Curso de
Válvulas
Manual de Formación para Profesionales Profesionales
Vol. 1
EDITA: Cuñado, S.A. (Grupo (Grupo Cuñado) DIRECCIÓN Y COORDINACIÓN: Cuñado, S.A. (Grupo Cuñado) AUTOR DE LOS TEXTOS: J. López Pérez DISEÑO E IMPRESIÓN: Lova Consultoría Estratégica S.L. Depósito Legal: M-2543-2016 Reservados todos los derechos ©Cuñado, S.A. Prohibida la reproducción total o parcial de la obra, sin la debida autorización.
GRUPO CUÑADO
PLANES DE FORM ACIÓN PARA PROFESIONALES En el Centro de Formación Cuñado pretendemos dar una visión general sobre las tuberías y sus accesorios, la valvulería, los misceláneos, los usos y normas de los materiales y los ensayos tanto destructivos como no destructivos, entre otros muchos temas. Los cursos se sostienen sobre la base de los conocimientos adquiridos a través de la experiencia acumulada durante años de trabajo en proyectos para los más diversos sectores industriales: petroquímica y refino, gas y petróleo, química y farmacia, energía, agua, metalurgia, minería, industria naval, energías renovables, etc. Los cursos se imparten en las empresas que quieran recibir la formación o en el aula de formación de Cuñado, situada en la Central de Alcalá de Henares, en Madrid. En las aulas, los alumnos tendrán la posibilidad de confrontar los contenidos teóricos con la práctica a través de los materiales con los que cuenta el Grupo Cuñado. Además ofrecemos la posibilidad de mostrar pruebas y ensayos sobre el material y otros procesos en directo. Muchos clientes ya han confiado en nosotros. ¿A qué esperas para recibir tu curso?
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¡Te ¡T e esperam os!
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CONTENIDO
INTRODUCCIÓN Dentro de todos los elementos incluidos dentro del amplio concepto que en la terminología industrial abarca el término “tuberías” o “piping” “tuberías” o “piping”,, los que más complejidad y diversificación presentan son las válvulas válvulas.. Las válvulas están presentes en todas las instalacione instalacioness industriales, como piezas sin cuya existencia no sería posible su operación y mantenimiento. existencia mantenimiento. Pero la gran variedad de modelos existentes hace prácticamente imposible el familiarizarse con todos ellos sin unos conocimientos cono cimientos previos de sus características particulares. particulares. El desarrollo del mercado mundial de las válvulas viene a demostrar su importancia en la industria y el impacto económico que tienen en ella. En efecto, actualmente actualmente el volumen de ventas de válvulas en el mundo es del orden de los cincuenta mil millones de euros anuales, manteniendo un crecimiento aproximado de un 3% anual. Es posible llevar a cabo una gran variedad de clasificaciones de válvulas, atendiendo atendiendo a los distintos parámetros o peculiaridades de las mismas. Dentro de cualquiera de cada una de dichas clasificaciones sería posible diferenciar una gran variedad de tipos, pero a su vez, dentro de cada tipo de válvulas, existen variantes que aumentan la gran diversificación existente. Pero aún hay más: cada fabricante, aún ateniéndose a las Normas aplicable aplicables, s, tiene sus propios diseños que, aunque presenten similitudes similitudes con los de otros fabricantes, difieren en detalles propios de cada uno.
El curso se inicia con dos lecciones dedicadas a introducir al alumno en el mundo de la valvulería industrial, con unas presentaciones básicas de lo que son y significan las Instalaciones Industriales Industria les y los Sistem Sistemas as de Tuberías, en los que las válvulas forman una parte de importancia capital.. Estas primeras lecciones son aplicables también a otros cursos dedicados a elementos capital de sistemas tuberías, tales como tuberías, bridas, accesorios…, pero hemos creído conveniente incluirlas en el curso de Válvulas por estos elementos los de mayor contenido tecnológico tecnológico de todos ellos. En las siguientes lecciones se presentan ya ideas y conceptos concretos aplicables a las válvulas en general, como son los principales tipos de válvulas existentes en el mercado y guías para la elección del tipo adecuado, describiendo las partes más importantes que las constituyen, e incluyendo una relación de las principales normas aplicables a válvulas, así como de los material materiales es de fabricación más usuales. Las lecciones 7 a 16 ya entran en la descripción particular de los tipos de válvulas más utilizados en la Industria para servicios generales. La lección 17 viene a cubrir ciertos tipos utilizados de válvulas que, aunque no se usan en servicios generales como las anteriores, sí tienen una amplia utilización en servicios especiales, requeridos por determinadas condiciones de presión, temperatura, temperat ura, localización, u otras particularidades. Como complemento, en la lección 18 se hace una presentación general de algunos tipos de accionamientos automáticos, utilizados como sustitución del accionamiento accionamiento manual de las válvulas. Se ha tratado, en este curso de Válvulas Válvulas,, de hacer presentaciones presentaciones lo más intuitivas posible, posible, abundando en el uso de esquemas claros y concisos que permitan asimilar de forma inmediata las ideas, conceptos y definiciones que se pretende transmitir. Asimismo se ha utilizado una gran profusión de imágenes ilustrativas ilustrativas de los textos, siguiendo siguiendo la teoría de que “una imagen vale más que mil palabras”. palabras”. Estas imágenes han sido sacadas, en su mayoría, de catálogos e informaciones informacion es técnicas procedentes de importantes publicaciones publicaciones relacionadas con el tema.
La variedad de tipos y modelos de válvulas existentes en el mercado es extremada extremadamente mente amplio. Sería prácticamente prácticamente imposible tratar de analizar cada uno de los modelos de válvulas que pueden encontrarse en el mercado. Es por ello que, en este curso, nos hemos limitado limitado a presentar aquellas válvulas cuyo uso está más generaliza generalizado, do, tratando de hacer una descripción elemental de los tipos de válvulas más comunes en cualquier instalación industrial y, principalmente en las llamadas Plantas de Proceso. Si se desea obtener un conocimiento más amplio de algún tipo de válvulas en particular particular,, recomendamos acudir a la ENCICLOPEDI ENCICLOPEDIA A CUÑADO DE LA VÁLVULA, VÁLVULA, enciclopedia que cubre una amplia gama de válvulas, incluyendo un mayor grado gr ado de detalles. Y para obtener o btener información de algún modelo en concreto, se recomienda contactar directamente directamente con un suministrador o fabricante que disponga en su programa de fabricación, de ese modelo específico.
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CURSO DE VÁLVULAS VOLÚMENES 1 Y 2 Para facilitar la lectura, el curso de Válvulas cuenta con dos volúmenes. En el Volumen 1 podemos encontrar información sobre Instalaciones industriales, Sistemas Sistemas de tuberías, Tipos de válvulas, Descripción de una válvula, Normalización y Materiales. También veremos al detalle las Válvulas de compuerta, Válvulas de globo y Válvulas de retención. retención. En el Volumen 2 describimos las Válvulas de mariposa, Válvulas de b ola, Válvulas de macho, Válvulas de manguito, Válvulas de membrana, Válvulas de seguridad, Válvulas de control, Válvulas para servicios especiales y Actuadores. ¡Buena lectura!
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Curso
de Válvulas
Contenido Volumen 1 Lección 1. Lección 2. Lección 3. Lección 4. Lección 5. Lección 6. Lección 7. Lección 8. Lección 9.
Instalacione s industriale s Sistemas de tuberías (piping) Tipos de válvulas Descripción de una válvula Normalizaciónn Normalizació Materiales Válvulas de compuert a Válvulas de globo Válvulas de retención
13 21 37 47 59 71 83 97 109
Contenido Volumen 2 Lección 10. Lección 11 11.. Lección 12. Lección 13. Lección 14. Lección 15. Lección 16.
Válvulas de mariposa Válvulas de bola Válvulas de macho Válvulas de manguito Válvulas de membrana Válvulas de seguridad Válvulas de control
Lección 17 17.. Válvulas para servi cios especiales Lección 18. Actuadores
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9 21 33 49 61 73 83 103 137
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INSTALACIONES INDUSTRIALES 1.11 1. 1.22 1. 1.33 1.
