VALVULAS

VALVULAS Conrado Antonio Martínez

Objetivo General Al finalizar el curso el participante identificará los diversos tipos de válvulas que se usan en la Central Laguna Verde, sus principios de funcionamiento, su operación y sus características principales.

Objetivos Específicos Al finalizar el curso el participante: 1. Describirá los cuatro tipos básicos de elementos de control de flujo empleados en el diseño de la válvula. 2. Dado un diagrama de una válvula, identificará sus principales componentes: a) Cuerpo b) Bonete c) Vástago d) Actuador e) Empaque f) Asiento g) Disco

Objetivos Específicos 3. Dado un diagrama de una válvula, describirá la aplicación, la operación e identificará cada uno de los siguientes tipos de válvulas: a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) k)

Globo Compuerta Macho Bola Aguja Mariposa Diafragma Apriete Check Alivio/seguridad Reductora

Objetivos Específicos 4.

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Describirá cómo se controla la fuga del vástago de la válvula y enunciará la función del BACKSEAT así como su uso en las válvulas. Identificará las ventajas y/o desventajas para el uso de válvulas de compuerta. Explicará el significado de la posición del vástago en las válvulas de compuerta. Dada una lista de los tipos de válvulas, identificará aquellas que están diseñadas para estrangular flujo. Explicará porque las válvulas de compuerta no deberían ser utilizadas para estrangular

Objetivos Específicos 9.

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Comparará las razones para el uso de válvulas de globo contra válvulas de compuerta para estrangulamiento de flujo. Describirá la técnica o método apropiado para verificar la posición de las válvulas manuales. Listará tres métodos para prevenir la deformación térmica y/o atoramiento de válvulas. Explicará el efecto de la posición de la válvula en el control de flujo y la caída de presión. Dado un diagrama describirá la posición de falla de la válvula cargada por resorte.

Objetivos Específicos 14. Describirá la construcción y principio de operación para los siguientes tipos de actuadores de válvula: a) Manual b) Motor eléctrico c) Neumático d) Hidráulico e) Solenoide 14. Dado un diagrama describirá cómo una válvula operada por aire reaccionaría ante una: a) Pérdida eléctrica. b) Pérdida de presión de aire.

Objetivos Específicos 16. Describirá cómo una moto válvula reaccionaría ante la pérdida eléctrica. 17. Dado un diagrama describirá cómo una válvula operada hidráulicamente reaccionaría ante la pérdida de potencia hidráulica. 18. Dado un problema común encontrado durante la operación o comportamiento de la válvula y una lista potencial de causas probables de problemas, seleccionará la causa probable del problema. 19. Describirá las precauciones asociadas con la transferencia de los controladores de una válvula de manual a automático.

Objetivos Específicos 20. Describirá la operación en manual de una moto válvula, utilizando la palanca de clutch. 21. De una lista de enunciados seleccionará las precauciones a ser observadas durante la operación manual de una moto válvula 22. Describirá las precauciones que un operador deberá observar mientras está operando válvulas manuales

Definición

Una válvula es un dispositivo mecánico cuya función es bloquear, regular y controlar el flujo y presión de un fluido a través de las tuberías de un sistema o proceso.

Componentes  CUERPO  BONETE  VÁSTAGO  ACTUADOR  ESTOPERO ó PRENSAESTOPAS  EMPAQUE  DISCO  ASIENTO  JUNTA

Cuerpo de la válvula • También llamado carcasa Es la frontera de presión primaria de una válvula. Es el elemento principal que mantiene ensamblado todos los elementos de la válvula.

Información sobre la válvula

Bonete • La cubierta de la parte abierta del cuerpo de la válvula es el bonete • Los bonetes varían de acuerdo al diseño de la válvula, están fabricados del mismo material del cuerpo de la válvula • Éste puede estar sujeto al cuerpo de la válvula por medio de tornillos, roscas, soldadura o combinaciones de estas

Vástago • El vástago conecta el disco con el volante o actuador, con él posicionamos el disco • Hay dos tipos de vástagos, los que se elevan y los que no se elevan

Vástagos que se elevan El vástago que se eleva, ascenderá sobre el actuador conforme la válvula se abre.

Vástagos que no se elevan En el vástago que no se eleva, el disco de la válvula se enrosca internamente con las cuerdas del vástago

Actuador • El actuador opera el ensamble de disco y vástago. • Se puede operar con: un volante o una palanca, un motor, un solenoide, neumática o hidráulicamente.

