UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR DEPARTAMENTO DE TERMODINMICA Y FENMENOS DE TRANSFERENCIA

GUA PARA EL CURSO DE FENMENOS DE TRANSPORTE I

VLVULAS Y ACCESORIOS

Realizado por:

Profs. Dosinda Gonzlez- Mendizabal Luis Matamoros y Csar Oronel

Sartenejas, agosto de 2005 (ltima revisin)

NDICE

Introduccin Objetivo Conceptos bsicos sobre vlvulas Tipos de vlvulas Longitudes equivalentes de vlvulas y varios tipos de accesorios Coeficientes de descarga para salidas de tanque Coeficientes de descarga para contracciones sbitas Coeficientes de descarga para entradas a tanques Coeficientes de descarga para expansiones graduales Bibliografa

Pgina 3 3 4 5 10 11 12 13 13 14

2

I.

INTRODUCCIN Y OBJETIVOS El objetivo de esta gua es proporcionar al estudiante conocimientos bsicos

acerca del funcionamiento y usos de los tipos ms comunes de vlvulas. Tambin incluye datos de longitudes equivalentes y coeficientes de descarga tanto de vlvulas como de diferentes tipos de accesorios comunes, para poder calcular las prdidas de energa cuando se trabaja con la ecuacin de energa mecnica.

3

II.

CONCEPTOS BSICOS SOBRE VLVULAS Las vlvulas se emplean, por lo general, para dos funciones bsicas: cierre y

estrangulacin. La seleccin de las vlvulas para un proceso cualquiera depende de muchos factores. Se deben tener en cuenta, como mnimo, las siguientes caractersticas bsicas: tipo de vlvula, materiales de construccin, capacidades de presin y temperatura, material de empacaduras y juntas, costo y disponibilidad. Ahora bien, el tipo de vlvula depender de la funcin que debe efectuar, sea de cierre, estrangulacin o para impedir el flujo inverso. Tambin, es de primordial importancia conocer las caractersticas qumicas y fsicas de los fluidos que se manejan (si son gases, lquidos, lquidos con gases, lquido con slidos, gases con slidos, vapores generados por la reduccin de presin, materiales corrosivos o erosivos, presin y temperatura). Una vez que se conocen la funcin y caractersticas del fluido se puede seleccionar el tipo de vlvula segn su construccin. Por ejemplo, las vlvulas ms utilizadas para los servicios de cierre son: Vlvula de compuerta. Vlvula de macho. Vlvula de bola. Vlvula de mariposa.

Para servicios de estrangulacin las ms comunes son: Vlvula de globo. Vlvula de aguja. Vlvula en Y. Vlvula de ngulo. Vlvula de mariposa.

Ms adelante se darn detalles de cada una.

4

III.

TIPOS DE VLVULAS

Vlvulas de Compuerta Este tipo de vlvulas se utiliza principalmente cuando se requiere de circulacin ininterrumpida y poca cada de presin. No se recomienda para servicios de estrangulacin, porque tiende a sufrir erosin rpida cuando restringen la circulacin y producen turbulencia con la compuerta parcialmente abierta. Las caractersticas

principales del servicio de las vlvulas de compuerta incluyen: cierre completo sin estrangulacin, operacin poco frecuente y mnima resistencia a la circulacin.

Figura 1. Vlvula de compuerta Vlvulas de Globo Las vlvulas de globo se utilizan para cortar o regular el flujo del lquido y este ltimo es su uso principal. Esta vlvula ocasiona turbulencia y cada de presin, debido a que la trayectoria del flujo es muy problemtica.

Figura 2. Vlvula de globo

5

Las caractersticas principales de los servicios de las vlvulas de globo incluyen: operacin frecuente, estrangulacin al grado deseado de cualquier flujo, alta resistencia y cada tolerable de la cada de presin.

Vlvulas de Mariposa Este tipo de vlvulas son uno de los ms antiguos que se conocen. Son sencillas ligeras y de bajo costo. El uso principal de las vlvulas de mariposa es para servicio de corte y de estrangulacin cuando se manejan grandes volmenes de gases y lquidos a presiones relativamente bajas. Su diseo evita la acumulacin de slidos y produce baja cada de presin.

Figura 3. Vlvula de mariposa

Las principales caractersticas de las vlvulas de mariposa incluyen: apertura total, cierre total o estrangulacin, operacin frecuente y baja cada de presin.

Vlvulas de Macho El uso principal de las vlvulas de macho, igual que las vlvulas de compuerta, es en servicio de corte y sin estrangulacin. Dado que el flujo por la vlvula es suave e ininterrumpido, hay poca turbulencia dentro de ella, y por tanto, la cada de presin es pequea. Cuando la vlvula est abierta del todo no presenta obstrucciones a la circulacin, con lo que la cada de presin es mnima. Los principales servicios de las vlvulas de macho incluyen: apertura o cierre total sin estrangulacin; tienen mnima resistencia al flujo; son para operacin frecuente y tienen poca cada de presin.

6

Figura 4. Vlvula de macho

Vlvulas de Bola Estas vlvulas son prcticamente vlvulas de macho modificadas. Estas no ofrecen obstruccin al fluido. Se utilizan principalmente para lquidos viscosos y pastas aguadas. Se utiliza totalmente abierta o cerrada.

