base de las condiciones para seleccionar la vlvula de control de circulacin. Vlvulas de retencin (check). La vlvula de retencin (fig. 17) esta destinada a impedir una inversin de la circulacin. La circulacin del lquido en el sentido deseado abre la vlvula; al invertirse la circulacin, se cierra. Hay tres tipos bsicos de vlvulas de retencin: 1) vlvulas de retencin de columpio, 2) de elevacin y 3) de mariposa.

Figura 17 Vlvula de retensin (tipo de elevacin).

Vlvulas de retencin del columpio. Esta vlvula tiene un disco embisagrado o de charnela que se abre por completo con la presin en la tubera y se cierra cuando se interrumpe la presin y empieza la circulacin inversa. Hay dos diseos: uno en "Y" que tiene una abertura de acceso en el cuerpo para el esmerilado fcil del disco sin desmontar la vlvula de la tubera y un tipo de circulacin en lnea recta que tiene anillos de asiento reemplazables. Las vlvulas de retencin vienen en diseos tipo oblea ("wafer) o de cuerpo completo, de cuerpo fundido, fabricado o forjado para aplicaciones de alta presin o revestidas para cumplir requerimientos especficos dentro de la industria qumica. Vlvulas de retencin con bonete integrado y sello de presin Diseadas conforme a ASME B16.34, BS 1868 y API 6D Probadas de acuerdo con API 598 Bridadas (RF y RTJ), soldadas a tope, con cuerpo extendido y extremos tipo oblea ("wafer") DIseos con bonete integrado o sello de presin Diseo de elevacin oscilante ("patrn T o Y") y disco inclinado Los materiales cumplen con la norma NACEUNIDAD 6

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Tamaos: 2" a 72" Tipos de presin desde 150 PSI CWP, ANSI Clase 150 a 4500 Margen de temperatura desde -320F a 1200F

Vlvulas de retencin con bola completamente revestidas / mirillas Estos productos con revestimiento de PFA ofrecen una solucin confiable en aplicaciones peligrosas. Tamaos desde 1" a 3" Tipos de presin a 232 PSI Temperatura mxima: 392F Bridas conforme a ANSI 150, DN PN 16, BS 10 D/E, AS 2129 o JIS 10K a pedido Recomendada para Cuando se necesita resistencia mnima a la circulacin. Cuando hay cambios poco frecuentes del sentido de circulacin en la tubera. Para servicio en tuberas que tienen vlvulas de compuerta. Para tuberas verticales que tienen circulacin ascendente. Aplicaciones Para servicio con lquidos a baja velocidad. Para aplicaciones de petrleo, gas, agua, refinera, electricidad y productos qumicos donde es obligatorio evitar la inversin de flujo. Vlvulas de retencin tipo columpio ("swing") de alta capacidad para aplicaciones generales Tamaos desde 2" a 48" Tipos de presin de ANSI 150/300 Ventajas Puede estar por completo a la vista. La turbulencia y las presiones dentro de la vlvula son muy bajas. El disco en "Y" se puede esmerilar sin desmontar la vlvula de la tubera. Variaciones Vlvulas de retencin con disco inclinable. Materiales Cuerpo: bronce, hierro fundido, acero forjado, Monel, acero fundido, acero inoxidable, acero al carbono. Componentes: diversos. Instrucciones especiales para instalacin y mantenimiento En las tuberas verticales, la presin siempre debe estar debajo del asiento. Si una vlvula no corta el paso, examinar la superficie del asiento. Si el asiento esta daada o escoriado, se debe esmerilar o reemplazar. Antes de volver a armar, limpiar con cuidado todas las piezas internas.

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VLVULAS DE RETENCIN DE ELEVACIN Una vlvula de retencin de elevacin es similar a la vlvula de globo, excepto que el disco se eleva con la presin normal e la tubera y se cierra por gravedad y la circulacin inversa. Recomendada para Cuando hay cambios frecuentes de circulacin en la tubera. Para uso con vlvulas de globo y angulares. Para uso cuando la cada de presin a travs de la vlvula no es problema. Aplicaciones Tuberas para vapor de agua, aire, gas, agua y vapores con altas velocidades de circulacin. Ventajas Recorrido mnimo del disco a la posicin de apertura total. Accin rpida. Variaciones Tres tipos de cuerpos: horizontal, angular, vertical. Tipos con bola (esfera), pistn, bajo carga de resorte, retencin para vapor. Materiales Cuerpo: bronce, hierro, hierro fundido, acero forjado, Monel, acero inoxidable, PVC, Penton, grafito impenetrable, camisa de TFE. Componentes: diversos. Instrucciones especiales para instalacin y mantenimiento La presin de la tubera debe estar debajo del asiento. La vlvula horizontal se instala en tuberas horizontales. La vlvula vertical se utiliza en tubos verticales con circulacin ascendente, desde debajo del asiento. Si hay fugas de la circulacin inversa, examinar disco y asiento.

VLVULA DE RETENCIN DE MARIPOSA Una vlvula de retencin 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 vlvula, cuando esta se encuentra cerrada. Luego, el disco solo se mueve una distancia corta desde el cuerpo hacia el centro de la vlvula para abrir por completo. Recomendada para Cuando se necesita resistencia mnima a la circulacin en la tubera. Cuando hay cambios frecuentes en el sentido de la circulacin. Para uso con las vlvulas de mariposa, macho, bola, diafragma o de apriete. Aplicaciones Servicio para lquidos o gases.

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Ventajas El diseo del cuerpo se presta para la instalacin de diversos tipos de camisas de asiento. Menos costosa cuando se necesita resistencia a la corrosin. Funcionamiento rpido. La sencillez del diseo permite construirlas con dimetros grandes. Se puede instalar virtualmente en cualquier posicin. 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. Instrucciones especiales para instalacin y mantenimiento En las vlvulas con camisa, esta se debe proteger contra daos durante el manejo. Comprobar que la vlvula queda instalada de modo que la abra la circulacin normal.