Introducción Industrias del Grupo I Industrias del Grupo II Industrias del Grupo III
14 15 17 18
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1.1 INDUSTRIAS DEL GRUPO I Este primer grupo está formado por grandes instalaciones instalaciones industriales que, además de por su magnitud, se caracterizan por el hecho de que los productos que manejan son, básicamente, fluidos. Ello implica un uso extensivo de válvulas de todos los tipos, tamaños y materia materiales. les. Los principales tipos de industrias que pueden encuadrarse en esta categoría son: PETRÓLEO • GAS • QUÍMICA • PETROQUÍMICA • ENERGÍA • AGUA
INTRODUCCIÓN
PE TRÓLEO Plataforma marina
PE TRÓLEO Extracción de petróleo
Se conoce con el término general de “Industria” al conjunto de procesos y actividades que “Industria” al tienen como finalidad transformar las materias primas en productos elaborados, necesarios para cubrir las necesidades básicas del hombre. Estos procesos y actividades se llevan a cabo en instalaciones industriales. industriales. La variedad de instalaciones industriales es innumerable, correspondiéndos e con la diversidad de tipos de industrias existentes en el mercado. Y en todas ellas se requiere, en mayor o menor grado, poder transportar fluidos dentro de la propia instalación. La forma de llevar a cabo este transporte es mediant mediantee sistemas de tuberías, tuberías, sistemas que, a su vez, incluyen válvulas válvulas de cualquiera de la gran variedad de tipos descritos a lo largo de este curso.
PETRÓLEO Renería
GAS Almacenamiento de gas
Las instalaciones industriales se pueden clasificar, clasificar, desde el punto de vista de su impacto en el mercado de la valvulería, en tres grandes grupos o tipos de instalaciones, en función del uso que en ellas se haga de las válvulas. A título ilustrativo, ilustrativo, pero sin carácter limitativo, limitativo, en cada Grupo se presentan ejemplos de algunas industrias que pueden encuadrarse en él.
GA S Gasoducto
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QUÍMICA Planta de Fenol
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1.2 INDUSTRIAS DEL GRUPO II PETROQUÍMICA Planta de Polietileno
ENERGÍA Central térmica
En este segundo grupo se encuadran instalaciones, también de grandes dimensiones, como en el Grupo I, pero que no utilizan fluidos como materias primas o productos elaborados. En su lugar lugar,, las materias manipuladas son, principalmente metales u otros productos sólidos. No obstante, en estas instalaciones se manejan en gran escala fluidos auxiliares tales como agua, vapor de agua, gas, productos químicos y otros líquidos y gases. En las industrias de este Grupo se hace también un uso extensivo de gran cantidad de válvulas de todos los tipos, tamaños y materia materiales. les. Como ejemplos pueden citarse las siguien siguientes tes industrias: SIDERURGIA • ASTILLEROS • AUTOMOCIÓN • CALDERERÍA • PAPELERAS • CEMENTER AS
EN ERGÍA Central hidráulica
ENERGÍA Central nuclear
Astilleros
Automoción
Planta de tratamiento de agua
Planta de desalinizaci desalinización ón
Siderurgia
Calderería
Estación depuradora de aguas residuales
Red de distribución de agua
Planta de Celulosa
Planta de Cemento
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1.3 INDUSTRIAS DEL GRUPO III Un tercer grupo de industrias a considerar son aquellas que, como en el caso del Grupo II, no manejan uidos como materias básicas, pero a diferencia de éstas son, en general, de menores dimensiones. Estas industrias, aunque no supongan un impacto importante en el mercado de las válvulas, sí hace uso de ellas, en mayor o menor grado. Incluso, en algunos casos, como ocurre con las industrias farmacéutica y alimentaria, resultan de alto interés por la utilización de válvulas de alta tecnología y materiales especiales. En este grupo se puede incluir una gran diversidad de industrias. De entre ellas, cabe mencionar el conjunto de industrias de fabricación de bienes de equipo, que resulta especialmente amplio ya que abarca fábricas de calderería ligera, bienes y equipos industriales (por ejemplo válvulas), electrodomésticos, etc. Algunos tipos de industrias encuadradas en este tercer grupo son, entre otras muchas:
Fábrica de Válvulas
BIENES DE EQUIPO • ALIMENTA ALIMENTACIÓN CIÓN • FARMACÉUTICA • TEXTIL • ELECTRÓNICA
Fábrica de Chocolate
Fábrica de Tejidos
Fábrica de Antibióticos
Fábrica de componentes electrónicos
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SISTEMAS DE TUBERÍAS 2.11 2. 2.2 2.2
Introducción Plantas de proceso Componentes de un sistema de tuberías 2.2.1 Tuberías 2.2.1 Tuberías 2.2.2 Accesorios 2.2.2 Accesorios 2.2.3 Bridas 2.2.4 Instrumentación 2.2.4 Instrumentación
22 23 24 24 25 25 26
2.3 2.3 2.4 2.4 2.5 2.5
2.2.5 Válvulas 2.2.5 Válvulas Representación gráca 2.3.1 Planos de implantación 2.3.1 Planos 2.3.2 Diagramas de ujo 2.3.2 Diagramas 2.3.3 Simbología de válvulas 2.3.3 Simbología 2.3.4 Planos de tuberías 2.3.4 Planos Representaciones tridimensionales Prefabricación y montaje de tuberías
27 28 28 29 30 31 33 35
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2.1 2.1 PLANTAS DE PROCESO Se da el nombre de Plantas de proceso a proceso a las instalaciones industriales en las que se desarrollan diversas operaciones conducentes a transformar transformar,, adecuar o tratar algunas materias primas a n de obtener productos de mayor valor agregado. Es frecuente limitar este concepto concepto de Plantas de proceso, a aquellas industrias que manejan básicamente básicamente uidos. Las Plantas de están integradas por Unidades de proceso. proceso están proceso proceso. Las Plantas de proceso son proceso son las instalaciones en las que los sistemas de tuberías cobran tuberías cobran mayor importancia.
INTRODUCCIÓN En todas las instalaciones instalacione s industriales relacionadas en laque lección anterior, transportar tanto las materias primas como los productos intervienen enseelrequiere procesopoder entre las diversas secciones de la instalación o al exterior de la instalaci instalación. ón. En el caso de materias sólidas el transporte se lleva a cabo mediante transportadores de sólidos adecuados, como son grúas, carretillas, cintas transportadoras, tornillos sinfín, elevadores, etc.
Sistemas de Tuberías en una Planta de Proceso
Pero en el caso de uidos (líquidos o gases) el transporte se realiza mediante el uso de sistemas formados por una serie de elementos unidos entre sí que constituyen un conjunto cerrado por cuyo interior circula el uido. Estos sistemas reciben el nombre genérico de “sistemas de tuberías” (piping systems). systems). Conviene mencionar aquí que, en ingeniería de plantas de proceso, y especialmente en las industrias del petróleo, es frecuente el uso de términos ingleses, que han sido adoptados en sustitución de sus equivalent equivalentes es en español. Esto ocurre con el término “piping” “piping”.. Este término, derivado de la palabra “pipe”, que signica, literalmente “tubo” o “tubería”, hace referencia al conjunto de elementos constitutivos de un “sistema de tuberías”. tuberías”. A lo largo de este curso incluiremos, frecuentemente, las denominaciones en inglés comúnmente utilizadas en la terminología técnica, a n de irnos familiarizando famili arizando con ellas.
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2.2 2.2 COMPONENTES COMPONE NTES DE UN SISTEMA DE TUBERÍAS Un sistema de tuberías está constituido por una serie de elementos mecánicos mecánicos unidos entre sí de forma que se impidan fugas noestanco, deseadas fluido circulante a fin de que estos el sistema, en su conjunto, constituya un sistema endel mayor o menor grado. Mediante sistemas de tuberías se transportan los líquidos y gases entre dos equipos - bombas, compresores, recipientes, filtros, intercambiadores de calor, tanques de almacenamiento, etc. - de la Planta de proceso, o entre dos Unidades de proceso.
2.2.2 ACCESORIOS En un sistema de tuberías, los tubos conducen los fluidos según una trayectoria recta y con una sección de paso constant constante. e. Para cambiar la dirección o modificar el diámetro de paso se recurre a los llamados accesorios de tuberías (pipe fittings). fittings). La variedad existente de accesorios es muy amplia, y serán objeto de otro curso. Por ello, en éste, nos limitaremos a enumerar los más comúnmente utilizados.
