Curso de Válvulas C/ Camino del Olivar, 2 (Esquina Calle México) 28806 Alcalá de Henares – Madrid (SPAIN) Tel.: (+34) 91 887 87 00 / Fax: (+34) 91 887 87 33 [email protected] www.grupocunado.com Curso de Válvulas - Volumen 2 Manual de Formación para Profesionales Vol. 2 EDITA: Cuñado, S.A. (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 003 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 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. En el Volumen 2 describimos las Válvulas de mariposa, Válvulas de bola, Válvulas de macho, Válvulas de manguito, Válvulas de membrana, Válvulas de seguridad, Válvulas de control, Válvulas para servicios especiales y Actuadores. ¡Buena lectura! 004 VÁLVULAS GRUPO CUÑADO 005 Curso de Válvulas Contenido Volumen 1 Lección Lección Lección Lección Lección Lección Lección Lección Lección 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Instalaciones industriales Sistemas de tuberías (piping) Tipos de válvulas Descripción de una válvula Normalización Materiales Válvulas de compuerta Válvulas de globo Válvulas de retención 13 21 37 47 59 71 83 97 109 Contenido Volumen 2 Lección Lección Lección Lección Lección Lección Lección Lección Lección 006 VÁLVULAS 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. Válvulas de mariposa Válvulas de bola Válvulas de macho Válvulas de manguito Válvulas de membrana Válvulas de seguridad Válvulas de control Válvulas para servicios especiales Actuadores 9 21 33 49 61 73 83 105 139 GRUPO CUÑADO 007 VÁLVULAS DE MARIPOSA 008 VÁLVULAS Introducción 10 10.1 Características 11 10.2 Operación 12 10.3 Clasificación 13 10.4 Descripción 14 10.5 Posición del vástago 15 10.5.1 Concéntrico 15 10.5.2 Excéntrico 15 10.5.3 De doble excentricidad 16 10.5.4 De triple excentricidad 16 10.6 El asiento 18 10.6.1 De anillo elástico 18 10.6.2 Asiento metal-metal 18 10.7 Conexiones 19 10.7.1 Tipo wafer 19 10.7.2 Tipo lug 19 10.7.3 Con doble brida 19 GRUPO CUÑADO 009 10.1 CARACTERÍSTICAS Las Válvulas de Mariposa (Butterfly Valves) están constituidas por un cuerpo de forma circular, en cuyo interior un disco solidariamente unido a un eje de giro central hace de obturador. La forma del obturador es lo que da origen a su nombre. Son válvulas compactas y ofrecen ciertas ventajas, especialmente en tamaños grandes, comparadas con las clásicas de Compuerta o Bola. VENTAJAS INTRODUCCIÓN El uso de las Válvulas de Mariposa válidas tanto para servicios de todo o nada como de regulación, están adquiriendo cada vez mayor auge en la industria, sustituyendo a las de compuerta o bola, gracias a las ventajas que ofrecen en coste, dimensiones, sencillez de diseño, etc. Son muy versátiles y se fabrican en una amplia gama de tamaños y materiales. Muy utilizadas, sobre todo en grandes tamaños, en redes de distribución de agua. • • • • • • • Necesitan menos espacio que cualquier otra válvula. Bajo coste. Excelentes características de flujo. Estanqueidad total, especialmente en las de asiento resiliente. Muy baja pérdida de carga. Bajo mantenimiento. Poco nivel de ruido. DESVENTAJAS • Lentitud de respuesta. • Requieren un alto par de maniobra, por lo que en grandes tamaños suelen ir provistas de reductor de engranajes. Válvula cerrada 010 VÁLVULAS Válvula abierta GRUPO CUÑADO 011 10.2 OPERACIÓN 10.3 CLASIFICACIÓN Las válvulas de mariposa son del tipo de cuarto de vuelta. Al accionar el mando, el obturador, o mariposa, gira alrededor de su eje central produciendo la apertura o cierre de la válvula. En función, básicamente, de la geometría y características de algunos de sus elementos constituyentes, pueden establecerse las siguientes clasificaciones de las válvulas de mariposa: BASE DE CLASIFICACIÓN POSICIÓN DEL VÁSTAGO TIPOS DE VÁLVULAS Concéntrico Excéntrico De doble excentricidad Cerrada De triple excentricidad Abierta Asiento paralelo Asiento inclinado Son válvulas, generalmente, del tipo bidireccional. ASIENTO Las válvulas de mariposa de pequeños tamaños suelen ser accionadas por medio de una palanca, generalmente provista de trinquete para fijarla en la posición deseada. En tamaños mayores, van provistas de un volante de accionamiento, por lo general, con reductor de engranajes, para facilitar la operación. Es frecuente el suministro de válvulas de mariposa con el vástago terminado en cuadradillo y un soporte para que el usuario instale en él el tipo de accionamiento que desee. Cuando se desea una operación automática se utilizan actuadores, generalmente eléctricos o neumáticos. 