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VLVULAS DE DESAHOGO (ALIVIO) Una vlvula de desahogo (fig. 18) es de accin automtica para tener regulacin automtica de la presin. El uso principal de esta vlvula es para servicio no comprimible y se abre con lentitud conforme aumenta la presin, para regularla. La vlvula de seguridad es similar a la vlvula de desahogo y se abre con rapidez con un "salto" para descargar la presin excesiva ocasionada por gases o lquidos comprimibles. El tamao de las vlvulas de desahogo es muy importante y se determina mediante formulas especificas.

Figura 18 Vlvula 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 operacin. Variaciones Seguridad, desahogo de seguridad. Construccin con diafragma para vlvulas utilizadas en servicio corrosivo. Materiales Cuerpo: hierro fundido, acero al carbono, vidrio y TFE, bronce, latn, camisa de TFE, acero inoxidable, Hastelloy, Monel. Componentes: diversos. Instrucciones especiales para instalacin y mantenimiento Se debe instalar de acuerdo con las disposiciones del Cdigo ASME para recipientes de presin sin fuego. Se debe instalar en lugares de fcil acceso para inspeccin y mantenimiento.

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3. COMPONENTES DE UNA VLVULA Los componentes de una vlvula tpica son los que indica la siguiente figura.

Figura No 17 Componentes de una VlvulaUNIDAD 6 INSTRUMENTACIN II

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CUERPO DE LA VLVULA Habiendo seleccionado el tipo de vlvula requerida, el prximo paso es determinar el material del cuerpo dependiendo del fluido a manejar. El cuerpo de la vlvula debe resistir la temperatura y la presin del fluido sin prdidas, tener un tamao adecuado para el caudal que debe controlar y ser resistente a la corrosin o a la erosin producida por el fluido. Aunque el cuerpo de la vlvula tiene la funcin primaria de contener el fluido, tambin debe alojar los componentes internos y servir de soporte mecnico para el actuador y los accesorios. Por ello, es importante que el cuerpo se pueda desmontar de la tubera o que sus componentes internos estn accesibles para mantenimiento. El cuerpo y las conexiones a la tubera estn normalizados de acuerdo con las presiones y temperaturas de trabajo en las normas DIN y ANSI, entre otras. MATERIALES COMNMENTE EMPLEADOS PARA CUERPOS DE VLVULAS 1. BRONCE.- Se emplea comnmente el bronce fundido ASTM B-62 (estndar para vlvulas) y el ASTM B-61, que es un poco ms caro. Esta es una aleacin comn para cuerpos de vlvulas de control, que puede usarse para vapor, aire, aceite, agua, gas no corrosivo, algunos cidos diluidos, lo mismo que para ciertos tipos de procesos qumicos. Se usa para presiones hasta 150 psig a 400 F y 225 psig a 150 F.

2. HIERRO FUNDIDO.- Se emplea por lo comn el ASTM A-126. Generalmente es usado en presiones hasta 250 psi. a 400 F, donde las condiciones corrosivas permiten el uso de material de hierro, como en los casos de vapor, agua, gas y fluidos no corrosivos.; es sumamente barato. 3. ACERO FUNDIDO.- Se utiliza comnmente el ASTM A-216 grado WCB, siendo el ms usado de los aceros. Comnmente usado para presiones hasta de 600 psi. donde la temperatura no exceda de 800 F. Usado para servicios moderados tales como control de aire, vapor saturado o sobre-calentado, lquidos y gases no corrosivos. Su costo es alrededor de cuatro veces el de hierro fundido, pero es til a presiones y temperaturas mucho ms altas. 4. ACERO FORJADO.- Aceros al carbn similares al AISI tipo 1020. Generalmente empleado para condiciones de alta presin hasta 6000 psi. en donde la temperatura no exceda de 450 F. 5. ACERO INOXIDABLE.- Los ms usuales son el AISI tipo 304 y el AISI tipo 316, el que por su contenido de molibdeno tiene mayor resistencia a la corrosin, a las picaduras (pitting), precolaciones y a la accin de oxidantes. Usado en aplicaciones que implican manejo de lquidos corrosivos u oxidantes. Usado para temperaturas elevadas, frecuentemente sobre 1000 F o muy bajas, inferiores a -150 F. 6. ALEACIONES ESPECIALES a) Bronce resistente a los cidos, usado para manejo de cidos diluidos.UNIDAD 6

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b) Niqueles comercialmente puros, usados para manejos de soluciones custicas. c) Aleaciones Hastelloy A, B, C, etctera; usadas para manejo de cido clorhdrico (muritico). TAPA DE LA VLVULA La tapa de la vlvula de control tiene por objeto unir el cuerpo al actuador, a su vez desliza el vstago del obturador accionado por el motor. Este vstago dispone generalmente de un ndice que seala en una escala la posicin de apertura o de cierre de la vlvula. Para que el fluido no se escape a travs de la tapa es necesario disponer una caja de empaquetadura entre la tapa y el vstago. La empaquetadura ideal debe ser elstica, tener un bajo coeficiente de rozamiento, ser qumicamente inerte y ser un aislante elctrico, con el fin de no formar un puente galvnico con el vstago que d lugar a una corrosin de algunas partes de la vlvula. La empaquetadura que se utiliza normalmente es de tefln cuya temperatura mxima de servicio es de 220 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 vlvula para que se establezca as un gradiente de temperatura entre el fluido y la estopada y esta ltima pueda trabajar satisfactoriamente. PARTES INTERNAS DE LA VLVULA (OBTURADOR Y ASIENTOS) El TRIM o interiores de una vlvula son propiamente el corazn de la vlvula con la funcin primaria de proporcionar el rea de flujo de tal manera que exista una relacin entre la capacidad de flujo y la elevacin del tapn. Como partes internas de la vlvula se consideran generalmente las piezas metlicas internas desmontables que estn en contacto directo con el fluido. Estas piezas son el vstago, la empaquetadura, el collarn de lubricacin en la empaquetadura (si se emplea), los anillos de gua del vstago, el obturador y el asiento o los asientos. La temperatura, presin, fluidos que flashean o cavitan, viscosidad y contenido de slidos, afectan el diseo del trim . El control del flujo requiere una cada de presin a travs del interior de la vlvula y la energa disipada es absorbida por el fluido en parte, y tambin por los interiores de la vlvula. Cada vlvula tiene una caracterstica dada de flujo para un porcentaje dado del total levantamiento del tapn, el flujo est dado como un porcentaje del flujo total. Esto es verdad solo cuando la P a travs de la vlvula permanece constante; a esto se le conoce como CARACTERSTICA DE FLUJO INHERENTE. La seleccin de los interiores de la vlvula en base a la caracterstica de flujo est basada en: 1. Condiciones de presin y flujo. 2. Materiales normales y los especiales aptos para contrarrestar la corrosin, la erosin y el desgaste producidos por el fluido. 3. Caractersticas de caudal en funcin de la carrera.UNIDAD 6