Los principales elementos constitutivos constitutivos de un sistema de tuberías, son: • TUBERÍAS • ACCESORIOS • BRIDAS • INSTRUMENTOS • VÁLVULAS
Codo 90º
Codo 45º
Reductores concéntrico y excéntrico
Te
2.2.11 TUBERÍAS 2.2.
2.2.3 BRIDAS
Las tuberías elementos os mediante los cuales se lleva a cabo el transporte tuberías,, o tubos tubos,, son los element propiamente dicho del fluido. En una instalación industrial típica, en particular en las incluidas propiamente en el Grupo I de la lección anterior, anterior, sus tuberías suman en total un considerable número de kilómetros.
Cuando se desea posibilitar el desmontaje de dos componentes de un sistema de tuberías sin operaciones destructivas, se recurre al uso de bridas (flanges), (flanges), las cuales van unidas entre sí por medio de pernos y tuercas. tuercas. Al ser elementos muy utilizados en los sistemas de tuberías, su estudio será objeto de otro curso. En éste nos limitamos a relacionar los tipos de bridas bridas más más utilizados.
Con cuello, para soldar (welding neck)
Deslizable (slip-on)
Loca, con casquillo (lap joint with stub end)
Para soldar a solape (socket weld)
Roscada (threaded)
Ciega (blind)
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2.2.4 INSTRUMENTACIÓN
2.2.5 VÁLVULAS
El concepto de instrumentación instrumentación se se refiere al grupo de elementos que sirven para medir, convertir, transmitir, controlar o registrar variables de un proceso, con el fin de optimizar los recursos utilizados. Este conjunto constituye el sistema de control (control system) de system) de una planta de proceso e incluye elementos tales como medidores y transmisores de caudal, presión, temperatura, etc., que integran los lazos de control (control loops). loops). El sistema de control de una planta de proceso se monitoriza desde una sala de control (control room). room).
Finalmente, las válvulas (valves) instaladas (valves) instaladas en los sistemas de tuberías son elementos cuya función reviste gran importancia, ya son los que permiten el paso o la interrupción del fluido, así como la regulación de su caudal. Las válvulas presentan una enorme variedad en cuanto a modelos y característ características, icas, lo que justifica sean tratadas tratadas con más detalle. Esto es lo que nos proponemos a través del presente curso de Válvulas. Válvulas.
Sala de control de una refinería de petróleo Las válvulas de control (control (control valves) se valves) se pueden catalogar como parte de la instrumentación o como válvulas propiamen propiamente te dichas. Nosotros entendemos que es más adecuado considerarlas como válvulas y por ello las hemos incluido en una lección específica de este curso.
Valor de consigna Alimentación
Variable de proceso
LC
Controlador de nivel
Tanque
LT Indicador/Transmisor de nivel
Válvula de control Bomba
Lazo La zo de co con ntr trool de de ni ni vel vel
Vál álvu vula la de co con ntr trool
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2. 2.33 REPRESENTACIÓN GRÁFICA Los sistemas de tuberías han de representarse de forma gráca en los planos de una instalación industrial. Dependiendo de su objetivo, hay diversos tipos de representaciones grácas o planos. Normalmentee se comienza por realizar el Plano de implantació Normalment implantación n y el Diagrama de ujo, o Diagrama de tuberías e instrument instrumentos os.. A partir de ellos se preparan los Planos de tuberías tuberías y de ellos las Isométricas.
2.3.1 PLANOS DE IMPLANTACIÓN Como primera tarea, es preciso realizar un Plano de implantación general (Plot plan) plan) de la instalación. En estos planos se ubican todos los equipos de la Planta, así como otros elementos jos de importancia (Estructuras, cimentaciones, pavimentos, etc.). Son planos dibujados a escala e incluyen coordenadas y cotas principales.
2.3.2 DIAGRAMAS DE FLUJO Los diagramas de flujo utilizados para elaborar los planos finales de tuberías son los llamados diagramas de tuberías e instrumentos también instrumentos también conocidos como diagramas P&I, P&I, o simplemente P&I,, acrónimo derivado de su nombre en inglés (piping and instruments diagrams). P&I Estos diagramas incluyen, incluyen, en forma esquemátic esquemáticaa todos los equipos y sistemas de tuberías, pero con indicación precisa de tamaños y especificaci especificaciones ones de tuberías e incorporando todos los elementos de instrumentación y control de la Planta. Como ejemplo, se incluye un diagrama de flujo típico de un separador en tres fases (líquido, vapor y agua) del petróleo crudo procedente de un yacimiento. yacimiento.
Plano de implantación general (Plot plan) De ellos se obtienen planos particulares de disposición de equipos por equipos por áreas especícas.
Diagrama P&I de un separador de crudo en tres fases
Planos de disposición de equipos (planta y alzado)
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2.3.3 SIMBOLOGÍA DE VÁLVULAS
2.3.4 PLANOS DE TUBERÍAS
En los Diagramas de Flujo, las válvulas s e han de representar de forma for ma esquemática, mediante símbolos, pero de forma que en ellos se muestre el tipo de válvula requerido.
Son planos de planta y alzado en los que se representa representan, n, a escala, los sistemas de tuberías, con todos sus elementos, en base a los P&I P&I y y a la ubicación de equipos mostrada en los Plot Plans.. Incluyen coordenadas, cotas, elevaciones y dimensiones. Plans
SÍMBOLO
DESCRIPCIÓN
Válvula de Compuerta
Válvula de Macho con tres pasos
Válvula de Bola con tres pasos
CLAVES PARA IDENTIFICAR EL ESTADO DE LA VÁLVULA NO Normalmente NO Normalmente abierta NC Normalmente NC Normalmente cerrada CSO Condenada posición abierta CSC Condenada posición cerrada GO Operada GO Operada con engranaje
Válvula de Asiento Válvula de Retención
Válvula de Mariposa
Válvula de Macho
Válvula de Bola
Válvula de Diagrama
Válvula de Aguja
Válvula de Retención doble Clapeta
Válvula de Asiento en “Y”
Válvula de Control de operación manual
Válvula de Pistón
Válvula de Tajadera
SÍMBOLO
DESCRIPCIÓN
Válvula de cuatro pasos
Válvula de Retención
con bloqueo (Stop Check manual Valve) Válvula de Ángulo
A partir de los diagramas P&I P&I y y de los planos de disposición de equipos se equipos se procede a elaborar los planos de tuberías. tuberías. Estos planos sirven para obtener una lista de los materiales necesarios para, con ellos, proceder a la fabricación y al montaje de los sistemas de tuberías mostrados en los planos. Actualmente, Actualmen te, la mayor parte de los planos de tuberías se generan en ordenador por medio de programas informáticos tales como el AutoCAD AutoCAD.. Los planos de tuberías clásicos son: • PLANOS DE PL ANTA • PLANOS DE ALZADO • PLANOS ISOMÉTRICOS, O ISOMÉTRICAS
Válvula de Purga continua Válvula de Purga intermitente
CLAVES PARA IDENTIFICAR GUARNICIONES ESPECIALES MON Monel MON Monel STE Stellite STE Stellite 304 AISI 304 316 31 6 AISI 316 TEF Teflón TEF Teflón HAS Hastelley INC Inconel INC Inconel
Planta
Alzado
Isométrica
Los planos de tuberías, dependiendo principalmente principalmente del diámetro de las tuberías representadas, representadas, pueden realizarse en presentación de línea doble o sencilla.
Línea doble
Línea sencilla
En los planos de planta de tuberías se representan representan,, a escala, los sistemas de tuberías, con todos sus elementos elementos,, incluyendo coordenadas, cotas, elevaciones y dimensiones dimensiones.. En la figura incluida a continuación continuación se representa el plano de planta del planta del piso superior de la instalación mostrada en el plano de disposición de equipos del equipos del apartado 2.3.1.
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2.4 2.4 REPRESENTACIONES TRIDIMENSIONALES En ocasiones, para mayor claridad, se preparan planos de alzado, o elevación, de algunas partes específicas de la instalaci instalación. ón. En las siguientes figuras se representan los planos de planta y alzado de alzado de una instalación típica de aspiración y descarga de bombas.
