Una válvula se puede definir como un aparato mecánico con el cual se puede iniciar, detener o regular la circulación (paso) de fluidos 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 fluidos, desde los más simples hasta los más corrosivos o tóxicos. Sus tamaños van desde una fracción de pulgada hasta 30 ft (9 m) o más de diámetro. Pueden trabajar con presiones que van desde el vació hasta mas de 20000 lb/in² (140 Mpa) y temperaturas desde las criogénicas hasta 1500 °F (815 °C). En algunas instalaciones se requiere un sellado absoluto; en otras, las fugas o escurrimientos no tienen importancia.
La palabra flujo expresa el movimiento de un fluido, pero también significa para nosotros la cantidad total de fluido que ha pasado por una sección de terminada 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.
La válvula automática de control generalmente constituye el último elemento en un lazo de control instalado en la línea de proceso y se comporta como un orificio cuya sección de paso varia continuamente con la finalidad de controlar un caudal en una forma determinada.
PARTES DE LA VÁLVULA DE CONTROL.
Las válvulas de control constan básicamente de dos partes que son: la parte motriz o actuador y el cuerpo.
- Actuador: también llamado accionador o motor, puede ser neumático, eléctrico o hidráulico, pero los más utilizados son los dos primeros, por ser las más sencillas y de rápida actuaciones. Aproximadamente el 90% de las válvulas utilizadas en la industria son accionadas neumáticamente. Los actuadores neumáticos constan básicamente de un diafragma, un vástago y un resorte tal como se muestra en la figura (1-a.). Lo que se busca en un actuador de tipo neumático es que cada valor de la presión recibida por la válvula corresponda una posición determinada del vástago. Teniendo en cuenta que la gama usual de presión es de 3 a 15 lbs/pulg² en la mayoría de los actuadores se selecciona el área del diafragma y la constante del resorte de tal manera que un cambio de presión de 12 lbs/pulg², produzca un desplazamiento del vástago igual al 100% del total de la carrera.
- Cuerpo de la válvula: este esta provisto de un obturador o tapón, los asientos del mismo y una serie de accesorios. La unión entre la válvula y la tubería puede hacerse por medio de bridas soldadas o roscadas directamente a la misma. El tapón es el encargado de controlar la cantidad de fluido que pasa a través de la válvula y puede accionar en la dirección de su propio eje mediante un movimiento angular. Esta unido por medio de un vástago al actuador.
TIPOS DE VÁLVULAS.
Debido a las diferentes variables, no puede haber una válvula universal; por tanto, para satisfacer los cambiantes requisitos de la industria se han creado innumerables diseños y variantes con el paso de los años, conforme se han desarrollado nuevos materiales. Todos los tipos de válvulas recaen dos grandes grupos: Válvulas con obturador de movimiento lineal y válvulas con obturador de movimiento rotativo.
En lo que a esta investigación se refiere, solo se tratara las válvulas con obturador de movimiento lineal. Éstas válvulas en las que el obturador se mueve en la dirección de su propio eje se clasifican en: válvula de globo, válvula de ángulo, válvula de tres vías mezcladora o diversora, válvula de jaula, válvula de compuerta, válvula en Y, válvula de cuerpo partido, válvula Saunders y válvula de compresión.
Se presenta una descripción general, se dan recomendaciones para servicio, aplicaciones, ventajas, desventajas y otra información útil para el lector; específicamente de la válvula de globo.
Válvula de globo.
Llamada así por disponer de un obturador en forma de globo, se caracteriza porque el flujo de entrada o salida es perpendicular al eje del obturador. Se clasifican en: simple asiento, doble asiento y obturador equilibrado.
Las válvulas de simple asiento precisan de un actuador de mayor tamaño para que el obturador cierre en contra de la presión diferencial del proceso. Por lo tanto se emplean cuando la presión del fluido es baja y se requiere que las fugas en posición de cierre sean mínimas.