012 VÁLVULAS Anillo elástico Metal - metal CONEXIONES Tipo wafer Tipo lug Por bridas GRUPO CUÑADO 013 10.4 DESCRIPCIÓN 10.5 POSICIÓN DEL VÁSTAGO De entre la gran variedad de válvulas de mariposa existente en el mercado, se ha seleccionado, como ejemplo, una de tipo de triple excentricidad y asiento paralelo, con asiento por anillo elástico, y con soporte para accionamiento: Dependiendo de la posición relativa del vástago o eje de giro con respecto a los ejes geométricos de la válvula, se distinguen cuatro tipos de válvulas de mariposa: Tornillos de fijación del accionamiento Soporte del accionamiento Vástago Tornillos de fijación del soporte Concéntrica Excéntrica Doble excentricidad Triple excentricidad Brida del prensaestopas Cuerpo 10.5.1 CONCÉNTRICO Disco Asiento Cuando en una válvula de mariposa el eje del vástago coincide con el del disco, se dice de ella que es concéntrica, o de vástago centrado. El disco gira alrededor del eje central de la válvula, lo que permite una rotación potencial de 360º. El cierre se consigue mediante la deformación del asiento flexible, como consecuencia de la fricción con el disco. Tornillos de fijación del disco 10.5.2 EXCÉNTRICO En las válvulas de vástago excéntrico, también llamadas “tipo offset”, el vástago de la válvula se encuentra desplazado con respecto al eje del disco. Esta disposición aumenta la eficiencia del sellado con respecto a las válvulas de tipo de obturador concéntrico. 014 VÁLVULAS GRUPO CUÑADO 015 10.5.3 DE DOBLE EXCENTRICIDAD En estas válvulas, llamadas “tipo double offset”, el vástago de la válvula se encuentra desplazado, no solo con respecto al eje del disco, sino también con relación al eje de la tubería conectada a la válvula. Debido a esta 2ª excentricidad, el disco, en estas válvulas no presenta una geometría simétrica, como en el caso de válvulas concéntricas o de simple excentricidad, sino que una de las alas del disco es mayor que la otra. Las válvulas de doble excentricidad presentan ciertas ventajas sobre las concéntricas o las excéntricas: Por otra parte, esta excentricidad produce una superficie de asiento de forma elíptica en vez de circular, lo que reduce la abrasión del asiento. 1ª Excentricidad Cono de contacto Centro del vástago 2ª Excentricidad • Permite la expansión térmica. • El doble desplazamiento del eje produce que el disco se separe del asiento al principio del movimiento de apertura, lo que disminuye la fricción y, en consecuencia, permite pares de accionamiento más reducidos. Esto implica, además, un cierre seguro y prácticamente libre de desgaste. Vástago Elipse de asiento Ángulo de contacto 30º-45º •E n el caso de asiento resiliente, o laminado, se produce un efecto de “cuña” que flexiona el anillo de sellado, reaccionando como un muelle, lo que produce una presión uniforme a lo largo de toda la circunferencia y, en consecuencia una estanqueidad prácticamente total. •A mplio rango de aplicación, desde servicio criogénico hasta elevadas temperaturas. 3ª Excentricidad Eje de la válvula y tubería • Sellado uniforme a lo largo de todo el anillo de asiento. • Fricción muy reducida entre el disco y el asiento. Ángulo de contacto 10º-15º Asiento Dentro de la gama de fabricación de válvulas de mariposa de triple excentricidad, se ha desarrollado un tipo específico que permite su utilización bajo condiciones extremas de servicio, con excelentes rendimientos, alto grado de estanqueidad y vida muy prolongada. Este tipo presenta la particularidad de que el plano formado por el asiento está inclinado con respecto a las caras de la válvula, lo que les proporciona una estanqueidad excepcionalmente elevada. Este tipo de válvulas se conocen como válvulas de asiento inclinado y presentan las siguientes particularidades: Disco 2ª Excentricidad • Aunque pueden ir provistas de asiento resiliente, normalmente son de asiento metal-metal o asiento laminado metal/grafito, a fin de ser aptas para servicios de altas presiones y temperaturas. •L a geometría de su asiento permite un movimiento del disco sin agarrotamientos, incluso con altos diferenciales de temperaturas y bajo alta presión. 1ª Excentricidad 10.5.4 DE TRIPLE EXCENTRICIDAD En estas válvulas, también llamadas de “tipo triple offset”, la 3ª excentricidad se refiere a la geometría de los componentes del sellado y no a la posición del vástago. En ellas, la superficie interior del asiento forma una superficie cónica cuyo eje está desplazado angularmente con respecto al eje de la válvula. Además de las ventajas de las válvulas de doble excentricidad, la geometría de triple excentricidad implica un desgaste mínimo debido a que el disco contacta con el asiento del cuerpo únicamente al final de la operación de cierre. 