En el apartado anterior se describen las representaciones gráficas gráficas de sistemas de tuberías que posibilitan de los materiales necesarios necesarios su disposición fabricación y montaje. Entre el losrecuento planos descritos, las isométricas son,y en cierto modopara unasu representación isométricas son, tridimensional, tridimension al, pero realiza realizada da en forma esquemática. Como complemento a las representaciones gráficas anteriormente descritas, es frecuente preparar representaciones tridimensionales tridimensionales que facilit facilitan an la visualizaci visualización ón de la instalación. Por una parte suelen dibujarse esquemas tridimensionales (layouts (layouts)), que son unos planos similares a las isométricas, pero con detalles más reales, aunque generalmente carecen de cotas y dimensiones.
Plano de planta
Plano de alzado
Finalmente, Finalmen te, a partir de los planos anteriores se procede a la preparación de las isométricas isométricas.. En primer lugar presentamos una sencilla isométrica de una planta y alzado, o isométrica representación representac ión ortográfica en línea doble de un tramo prefabricado de tubería.
Las isométricas isométricas son son dibujos en visión tridimensional preparados para cada línea tridimensional o tramo de tubería, incorporando incorporando todos los accesorios, bridas, válvulas e instrumentación con indicación de dimensiones, aunque no realizados a escala. Estos dibujos son los utilizados para la prefabricación de tuberías y como ayuda para el montaje.
Plano isométrico de tuberías típico
Plano de planta Esquema tridimensional tridimensional de aspiración de bombas
Layout basado en el plano de planta
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2.5 2.5 PREFABRICACIÓN Y MONTAJE DE TUBERÍAS Como se ha indicado anteriormente, anteriormente, un sistema de tuberías está tuberías está formado por una serie de elementos mecánicos unidos entre sí. Estos sistemas de tuberías así constitu constituidos idos pasan a formar parte de una instalación industrial. industrial. A fin de facilit facilitar ar las operaciones de montaje de los sistemas de tuberías en la instalación, es práctica normal el montaje parcial de un grupo de element elementos os hasta formar un conjunto de fácil manejo y transporte. Esta operación de ensamblaj ensamblajee previo al montaje final en la Planta se conoce como prefabricac prefabricación ión de tuberías tuberías,, operación que puede hacerse en los talleres del fabricantee o a pie de obra. A los conjuntos así prefabricados se los denomina spools fabricant spools..
Esquema tridimensional tridimensional de una unidad de proceso
Además, es frecuente complementar el diseño gráfico con maquetas virtuales, virtuales, preparadas mediante ordenador, en las que se representan a escala las instalaci instalaciones ones tal como serán en la realidad. Antes del desarrollo de los medios informáticos, informáticos, era frecuent frecuentee la construcción de maquetas físicas, físicas, utilizando materiales plásticos y de madera.
Prefabricación
Montaje
Maqueta tridimensional del sistema de válvulas en un recipien recipiente te a presió presión n
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GRUPO CUÑADO
TIPOS DE VÁLVULAS 3.11 3. 3.2 3.2 3.3 3.3
Introducción Especicación de una válvula Elección de una válvula Clasicación 3.3.1 Servicio 3.3.1 Servicio 3.3.2 Operación 3.3.2 Operación 3.3.3 Circulación del uido 3.3.3 Circulación
38 39 40 41 42 43 44
3.3.4 Accionamiento 3.3.4 Accionamiento
45
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3.1 3.1 ESPECIFICACIÓN DE UNA VÁLVULA Una vez seleccionada una válvula, ésta queda claramente definida mediante la determinación de una serie de datos o parámetros parámetros,, que determina determinann sus característ características icas principales. Los datos a aportar para especificar una válvula son múltiples. Cuanto más se incluyan, incluyan, más claramente quedará definida. Como mínimo deben especificarse los siguientes: claramente • TIPO DE VÁLVULA Vendrá determinado, básicamente, en función del servicio requerido: apertura y cierre, corte en un sentido, regulación, regulación, seguridad, control.
INTRODUCCIÓN
• TAMAÑO Lo determinará, básicamente, básicamente, el caudal a circular circular,, así como otras características del fluido (densidad, viscosidad, etc.).
Una válvula puede definirse como “un dispositivo mecánico con el cual se puede iniciar, detener o regular la circulaci circulación ón (paso) de líquidos o gases mediante piezas móviles que abren, cierran u obstruyen, en forma parcial o total, uno o más orificios o conductos” conductos”..
• CLASE (RATING) Este concepto, que determina básicamente la robustez y los espesores de pared de los elementos portantes de la válvula (cuerpo, tapa), está basado en la presión y temperatura de servicio del fluido.
Las válvulas, que como veremos más adelante pueden cumplir cumplir varias misiones dentro del sistema en el que están instaladas, pueden intercalarse dentro del sistema de tuberías, tuberías, o bien entre una tubería y un equipo, a fin de poder aislar a este último.
• MATERIALES DE FABRICACIÓN A fin de definir los materiales de construcción de los principales elementos de la válvula, tales como el cuerpo o los internos, los parámetros más importantes son los datos del fluido tales como composición química química,, presión, temperat temperatura, ura, corrosividad, etc.
La variedad de válvulas existentes en el mercado es muy grande. Se p ueden llevar a cabo diversas clasificaciones clasificaciones de tipos de válvulas, dependiendo de distint distintas as consideraciones, como pueden ser el ser vicio al que están destinadas, destinadas, su forma de operar y el tipo de accionamiento accionamiento empleado para operarlas. Cada uno de los tipos incluidos en las categorías antes citadas, citadas, pueden, a su vez, incorporar una gran variedad de modelos de válvulas diferentes.
• EXTREMOS La forma de unión de la válvula a la tubería o equipo determina la configuración de sus extremos, los cuales pueden ser roscados, para soldar a solape o a tope, o con bridas. Esta forma de unión dependerá, pr incipalmen incipalmente, te, del tamaño de la válvula y de las característ características icas del fluido, y, especialmente presión, temperatura y peligrosidad.
Ante la imposibilidad de cubrir la mayoría de tipos existentes, existentes, a lo largo de este curso nos limitaremos a reseñar las característ limitaremos características icas principales de los tipos de válvulas más comunes en el mercado.
Especificación de una válvula de compuerta en un catálogo
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GRUPO CUÑADO
3. 3.22 ELECCIÓN DE UNA VÁLVULA
3.3 3.3 CLASIFICACIÓN
Antes de especificar la válvula que precisamos, es necesario, antes de definir el tamaño, material, etc., seleccionar el tipo adecuado. L a gran variedad de tipos de válvulas existentes material, en el mercado hace que la elección de una válvula haya de ser objeto del análisi análisiss de diversos condicionantes condicionan tes que, en cualquie cualquierr caso, siempre conducirán a varias alternativas posibles.
Corte
SERVICIO
Regulación Retención
Los condicionantes que determinarán el modelo a adoptar son, básicamente, los relacionados a continuación:
Seguridad
• SERVICIO · Permitir o impedir el paso del fluido · Regular el caudal · Seguridad · Control · Servicios especiales • FLUIDO · Composición química · Caudal · Presión · Temperatura · Densidad · Viscosidad · Corrosividad · Peligrosid Peligrosidad ad · Sólidos en suspensión • FACTORES COMERCIALES · Precio · Disponibilidad (plazo d e entrega) · Facilidad de repuestos · Unificación con los modelos existentes en la Planta • OTROS FACTORES Conviene, además, tomar en consideración otros condicionantes como son la accesibilidad, facilidad y frecuencia de operación (en operación,, facilidad de mantenimiento mantenimiento,, emplazamiento emplazamiento (en interior, intemperie, enterrada, submarina, etc.).
Control Servicios Especiales
OPERACIÓN
Multivueltas De cuarto de vuelta
CIRCULACIÓN DEL FLUIDO FLUIDO
Bidireccionales Unidireccionales
ACCIONAMIENTO
Manual Automático Por el uido
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3.3.1 SERVICIO
3.3.22 OPERACIÓN 3.3. O PERACIÓN
La clasificación básica incluida incluida a continuación es la que depende del servicio para el que se utilizan las válvulas. En cada uno de los grupos de esta clasificación hemos incluido, como ejemplo los tipos más significativos significativos de cada grupo. Estas válvulas son las que serán estudiadas a lo largo de las distintas lecciones del curso.
