Válvulas I

Una válvula es un dispositivo mecánico con el cual se puede iniciar, detener o regular la circulación (paso) de líquidos o gases mediante una pieza movible que abre, cierra u obstruye en forma parcial uno o más orificios o conductos. Las válvulas son unos de los instrumentos de control más esenciales en la industria. Debido a su diseño y materiales, las válvulas pueden abrir y cerrar, conectar y desconectar, regular, modular o aislar una enorme serie de líquidos y gases, desde los más simples hasta los más corrosivos o tóxicos. Sus tamaños van desde escasos centímetros hasta 90 m o más de diámetro. Pueden trabajar con presiones que van desde el vació hasta mas de 140 Mpa y temperaturas desde las criogénicas hasta 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 también significa para nosotros la cantidad total de fluido que ha pasado por una sección determinada de un conducto. Caudal es el flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de fluido que circula por una sección determinada del conducto en la unidad de tiempo

  

Clasificación de válvulas atendiendo a sus usos

Válvulas de globo o asiento 

 Es una válvula que consiste en un agujero, generalmente redondo u oval, y un tapón cónico, por lo general en forma de disco, colocado en el extremo de una varilla, también llamado "vástago de la válvula". El vástago guía a la válvula a través de una guía de la válvula. Sirve tanto para regular el paso de un elemento como para la función de todo o nada. 

 

El elemento de cierre asienta sobre una sección circular. A medida que el elemento de cierre se aproxima al asiento, la sección de paso se reduce y por tanto aumenta la pérdida de carga disminuyendo el caudal. En algunas aplicaciones, la diferencia de presión ayuda a cerrar la válvula, y en otra ayuda a abrirla.

Las válvulas Presta y Schrader usada en las ruedas infladas con aire, son un clásico ejemplo de válvula de asiento. Usualmente no tienen resortes, y la válvula se mantiene cerrada por la presión del aire dentro de la rueda, y se abre al introducirlo a presión para inflarla.

Las válvulas de asiento son de construcción muy robusta y resistente, para uso industrial en válvulas de control direccional. Por lo general son muy tolerantes con los contaminantes del aire (óxido, polvo, etc.) cuando se utilizan en el servicio de aire comprimido. También se caracterizan por permitir altos caudales, y una alta velocidad de operación. Cuando se actúa sobre la válvula, ésta se abre rápidamente, y el área para que pase el fluido es también grande. Se caracterizan por poseer una parte móvil, la válvula propiamente dicha, la que es usada para controlar el flujo de un fluido o un gas por el cuerpo de la válvula.

La válvula se comanda a través de un actuador que a su vez trabaja sobre el vástago de la válvula, despegando el disco de su asiento para abrirla (en el caso de las válvulas normalmente cerradas) y permitir el paso del fluido, o para apoyar el disco en el asiento y cerrarla (en el caso de las válvulas normalmente abiertas), e impedir el paso del fluido o gas. El actuador puede ser comandando en forma hidráulica, mecánica, manual, o a través de un electroimán.

Cuando el actuador deja de aplicar fuerza sobre la válvula, un resorte devuelve la válvula propiamente dicha a su posición original (en el caso de las válvulas normalmente cerradas), haciendo que el disco de la válvula entre en contacto con el asiento; la presión del fluido dentro del cuerpo de la válvula ayuda a mantenerla cerrada. En el caso de las válvulas normalmente abierta, la presión del fluido ayuda al resorte a separar la válvula del asiento, abriendo el paso nuevamente.

Usualmente, las válvulas incorporan distintos materiales sobre las superficies que sellan el paso de los fluidos. El material utilizado para estos sellos incluyen varios tipos de gomas, plásticos u otros polímeros exóticos, los cuales son seleccionados de acuerdo a las condiciones en las que trabajará la válvula, dependiendo de las presiones de trabajo, temperaturas extremas, compuestos químicos del gas o fluido que debe pasar a través de la válvula, condiciones ambientales, etc. En algunos casos, la válvula entera puede estar construida de materiales exóticos en lugar de hacerlo sólo en sello.

Las válvulas de asiento son usadas en muchos procesos industriales, desde controlar el flujo de combustible en cohetes hasta para controlar el paso de leche.

La industria de los semiconductores a menudo usa válvulas de asiento ultra-limpias como válvulas de aislamiento.

Algunas de las aplicaciones que las utilizan:

• Equipos para lavaderos de autos
• Equipamientos para lavanderías
• Control de aire y líquidos en procesos industriales
• Tratamiento de aguas y residuos
• Compresores de aire
• Secadoras de aire industriales
• Procesamiento de papel y pulpa
• Equipos para caudales altos de aire, agua u otros líquidos para enfriamiento y procesamiento
• Industria textil, para equipos de blanqueo, teñido y secado
• Equipos de pruebas que requieren actuación rápida
• Equipamientos de minería y construcción (supresión de polvo)
• Refrigeración en autobuses, barcos, equipos de construcción y otros equipos y maquinaria para autopistas y carreteras
• Regulación del líquido refrigerante en máquinas herramientas
• Control del intercambiador de calor en ventiladores y refrigeración
• Control del agua refrigerante en máquinas de moldeo por inyección

Los usos específicos incluyen:

• Las válvulas de asiento de tres vías tienen aplicaciones adicionales:
  • procesos que requieren "ciclos de lavado" -ciclos donde un líquido fresco es bombeado y luego vaciado y vuelto a llenar con líquido fresco
• Aplicaciones de presurización/descarga
• Válvulas operadas por solenoides DIN, equipadas con solenoides seguros para trabajar en ambientes peligrosos