016 VÁLVULAS • Bajo par de operación. •P osibilidad de sentido bi-direccional del flujo, si bien se indica un sentido preferencial. • Estanqueidad total. • S uelen ser válvulas de grandes tamaños por lo que deben operarse mediante reductor de engranajes y volante, o actuador. • Sellado uniforme a lo largo de todo el anillo de asiento. GRUPO CUÑADO 017 10.6 EL ASIENTO 10.7 CONEXIONES En función del material empleado para la fabricación del anillo de asiento, las válvulas de mariposa pueden ser: Debido al poco espesor que normalmente tienen las válvulas de mariposa, en la práctica, solo se fabrican con tres tipos de uniones a la tubería a la que van conectadas: 10.6.1 DE ANILLO ELÁSTICO En este tipo de válvulas, el interior del cuerpo va revestido por un anillo de material elástico (elastómero), que impide el contacto del fluido circulante con el cuerpo de la válvula. La mariposa, al ser accionada, asienta contra este anillo, lográndose un cierre estanco. El elastómero se extiende sobre las caras de la válvula, haciendo, de este modo, además, de junta entre ella y las bridas de la línea. 10.7.1 TIPO WAFER Este tipo de válvulas presenta un cuerpo cilíndrico que se instala entre las bridas de la línea, que se unen entre sí mediante pernos pasantes. Normalmente, el cuerpo va provisto de cuatro orejetas para el centrado de la válvula. Esta solución es la más económica y la más utilizada. El uso de este tipo de válvulas viene limitado por las condiciones de presión y temperatura del medio circulante. 10.7.2 TIPO LUG En éstas el cuerpo presenta una serie de orejetas que coinciden con los taladros de las bridas a las que van acopladas. Las orejetas van roscadas con el mismo tipo de rosca que los pernos correspondientes. 10.6.2 ASIENTO METAL-METAL En las válvulas de asiento metal-metal, no existe el recubrimiento de elastómero. Se utilizan cuando han de soportar altas presiones o temperaturas. Pueden ser de cierre no estanco, o de cierre estanco. Estas últimas son de las que presentan algún tipo de excentricidad entre el disco y el asiento. 10.7.3 CON DOBLE BRIDA Las válvulas de mariposa con doble brida son similares a las clásicas válvulas bridadas. Han de ir provistas de bridas de la misma clase que las de la línea a las que van acopladas. Estas válvulas pueden utilizarse en servicios de mayor presión que los dos tipos anteriores. Son muy utilizadas en grandes conducciones de líquidos. 018 VÁLVULAS GRUPO CUÑADO 019 VÁLVULAS DE BOLA 020 VÁLVULAS Introducción 22 11.1 Características 23 11.2 Operación 24 11.3 Clasificación 25 11.4 Descripción 26 11.5 Área de paso 27 11.5.1 Paso total 27 11.5.2 Paso reducido 27 11.6 Guiado de la bola 28 11.6.1 Bola flotante 28 11.6.2 Bola guiada (Trunnion) 28 11.7 Cuerpo 29 11.7.1 De una pieza 29 11.7.2 De dos piezas 29 11.7.3 De tres piezas 29 11.7.4 Con tapa 29 11.8 Número de vías 30 11.8.1 Tres vías 30 11.8.2 Cuatro vías 30 11.9 Válvulas de doble bloqueo y purga 31 GRUPO CUÑADO 021 11.1 CARACTERÍSTICAS Las válvulas de bola son del tipo bidireccional y de cuarto de vuelta. Sustituyen frecuentemente a las de compuerta, sobre las que presentan ciertas ventajas. Estas ventajas son muy parecidas a las que ofrecen las válvulas de mariposa, excepto que estas últimas son de menor volumen y peso, debido a la forma de disco de su cuerpo. VENTAJAS INTRODUCCIÓN Las válvulas de bola (ball valves), también llamadas de esfera, son muy similares a las de mariposa, de las que básicamente se distinguen en el obturador. Mientras el elemento de cierre en las de mariposa está constituido por un disco, en las de bola es una pieza esférica taladrada que asienta sobre anillos de perfil esférico, lo que proporciona una presión uniforme sobre ellos. Estos asientos pueden ser de metal o resilientes, normalmente teflón natural o reforzado. Otra diferencia importante es que mientras que el cuerpo de las válvulas de mariposa es de una geometría similar a un disco, el de las de bola presenta una geometría de mayor volumen, con una mayor distancia entre caras. A diferencia de las de mariposa, las válvulas de bola solo se utilizan en servicios “de todo o nada”, no siendo recomendables para control de caudal. • Mayores capacidades de flujo. • Permiten un paso del fluido recto y uniforme, especialmente en las de paso total, por lo que es el tipo de válvulas que menor pérdida de carga