Si bien la clasificación más importante de los tipos de válvulas se hace según su servicio, hay muchas otras clasificaciones clasificaciones posibles. Una de ellas es la forma en que actúan los internos de la válvula para abrir o cerrar el paso del fluido, o forma de operar de la válvula. Así, puede hablarse de válvulas de dos tipos:
CORTE Compuerta
Permiten o impiden totalmente el paso del fluido Mariposa
REGULACIÓN
Bola
Macho
MULTIVUELTAS
Compuerta
Al hacer girar un volante se hace ascender o descender gradualmente el obturador
Globo Manguito
Aumentan o disminuyen el caudal del fluido Girar para abrir
Globo
Manguito
Membrana
Girar para cerrar
Compuerta arriba Cuee rpo Cu rpo de la vá válv lvuu la la
RETENCIÓN Clapeta
Permiten el paso del fluido en una sola dirección Doble clapeta
Membrana
Comp Co mpuu er er ta ta aba abajj o
Flujo
Asiento
Disco VÁLVUL A ABIERTA
VÁLVULA CERRADA
Operación de una válvula tipo multivueltas SEGURIDAD
Protegen el sistema contra un aumento no deseado de presión
Apertura instantánea
CONTROL
Reductoras de presión
Regulan automáticamente el caudal/presión del fluido
Acción lineal
DE CUARTO DE VUELTA
Mariposa
El obturador gira 90º entre las posiciones de “totalmente abierta” y “totalmente cerrada”
Bola Macho
VOLANTE
Acción rotativa
Reductoras de presión OBTURADOR
en circunsta circunstancias ncias SERVICIOS ESPECIALES Operan o condiciones de trabajo especiales CERRADA
Criogénicas
Cierre a presión
Selladas po por fu fuelle
Encamisadas
Para pi pipelines
ABIERTA
Operación de una válvula tipo cuarto de vuelta
042 VÁLVULAS
GRUPO CUÑADO
3.3.3 CIRCULACIÓN CIRCULACIÓN DEL FLUIDO
3.3.44 ACCIONAMIENTO 3.3.
Otro aspecto es el sentido de circulación del fluido por el interior de la válvula. Para establecer esta clasificación estamos considerando únicamente únicamente las válvulas más usuales, que son las de dos vías (una vías (una boca de entrada y otra de salida), aunque también existen válvulas de tres y cuatro vías, vías, que podrían considerarse válvulas multidi multidireccional reccionales. es.
Una última clasificación, clasificación, de las presentadas en esta lección, aunque habría muchas otras maneras de distinguir las válvulas, sería por el medio de accionam accionamiento iento utilizado. utilizado.
BIDIRECCIONALES
Compuerta
El uido puede circular en ambos sentidos
Mariposa
Según este criterio de clasifica clasificación, ción, pueden distinguirse tres grandes grupos:
MANUALES
Por volante
Accionadas mediante algún mecanismo operado manualmente
Por volante y reductor Por palanca
Bola Macho Manguito
Válvula de compuerta accionada por volante
Válvula de mariposa accionada por volante y reductor
Membrana
Válvula de bola accionada por palanca
AUTOMÁTICAS
Por actuador
Accionadas mediante dispositivos de control remoto
Por válvula piloto
Válvulas de circulación bidireccional
UNIDIRECCIONALES
Globo
El uido solo puede circular en un sentido
Retención
Válvulas de circulación unidireccional
Válvula de bola accionada por actuador neumático
Válvula reductora de presión accionada por válvula piloto
Seguridad
POR EL FLUIDO
Válvulas de retención
Control
No es preciso actuación externa ya que son accionadas por el propio uido
Válvulas de seguridad
Válvula Válvu la de rete retención nción
Válvula Válvu la de seguridad d ad
043
044 VÁLVULAS
GRUPO CUÑADO
045
DESCRIPCIÓN DE UNA VÁL VÁLVULA VULA 4.11 4. 4.2 4.2 4.3 4.3 4.4 4.4 4.5 4.5 4.6 4.6
Introducción Cuerpo y tapa Los extremos Conexiones especiales El trim 4.4.1 El vástago 4.4.1 4.4.2 Los elementos de cierre 4.4.2 El sistema de sellado Accionamiento 4.6.1 Válvulas multivueltas 4.6.1 4.6.2 Válvulas de cuarto de vuelta 4.6.2 vuelta
48 49 50 51 52 52 54 55 56 56 57
046 VÁLVULAS
GRUPO CUÑADO
4.1 4.1 CUERPO Y TAPA El cuerpo y la tapa son tapa son las piezas que constituyen la estructura básica de una válvula. Son de construcción robusta, ya que han de contener, en su interior, otros componentes funcionales de la válvula, como son el “trim” y en ocasiones, las piezas de sellado de la válvula. Es frecuente, en las válvulas de acero, establecer una clasificación, en función del proceso de fabricación de estas dos piezas: válvulas forjadas y fundidas. Normalmente, Normalment e, las llamadas válvulas forjadas son las de tamaños no superiores a 2” (50 mm), mientras mientras las válvulas fundidas son las de tamaños superiores.
INTRODUCCIÓN Una válvula está constituida por una serie de elementos, fijos o móviles, en general comunes sea cual sea el tipo de válvula, pero cuyas características características particulares pueden diferir de un modelo a otro. En esta lección se muestran, de forma general, los pr incipales elementos elementos constituyentes constituyentes de una válvula, y en lecciones posteriores, se lleva a cabo un análisis más detallado, detallado, para cada tipo particular de válvulas. Como ejemplo, se muestra a continuación el despiece de una válvula de bola.
El cuerpo y la tapa van sólidamente unidos entre sí formando así el conjunt conjuntoo cuerpo-tapa. La forma de fijación depende del tamaño de la válvula y del grado de estanqueidad requerido.
Cuerpo
Tapa
La forma de unión cuerpo-tapa cuerpo-tapa,, recibe las siguientes denominaciones: denominaciones: 1. TAPA ATORNILLADA (BOLTED BONNET) Unión mediante tornillos y tuercas. Es la forma de unión más utilizada, especialmente en válvulas fundidas. 2. TAPA ROSCADA (SCREWED BONNET) Unidas mediante rosca, normalmente normalmente macho en el cuerpo y hembra en la tapa. Utilizada únicamente únicamen te en válvulas forjadas. 3. TAPA SOLDADA (WELDED BONNET) La tapa y el cuerpo se unen mediante soldadura. Es la unión utilizada cuando se requiere una estanqueidad total. total. Puede ser de enchufe y soldadura, en válvulas forjadas, o a tope en válvulas fundidas. 4. BRIDA CIEGA (BLIND FLANGE) Cuando la válvula carece de mecanismo de operación, como ocurre en las válvulas de retención,, la tapa es sustituida por una brida ciega. Unión utilizada cuando se requiere una retención estanqueidad total.
Tapa atornillada
Tapa roscada
Tapa soldada
Brida ciega
047
048 VÁLVULAS
GRUPO CUÑADO
049
4.2 4.2 LOS EXTREMOS
4.3 4.3 CONEXIONES ESPECIALES
La unión de una válvula a la tubería o a un equipo eq uipo se lleva a cabo por los extremos del d el cuerpo. Por ello, los extremos de la válvula deberán elegirse en conformidad con las especificaciones de la instalación en la que va insertada. Los extremos más utilizados son:
Además de los tipos de extremos antes definidos, que son los más comúnmente utilizados, utilizados, en ocasiones se adoptan otros medios de unión, que requieren dispositivos dispositivos especiales. Aquí nos limitaremos a reseñar dos tipos de unión muy utilizados, especialmente en válvulas ventajaa de estos dos tipos de unión reside en su economía, pero únicamente de mariposa. mariposa. La ventaj pueden utilizarse en válvulas de corta distancia entre entre extremos, como es el caso de las citadas válvulas de mariposa.
En válvulas forjadas:
5. CONEXIÓN TIPO LUG En la conexión lug, la válvula se monta entre las bridas de la tubería, quedando unida a ellas por medio de pernos roscados a unos taladros roscados en el mismo cuerpo de la válvula.
Roscados
Soldados a enchufe
En válvulas fundidas:
6. CONEXIÓN TIPO WAFER En una conexión wafer, la válvula también se instala entre las bridas de la tubería y queda aprisionada por los tornillos de las mismas bridas. Este tipo de conexión suele llevar cuatro agujeros agujeros de centrado en el cuerpo de la válvula para garantizar una correcta posición entre las bridas. Bridados
Soldados a tope
Los extremos para soldar solo se utilizan cuando se requiere una garantía absoluta de estanqueidad, ya que este tipo de válvulas presenta el inconven estanqueidad, inconveniente iente de que no pueden ser desmontadas de la línea.