En las válvulas de doble asiento o de simple asiento con obturador equilibrado, la fuerza de desequilibrio desarrollada por el fluido a través del obturador es menor que en la válvula de simple asiento. Esto es debido que en las válvulas de doble asiento, el fluido actúa en sentido contrario a los obturadores, y en la válvula con obturador equilibrado lo hace por encima y por debajo del único obturador. Por este motivo se emplean en válvulas de gran tamaño o bien cuando deba trabajarse con una alta presión diferencial. En posición de cierre, las fugas a través de la válvula son mayores que en una válvula de simple asiento, debido a que es mecánicamente imposible que el doble obturador asiente perfectamente sobre los dos asientos.
Como dato orientativo puede señalarse que según las normas ANSI B 16.104-1976, las fugas admisibles son del 0,1% del caudal máximo en la válvula de simple asiento y de 0,5% en la válvula de doble asiento.
A continuación se muestran algunas imágenes de válvulas tipo globo:
· Estrangulación o regulación de circulación.
· Para accionamiento frecuente.
· Para corte positivo de gases o aire.
· Cuando es aceptable cierta resistencia a la circulación.
Aplicaciones.
Servicio general, líquidos, vapores, gases, corrosivos, pastas semilíquidas.
Ventajas.
· Estrangulación eficiente con estiramiento o erosión mínimos del disco o asiento.
· 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.
· Disponible con orificios múltiples.
Desventajas.
· Gran caída de presión.
Variaciones.
Normal (estándar), en "Y", en ángulo, de tres vías.
Materiales.
Cuerpo: bronce, hierro, hierro fundido, acero forjado, Monel, acero inoxidable, plásticos.
Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento.
Instalar de modo que la presión este debajo del disco, excepto en servicio con vapor a alta temperatura.
Registro en lubricación.
Hay que abrir ligeramente la válvula para expulsar los cuerpos extraños del asiento.
Apretar la tuerca de la empaquetadura, para corregir de inmediato las fugas por la empaquetadura.
Especificaciones para el pedido.
· Tipo de conexiones de extremo.
· Tipo de disco.
· Tipo de asiento.
· Tipo de vástago.
· Tipo de empaquetadura o sello del vástago.
· Tipo de bonete.
· Capacidad nominal para presión.
· Capacidad nominal para temperatura.
Simple Asiento.
Son usadas para aplicaciones sanitarias en industrias lácteas, cerveceras, de bebidas, alimentación y otros sectores industriales.
A continuación se muestran algunas imágenes de válvulas tipo globo de asiento simple:
Simple asiento cuerpo dividido macho torneado.
Doble Asiento.
La válvula de doble asiento a prueba de mezclas permite el flujo de dos líquidos simultáneamente, uno por la zona superior del cuerpo de válvula y otro por la zona inferior, sin que exista la posibilidad de mezcla entre ambos gracias a una cámara intermedia de separación conectada a la atmósfera.
Los diseños con válvulas de doble asiento proporcionan una mayor eficacia de operación y ahorros significativos al disminuir mermas y mejorar el diseño sanitario de la instalación.
Las válvulas de doble asiento normalmente se tienden a aplicar a fluidos viscosos o jaleas.
A continuación se muestran algunas imágenes de válvulas tipo globo de doble asiento:
Obturador Equilibrado.
Es necesario utilizar este tipo de válvulas cuando la presión de trabajo exceda los siguientes valores:
Funcionamiento:
Instalación:
DETALLES DE CONSTRUCCION DE LAS VÁLVULAS DE CONTROL.
Válvula de Control Neumática.