presenta. • Buena estanqueidad. • Rapidez de maniobra. DESVENTAJAS • Limitación de temperatura debido a los asientos de material plástico. • En general, es preciso desmontar la válvula de la línea para mantenimiento. • Algunos fluidos pueden quedar atrapados en la válvula, en posición de cerrada, dañando la válvula. • Por su rápida acción de apertura, puede producirse un súbito aumento de presión, que puede dañar a los equipos situados aguas abajo. La distancia entre caras de una válvula de bola es idéntica a la de una válvula de compuerta del mismo diámetro nominal y la misma Clase. En la siguiente figura se representan, a la misma escala una válvula de compuerta y otra de bola, ambas de 4” y 150Lb. Como las de compuerta, tienen una muy amplia aplicación en toda clase de industrias. Se fabrican en una gran variedad de modelos, los más importantes de los cuales serán descritos a lo largo de esta lección. 022 VÁLVULAS GRUPO CUÑADO 023 11.2 OPERACIÓN 11.3 CLASIFICACIÓN Las válvulas de bola son muy similares a las de mariposa en lo que respecta a su forma de operar. El obturador consiste en una esfera taladrada de forma que, al ser accionada la válvula, presenta al paso del fluido su parte sólida (válvula cerrada) o su parte taladrada (válvula abierta). Pero, aunque, como en el caso de las de mariposa, puede mantenerse en posición de semiabierta, no es recomendable, por lo que las válvulas de bola se utilizan, básicamente, en servicios de todo o nada. Las válvulas de bola admiten una amplia variedad de clasificaciones, en función de las bases que se tomen en consideración. BASE DE CLASIFICACIÓN TIPOS DE VÁLVULAS ÁREA DE PASO Paso total Paso reducido Totalmente 50% Totalmente abierta abierta cerrada Sello del vástago Vástago Fluido GUIADO DE LA BOLA Bola De bola flotante De bola guiada Área de paso del fluido Asientos CUERPO Las válvulas de bola son también muy similares a las de mariposa en lo que respecta a los tipos de accionamiento utilizados. Dos piezas Tres piezas • PALANCA La palanca, o la manilla son, prácticamente los únicos mandos utilizados en tamaños pequeños o medianos. La orientación de la palanca indica la posición de abierta o cerrada de la válvula. • VOLANTE Es el más utilizado para tamaños a partir de 8”, pero normalmente se utiliza auxiliado por un reductor de engranajes a fin de reducir el esfuerzo necesario para su accionamiento. Una pieza Con tapa NÚMERO DE VÍAS De dos vías De tres vías De cuatro vías • ACTUADOR Es muy frecuente el uso de actuadores eléctricos, neumáticos o hidráulicos, a fin de eliminar el esfuerzo de accionamiento manual, o para automatizar la válvula. OTROS TIPOS DE VÁLVULAS Válvulas de doble bloqueo y purga También se usa, en ocasiones a fin de evitar el golpe de ariete que puede producirse al cerrar en forma muy rápida la válvula mediante palanca. 024 VÁLVULAS GRUPO CUÑADO 025 11.4 DESCRIPCIÓN 11.5 ÁREA DE PASO Dentro de la amplia variedad existente de válvulas de bola, se ha seleccionado uno de los modelos más típicos, para mostrar sus componentes principales: El obturador de las válvulas de bola consiste en una esfera provista de un orificio que permite el paso del fluido en posición de válvula abierta. Estas válvulas se fabrican, según el área de paso del fluido a válvula abierta, en dos tipos básicos: La válvula representada es una válvula de bola flotante, paso total, cuerpo de tres piezas, acceso lateral a la bola, extremos con bridas y accionamiento por palanca. También se incluye un detalle de la zona de sellado de una válvula de bola. 11.5.1 PASO TOTAL En las válvulas de paso total (full bore), el orificio de paso de la bola coincide con el diámetro interior de la tubería conectada. Se utilizan cuando es importante una pérdida de carga mínima, o se requiere un flujo sin turbulencias, como ocurre en las conexiones a instrumentos de medición. Palanca Vástago Tapa superior Bola Anillos de asiento Tapa inferior Cuerpo 11.5.2 PASO REDUCIDO En las válvulas de paso reducido (reduced bore), el orificio de paso de la bola es inferior al diámetro interior de la tubería. Son más económicas que las de paso total, y son utilizadas principalmente en pequeños tamaños. Dentro de este grupo de válvulas, es frecuente distinguir, dependiendo del grado de reducción del área de paso, entre paso reducido normal, de área de paso entre 60% y 80% y de paso tipo venturi de, aproximadamente un 40%. Brida del prensaestopas Prensaestopas Guía superior del vástago Empaquetadura de Teflón Guía inferior del vástago Anillo de empuje