050 VÁLVULAS
GRUPO CUÑADO
4.4 4.4 EL TRIM Se utiliza el término inglés “trim” para denominar el conjunto de los elementos internos internos “trim” para de la válvula cuya misión es llevar a cabo la apertura y cierre de la misma. Los principales elementos constitutivos constitutivos del trim son el vástago y el asiento vástago,, el obturador obturador y asiento.. En español suele utilizarse la palabra “internos “internos”” para referirse al trim y, en ocasiones, y de forma no muy or todoxa, el término “guarnición” “guarnición”..
8. DE VÁST VÁSTAGO AGO Y VOLANTE ASCENDENTES (Rising stem and handwheel) En estas válvulas, el vástago es solidario con el volante, girando y ascendiendo conjuntamente. La rosca del husillo engrana con una rosca interior de la tapa o el yugo de la válvula. Éste suele ser el caso de las válvulas de globo.
VOLANTE VÁSTAGO VÁSTAGO EMPAQUETADURA
OBTURADOR ASIENTO
OBTURADOR
Elementos del trim
Trim de una válvula de guillotin guillotinaa
4.4.1 EL VÁSTAGO
ASIENTO
El vástago (stem) es obturado r. (stem) es el elemento de unión entre el accionamiento de la válvula y el obturador. En las válvulas del tipo “multivueltas”, “multivueltas”, y en función de la forma de unión entre el vástago y el volante o pomo de accionamiento, las válvulas se pueden denominar: 7. DE VÁSTAGO ASCENDENTE Y VOLANTE FIJO (Rising stem and non rising handwheel) El vástago asciende a través del volante, arrastrando en su movimiento al obturador. La rosca del husillo engrana con una rosca interior del volante.
Válvu Vá lvula la cer cerrad radaa
Válvu Vá lvula la abi abiert ertaa
9. DE VÁSTAGO Y VOLANTE FIJOS (Non rising stem and handwheel) En estas válvulas, al accionar el volante, éste no asciende, al igual que el vástago. Es el obturador el que asciende por el vástago, mediante un engrane entre ambos. Este tipo, menos frecuente que los anteriores suele utilizarse cuando no se dispone de espacio suficiente por encima del volante volante..
Este es el caso más frecuente de las válvulas de compuerta. VOLANTE VÁSTAGO
EMPAQUETADURA
VÁSTAGO
VOLANTE OBTURADOR EMPAQUETADURA
ASIENTO OBTURADOR
Válvu Vá lvula la ce cerra rrada da
ASIENTO
Válv Vá lvul ulaa cerra cerrada da
Válv Vá lvul ulaa abier abierta ta
Válvu Vá lvula la abi abiert ertaa
En el caso de válvulas de “cuarto de vuelta”, el vástago va solidariamente unido, por un extremo a la palanca o volante de accionamiento y, por el otro al elemento obturador, de manera que en un giro de 90º se produce la apertura o cierre.
051
052 VÁLVULAS
GRUPO CUÑADO
053
4.5 4.5 EL SISTEMA DE SELLADO 4.4.2 LOS ELEMENTOS DE CIERRE Los elementos de cierre de una válvula, formados por el obturador obturador y y el asiento asiento constituyen constituyen el corazón de la válvula, ya que cumplen la misión para la que está concebida la válvula: permitir,, impedir o regular el paso del fluido. permitir
Así como el conjun conjunto to obturador–asiento obturador–asiento asegura la estanqueidad interna interna de la válvula, el conjunto de elementos de sellado garantiza sellado garantiza la externa, es decir, impide que el fluido c irculante salga al exterior. Los elementos principales constitutivos constitutivos del sistema de sellado de una válvula son:
El obturador obturador es es el elemento que permite o impide, en forma total o parcial, el paso del fluido a través de la válvula. La variedad de obturadores es muy grande, incluso incluso en válvulas del mismo tipo. En posición de válvula cerrada, el obturador hace pleno contacto con el asiento asiento,, contacto que debe ser lo más per fecto posible a fin de lograr un cierre con la estanqueidad deseada.
1 2
Por ello, los asientos suelen ser fabricados en materiales especiales, y frecuentemente asientos suelen revestidos con tratamientos que les confieren una dureza adicional. 3 4
1. Brida del prensaestopas (gland follower)
Compuerta
Globo
Retención
La brida del prensaestopas prensaestopas,, al ser empujada por pernos, ejerce presión sobre el prensaestopas, que a su vez, la transmite a la empaquetadura.
2. Prensaestopas (gland) Es la pieza que comprime el prensaestopas, por medio de la brida del prensaestopas prensaestopas..
3. Empaquetadura (packing) Formada por anillos o por un solo cordón flexible de material especial, que ocupa toda la caja del prensaestopas.
Mariposa
Bola
Macho
4. Asiento posterior del vástago (stem backseat) backseat) Consiste en un anillo en el que asienta un resalte del vástago en posición de válvula totalmente abierta para evitar fugas en ese punto.
054 VÁLVULAS
GRUPO CUÑADO
4. 4.66 ACCIONAMIENTO En el apartado 3.3.4 se hacía referencia a las distintas modalidades de accionamiento posibles. En este apartado nos referiremos sólo a los accionamientos manuales, manuales, ya que las otras posibilidades, concretamente actuadores, válvulas piloto y accionamiento por el propio serán estudiadas en lecciones posteriores. fluido serán fluido
4.6.1 VÁLVULAS MULTIVUELTAS La operación de apertura y cierre de una válvula del tipo multivueltas multivueltas,, se realiza mediante un volante volante,, que en el caso de válvulas de pequeño tamaño, suele sustituirse sustituirse por un pomo pomo.. En válvulas de gran tamaño, en las que la operación del volante requiere un par de accionamiento accionami ento muy elevado, se recurre a incorporar un reductor de engranajes, que reduce sustancialmente sustancial mente el par requerido.
4.6.2 VÁLVULAS VÁLVULAS DE CUARTO DE D E VUELTA En el caso de válvulas manuales del tipo “cuarto de vuelta”, lo más frecuente es que se operen mediante palanca palanca.. En ocasiones en las que la apertura puede ser parcial, por ejemplo en servicios de regulación, la palanca suele ir provista de una manilla manilla aseguradora aseguradora para poder fijar su posición. Sin embargo en ocasiones, y en especial en el caso de válvulas de mariposa, mariposa, también se utiliza volante en vez de palanca. volante en También Tamb ién es normal, en el caso de válvulas de cuarto de vuelta de gran tamaño, el sustituir la palanca de accionamiento accionamiento por un volante volante,, generalmente con reductor de engranajes. También es frecuente que se suministren válvulas con el extremo del vástago terminado en un cuadradillo para acoplar a él el accionamiento deseado. cuadradillo para
Para facilitar el accionamiento de válvulas de difícil acceso, es frecuente recurrir a cadenas de accionamie accionamiento nto..
Válvula de bola con palanca Volante y reductor
Volante
Reductor de engranajes
Pomo
Cadena
Palanca con trinquete
Volante y reductor
Cuadradillo para accionamiento
055
056 VÁLVULAS
GRUPO CUÑADO
057
NORMALIZACIÓN 5.11 5. 5.2 5.2 5.3 5.3 5.4 5.4
Introducción Normas Internacionales Normativas para válvulas Dimensiones 5.3.1 Tamaño nominal 5.3.1 5.3.2 Presión nominal 5.3.2 5.3.3 Distancia entre caras 5.3.3 Aseguramiento de la calidad 5.4.1 Inspección, pruebas y ensayos 5.4.1 5.4.2 Certicados de calidad 5.4.2
058 VÁLVULAS
60 61 62 63 63 64 65 67 68 69
GRUPO CUÑADO
5.1 5.1 NORMAS INTERNA INTERNACIONALES CIONALES La normativa a aplicar depende de la nacionali nacionalidad dad y tipo de industria de la instalación. La mayoría de los países industrializados tienen sus propias normas. Así, en España, la organización elabora las Normas UNE. AENOR elabora UNE. Además existen normas a las que se adhieren diversos países, países, como ocurre con las Normas americanas, adoptadas universalmente en las Industrias del Petróleo y Petroquímicas, o con americanas, las Normas alemanas DIN DIN,, igualmente muy utilizadas en la Industria Química.