Estopero • Es la parte superior del bonete que atraviesa el vástago, se rellena de empaque para evitar que haya fuga del fluido

Prensaestopas • Para sujetar el empaque se utiliza un casquillo llamado prensaestopas, que sirve también para ajustar la compresión del empaque, normalmente están atornillados, aunque hay algunos roscados

Empaque • El empaque se usa para prevenir el goteo proveniente del espacio entre el vástago y el bonete. • El empaque, además de impedir la fuga permite el giro del vástago. • Está comúnmente fabricado con un material fibroso u otro compuesto como: asbesto, asbesto con teflón, asbesto grafitado, teflón o grafito que se pueden comprimir para cerrar perfectamente alrededor del vástago y formar un sello entre las partes de la válvula y el exterior donde el vástago se extiende a través del cuerpo.

Disco • Es la parte de la válvula que se ajusta contra el asiento para permitir o detener el flujo. Al levantarse o girarse el disco u obturador la válvula se abre, cuando esta parcialmente cerrado se llama posición estrangulada y sirve para regular el flujo. Cuando el disco está totalmente cerrado, toda la presión del sistema esta aplicada a la entrada de la válvula, por lo que se considera que es una pieza de retención de presión.

Asiento El asiento (o anillos de sello) es la parte que sirve de sello al disco, esta situado dentro del cuerpo de la válvula y es inmóvil. El disco sella sobre el asiento, para lograrlo, el asiento y disco deben tener sus superficies de contacto lisas. El asiento puede ser roscado, soldado, con ajuste forzado, fundido como parte integral del cuerpo o una combinación de roscado y soldado para sistemas de alta presión y temperatura.

Junta Es la pieza que sirve para sellar la unión de dos metales, en este caso la unión del cuerpo con el bonete.

Tipos de válvulas • • • • • • • • • •

Válvulas de compuerta Válvulas de pistón o de macho Válvulas de globo Válvulas de bola Válvula de mariposa Válvula de diafragma Válvula de apriete Válvula check Válvula de alivio/seguridad Válvula reguladora

Válvula de compuerta Esta válvula con un movimiento lineal hacia arriba o hacia abajo permite o impide el paso de un fluido. El nombre de compuerta es debido a la forma en que el disco detiene el flujo, similar a la compuerta de una represa.

Válvula de Compuerta

Válvula de compuerta

Ventajas de la válvula de compuerta • • • •

Es de diseño y funcionamiento sencillo Para apertura o cierre total, sin estrangulación Presenta una resistencia mínima a la circulación Atrapa mínimas cantidades de fluido en la tubería • Son de alta capacidad, de cierre hermético • Usadas en altas/bajas presiones y temperaturas

Desventajas de la válvula de compuerta • No sirven para control de circulación • Se requiere mucha fuerza para accionarla • Produce cavitación con baja caída de presión • La posición estrangulada producirá erosión del asiento y del disco • Son de difícil reparación

Despiece de una válvula de compuerta

Válvula de pistón o macho • Una válvula de movimiento rotatorio usada para permitir o detener el paso del flujo. El nombre se deriva de la forma del disco que parece un pistón • El disco es un pistón sólido con un pasaje perforado en ángulo recto al eje longitudinal del pistón .

Válvula de pistón o macho

Válvula de pistón o macho • En la posición abierta, el pasaje en el pistón se alinea con los puertos de entrada y salida del cuerpo de la válvula. • Cuando el pistón es girado a 90° de la posición abierta, la parte sólida del pistón bloquea los puertos y se detiene el flujo.

Ventajas de la válvula de pistón • Una característica importante de la válvula de pistón es su fácil adaptación al tipo de construcción de puertos múltiples. • Su instalación simplifica el trabajo con las tuberías, y proporcionan una operación más conveniente que las válvulas de compuertas múltiples.

Desventaja de la válvula de pistón • Estas válvulas normalmente no se recomiendan para aplicaciones de estrangulamiento, porque al igual que la válvula de compuerta, un porcentaje alto de cambio en el flujo ocurre cerca del cierre a alta velocidad

Válvula de globo • Es de movimiento lineal usada para permitir, detener y regular paso del fluido. El principio esencial de operación es el movimiento perpendicular del disco cuando se aleja del asiento. Esto causa que el espacio anular entre el disco y el anillo del asiento se cierre gradualmente al cerrar la válvula.