Partes Principales:
Actuadores Neumáticos (Acción Directa Inversa):
Actuador Manual:
Actuador Neumático a Diafragma:
Actuador Neumático Tipo Cilindro:
Actuador Hidráulico:
Actuadores Eléctricos:
Componentes de un Cuerpo de Válvula:
Cuerpo Tipo Mariposa:
Cuerpo Tipo Aguja:
Tapón Torneado y de Perfil en V con guías:
Link segeridos de algunos fabricantes:
Asiento simple:
www.inoxpa.com/archivos/7553.html
www.enarsrl.com.ar/valvulas/neumaticas/CTV/CTV-HP.pdf
www.valvulasthorsa.com.ar/productos/PDFproductos/valvulas_globo.pdf
www.cloriuscontrols.com/pdf/ES/2403-ES.pdf
http://www.interempresas.net/Quimica/FeriaVirtual/ResenyaProducto.asp?R=25740
http://www.inoxpa.com/es/productos/10/valvulas.html
Doble asiento:
http://www.gea-niro.com.mx/lo-que-suministros/componentes/valvulas_doble_VARIVENT.htm
http://patentados.com/invento/valvula-de-asiento-doble.html
http://patentados.com/invento/valvula-de-asiento-doble.1.html
http://www.tecnoproductos.com/VDCI.htm
http://www.parcol.com/Default.htm
www.ibericadelcalor.com/calefapdf/calefa40.pdf
www.honeywell-valvesizing.com/water/application/resource/es/datasheets/druckminderer/D06FH_db_es.pdf
NEUMÁTICA.
Podemos definir la neumática como una tecnología capaz de hacer uso del aire comprimido para automatizar procesos. Por regla general, dichos procesos suelen ser industriales, pero muy bien podrían ser de otra naturaleza si lo reflexionamos detenidamente.
Hay que entender el aire comprimido como el aire que está bajo una influencia superior al aire atmosférico, es decir, su presión es superior.
Asimismo, la composición química del aire es de oxigeno, anhídrido carbónico, vapor de agua y nitrógeno. Esta composición química resulta de gran importancia para nosotros porque:
1. Nos indica su nula volatidad, deflagación o explosividad.
2. El vapor de agua oxida los elementos mecánicos que componen cualquier circuito neumático.
3. La baja sensibilidad que tiene el aire al aumento de la temperatura.
4. La viscosidad del aire se incrementa cuando aumentamos su presión, lo cual incide directamente en el rozamiento de los elementos mecánicos, disminuyendo el rendimiento óptimo de toda la instalación neumática. Existen unos límites óptimos para trabajar con aire, por así decir, que son entre 6 y 8 bar.
5. La neumática al necesitar forzosamente un aire con una presión superior a la atmosférica, resulta significativamente más cara que la tecnología eléctrica para producir trabajo efectivo.
6. El aire comprimido además de transmitir vapor de agua, puede transmitir otro tipo de sustancias también perjudiciales para el equipo neumático. Asimismo, si dotamos al aire de partículas de aceite en suspensión, estaremos engrasando los elementos mecánicos del circuito neumático. Para acabar de invertir el problema de la transmisión, podemos dotar al circuito neumático de filtros para recoger la suciedad del aire.
7. El hecho de poder limpiar el aire comprimido convierte a la neumática en una tecnología ideal para sectores como la alimentación o la farmacológica, frente a otra tecnología como puede ser la hidráulica, ésta es bastante más sucia en todos los sentidos. El aire se puede extraer al exterior, mientras que el aceite hay que recogerlo, por citar un ejemplo.
8. El circuito principal de suministro de aire comprimido, no debe sobrepasar los 1000 metros, porque aumentaría considerablemente las pérdidas de aire comprimido, haciendo que la tecnología neumática no resulte práctica.
9. Resulta provechoso y aconsejable hacer uso de un sistema de almacenamiento de aire comprimido, sobre todo, en largas distancias, de esta forma se elimina las posibles fluctuaciones que podamos tener en el circuito neumático a consecuencia de la distancia, de pequeños vaivenes del compresor, etc.
La neumática, más allá del aire comprimido.
La neumática como tecnología es relativamente joven. Está en constante expansión, de hecho algunas de las empresas que se dedican a la fabricación de elementos neumáticos hacen algunos de éstos elementos por encargo, es decir, el cliente se presenta en la empresa con un problema de automatismo neumático y la empresa, después de un riguroso estudio del problema planteado le da una posible solución al cliente.