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4. Tamao normal o reducido que permite obtener varias capacidades de caudal de la vlvula con el mismo tamao del cuerpo.

MATERIALES DE LAS PARTES INTERIORES DE LAS VLVULAS El obturador y los asientos se fabrican normalmente en acero inoxidable porque este material es muy resistente a la corrosin y a la erosin del fluido. 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 vlvulas pueden utilizarse obturadores y asientos de cermica. 1. BRONCE.- Se usa comnmente el ASTM B-61; generalmente usado para aire, agua, vapor, aceite, gas no corrosivo y algunos cidos diluidos, donde no hay accin corrosiva. No es recomendable para cadas de presin de ms de 50 psi.

2. ACERO INOXIDABLE.- Los ms frecuentemente usados son el AISI tipo 304, el AISI tipo 316 y el AISI tipo 416. Conveniente para temperaturas elevadas; resistente a corrosin, a erosin y a la accin de oxidantes. 3. ACERO INOXIDABLE ENDURECIDO.- Son comunes el AISI tipo 440-C y el AISI tipo 17-4 PH; recomendado para resistencia al desgaste en aplicaciones donde la cada de presin es mayor de 300 psi. 4. ACERO INOXIDABLE ESTELITADO.- Recomendado para resistencia al desgaste, o erosin cuando la cada de presin es mayor de 300 psi. Usado en cualquier tamao de vlvula. 5. ALEACIONES ESPECIALES. a) Nquel.- Empleado para manejo de materiales corrosivos. b) Monel.- Aplicado a los usos ms severos de corrosin a altas presiones. c) Hastelloy. Esta aleacin se usa para manejo de lquidos corrosivos.

temperaturas y

4. CARACTERSTICAS DE CAUDAL INHERENTE El obturador determina la caracterstica de caudal de la vlvula; es decir, la relacin que existe entre la posicin del obturador y el caudal de paso del fluido. La caracterstica de un fluido incompresible fluyendo en condiciones de presin diferencial constante a travs de la vlvula se denomina caracterstica de caudal inherente y se representa usualmente considerando como abscisas la carrera del obturador de la vlvula (% de apertura de la vlvula) y como ordenadas el porcentaje de caudal mximo bajo una presin diferencial constante.

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5. CARACTERSTICA DE UNA VLVULA La caracterstica de una vlvula de control, es la manera de dejar pasar el flujo con respecto a su apertura total, en donde el tapn de la vlvula se mueve a lo largo de su carrera, puede indicarse por medio de una grfica. Tanto la abertura de la vlvula como el flujo estn expresados como porcentajes de los valores mximos correspondientes y se supone que la cada de presin a travs de la vlvula se ha mantenido constante mientras el tapn se mueve de extremo a extremo de su carrera. Por esta razn, se dice que la grfica representa la caracterstica inherente de la vlvula. Las curvas caractersticas ms significativas son la de apertura rpida, la lineal y la de igual porcentaje (como se muestra en la siguiente figura), siendo las ms importantes las dos ltimas. Las curvas caractersticas se obtienen mecanizando el obturador para que al variar la carrera el orificio de paso variable existente entre el contorno del obturador y el asiento configure la caracterstica de la vlvula.100

PORCIENTO DEL FLUJO

80

60

40

20

0

20

40

60

80

100

PORCIENTO DE APERTURA DE VALVULA

La caracterstica lineal.- El flujo es linealmente proporcional a la apertura (carrera) de la vlvula de acuerdo con el recorrido del tapn. La caracterstica de apertura rpida.- Es lineal en la primera parte del recorrido y, despus, hay muy poca ganancia de capacidad. Esta caracterstica se encuentra en una vlvula de disco o vstago en donde la superficie de estrangulacin est expuesta al flujo del fluido para modular la capacidad en las primeras etapas del recorrido de la vlvula de control, dicho en otras palabras, a pequeos porcentajes de apertura (carrera) grandes porcentajes de flujo. La caracterstica de igual porcentaje.- Hace que la capacidad de flujo aumente el mismo porcentaje por cada distancia igual de la carrera. Esta caracterstica aparece como lnea recta en un trazo semilogartmico y es exponencial, no lineal.