Válvula de globo con cuerpo en “Z”

Válvula de globo con cuerpo en “Y”

Válvula de globo con cuerpo en ángulo

Ventajas de las válvulas de globo • Estrangulación eficiente con erosión mínima del disco • Carrera corta del disco y pocas vueltas para accionarlas, lo cual reduce el tiempo y desgaste en el vástago y el bonete • Control preciso de la circulación

Desventajas de las válvulas de globo • Gran caída de presión • Costo relativamente alto • Pérdida de cabeza de presión debido a las obstrucciones y discontinuidades en el paso del flujo; en líneas de alta presión, los efectos dinámicos del fluido provenientes de oscilaciones, los impactos, pueden dañar los internos, el empaque, el vástago y a los actuadores

Válvulas de aguja • Estas válvulas son básicamente válvulas de globo que tienen discos cónicos similares a agujas que ajustan con precisión a su asiento

Válvulas de aguja Se puede lograr estrangulación exacta de volúmenes pequeños debido al orificio variable que se forma entre el disco cónico y su asiento también cónico. Su uso es generalmente como válvulas para instrumentos o en sistemas hidráulicos aunque no para altas temperaturas

Válvulas de aguja

Válvulas de bola • Son de ¼ de vuelta, en las cuales una bola taladrada gira entre los asientos elásticos, generalmente de teflón • Cuando se abre, el agujero de la bola queda alineado con la entrada y salida del cuerpo del agujero

Componentes de válvulas de bola • Cuerpo • Asiento • Bola

Ventajas de la válvula de bola • Las válvulas de bola se utilizan principalmente para corte. • Son rápidas de operar, de mantenimiento fácil, no requieren lubricación, producen cierre hermético con poca torsión y su caída de presión es función del tamaño del orificio.

Desventajas de la válvula de bola • Las válvulas deben ser operadas en posiciones “totalmente abierta o totalmente cerrada” únicamente. En posición intermedia, puede ocasionar daños severos en sellos y en la misma rápidamente. • La válvula no debe permanecer inmovilizada por periodos de tiempo muy largos.

Válvula de bola

Despiece de una válvula de bola

Tipos de orificio • La de orificio completo tiene el diámetro igual al interior de la tubería • La de orificio reducido es un agujero con menor diámetro que el de la tubería • La tipo vénturi tiene superficies reducidas y hay flujo vénturi dentro del cuerpo

Tipos de orificio de válvulas de bola

Válvulas de mariposa La válvula de mariposa esta formada por un disco que gira alrededor de uno de sus diámetros y que permite el paso del fluido según sea la posición más o menos abierta del disco.

Componentes

Válvula de mariposa • El diseño abierto de flujo rectilíneo evita la acumulación de sólidos y produce baja caída de presión. • Existen dos tipos básicos de válvulas de mariposa: de disco excéntrico y de disco concéntrico.

Válvulas de mariposa

Ventajas de las válvulas de mariposa • Construcción compacta, dimensiones cara a cara reducidas, cierre rápido, indicación visual de posición, económicas, no requiere lubricación, bajo desgaste de empaquetaduras y baja resistencia al flujo.

Desventajas de las válvulas de mariposa • Solo se emplean con bajas temperaturas, bajas presiones, requiere un par de giro relativamente grande y para tamaños por arriba de 8 pulgadas se necesitan engranes o actuadores neumáticos o mecánicos.

Despiece de una válvula de mariposa

Válvula de diafragma • Es una válvula de movimiento lineal. • Su nombre deriva de su disco flexible, el cual embona con un asiento localizado en el área al aire libre en la parte superior del cuerpo de la válvula para formar un sello.

Componentes de la válvula de diafragma

Válvula de diafragma

Válvula de diafragma

Válvula de apriete La válvula de apriete es de vueltas múltiples y efectúa 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 circulación.

Componentes de la válvula de apriete

Ventajas de la válvula de apriete • Bajo costo. • Poco mantenimiento. • No hay obstrucciones o bolsas internas que la obstruyan. • Diseño sencillo. • No corrosiva y resistente a la abrasión.

Desventajas de la válvula de apriete • Aplicación limitada para vació. • Difícil de determinar el tamaño. • Capacidad de control de flujo entre el 10% y 95%. • Los tamaños grandes pueden requerir soportes encima o debajo de la tubería

Válvula check • La válvula check es una válvula de accionamiento automático, sin controles externos y depende para su funcionamiento del sentido del flujo o de las presiones en el sistema.