de Teflón Vástago 026 VÁLVULAS Tornillo de fijación de la bola Bola GRUPO CUÑADO 027 11.6 GUIADO DE LA BOLA 11.7 CUERPO El obturador, o bola, gira 90º arrastrada por el vástago, situando su orificio alineado con el flujo, en posición de válvula abierta, o en forma perpendicular, a válvula cerrada. En este último caso, la bola se ve sometida al empuje debido a la presión del fluido. La manera de soportar o transmitir este empuje, viene determinada por la forma de guiado o soportación de la bola. La forma del cuerpo de una válvula de bola está íntimamente ligada a la facilidad de desmontaje de la misma para la sustitución de sus elementos de cierre, bola y asientos, ya que el vástago se desmonta por el alojamiento de la empaquetadura. De acuerdo con este criterio, puede establecerse la siguiente clasificación: 11.7.1 DE UNA PIEZA 11.6.1 BOLA FLOTANTE En este tipo de válvulas, el extremo del vástago encaja en una ranura (slot) tallada en la parte superior de la bola de forma que permite su desplazamiento hacia el asiento situado aguas abajo, transmitiendo a éste el esfuerzo debido a la presión del fluido. Es el diseño más utilizado en pequeños tamaños y para bajas presiones. Las válvulas con cuerpo de una sola pieza (monoblock) son, normalmente, de pequeña dimensión y paso reducido. Ofrecen la ventaja de ser totalmente estancas al no existir elementos de unión entre piezas. Los elementos de obturación son desmontados por uno de los extremos de la válvula - acceso por un extremo (end entry) -, para lo que se requiere su desmontaje de la línea. Frecuentemente son de paso reducido, lo que facilita esta operación, al ser la bola de menor tamaño. 11.7.2 DE DOS PIEZAS El cuerpo de las válvulas de cuerpo partido (Split body) está formado por dos piezas longitudinales unidas mediante tornillos o mediante rosca. 11.6.2 BOLA GUIADA (TRUNNION) La bola va provista de dos muñones (trunnions), superior e inferior, alojados en dos soportes en el cuerpo. En posición de válvula cerrada, la bola transmite el empuje al cuerpo a través de los muñones, aliviando la fricción entre la bola y el asiento, y permitiendo un bajo par de accionamiento. La estanqueidad en bajas presiones se suele asegurar por medio de muelles. Este tipo de válvulas es muy utilizado en tamaños mayores y para presiones más elevadas que las de bola flotante. Este tipo de construcción permite un fácil acceso a sus internos para trabajos de mantenimiento, mediante la separación de ambas piezas acceso lateral (side entry) -. En cualquier caso, para ello es preciso también, desmontar la válvula de la línea a la que va acoplada. 11.7.3 DE TRES PIEZAS En este tipo de válvulas también es posible desmontar fácilmente sus elementos internos, ya que éstos están situados en el cuerpo central - acceso lateral (side entry) -. En cualquier caso también se requiere, para ello, el desmontaje de la válvula de la línea a la que va acoplada. Bola Soporte del Trunnion Trunnion Cuerpo Tapa inferior Detalle del Trunnion inferior 028 VÁLVULAS 11.7.4 CON TAPA Las válvulas de cuerpo con tapa (covered body), van cubiertas por su parte superior, por una tapa atornillada al cuerpo. El desmontaje de esta tapa permite el acceso a los internos - acceso superior (top entry) - sin necesidad de desmontar la válvula de la línea. GRUPO CUÑADO 029 11.8 NÚMERO DE VÍAS 11.9 VÁLVULAS DE DOBLE BLOQUEO Y PURGA Las válvulas normales de bola, como las que se han venido mostrando a lo largo de esta lección, son consideradas como de dos vías, ya que presentan una sola entrada del fluido y una sola salida. Pero, aunque de uso menos frecuente, cabe mencionar otros modelos, de tres e incluso cuatro vías: Este tipo de válvulas, aunque bien pudiera haberse incluido en la lección correspondiente a las Válvulas para servicios especiales, hemos decidido incluirlo en esta lección de Válvulas de bola, por utilizar, generalmente este tipo de obturadores en su versión más comercializada. 