Esto hace que se incremente el número de elementos o dispositivos en neumática.
Aún así, no es ni mucho menos preocupante, pues los principios físicos son los mismos.
Simbología.
Respecto a la simbología neumática existe un grave problema, aunque existe una estandarización de símbolos, no todos los fabricantes la respetan.
A continuación se presenta la simbología neumática:
Ejemplos de aplicación.
Existen muchas combinaciones de esquemas neumáticos para realizar una misma tarea, pero solamente con el conocimiento previo de los esquemas básicos, podremos ahorrar en el material empleado en la instalación.
A continuación se presentan los esquemas, que se consideran elementales, pues en la mayoría de los casos prácticos se encontraran, ya sea en la industria o en el estudio de la materia.
Iremos de menos a más, es decir, primero los esquemas más sencillos y después los más complicados.
Se observara debajo de cada dibujo una sencilla explicación, que ayudará en la comprensión de cada aplicación mostrada:
El dibujo corresponde a una instalación neumática básica. Debemos comentar que no está representada simbólicamente, ni con el sistema CETOP ni los ISO/DIN.
Ésta no será la costumbre, en el resto de gráficos se emplearan los símbolos correspondientes.
El desglose de la instalación es el siguiente:
1. Un compresor. La elección del compresor es muy importante, siempre dependerá del consumo que vayamos a necesitar y del gasto que estemos dispuestos a realizar. El compresor debería llevar un sistema que incluya el filtrado del aire exterior, la purga de la condensación del vapor de agua y de la regulación de la presión que vayamos a utilizar. Para más información sobre los compresores dirigiros a la página correspondiente en esta misma web.
2. Un acumulador. Este elemento es importante. Su utilidad se basa principalmente, en asegurar una presión constante en toda la instalación. En el caso de que la instalación estuviera alimentando a varias sub-instalaciones, en las más alejadas sería aconsejable emplear pequeños depósitos que tienen la misma finalidad que el acumulador.
3. Una unidad de mantenimiento. No sería necesario colocarla al inicio de la instalación. Lo aconsejable sería usar una unidad de mantenimiento para cada sub-instalación que tengamos conectada a la red principal. La unidad de mantenimiento debería estar dotada de manómetro, lubricador y filtro. En el mercado existen unidades de mantenimiento más complejas.
4. Un purgador. El purgador está representado aquí, pero recordar que el compresor ya lleva uno incorporado, lo que quiere decir, que no hay que poner otro, al inicio de la instalación, sino en cada sub-instalación.
En conclusión, podemos limitar el dibujo al compresor y el acumulador (1 y 2), y a dos sub-instalaciones (3 y 4) que llevan una unidad de mantenimiento y un purgador.
Circuito Neumático 1.
El circuito que vamos a tratar aquí, corresponde al accionamiento de un cilindro de simple efecto.
El circuito esta compuesto por un cilindro de simple efecto y una válvula de 3 vías y dos posiciones.
Veamos porqué necesitamos esta válvula y no otra.
1. Necesitamos una vía de escape y otra de presión (3 y 1). De otra manera el cilindro no actuaría, es decir, necesitamos introducir el aire comprimido y extraerlo. Introducimos por 1 y extraemos por 3.
2. Pero necesitamos que la vía 2 se pueda conectar con (1 y 3). Por este motivo, necesitamos una válvula o distribuidor de dos posiciones.
3. Accionar el distribuidor, se puede hacer de varias formas, por este motivo no está representado aquí. Mirar en la sección de simbología y veréis las distintas formas para poder accionar el distribuidor o válvula.
4. Se pueden usar otros tipos de válvulas, por ejemplo de 5 vías, solamente hay que taponar las vías que no vamos a utilizar, pero el gasto es mayor.