Válvula check

Función de una válvula check • La válvula check está destinada a impedir una inversión del sentido del flujo. La circulación del líquido en el sentido deseado abre la válvula, al invertirse la circulación, se cierra.

Tipos válvula check Hay tres tipos básicos de válvulas de retención:  Columpio  Elevación  Mariposa

Válvula check de columpio

Válvula check de elevación

Válvula check de mariposa

Válvula check de bola y de pistón

Despiece de una válvula check

Válvulas de alivio y seguridad • Las válvulas de alivio y de seguridad previenen el daño al equipo por sobre presión que pudiera rebasar los valores de operación normal y los de diseño, teniendo como consecuencia accidentes, perdidas económicas y poner en riesgo la vida de las personas y las instalaciones de la central.

Diferencia entre alivio y seguridad • La diferencia es el grado de apertura en el punto de ajuste. En la de alivio cuando la presión llega al valor del punto de ajuste, está abre proporcionalmente con el aumento de presión y en una válvula de seguridad cuando se alcanza el punto de ajuste la válvula abre súbita y totalmente.

Válvulas de alivio • Las válvulas de alivio se utilizan para manejar fluidos no compresibles, como agua o aceite, ya que la descarga inmediata de flujo no es necesaria, pues un flujo de descarga pequeño es suficiente para reducir significativamente la presión.

Válvula de alivio

Válvula de seguridad

Válvula reguladora • Las válvulas reductoras-reguladoras mantienen la presión de salida en un valor deseado por el usuario. Es la más sencilla de las válvulas reguladoras de presión. Las válvulas del tipo de acción directa funcionan ya sea con un diafragma o con un fuelle en espiral o resorte.

Válvula reguladora • Dado que este tipo de válvula es autónomo no requiere de un sensor en la línea de salida para funcionar. Una vez fijada, esta presión de salida es constante e independiente de las variaciones de caudal y de presión de entrada.

Válvula reguladora

Válvula reguladora

Válvula reguladora variable • La operación de la reductora es controlada por la alta presión en la entrada de la válvula y el tornillo de regulación localizado arriba de la válvula. Cuando entra la presión en la válvula principal ayuda a abrir cuidadosamente la válvula, empujando hacia arriba el disco de la válvula.

Válvula reguladora variable

Válvula reguladora no variable • Las válvulas no variables, sustituye el resorte ajustable por una cámara presurizada sobre el diafragma. La posición de la válvula es determinada por la resultante de las fuerzas contrarias, la fueraza hacia abajo del domo pre -presurizado contra la fuerza ascendente de la presión de salida.

Válvula reguladora no variable

Actuadores de válvulas • Algunos tipos de válvulas necesitan un actuador para posicionarlos. Los actuadores pueden ser de un simple volante hasta uno eléctrico muy complejo o un actuador hidráulico.

Tipos de actuadores de válvulas • • • • •

Actuador manual Actuador de motor eléctrico Actuador neumático Actuador hidráulico Solenoide

Actuadores manuales

Actuador de golpe

Actuador de engrane

Actuador de motor

Actuador neumático

Actuador hidráulico • Estos actuadores usan un pistón para convertir una señal de presión en movimiento de la válvula. El fluido hidráulico es alimentado por un lado del pistón mientras por otro lado es drenado o sangrado.

Actuador hidráulico

Válvulas auto actuadas • Las válvulas auto-actuadas usan el fluido del sistema para posicionar la válvula. Válvulas de alivio, válvulas de seguridad, válvulas check, y trampas de vapor son ejemplos de válvulas auto-actuadas

Válvulas actuadas por solenoide • Las válvulas actuadas por solenoides permiten posicionar automáticamente la válvula abierta o cerrada. • Los solenoides posicionan la válvula por atracción magnética del vástago de la válvula. Una válvula solenoide, presiona contra el movimiento lento del resorte cuando el potencial se aplica al solenoide.

Válvula solenoide

Indicadores de posición de válvula • Los operadores requieren la indicación de la posición de ciertas válvulas para permitir la operación correcta de la planta. Para tales válvulas, se requiere tener indicación remota de la posición de válvula, en forma de luces que indican si las válvulas están abiertas o cerradas.

Limit Switch • El circuito de indicación remota de posición usa un sensor de posición del vástago, disco o actuador. Un tipo de detector de posición es el limitador mecánico (limit switch), que físicamente es actuado por el movimiento de la válvula.

Limit Switch

Identificación de válvulas en diagramas

Identificación de válvulas en diagramas

Identificación de válvulas en diagramas