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La caracterizacin del flujo en la vlvula tiene como objetivo principal indicar cmo vara la ganancia en la vlvula para compensar los cambios en la ganancia del proceso cuando cambian las cargas. La caracterstica adecuada quedara determinada por las peculiaridades del proceso por controlar y por los valores que se desear obtener para la variable controlada. La ganancia de la vlvula indica la sensibilidad de su salida (flujo) a los cambios en la entrada (recorrido del elemento). Una vlvula de alta ganancia tiene un cambio grande en el flujo con un cambio pequeo en la posicin del elemento, por tanto: 1) La caracterstica lineal mantiene una ganancia constante durante todo el recorrido. 2) La caracterstica de apertura rpida tiene alta ganancia durante el recorrido inicial del tapn y, luego, una ganancia baja en las secciones superiores del recorrido. 3) La caracterstica de igual porcentaje y las caractersticas relacionadas parablicas modificadas son de baja ganancia en las regiones de recorrido pequeo, pero la ganancia tiene un marcado aumento cuando se aumenta el recorrido o carrera del elemento. Existen dos conceptos que estn relacionados con la caracterstica de una vlvula los cuales son: Relacin de rango y Sensibilidad unitaria. RELACIN DE RANGO (RANGEABILITY) Se acostumbra definir como relacin de rango, a la relacin entre el flujo mximo controlable y el flujo mnimo controlable. Precisando ms, se podra decir que los dos flujos mencionados seran aquellos que corresponderan a los extremos de la zona dentro de la cual se mantuviera una caracterstica particular. Otro concepto sera el de sensibilidad unitaria, ste es el cambio sufrido por el flujo que haba antes del cambio, cuando el tapn sufre un desplazamiento del 1% de su carrera, y su valor guarda cierta correspondencia con la relacin de flujos. Basndose en que para un buen control la cada de presin a travs de la vlvula depende de: 1. La (P) de la vlvula se recomienda que sea del orden de un 30% a 35% para vlvulas con caractersticas de igual porcentaje y hasta 50% para vlvula con caracterstica lineal, sin embargo, en algunos casos se puede obtener un buen control con una cada de presin de 15% de la cada de presin dinmica del sistema y eventualmente hasta con un 10%. Estos porcentajes se aplican especialmente a las vlvulas de globo. Cuando la cada de presin es demasiado baja para un cuerpo de globo, se deber considerar vlvulas de alta recuperacin tales como las de bola o de mariposa.

2. En el caso de tuberas muy largas, o en el caso de sistemas con diferencias de presin muy alta, pero con variacin en los flujos no muy grandes, la cada de presin que se recomienda en la vlvula es del orden de 10 a 20 psi. 3. En los casos en que la cada de presin del sistema es atribuible bsicamente a energas estticas (diferencias de elevacin), y las perdidas por fricciones son pequeas, se recomienda fijar un valor mnimo de 7 psi para la vlvula.

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4. Otro criterio que se emplea frecuentemente para el caso anterior es el uso de un sobrediseo en la diferencial de presin de la bomba. Es usual asignar un valor de 10% sobre la diferencia de presin calculada para la bomba a las condiciones de flujo. Esta presin, excedente, la deber absorber la vlvula de control. 5. Si los flujos que se manejan son elevados y se ven involucrados materiales de construccin costosos en la vlvula de control, la seleccin de la ( P) en la vlvula deber hacerse no solamente en base de los criterios anteriores, sino tambin sobre la base de un detallado estudio econmico. 6. El criterio de controlabilidad propone una relacin que permite definir el por ciento de la cada de presin dinmica total que debe absorber la vlvula en funcin de los flujos mximos y mnimos que se espera manejar en el sistema. Se tiene la siguiente expresin: (Qmx / Qmin)2 - 1 r2 - 1

R = en donde:

R = Fraccin de la cada de presin dinmica total, que debe absorber la vlvula. r = Factor de controlabilidad, vara desde 5 para vlvulas pequeas vlvulas las grandes (mayores de 3). Un valor promedio considerado es de 8. Ejemplo: Si en un sistema el gasto mximo esperado es de 100 GPM., y el mnimo de 20 GPM, la fraccin de la cada de presin absorbida por la vlvula recomendada sera. (100/20)2 - 1 R= (8)2 - 1 = 0.38 = 38% hasta 15 para

7. Aumente el porcentaje de (P) para rangos de flujo amplios y redzcalo para pequeas variaciones de flujo.

En las siguientes figuras se pueden observar varios tipos de tapones (obturadores) cuya forma y mecanizacin determina esas caractersticas. El tapn con caracterstica de apertura rpida (figura No. 16a) tiene la forma de un disco plano, y en la grfica puede verse que el caudal aumenta mucho al principio de la carrera llegando rpidamente al mximo.

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Apertura rpida

Apertura rpida Apertura rpida Apertura rpida Apertura rpida Apertura rpida

Figura No. 16a Tapones para caracterstica de Apertura RpidaEn los tapones con caracterstica de apertura lineal (figura 16b) el flujo es proporcional a la abertura de la vlvula. En donde a 50% de abertura nos dar el 50% del flujo mximo. Generalmente se usan en aplicaciones que dan la relacin lineal entre la carrera y el flujo; tienen un contorno maquinado en tornos de temple controlado con gua en la parte superior e inferior.

TAPN LINEAL

TAPN LINEAL

Figura No. 16b Tapones para caracterstica LinealA continuacin se muestran diferentes tipos de tapones que han sido diseados para suministrar una caracterstica de flujo de igual porcentaje. Estos tapones de vlvula se maquinan a partir de fundiciones especiales; los contornos del tapn son slidos con dos ranuras desiguales en V en cada tapn los cuales estn diseados para suministrar la caracterstica de flujo de igual porcentaje deseada.

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Figura No. 16c Tapones para caracterstica Igual Porcentaje

Figura No. 16c Tapones para caracterstica Igual Porcentaje

6. CARACTERSTICAS DE CAUDAL EFECTIVAS Hay que sealar que en la mayor parte de las vlvulas que trabajan en condiciones reales, la presin diferencial cambia cuando vara la apertura de la vlvula, por lo cual la curva real que relaciona la carrera de la vlvula con el caudal, se aparta de la caracterstica de caudal inherente; esta nueva curva recibe el nombre de caracterstica de caudal efectiva. Como la variacin de presin diferencial sealada depende de las combinaciones entre la resistencia de la tubera, y las caractersticas de las bombas y tanques del proceso, es evidente que una misma vlvula instalada en procesos diferentes presentar inevitablemente curvas caractersticas efectivas distintas.