11.8.1 TRES VÍAS Las válvulas de tres vías permiten la interconexión entre tres tramos de tuberías confluyentes en la válvula. Para ello, disponen de tres bocas, y la bola presenta dos perforaciones perpendiculares. Según la forma de taladrado de la bola, se habla de disposición en “T” o en “L”. En la primera, la bola presenta un taladrado diametral y otro radial perpendicular al anterior. La bola en “L”, en cambio, solo presenta dos perforaciones radiales a 90º. Válvulas de bloqueo Válvula de purga Estas disposiciones permiten cambiar la entrada y salida del fluido entre las tres bocas. Posibilidades de configuración en válvulas de bola de tres vías Una salida Cuando se requiere aislar totalmente los fluidos existentes aguas arriba y aguas abajo de una válvula se deben utilizar dos válvulas de bloqueo y una intermedia de purga, tal como se representa en la siguiente figura: Las válvulas de doble bloqueo y purga, también llamadas DBB (Double block and bleed valves), fueron ideadas para sustituir estas tres válvulas por una sola. Estas válvulas incluyen, en un solo cuerpo, dos válvulas de bloqueo y una de purga situada entre las dos de bloqueo. Dos salidas Válvula cerrada Bola en “L” La configuración más utilizada consiste en dos válvulas de bola para bloqueo y una de aguja, o también de bola, para purga, incorporadas en un solo cuerpo. Bola en “T” 11.8.2 CUATRO VÍAS El cuerpo de las válvulas de bola de cuatro vías presenta cuatro bocas y la bola va taladrada diametralmente en dos direcciones perpendiculares. Esta disposición permite una amplia selección de posibilidades de circulación del fluido a través de la válvula. El cierre de la válvula se consigue situando la palanca en una posición intermedia, Posibilidades de configuración en la que las cuatro bocas permanecen cerradas. en válvulas de bola de cuatro vías Aunque son válvulas de uso poco frecuente, son bastante utilizadas en tomas de muestras funcionando como un by-pass sin afectar la presión del sistema mientras se extrae la muestra. Paso en “L” Paso en “T” Paso en “X” 030 VÁLVULAS Paso recto El uso de este tipo de válvulas facilita, por ejemplo, el desmontaje de un equipo sin riesgo de contaminación. Son muy utilizadas para conexiones de instrumentos a equipos, alimentación a calderas, terminales de estaciones de bombeo o de carga en refinerías de petróleo, etc. Un ejemplo de utilización se muestra en la figura incluida a continuación, en la que se muestra la disposición que facilita el desmontaje de una válvula de seguridad, aislándola del equipo a proteger y del colector de escapes mediante dos válvulas de doble bloqueo y purga. Válvula DBB Válvula de seguridad Colector de escape Válvula DBB GRUPO CUÑADO 031 VÁLVULAS DE MACHO Introducción 12.1 Características 12.2 Operación 12.3 Clasificación 12.4 Descripción 12.5 El macho 12.5.1 Macho standard 12.5.2 Macho invertido 12.6 Lubricación 12.6.1 Lubricadas 12.6.2 No lubricadas 12.7 Área de paso 12.7.1 Paso total 12.7.2 Paso reducido 12.8 Número de vías 12.8.1 Tres vías 12.8.2 Cuatro vías 12.9 Otros tipos de válvulas 12.9.1 Válvulas de presión equilibrada 12.9.2 Válvulas de doble bloqueo 12.9.3 Válvulas de doble asiento expandible 032 VÁLVULAS 34 35 36 37 38 39 39 39 40 40 41 42 42 42 43 43 43 44 44 45 46 GRUPO CUÑADO 033 12.1 CARACTERÍSTICAS Las válvulas de macho son, en todo, muy similares a las de bola. Son, como aquellas, válvulas compactas, lo que implica bajo coste inicial y de mantenimiento. Son también de tipo bidireccional. Sus ventajas y desventajas son, en general, las mismas que se indicaban en la lección anterior. En cuanto a sus principales diferencias con las válvulas de bola, cabe mencionar: • Las válvulas de macho, aunque son de baja pérdida de carga, no lo son tanto como las de bola de paso total, ya que no pueden presentar un paso totalmente circular y homogéneo, como éstas. INTRODUCCIÓN Las válvulas de macho (plug valves), también llamadas “de tapón”, pertenecen, como las de bola y las de mariposa, al grupo de válvulas denominadas “de un cuarto de vuelta”. Su diseño es muy simple y similar al de las válvulas de bola, de las que básicamente se diferencian en la forma del obturador, que en las de macho es de forma troncocónica en vez de esférica. Su estructura está constituida por tres piezas básicas: el cuerpo, la tapa y el macho o tapón (plug). El macho lleva un orificio llamado puerto (port), normalmente de sección rectangular, que permite el paso del fluido en posición de válvula abierta. •D ebido a la forma del obturador, en forma de cuña cónica, estas válvulas tienen más tendencia al agarrotamiento que las de bola, por lo que suelen precisar de algún tipo de lubricación. • El macho, en su acción de arrastre al girar, se limpia de materias extrañas que hayan podido quedar depositadas en la parte expuesta al fluido, cuando están cerradas. Se utilizan principalmente en servicios de “todo o nada”, aunque en ocasiones también se usan para regulación, en cuyo caso, el macho gira menos de 90º, de forma que presenta su puerto al paso del fluido en forma parcial. Tanto su accionamiento (palanca, volante con reductor y actuador) como su forma de conexión a la línea (extremos roscados o para soldar, o bridas), son similares a los empleados en las válvulas de bola. Las válvulas de macho son muy versátiles y su uso está muy extendido en todo tipo de industrias, incluyendo conducciones petrolíferas, industria química, generación de energía, etc. Pueden vehicular, en forma segura, gases, líquidos e incluso sólidos en suspensión, y, en ciertos casos, fluidos en muy severas condiciones de presión y temperatura. Por su capacidad para manejar fluidos con sólidos en suspensión, son muy usadas en sistemas de depuración de aguas. Este tipo de válvulas ha sido usado desde la antigüedad, como lo prueba el hecho de que se ha descubierto que eran usadas en los sistemas de conducción de agua del antiguo imperio romano. 034 VÁLVULAS Válvula de macho Válvula de bola Válvula de macho del Siglo I, bronce GRUPO CUÑADO 035 12.2 OPERACIÓN 12.3 CLASIFICACIÓN Las válvulas de macho se operan, mediante giro de 90º del macho obturador. Por tanto, son válvulas del tipo cuarto de vuelta. Las válvulas de bola admiten una amplia variedad de clasificaciones, en función de las bases que se tomen en consideración. Pueden ser accionadas por medio de los dispositivos típicos, es decir: BASE DE CLASIFICACIÓN TIPOS DE VÁLVULAS MACHO Standard • ACCIONAMIENTO POR PALANCA La palanca, o la manilla son, prácticamente los únicos mandos utilizados en tamaños pequeños o medianos. La orientación de la palanca indica la posición de abierta o cerrada de la válvula. Invertido LUBRICACIÓN Lubricadas No lubricadas • ACCIONAMIENTO POR VOLANTE El volante es el accionamiento manual más utilizado en tamaños a partir de 8”, pero normalmente se utiliza auxiliado por un reductor de engranajes a fin de reducir el esfuerzo necesario para su accionamiento. Rectangular ÁREA DE PASO Paso total Circular Paso reducido Tipo Venturi Normal • ACCIONAMIENTO POR ACTUADOR NÚMERO DE VÍAS Es muy frecuente el uso de actuadores eléctricos, neumáticos o hidráulicos, a fin de eliminar el esfuerzo de accionamiento manual, o para automatizar la válvula. También se usa, en ocasiones a fin de evitar el golpe de ariete que puede producirse al cerrar en forma muy rápida la válvula mediante palanca. De tres vías De cuatro vías OTROS TIPOS DE VÁLVULAS • EN CUADRADILLO Además de los accionamientos citados, es frecuente el suministro de válvulas con su extremo mecanizado en forma de cuadradillo para acoplar a él cualquier accionamiento de los anteriores. 036 VÁLVULAS De dos vías De presión equilibrada De doble bloqueo De doble asiento expansible GRUPO CUÑADO 037 12.4 DESCRIPCIÓN 12.5 EL MACHO La variedad de tipos de válvulas de macho es muy amplia. Como ejemplo, se ha incluido el esquema de una válvula de dos vías, con macho tipo standard lubricado, asiento metalmetal, extremos con bridas y soporte de accionamiento. El obturador de estas válvulas tiene forma troncocónica con una ventana, generalmente de forma rectangular que, cuando está situada frente a las bocas de la válvula, permite el paso del fluido. Soporte de accionamiento Brida del prensaestopas Prensaestopas Cuerpo Macho Tapa Empaquetadura 12.5.1 MACHO STANDARD En este tipo de válvulas, el vástago va unido al macho por su cara mayor. El problema que presentan es que existe el peligro de bloqueo del macho, especialmente en el caso de válvulas no lubricadas con asiento metal-metal. 12.5.2 MACHO INVERTIDO La denominación “de macho invertido” (inverted plug) se debe a que, al contrario que en las válvulas de tipo normal, el macho va instalado con su base mayor en la parte inferior, estando el vástago unido a la cara menor del macho. 038 VÁLVULAS GRUPO CUÑADO 039 12.6 LUBRICACIÓN Inicialmente las válvulas de macho se fabricaban con asientos metal-metal, sin lubricación. Ello provocaba frecuentemente problemas de bloqueo o agarrotamiento del macho, produciendo un elevado esfuerzo de torsión en la maniobra de apertura o cierre. Este sistema se continúa usando actualmente, pero los problemas mencionados limitan su utilidad. Para evitarlo, actualmente, es más frecuente el uso de machos lubricados, o no lubricados, pero revestidos con un manguito de baja fricción (generalmente teflón). Existe otro tipo, de bastante utilización, que se conoce como válvulas de presión equilibrada, en las que el par necesario para su accionamiento se reduce considerablemente. 