INTRODUCCIÓN Las válvulas, como cualquier elemento mecánico, mecánico, son suscepti susceptibles bles de desgaste por el uso, averías, e incluso rotura. Por ello es preciso, en ocasiones, su sustitución, o la de alguno de sus componentes.. Para reemplazar una válvula por otra nueva, es preciso que ésta última cumpla componentes con las característ características icas dimensionales y técnicas de la válvula sustituida. sustituida. A fin de garantiza garantizarr esta condición, las válvulas han de cumplir con una Normativa aplicable Normativa aplicable a ambas. De este modo, si la válvula a sustituir y la nueva, cumplen con las mismas Normas Normas,, no habrá impediment impedimentoo alguno en la sustitución. Por ello, en cualquier instalación industrial, es conveniente que se adopte ad opte una normalización determinada y común para todos sus elementos constitutivos. determinada constitutivos. De este modo, el stock de piezas de repuesto existentes en Almacén, será válido para p ara cualquier elemento similar de la instalación.
Existen organizaciones internacionales de normalización a las que se adhieren países miembros que adoptan sus Normas. Entre ellas se pueden citar la organización Internacional Internacional ISO,, o la europea CEN ISO CEN..
059
060 VÁLVULAS
GRUPO CUÑADO
061
5.2 5.2 NORMATIVAS PARA VÁLVULAS
5.3 5.3 DIMENSIONES
Las Normas más utilizadas en valvulería son las ASME / ANSI y ANSI y las DIN DIN.. Las Normas ASME son prioritariamente utilizadas en las Industrias del Petróleo y Petroquímicas. En cambio, en otros tipos de industrias, como la Industria Química, la Alimentaria, etc., es más común la adopción de Normas DIN.
Cuando, por razones de mantenimiento de una instalación industrial, resulta necesaria la sustitución de una válvula, conviene que exista la posibilidad de poder adquirir la nueva válvula dentro de un amplio mercado y, por otra parte, que la sustitución pueda llevarse a cabo sin modificar el resto de la instalación. Ello se logra si la nueva válvula cumple con la misma que la válvula a sustituir. normativa de dimensiones dimensiones que
La mayoría de las Normas internac internacionales ionales más importantes, aplicables a las v álvulas, están incluidas en los Códigos relacionados a continuación: continuación: Mechanical al Engineers) ASME (American Society of Mechanic ASME (American Sociedad Americana de Ingenier Ingenieros os Mecánicos.
Lo mismo ocurre cuando se trata de sustituir, no la válvula completa, sino algunos elementos de ella. Las dimensiones de una válvula quedan determinadas definiendo el Código aplicable y los Código aplicable dos parámetros básicos siguientes: parámetros básicos • TAMAÑO NOMINAL (Nominal size) • PRESIÓN NOMINAL (Clase, o Rating)
ANSI (American National Standards Institute) ANSI (American Instituto Instit uto de Normas Nacionales Americanas.
EJEMPLOS: Válvula ASME ASME,, NPS 4”, 4”, CL 150: 150: Define una válvula según el Código ASME, de un Tamaño Nominal de 4 pulgadas y Clase 150 libras.
API (American Petroleum Institute) API (American Instituto Americano del Petróleo.
Válvula DIN Nominal DIN,, DN 100, 100, PN 20: 20: Define una válvula según el Código DIN, de un Tamaño Nominal de 100 mm y Clase 20 kilogramos por cm cuadrado.
5.3.1 TAMAÑO NOMINAL
ASTM (American Society for Testing and Materials) ASTM (American Sociedad Americana para Ensayos y Materiale Materiales. s.
El Tamaño Nominal de aproximadamente, el diámetro exterior de Nominal de una válvula representa, aproximadamente, la tubería a la que va acoplada. En los Códigos ASME y ANSI ASME y ANSI,, el tamaño nominal se denomina como NPS (Nominal Pipe Size) y viene definido en pulgadas.
MSS (Manufacturers Standardization Society) MSS (Manufacturers Sociedad de Fabricantes para la Normalizaci Normalización. ón.
En los Códigos DIN e ISO se denomina como DN (Diámetro Nominal) y viene definido en DIN e ISO se Nominal) y milímetros.
ASME (NPS) DIN (DN)
DIN (Deutsche Industrie Norm) DIN (Deutsche Normas Industriales Alemanas Alemanas..
BSI (British Standards Institute) BSI (British Instituto Británico de Normalización.
1/8” 6
1/4” 8
3/8” 10
1/2” 15
3/4” 20
1” 25
ASME (NPS) 2-1/2” DIN (DN) 65
3” 80
3-1/2” 90
4” 100
5” 125
6” 150
8” 200
10” 250
12” 300
ASME (NPS) DIN (DN)
16” 400
18” 450
20” 500
24” 600
30” 750
36” 900
40” 1.000
44” 1.100
14” 350
1-1/4” 1-1/2” 32 40
062 VÁLVULAS
2” 50
GRUPO CUÑADO
En la tabla incluida anteriormente, se relacionan los tamaños nominales de válvulas en los dos Códigos más importantes, NPS en ASME y DN en DIN, estableciendo las equivalencias aproximadas entre ambos.
5.3.2 PRESIÓN NOMINAL El segundo parámetro que define las dimensiones de una válvula es el que indica su Presión Nominal. Nominal. La Presión Nominal de admisibles Nominal de una válvula es una cifra que determina sus condiciones admisibles de trabajo (presión y temperatura). En los Códigos ASME y ANSI se expresa en libras por pulgada cuadrada y se denomina CLASE ASME y ANSI se de la válvula, indicándose como CL (Class) o (Class) o con el símbolo #. En los Códigos DIN e ISO se denomina como PN (Presión Nominal) y DIN e ISO se Nominal) y viene definida en kilogramos por centímetro cuadrado. Aunque no puede establecerse una relación exacta entre las Presiones Nominales ASME y ASME y las DIN equivalencias as siguientes: DIN,, sí pueden considerarse como aproximadas las equivalenci
ASME Class DIN PN
150 20
300 50
400 68
600 100
900 150
1.500 250
2.500 420
TEMPEºRCATURA -29 a 38 50 100 150
150 19,6 19,2 17,7 15,8
300 51,1 50,1 46,6 45,1
PR6E0S0IONES D9E0T0R ABAJ1O.5, 0B0ar 102,1 153,2 255,3 100,2 150,4 250,6 93,2 139,8 233,0 90,2 135,2 225,4
200 250 30 0 325
13,8 12,1 10,2 9,3
43,8 41,9 39,8 38,7
87,6 83,9 79,6 77,4
131,4 125,8 119,5 116,1
350 375 40 0 425
8,4 7,4 6,5 5,5
37,6 36,4 34,7 28,8
75,1 72,7 69,4 57,5
450 475 50 0 538
4,6 3,7 2,8 1,4
23,0 17,4 11,8 5,9
46,0 34,9 23,5 11,8
2.500 425,5 417,7 388,3 375,6
4.500 765,9 751,9 699,0 676,1
219,0 209,7 199,1 193,6
365,0 349,5 331,8 322,6
657,0 629,1 597,3 580,7
112,7 109,1 104,2 86,3
187,8 181,8 173,6 43,8
313,0 303,1 289,3 239,7
563,5 545,5 520,8 431,5
69,0 52,3 35,3 17,7
115,0 87,2 58,8 29,5
191,7 145,3 97,9 49,2
345,1 261,5 176,3 88,6
5.3.3 DISTANCIA ENTRE CARAS Como se ha indicado indicado,, una vez determin determinado ado el Tamaño Nominal de una válvula y su Presión Nominal, quedan fijadas sus dimensiones principales. Nominal,
Existen Tablas que relacionan las materiales presiones presiones defabricación trabajo admisibles en función de las de trabajo, para distintos de de las válvulas. Como ejemplo, temperaturas temperaturas de materiales de se incluye la Tabla correspondiente correspondiente a un acero al carbono, según la Norma ASME B 16.34.
Una de ellas es la que expresa su distancia entre caras. caras. La importancia de esta dimensión reside en que expresa el espacio necesario que se requiere para intercalar intercalar la válvula entre los extremos de las tuberías o equipos.