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7. SELECCIN DE CURVAS CARACTERSTICAS DE LAS VLVULAS DE CONTROL VARIABLE PRESIN APLICACIONES Lquidos y gases en general. Gas con retardo considerable entre la toma de presin y la vlvula de control y con alta prdida de carga de la vlvula de control. Margen de caudal amplio. Margen de caudal estrecho y alta prdida de carga de la vlvula de control. Prdida de carga constante. Aumento de la prdida de carga de la vlvula con la carga del sistema sobrepasando el doble la prdida de carga mnima de la vlvula. En general CARACTERSTICA Igual porcentaje (%) Lineal

CAUDAL

Lineal Igual porcentaje (%) Lineal Apertura rpida

NIVEL

TEMPERATURA

Igual porcentaje (%)

8. CONEXIONES DE VLVULAS DE CONTROL Los tres mtodos comunes para la instalacin de vlvulas de control en lneas son: conexiones roscadas, bridadas y soldadas. 1. Conexiones roscadas.- Las conexiones roscadas son las ms comunes en vlvulas de control pequeas, son ms econmicas que las conexiones bridadas. Las roscadas que usualmente se especifican son NPT (National Pipe Thread). Este tipo de conexiones est limitado a vlvulas no mayores de 2, adems no se recomiendan en servicios de alta temperatura. 2. Conexiones bridadas.- Las vlvulas con conexiones bridadas son fcilmente removidas de la tubera, estas conexiones pueden ser usadas en un rango de temperaturas desde cero absoluto hasta 1500 F (815 C), aproximadamente. Las bridas son utilizadas en todos los tamaos de vlvulas. Los tipos de bridas ms utilizadas son: Cara plana (flat face); cara realzada (raised face) y junta de anillo (ring type joint). a) Bridas de cara plana.- Permiten el acoplamiento total entre ellas y tienen un contacto completo con el empaque entre las mismas. Esta construccin es usual en servicios de baja presin y cuando se utilizan vlvulas de hierro fundido o bronce. b) Bridas de cara realzada.- Tienen una corona realzada de dimetro interno igual a la vlvula, y dimetro externo algo menor al dimetro de los barrenos. Son utilizadas con una variedad de materiales de empaque para presiones, hasta de 6000 psi (414 bar) y para temperaturas hasta de 1500 F (815 C). Este tipo de bridas son normalmente estndares ANSI clase 250 para cuerpos de hierro fundido, aceros y aleaciones. c) El tipo junta de anillo.- Es semejante a la brida de cara realzada excepto en un corte concntrico en forma de U. El empaque consiste de un anillo metlico con una seccin elptica u octagonal. Cuando se aprietan los esprragos de la brida el empaque es forzado a penetrar en el surco concntrico y sellar la unin. Los empaques son generalmente de hierro dulce o monel, pero los puede haber en cualquier metal. Esta es una excelente junta para altas presiones hasta de 15000 psi (1034 bar), peroUNIDAD 6

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generalmente no utilizadas en altas temperaturas; son suministradas slo con vlvulas de acero y aleaciones. 3. Conexiones soldadas.- Tienen la ventaja de ser las mejores uniones en todas las presiones y temperaturas, y son econmicas en el costo inicial. Las vlvulas soldables son ms difciles de remover de la tubera, adems de estar limitadas a materiales soldables. Las conexiones soldadas son manufacturadas en dos tipos: inserto soldable (socket welding) y soldado a tope (butt welding). a) Conexin inserto soldable.-Se prepara maquinando una insercin en cada extremo de la vlvula con un dimetro interno ligeramente mayor que el dimetro externo de la tubera. El tubo es deslizado dentro de la insercin y unido mediante un filete de soldadura; estas conexiones son usualmente suministradas en tamaos de hasta 2. b) Conexin soldada a tope.- Se prepara haciendo un bisel a cada extremo de la vlvula y de la tubera. Las conexiones se unen hasta el tope y se sueldan mediante un cordn de soldadura. Este tipo de conexiones se utiliza en todos los tipos de vlvulas y la preparacin debe ser diferente para cada cdula de tubera; generalmente se suministran para vlvulas de control de 2 y mayores.

Cara plana

Cara realzada

Inserto soldable Junta de anillo

Inserto soldable

Soldada a tope

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9. DISEO TPICO DE CUERPO DE VLVULA DONDE SE MUESTRAN LA CAJA Y LOS ASIENTOS.

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10. SELECCIN DE VALVULAS DE CONTROL Para seleccionar una vlvula de control se requiere una consideracin en particular para la mejor combinacin entre el tipo de vlvula, el material del cuerpo y los interiores (trim) para un servicio determinado. Para poder determinar la mejor aplicacin se requiere tener ciertos datos como: Tipo de fluido (propiedades fsicas) Temperatura Viscosidad S. G. (gravedad especfica densidad relativa) Flujo volumtrico o msico (GPM o Lb/Hr) Presin de entrada P Presin de salida, etc.

Tambin se necesita informacin relativa de la vlvula de control segn la aplicacin: Tipo de vlvula (globo, ngulo, mariposa, etc.) Material del cuerpo Tipo de conexiones (bridadas, roscadas, etc.) Tapn Guas Interiores Accin a falla Tipo de actuador Suministro (neumtico, elctrico, etc.) Bonete Empaques Accesorios (filtro, solenoides, interruptores de posicin, etc.)