• Válvulas de asiento de acero inoxidable son diseñadas para aplicaciones bajo presión con líquidos ultra limpios y altamente corrosivos, incluyendo:
  • Industrias lácteas
  • Llenado, envasado y despacho de alimentos y bebidas
  • Procesado y despacho de productos químicos
  • Cervecerías y destilerías: agua, pasteurización, soluciones de glicol para la refrigeración, procesos de desgasificación, mezcla, carbonatación, etc.
  • Producción de fertilizantes
  • Producción farmacéutica y de cosméticos
  • Equipos de lavado de botellas y embotellado

Válvula antirretorno

Las válvulas antirretorno, también llamadas válvulas de retención, válvulas uniflujo o válvulas check, tienen por objetivo cerrar por completo el paso del fluido en circulación -bien sea gaseoso o líquido- en un sentido y dejarlo libre en el contrario. Tiene la ventaja de un recorrido mínimo del disco u obturador a la posición de apertura total.

Se utilizan cuando se pretende mantener a presión una tubería en servicio y poner en descarga la alimentación. El flujo del fluido que se dirige desde el orificio de entrada hacia el de utilización tiene el paso libre, mientras que en el sentido opuesto se encuentra bloqueado. También se las suele llamar válvulas unidireccionales.

Las válvulas antirretorno son ampliamente utilizadas en tuberías conectadas a sistemas de bombeo para evitar golpes de ariete, principalmente en la línea de descarga de la bomba.

Válvula de compuerta

Es una válvula que abre mediante el levantamiento de una compuerta o cuchilla (la cuál puede ser redonda o rectangular) permitiendo así el paso del fluido.

Lo que distingue a las válvulas de este tipo es el sello, el cual se hace mediante el asiento del disco en dos áreas distribuidas en los contornos de ambas caras del disco. Las caras del disco pueden ser paralelas o en forma de cuña. Las válvulas de compuerta no son empleadas para regulación.

Ventajas

• Alta capacidad.
• Cierre hermético.
• Bajo costo.
• Diseño y funcionamiento sencillos.
• Poca resistencia a la circulación.

Desventajas

• Control deficiente de la circulación.
• Se requiere mucha fuerza para accionarla.
• Produce cavitación con baja caída de presión.
• Debe estar cubierta o cerrada por completo.
• La posición para estrangulación producirá erosión del asiento y del disco.

Válvula de bola

Una válvula de bola, conocida también como de "esfera", es un mecanismo que sirve para regular el flujo de un fluido canalizado y se caracteriza porque el mecanismo regulador situado en el interior tiene forma de esfera perforada.

Se abre mediante el giro del eje unido a la esfera o bola perforada, de tal forma que permite el paso del fluido cuando está alineada la perforación con la entrada y la salida de la válvula. Cuando la válvula está cerrada, el agujero estará perpendicular a la entrada y a la salida. La posición de la manilla de actuación indica el estado de la válvula (abierta o cerrada).

Este tipo de válvulas no ofrecen una regulación tan precisa al ser de ¼ de vuelta. Su ventaja es que la bola perforada permite la circulación directa en la posición abierta y corta el paso cuando se gira la bola 90° y cierra el conducto.

Las válvulas de bola manuales pueden ser cerradas rápidamente, lo que puede producir un golpe de ariete. Por ello y para evitar la acción humana pueden estar equipadas con un actuador ya sea neumático, hidráulico o motorizado.

Atendiendo al número de conexiones que posee la válvula, puede ser de dos o tres vías.

Las válvulas con cuerpo de una sola pieza son siempre de pequeña dimensión y paso reducido. Este tipo de construcción hace que la válvula tenga un precio reducido.

Las válvulas con cuerpo de dos piezas suelen ser de paso estándar. Este tipo de construcción permite su reparación.

Las válvulas de tres piezas permiten desmontar fácilmente la bola, el asiento o el vástago ya que están situados en la pieza central. Esto facilita la limpieza de sedimentos y remplazo de partes deterioradas sin tener que desmontar los elementos que conectan con la válvula. 

Válvula de alivio de presión

 Las válvulas de alivio de presión, también llamadas válvulas de seguridad o válvulas de alivio, están diseñadas para liberar fluido cuando la presión interna supera el umbral establecido. Su misión es evitar una explosión, el fallo de un equipo o tubería por un exceso de presión. Existen también las válvulas de alivio que liberan el fluido cuando la temperatura supera un límite establecido. Estas válvulas son llamadas válvulas de alivio de presión y temperatura.

El mecanismo de alivio consiste en un tapón que mantiene cerrado el escape. Un resorte conserva este tapón en posición evitando que el fluido se escape del contenedor o tubería. Cuando la presión interna del fluido supera la presión del resorte el tapón cede y el fluido es expulsado a través del escape. Una vez que la presión interna disminuye el tapón regresa a su posición original.

El umbral de presión que determina el punto de liberación del fluido se ajusta aumentando o reduciendo la presión que el resorte ejerce sobre el tapón con un tornillo que lo atraviesa por su centro.

Las válvulas de alivio de presión y temperatura tienen un segundo mecanismo para liberar la presión que es activado cuando se alcanza determinada temperatura. Estás válvulas se abrirán cuando ocurra uno de estos dos eventos: presión por arriba del umbral o temperatura por arriba del umbral, lo que ocurra primero.