5. Si observamos bien el circuito o esquema, nos daremos cuenta en seguida de un detalle muy importante, y es que la representación corresponde a un estado de reposo del circuito. Siempre se debe representar así, de otra forma nos volveríamos locos, no con un circuito tan simple, pero si con uno bastante más complejo.
Circuito Neumático 2.
En este otro circuito trataremos de gobernar un cilindro de doble efecto.
Para este fin, usaremos el cilindro de doble efecto y una válvula o distribuidor de 5 vías y dos posiciones.
1. Para gobernar el cilindro, nos hace falta una vía de presión (1) y otra de escape (3).
2. Ahora bien, para que el vástago del cilindro salga, necesitaremos introducir aire por la vía (2) y extraer el aire del interior por la vía (4). Por ello, unimos 1 con 2 y 3 con 4.
3. Para volver a introducir el vástago en el interior del cilindro, uniremos 2 con 3 y 4 con 1, tal como se encuentra dibujado.
4. Realmente solo necesitamos un distribuidor 4/2, pero si deseamos tener un escape distinto para cada vía usamos el distribuidor 5/2. En tal caso, las vías conectadas serían 4 con 5 para cuando el vástago sale del cilindro, y cuando el vástago vuelve a entrar en el cilindro continuaría siendo 2 con 3. Es decir tenemos a 3 y 5 como escape.
5. Imaginemos por un momento que necesitamos detener el cilindro en otras posiciones, es decir, disponemos de un mismo cilindro con tres posiciones, entonces usaremos una válvula de 5 vías y tres posiciones.
6. El circuito corresponde al gobierno de un cilindro de doble efecto con una válvula de 5/2. El accionamiento de la válvula es indistinto, por ello no se representa en el dibujo.
Circuito Neumático 3.
El circuito que estamos observando, tiene la desventaja de usar dos pulsadores, se podría tener el mismo efecto con el circuito de la página siguiente, básico 4. De todos modos, vamos a explicar un poco en que consiste el circuito de esta página.
Disponemos de dos distribuidores para accionar el cilindro. Accionando solamente el distribuidor A, sacamos el vástago del cilindro, ya que conectamos las vías 1 (presión directa) y 2. En cambio, si actuamos a través del distribuidor B conectaremos las vías 3 (escape) y 4, estaremos haciendo retornar al vástago.
Esto es importante, los dos distribuidores son accionados por un pulsador tipo seta, y tienen retorno automático (muelle), como se puede ver en el esquema.
Ahora bien, como tenemos 2 manos (quien las tenga) podemos actuar sobre los dos pulsadores, en este caso, sucedería, que la presión que entra por la vía 1 se hiría hacia el escape por las vías 3 y 4.
Circuito Neumático 4.
Es el mismo circuito que el anterior, con los mismos componentes, pero con una diferencia. Los dos distribuidores están unidos entre sí a través de una corredera.
Si actuamos sobre el pulsador tipo seta, estaremos conectando las vías 1 y 2, pero obstruimos las vías 3 y 4, por lo tanto, el vástago sale del cilindro.
Por el contrario, si dejamos de actuar sobre el pulsador, al ser de retorno automático (muelle), cerramos las vías 1 y 2, abriendo las vías 3 y 4, con lo cual, el vástago regresa.
Los circuitos básicos 3 y 4, no son prácticos, porque necesitamos dos válvulas o distribuidores para accionar el cilindro de simple efecto. Podemos hacer exactamente lo mismo con el circuito de la página siguiente.
Circuito Neumático 5.
Aquí tenemos una válvula de tres vías y dos posiciones para accionar el mismo cilindro de los circuitos básicos 3 y 4.
Como podéis imaginar, actuando sobre el pulsador del distribuidor, cerramos las vías 1 y 2, con lo que tenemos presión en la entrada del cilindro y sacando el vástago.
Al dejar de actuar sobre el pulsador (retorno por muelle), las vías 1 y 2 dejan de estar conectadas, dejando a la vía 3 (escape) conectada sobre la entrada del cilindro, con lo cual, el vástago regresará a su posición inicial.