11. DIMENSIONAMIENTO Mientras que la seleccin de los materiales apropiados para una vlvula de control y el rgimen de presin y temperatura garantiza consideraciones muy cuidadosas, el escoger el tamao de la vlvula es igualmente importante. Principalmente, el conocimiento de las condiciones de proceso mencionadas anteriormente son necesarias para determinar el tamao adecuado de la vlvula. La seleccin del tamao de las vlvulas de control es muy importante para obtener resultados ptimos del sistema. Siendo el elemento final del circuito de control, modifica el gasto del fluido en funcin de la demanda del proceso produciendo una contrapresin variable al cambiar su rea de paso libre. Para que una vlvula opere eficientemente, la seleccin correcta de su tamao deber ser como sigue: a) b) Para vlvulas igual porcentaje el Cv Normal, deber estar entre el 60% y el 80% de apertura y el Cv mximo no deber rebasar el 100% de apertura. Para vlvulas lineales, el Cv Normal deber estar entre el 40% y 60% de apertura y el Cv mximo no deber rebasar el 100% de apertura. 66INSTRUMENTACIN II

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c) d)

Para las vlvulas ON-OFF (apertura rpida), no se deber realizar memoria de clculo, el tamao de stas deber ser igual al dimetro nominal de la lnea donde sern instaladas. Por ningn motivo, el tamao de las vlvulas deber ser mayor que el dimetro nominal de la tubera, ni menor que la mitad del dimetro.

Ejemplo: Si la lnea es de 10, el tamao de la vlvula deber ser mximo de 10 y mnimo de 6. Los tamaos de cuerpo comerciales de las vlvulas de control son: , , 1, 1 , 1 , 2, 2 , 3, 4, 6, 8, 10, 12 y dems tamaos que tengan nmero par. Las vlvulas de control tipo globo mayores de 6, ya no son recomendables, debido a su muy alto costo. En su lugar se debern utilizar vlvulas de mariposa, si la aplicacin lo permite. Es recomendable que el equipo de bombeo o regulacin se especifique en el nivel adecuado de potencia para dejar a la vlvula un mnimo de 30% de la contrapresin total. El coeficiente de descarga ( Cv ), como referencia de capacidad de conduccin a travs de una vlvula es por definicin: EL GASTO DE AGUA EN METROS CUBICOS POR HORA QUE PASARAN POR LAS VALVULAS A UNA APERTURA DADA, CUANDO LA CAIDA DE PRESIN SEA UNA ATMSFERA Para el caso del sistema ingls la definicin es:Cv es el nmero de galones por minuto, de agua a 60 F, que pasa a travs de una vlvula en la que hay una cada de presin de una libra por pulgada cuadrada. Es decir, el Cv es una medida de capacidad, mediante el cual el ingeniero puede determinar rpidamente y con precisin, la dimensin de una restriccin, conociendo los valores de flujo, presin, etc. Cuando el fluido es un gas o vapor, las frmulas usadas incluyen los factores de correccin apropiados para coeficientes de descarga, ser til tambin para fluidos no lquidos, refirindose en todos los casos a gasto de agua. DIMENSIONAMIENTO PARA LQUIDOS Utilizando el principio de conservacin de la energa de Bernoull quien descubri que cuando un lquido fluye a travs de un orificio, el cuadrado de la velocidad del fluido es directamente proporcional a la presin diferencial a travs del orificio e inversamente proporcional a la densidad relativa del fluido. De ah que a mayor presin diferencial, es mayor la velocidad, a mayor densidad relativa, menor velocidad. Lgicamente, el flujo volumtrico para lquidos puede ser calculado multiplicando la velocidad del fluido por el rea del flujo. Las ecuaciones que se dan a continuacin son las ms usadas para el clculo de vlvulas de control. Sin embargo para vlvulas especiales el proveedor de las mismas, realizar sus memorias de clculo con ecuaciones propias. Se deber tener especial cuidado en que el valor de la cada de presin a travs de la vlvula este lo ms lejos posible del valor de la presin de vapor para evitar la cavitacin y el flasheo.

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12. CAVITACIN Y FLASHEO Dos fenmenos ocurren a menudo en el flujo de lquidos, y stos no ocurren en el flujo de gases o vapores, son la cavitacin y flasheo. Estos fenmenos afectan la forma de dimensionar las vlvulas, y limitan la vida de los componentes de la vlvula; sin embargo hay diferencias importantes entre la cavitacin y flasheo. 1) Cavitacin.- La cavitacin es generalmente un proceso asociado a las bombas y adquiere gran importancia en vlvulas de control usadas en elevadas cadas de presin para lquidos y vlvulas de alta capacidad (tales como vlvulas de mariposa, de bola, etc.). La cavitacin es la transformacin de una porcin de lquido a fase vapor, durante una aceleracin rpida de fluido en el orificio de la vlvula, con el consiguiente colapso (implosin) de las burbujas de vapor aguas abajo. La cavitacin, en vlvulas de control que manejan lquidos, puede suceder si la presin en vena contracta del lquido en circulacin, baja valores por debajo de la presin de vapor del fluido (como se muestra en la figura No 17. La recuperacin de presin en una vlvula es funcin de su particular construccin interna. En general, cuando ms suave sea el perfil interno de una vlvula, ms recuperacin de presin se produce.

Figura No 17 Cavitacin

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Figura No 18 Recuperacin de presin en 2 tipos de vlvulasLas cavidades que nacen dentro del lquido y que colapsan sbitamente, limitan la capacidad de la vlvula a partir de un determinado caudal critico y pueden generar ruidos y vibraciones excesivos con el peligro de causar daos mecnicos graves provocados por el impacto de las burbujas de vapor en implosin con alguna parte slida de la vlvula o de la tubera. La energa liberada por las burbujas es lo suficientemente grande como para destruir el material o la superficie de proteccin en poco tiempo.

Figura No. 19 Aspecto tpico del dao producido por la cavitacinCOMO ELIMINAR LA CAVITACIN El remedio obvio es reducir la cada de presin en la vlvula por debajo de la cada de presin crtica; esto puede hacerse por ejemplo, elevando P1 simplemente escogiendo un emplazamiento para la vlvula a una altura inferior en el sistema de tuberas. Otra solucin es escoger un obturador de puerto en V, en lugar de un tapn contorneado. Es de notar tambin, que un cambio en el sentido de circulacin del fluido puede dar lugar a un mejoramiento notable.