PRESIONES ADMISIBLES PARA GRUPO DE M ATERIA ATERIALES LES I.I 105 (1)(2) A515 Gr.70 (1) A696Gr.C (5) A672Gr.870 (1) A216 Gr.W Gr.WCB CB (1) A516 Gr.70 (1)(3) A350 Gr.LF6 CLI (4) A672 Gr.C70 (1) A350 Gr.LF2 (1) A537 CLI (5) A350 Gr.LF3 (6)
En la siguiente Tabla se indican las distancias entre caras FF (Face to Face), Face), según ASME B16.10, en Válvulas de compuerta Clases 150#, 300#, 600#, 900#, 1.500# y 2.500# para tamaños nominales entre 2” y 24”.
Notas: (1) Bajo una exposición prolongada a temperaturas superiores a 425ºC, la fase carbónica del acero puede convertirse en grato. Por ello, una utilización prolongada a temperaturas superiores a 425ºC es admisible, pero no recomendable. (2) Solamente pueden utilizarse aceros calmados por encima de 455ºC (3) No utilizar por encima ma de 455ºC (4) No utilizar por encima ma de 260ºC (5) No utilizar por encima ma de 370ºC (6) No utilizar por encima de 345ºC
063
064 VÁLVULAS
GRUPO CUÑADO
065
5.4 5.4 ASEGURAMIENTO ASEGU RAMIENTO DE LA L A CALIDAD NPS
CLASE 150#
CLASE 300#
CLASE 600#
CLASE 900#
CLASE 1500#
CLASE 2500#
1/2
108
140
...
...
...
264
3/4
117
152
...
...
...
273
1
127
165
140
254
254
308
1.1/4
140
178
.....
279
279
349
1.1/2
165
190
165
305
305
384
2
178
216
178
368
368
451
2.1/2
190
241
190
419
419
508
3 4
203 229
282 305
203 229
381 457
470 54 6
578 673
5
254
381
254
559
673
794
6
267
403
267
610
705
914
8
292
419
292
737
832
1022
10
330
457
330
838
991
1270
12
356
502
356
965
1130
1422
14
381
762
...
1029
1257
...
16
4 06
838
...
1130
1384
...
18
432
914
...
1219
1537
...
20
457
991
...
1321
1664
...
22
...
1092
...
...
...
...
24
508
1143
...
1549
1943
...
066 VÁLVULAS
Es importante poder asegurar la calidad de las válvulas suministradas, así como el que calidad de puedan llevar a cabo con todas las garantías las funciones para las que están previstas, y a las condiciones de trabajo especificadas. Para ello, dentro de los Códigos aplicables, existe una gran variedad de Normas relativas a asegurar que las válvulas cumplen con todos los requisitos Normas relativas exigibles de calidad calidad.. En estas Normas se definen las pruebas y ensayos a que deben someterse las válvulas, y se establecen los Certificados de Calidad que Calidad que deben emitirse como confirmación de la corrección de dichas pruebas. El suministrador de las válvulas deberá estar homologado por una entidad que certifique que sus procedimientos de trabajo cumplen con las normas de calidad requeridas. La entidad más aceptada en nuestro país es ISO (International Standard Organitation), Organitation), y, de ella, cabe destacar la Normas ISO 9001 - Sistemas de Gestión de la Calidad. Calidad . En este curso nos limitamos a reseñar unas nociones muy generalas relativas al aseguramiento de la Calidad aplicado específicamente específicamente a las válvulas. En los cursos de Gestión de la Calidad Calidad,, Ensayos de Materiales Materiales y de Inspección y Pruebas se profundiza en todo lo relacionado con este importante concepto.
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5.4.1 INSPECCIÓN, PRUEBAS Las válvulas, antes de su entrega, debenYserENSAYOS sometidas a una inspección inspección rigurosa rigurosa que garantice
5.4.2 CALIDAD Con elCERTIFICADOS fin de garantiza garantizarr queDE se han llevado a cabo todas las pruebas y ensayos requeridos,
que sus dimensiones y otras características se corresponden con las especificaci especificaciones. ones. Además de las inspecci inspecciones ones visual y dimensional, dimensional, se llevan a cabo ensayos y pruebas conducentes pruebas conducentes a confirmar que cumplen con los requisitos aplicables.
el fabricante, o suministrador, suministrador, de la válvula está obligado a proporcionar la documentación acreditativa acredita tiva de ello. Esta documentación recibe el nombre de Certificados de Calidad. Calidad.
Los materiales y componentes utilizados utilizados para la fabricación de las válvulas son sometidos a los ensayos destructivos y no destructivos necesarios para asegurar la calidad de los mismos. destructivos necesarios Estos ensayos están descritos en detalle en el curso de Ensayos de Materiales.
Los Certificados de Calidad están integrados por la documentaci documentación ón exigida por la reglamentación aplicable en cada país. En España, la Norma aplicable es la EN 10204, 10204, emitida por CEN (Comité de Inspección Europeo de Normalización Normalización)), e incluye los Informes de Pruebas y Certificados Certificados de correspondientes correspondien tes a las pruebas y ensayos realizados a las válvulas y sus materiales. materiales.
Posteriormente, la válvula es sometida a una prueba hidráulica. hidráulica. En ella se somete a la válvula a la presión especificada en la Norma aplicable aplicable,, a fin de comprobar su estanqueida estanqueidad. d. En casos excepcionales, en vez de Prueba Hidráulica, se lleva a cabo una Prueba Neumática.
Existe una gran cantidad de entidades de Aseguramiento de la Calidad, Calidad, homologadas para emitir los Certificados de Calidad. Como ejemplos, por su amplia difusión a nivel interna internacional, cional, pueden mencionarse LLOYD’S y BUREAU VERITAS. LLOYD’S y VERITAS.
Banco de pruebas para válvulas
Máquina universal de ensayo de tracción
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MATERIALES 6.11 6. 6.2 6.2 6.3 6.3 6.4 6.4 6.5 6.5 6.6 6.6 6.7 6.7
Introducción Los aceros Métodos de fabricación 6.2.1 Forja 6.2.1 6.2.2 Fundición 6.2.2 Normas Materiales de una válvula Materiales del trim Otros materiales metálicos Materiales no metálicos
72 73 74 74 75 76 77 78 79 80
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6.1 6.1 LOS ACEROS El acero es el material más utilizado, en sus diversas variantes, en la fabricación de válvulas para las plantas de proceso. El sinóptico incluido a continu continuación ación refleja la clasifica clasificación ción y definición de los tipos de acero empleados en la fabricación de válvulas: ACEROS ACEROS Son aleaciones de Hierro y Carbono, éste último en una cantidad entre el 0,1 y el 2% en peso.
INTRODUCCIÓN Al referirnos al “material de una válvula”, válvula”, hacemos alusión al material de fabricación de sus elementos estructurales (cuerpo y tapa básicament básicamente), e), ya que las válvulas están formadas por una gran cantidad de componentes, siendo necesario elegir, para cada uno de ellos, el material más adecuado para su función. La elección de los materiales debe hacerse en función de las características del fluido así como de las condiciones de trabajo. Los materiales más comunes en la fabricación de válvulas son los materiales metálicos y, metálicos y, de ellos, los que tienen una gama de utilización más amplia en la industria, son los aceros aceros.. Pero, además de los materiales metálicos, también son de frecuente utilización las válvulas de materiales plásticos. plásticos. En este curso nos ocuparemos, básicamente, básicamente, de las válvulas fabricadas en acero acero,, por ser las más comunes en las Plantas de Proceso.
ACEROS AL CARBONO Se llaman así cuando el Acero Acero no contiene elementos metálicos distintos al Hierro Hierro,, o los contiene en muy bajas cantidades.
ACEROS ESPECIALES Se obtienen cuando se agregan agregan,, además del Hierro Hierro,, otros elementos metálicos especialmente Cromo, Manganeso, Níquel o Molibdeno Molibdeno..
ACEROS ALEADOS Son aceros especiales en los que los elementos agregados lo son en proporciones sucientes como para cambiar las propiedades metalúrgicas metalúrgicas del acero.
ACEROS INOXIDABLES Son aceros especiales en los que el contenido en Cromo es superior Cromo es al 15%. Estos aceros presentan una alta resistencia a la corrosión.
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