Figura 5. Vlvula de bola

Vlvulas de Aguja Estas vlvulas son prcticamente vlvulas de globo. Se pueden lograr estrangulaciones exactas de volmenes pequeos. Comnmente se utilizan como vlvulas para instrumentos o en sistemas hidrulicos, aunque no para altas temperaturas.

Vlvulas de Angulo Las vlvulas en ngulo son, bsicamente, vlvulas de globo que tienen conexiones de entrada y de salida en ngulo recto. Su empleo principal es para servicio de estrangulacin y presentan menos resistencia al flujo que las de globo.

7

Figura 6. Vlvula de ngulo

Vlvulas de Diafragma Las vlvulas de diafragma se utilizan en servicios para corte y estrangulacin y desempean una serie de servicios importantes para el control de lquidos. El diafragma asla el lquido que se maneja, del mecanismo de operacin. Los lquidos no pueden tener contacto con las piezas de trabajo en donde ocasionaran corrosin y fallas de servicio. Cuando se abre la vlvula, se eleva el diafragma fuera de la trayectoria de flujo y el lquido tiene un flujo suave y sin obstrucciones. Cuando se cierra la vlvula, el diafragma asienta con rigidez contra un vertedero o zona circular en el fondo de la vlvula. Las aplicaciones principales de las vlvulas de diafragma son para bajas presiones y con pastas aguadas que obstruiran o corroeran las piezas funcionales de la mayor parte de otros tipos de vlvulas.

Figura 7. Vlvula de diafragma 8

Vlvulas en Y Las vlvulas en Y son una modificacin de las vlvulas de globo. Sin embargo, tienen 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 la estrangulacin.

Figura 8. Vlvula en Y

Vlvulas de un solo paso o vlvulas Check Las vlvulas Check se destinan a impedir la inversin del fluido en una tubera. La presin del fluido circulante abre la vlvula; el peso del mecanismo de retencin y cualquier inversin en el fluido la cierran. Existan distintos tipos de vlvulas check. La seleccin de un tipo particular depende de la temperatura y presin de funcionamiento, de la limpieza del lquido del proceso, cada de presin disponible y, en grado menor, de las limitaciones por la configuracin de la tubera.

Figura 9. Vlvula Check tipo bisagra

9

Tabla 1. Longitudes equivalentes de vlvulas y varios tipos de accesorios. Descripcin Vlvula de Globo Convencional Sin obstruccin, con asiento tipo flat, bevel o plug, completamente abierta Con disco dirijido con ala o pin, completamente abierta Tipo Y Sin obstruccin, con asiento tipo flat, bevel o plug Con ngulo de 60 desde la tubera, completamente abierta Con ngulo de 45 desde la tubera, completamente abierta Vlvula en Angulo Convencional Sin obstruccin, con asiento tipo flat, bevel o plug, completamente abierta Con disco dirijido con ala o pin, completamente abierta Vlvula de Compuerta Convencional, disco bordeado (flexible), doble o plug Completamente abierta Abierta 3/4 Abierta 1/2 Abierta 1/4 Pulp Stock Completamente abierta Abierta 3/4 Abierta 1/2 Abierta 1/4 Vlvulas Check Convencional (lift), 0,5 psi*, completamente abierta Tipo Bisagra, 0,5 psi*, completamente abierta Tipo Globo, 2,0 psi*, completamente abierta Tipo Angulo, 2,0 psi*, completamente abierta Tipo Bola, 2,5 psi vertical y 0,25 psi*, completamente abierta Vlvulas de Mariposa De 6 in y ms, completamente abierta Vlvula Macho Paso recto Macho rectangular con rea equivalente al rea de la tubera, completamente abierta Con tres orificios Macho rectangular con rea equivalente al 80% del rea de la tubera, completamente abierta Paso recto del flujo Paso ramificado del flujo Longitud Equivalente (L/D)

340 450

175 145

145 200

13 35 160 900 17 50 260 1200 135 50 340 145 150 20

18

44 140

*Se refiere a la presin mnima que debe tener el fluido para que sta se abra.

10

Continuacin:Descripcin (otros accesorios) Codos estandar 90 Codos estandar 45 Codos de radio grande 90 Codos street 90 Codos street 45 Codos de esquina cuadrada T estandar With flow throught run With flow throught branch Codo de retorno en forma de U Longitud Equivalente (L/D) 30 16 20 50 26 57 20 60 50

OTRAS PERDIDAS (Coeficientes de Resistencia)

Figura 10. Coeficientes de descarga para salidas de tanque 11

]

Figura 11. Coeficientes de descarga para contracciones sbitas

12

Figura 12. Coeficientes de descarga para entradas a tanques y expansiones graduales

13

BIBLIOGRAFA Pikulik, A. Seleccin y especificacin de vlvulas para plantas nuevas, Scientific Design Co. (1976). Wier, J. Seleccin de vlvulas para la industria petroqumica, Hudson Engineering Corp. (1975). Brodgesell. Seleccin de vlvulas, Crawford & Rusell (1971).

14