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VAPORIZACIN (FLASHEO) La cantidad de burbujas formadas (cuando una cantidad de lquido pasa a ser vapor), aumentar a medida que la presin en la vena contracta disminuya respecto a la presin de vapor del lquido que fluye. En estas condiciones no hay diferencia entre la vaporizacin y la cavitacin, pero el potencial de que exista un dao estructural en la vlvula, definitivamente existe. Si la presin a la salida de la vlvula se mantiene debajo de la presin de vapor del lquido las burbujas permanecern en la corriente de salida y en ese caso se dice que el proceso ha sufrido una evaporacin instantnea (flasheo). La evaporacin instantnea puede producir un dao por erosin serio a los interiores de la vlvula y se caracteriza por una apariencia pulida y lisa de la superficie erosionada, tal como se muestra en la figura No. 20.

Figura No. 20 Aspecto tpico del dao producido por flasheo13. RUIDO DE LAS VALVULAS DE CONTROL (CAUSAS Y CORRECCION) Para poder garantizar una intensidad especifica de ruido los fabricantes de vlvulas de control han estudiado a fondo el problema e ideado algn mtodo para predecir el ruido a las condiciones de operacin. ORIGEN DEL RUIDO EN LAS VLVULAS DE CONTROL Las principales fuentes del ruido en las vlvulas de control son: 1) Vibraciones mecnicas.- Las vibraciones mecnicas son debidas a la turbulencia en el fluido que pasa por la vlvula, la frecuencia suele ser baja entre 50 y 500 Hz, adems se describe como golpeteo metlico. El tapn puede entrar en resonancia con las pulsaciones emitidas y hay que temer una rotura del vstago o de la cola del tapn. Es posible reducir esta clase de ruido, ya sea disminuyendo el juego del guiado del tapn, ya sea cambiando la masa de este ultimo, o a veces, simplemente, modificando el sentido de circulacin del fluido.

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2) Ruido de origen aerodinmico.- Es la principal fuente de ruido, ya que es generado como consecuencia de una turbulencia en una corriente de gas; o este ruido resulta de la transformacin de la energa cintica del derrame en energa acstica, despus de pasar el fluido por el orificio. La relacin de estas dos energas se llama rendimiento acstico y depende de la relacin de expansin. El lugar principal de la generacin del ruido en una vlvula de control es la regin de recuperacin corriente debajo de la vena contracta donde se caracteriza por una intensa turbulencia y mezcla, es una cualidad catica donde el flujo es discontinuo y desordenado. 3) Ruido de origen hidrodinmico.- Es el ruido producido por el derrame de un lquido a travs de una vlvula y el conjunto de tuberas adyacentes. Esta clase de ruido puede tener tres orgenes. a) la turbulencia del lquido b) la cavitacin c) la vaporizacin (flashing)

De entre los tres, el ruido de cavitacin es el ms alarmante, ya que indica que puede producirse una deterioracin de la vlvula o de la tubera. Acciones sobre la atenuacin del ruido: Tres mtodos son los ms utilizados para la eliminacin de ruido. Utilizacin de silenciadores: 1) Los silenciadores son eficaces cuando estn instalados inmediatamente a la salida de las vlvulas de control, pero su empleo conlleva, no obstante, algunos problemas tcnicos: a) A causa de sus dimensiones y peso no son utilizables con xito ms que para caudales dbiles, lo que los elimina de las instalaciones importantes. b) El tipo de elementos acsticos generalmente utilizados no es siempre compatible con el fluido, el cual acelera el envejecimiento y deteriora los elementos absorbentes. c) Las condiciones de servicio sobrepasan a veces sus posibilidades. 2) La utilizacin de tapones Lodb (Low Decibels) como parte integral de la vlvula. a) La mejor disminucin (hasta 30 decibeles) la ofrecen las vlvulas guiadas en caja. b) Disminuciones de 20 a 15 decibeles lo ofrecen las vlvulas guiadas superiormente. Este tipo de opcin es la que ofrece mayor ventaja.

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Aumento del espesor (cdula) de las tuberas: La utilizacin, a la salida de una tubera de ms espesor que la que exigira la presin nominal es a veces un modo eficaz de reducir el ruido. No obstante, el aumento del espesor debe aplicarse en toda la longitud de la tubera, ya que la prdida de transmisin lineal del ruido es muy dbil. Aislamiento acstico de la tubera: Hay que hacer notar tres restricciones a este mtodo. a) El aislamiento debe llevarse a cabo en toda la longitud de la tubera de salida. b) La continuidad del aislamiento debe quedar asegurada muy cuidadosamente y, a la larga, se puede deteriorar. c) La mayora de los materiales utilizados para el aislamiento trmico de las tuberas, son de una eficacia limitada desde el punto de vista acstico. Excelentes aislantes acsticos no pueden utilizarse a altas temperaturas, ya que puede deteriorarse su aglutinamiento en la prctica; el aislamiento no permite obtener una atenuacin superior a 12 decibeles, debido a la emisin inevitable de ruido por la tapa de la vlvula y por el actuador. 14. ACTUADORES Por lo general, el ltimo paso en la especificacin de las vlvulas es seleccionar el actuador, dado que es parte integrante de todos los cuadros de control automtico. El actuador de la vlvula de control responde a una seal del controlador automtico y mueve el elemento de control. El actuador es el amplificador de potencia entre el controlador y la circulacin de lquido; produce la fuerza motriz requerida para ubicar al elemento final de control. Ya que la estabilidad y funcionamiento del cuadro se basan en el funcionamiento satisfactorio del actuador, ste debe poder controlar las muchas y variables fuerzas estticas y dinmicas creadas por la vlvula. Hay seis tipos bsicos de actuadores para control de estrangulacin, disponibles para los muchos estilos de vlvulas, aunque los ms usados son los dos primeros. 1) 2) 3) 4) 5) Actuadores Neumticos de Diafragma (accin directa e inversa) Actuadores de Pistn Neumticos Actuadores Elctricos Actuadores Hidrulicos o Electrohidrulicos Manuales

Actuadores de diafragma.- Usualmente tiene un diafragma flexible colocado entre 2 platos y al menos una seccin de las 2 cmaras est cerrada hermticamente. Un actuador de diafragma generalmente tiene un rango de resorte que se opone a la fuerza generada dentro del actuador. En la figura No. 18 se muestran las partes principales de un actuador y del cuerpo de la vlvula. Estos actuadores suelen funcionar con aire a presiones entre 3 y 15 psi. o entre 6 y 30 psi. Por ello, suelen ser adecuados para servicio de estrangulacin mediante seales directas desde los instrumentos. Los tipos disponibles incluyen resortes ajustables o una amplia seleccin de resortesUNIDAD 6

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para adaptar el actuador a la aplicacin correcta. Los actuadores de resorte y diafragma tienen menos piezas movibles que se puedan daar y, por ello, son muy confiables, si existiera alguna falla, el mantenimiento es fcil. La seal neumtica de control est conectada a la cmara sellada y a un incremento o disminucin en la presin del aire, resulta una fuerza la cual se impone a las fuerzas de la cada de presin dentro de la vlvula, la resistencia debida a los empaques y la fuerza del resorte del actuador. La mayor ventaja de estos actuadores es que son de falla sin peligro. Cuando se aplica el aire en la cubierta del actuador, el diafragma mueve la vlvula y comprime el resorte, la energa del resorte mueve la vlvula otra vez a su posicin original cuando se corta el aire. En caso de prdida de seal de presin en el instrumento o en el actuador, el resorte mueve la vlvula a la posicin original de falla sin peligro. En estos actuadores la vlvula puede quedarse abierta o cerrada por falla debida a prdida de la seal de presin. Existen dos tipos de actuadores de diafragma; uno de accin directa y el otro de accin inversa como se muestra en la figura 2. Actuador de accin directa.- Es en donde la cmara o seccin presurizada se encuentra arriba del diafragma, y al incrementarse la presin, hay un movimiento resultante hacia abajo. Actuadores de accin inversa.- En estos la cmara o seccin presurizada se encuentra abajo del diafragma, y la conexin de aire tambin se encuentra en la parte inferior del diafragma, cualquier incremento en la presin del aire, hace que el resorte se deslice hacia arriba, al igual que el vstago.

ACCION DIRECTA

ACCION INVERSA

FIGURA No 2 Figura No. 18 Actuadores de diafragma

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TIPOS DE ACCIONES EN LAS VLVULAS DE CONTROL Segn su accin, los cuerpos de las vlvulas se dividen en vlvulas de accin directa cuando tienen que bajar para cerrar, e inversa cuando tienen que bajar para abrir. Esta misma divisin se aplica a los servomotores elctricos (figura No. 19).

Figura No. 19 Acciones de una Vlvula de ControlAl combinar estas acciones se considera siempre la posicin de la vlvula sin aire sobre su diafragma, con el resorte manteniendo el diafragma y por tanto la vlvula en una de sus posiciones extremas. Cuando la vlvula se cierra al aplicar aire sobre el diafragma o se abre cuando se quita el aire debido a la accin del resorte, se dice que la vlvula sin aire abre o aire para cerrar (accin directa). Al abrir la vlvula cuando se aplica aire sobre el diafragma y se cierra por la accin del resorte cuando se quita el aire, se dice que la vlvula sin aire cierra o aire para abrir (accin inversa). Consideraciones anlogas se aplican a las vlvulas con servomotor elctrico: Accin directa: con el servomotor desexcitado la vlvula est abierta. Accin inversa: con el servomotor desexcitado la vlvula est cerrada.

Al seleccionar la vlvula es importante considerar estos factores desde el punto de vista de seguridad. Ninguna instalacin est exenta de averas y una de ellas puede ser un fallo de aire o de corriente de alimentacin con lo cual la vlvula pasa naturalmente a una de sus posiciones extremas y sta debe ser la ms segura para el proceso. En las vlvulas de accin inversa en las que el resorte del actuador neumtico o elctrico asienta el obturador en el asiento, cerrando la vlvula, es importante consultar las tablas del fabricante para comprobar la presin diferencial mxima con que la vlvula podr cerrar. Los actuadores de diafragma ya sean directos o inversos no necesariamente estn relacionados al tamao de la vlvula en trminos del tamao de la tubera. Cada actuador del diafragma tiene que ser calculado para asegurar que tiene una fuerza suficiente para vencer las fuerzas dentro de la vlvula durante el servicio, porque el nico propsito del actuador es mover la vlvula para corregir la seal de control.

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La mayor parte de los fabricantes de vlvulas tienen una gama amplia de actuadores y los especifican en relacin al rea del diafragma en pulgadas cuadradas. Los actuadores de diafragma son como ha sido indicado los ms ampliamente utilizados, tienen ventajas tales como: a) b) Adaptabilidad a una gran variedad de vlvulas y por su gama de tamaos disponibles. Y por ser el menos caro en el mercado.

A pesar de sus ventajas hay algunas situaciones en las cuales los actuadores de diafragma no pueden ser aplicados en forma satisfactoria. Una de las desventajas en el caso de utilizar diafragmas con un rea muy grande, requiere una construccin muy grande para las cmaras presurizadas, y ya no son tan efectivas para contener la presin. En la figura No. 20 se muestra la funcin que realiza un posicionador en un actuador tipo diafragma.

Figura No. 20

Accin de un posicionador en un actuador tipo diafragma

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