12.6.2 NO LUBRICADAS En las válvulas con asiento metal-metal no lubricadas, el riesgo de bloqueo es máximo, por lo que este tipo de válvulas prácticamente no se utiliza, o se limita a servicios de poca exigencia en cuanto a condiciones de presión y temperatura. Para evitar este riesgo de bloqueo, otra solución diferente de la lubricación, consiste en evitar el contacto metal-metal, revistiendo el macho, o el interior del cuerpo, con un manguito de material elastómero, normalmente Teflón. Ello, además de reducir considerablemente el par de accionamiento, proporciona una estanqueidad total, sin necesidad del uso de fluido sellante. 12.6.1 LUBRICADAS En las válvulas con macho lubricado, la posibilidad de bloqueo del macho se evita mediante la inyección de una película de fluido sellante (lubricante) que, además de minimizar las fugas, evita la penetración de suciedad en el área de asiento. Este sistema obliga a tener presente las características del fluido vehiculado, ya que puede resultar contaminado por el lubricante. La inyección del lubricante se lleva a cabo por medio de boquillas de inyección, o a través del eje del vástago, hasta el macho, donde se envía, a través de ranuras de sellado por las que se distribuye el fluido de lubricación, lo que, además de proporcionar el engrase necesario para evitar su bloqueo, produce el efecto de sellado entre el macho y el cuerpo de la válvula. En la parte inferior del cuerpo, por debajo del macho, existe un espacio, llamado cámara de sellado en la que se deposita el lubricante, lo que, además de impedir en esa zona la formación de bolsas de producto, mantiene al macho soportado por la presión del fluido de sellado, ayudando así a disminuir el par de operación. Manguito de Teflón Estas válvulas también suelen ir provistas de una válvula de retención, consistente en una pequeña bola situada en el conducto de inyección del lubricante, para evitar el retorno del mismo. Inyección de lubricante Vástago Prensaestopas Diafragma Ranuras de lubricación Válvula de retención Tapa Empaquetadura Ranuras de lubricación Macho Cuerpo 040 VÁLVULAS Cámara de sellado GRUPO CUÑADO 041 12.7 ÁREA DE PASO 12.8 NÚMERO DE VÍAS El área de paso de una válvula de macho viene determinado por el puerto o abertura de la ventana del macho. De acuerdo con este criterio, se pueden definir los siguientes tipos: Las válvulas standard de macho son de dos vías, que son las que presentan una entrada y una salida del fluido, y a este grupo pertenecen todas las descritas anteriormente. 12.7.1 PASO TOTAL Pero como ocurre con las válvulas de bola, en las de macho también existe la posibilidad de disponer de válvulas de más de dos vías. Cuando se requiere limitar la pérdida de carga a través de la válvula, conviene disponer de una sección de paso equivalente, en superficie, a la de la tubería. Esto significa paso total (full bore) y puede conseguirse con dos configuraciones diferentes de la ventana del macho: PASO TOTAL RECTANGULAR El puerto es de sección aproximadamente rectangular y su área corresponde al de las bocas circulares de la válvula. Su pérdida de carga es mínima. 12.8.1 TRES VÍAS En las válvulas de tres vías es posible dirigir la circulación del fluido mediante la utilización de un macho con paso a 90º - configuración en “L” - o de un macho con paso a 90º y a 180º - configuración en “T”. La transición entre el perfil circular de las bocas y el rectangular del puerto es suave a fin de evitar alteraciones bruscas que puedan ocasionar variaciones excesivas en la regularidad o velocidad del fluido. PASO TOTAL CIRCULAR En estas válvulas, el puerto, en lugar de rectangular, es circular y del mismo diámetro que el interior de la tubería. Ello, además de implicar una pérdida de carga prácticamente nula, permite el paso de rascadores de tuberías (pigs) en oleoductos. Configuración en “L” Configuración en “T” 12.8.2 CUATRO VÍAS 12.7.2 PASO REDUCIDO Dentro del grupo de válvulas de macho de paso reducido (reduced bore), y dependiendo del grado de reducción del orificio de paso, se pueden diferenciar tres tipos diferentes: PASO TIPO VENTURI El puerto es de sección reducida, pero el cambio de sección a través del cuerpo de la válvula se lleva a cabo con un diseño tal que se produce un efecto venturi que produce un gran porcentaje de recuperación de la velocidad del fluido e implica una pérdida de carga relativamente baja. En las de válvulas de cuatro vías, el macho puede presentar cuatro configuraciones diferentes: en “L”, en “T”, en “I” y en “X”, estas últimas llamadas también “de doble paso”. Configuración en “L” Configuración en “T” El orden de paso suele ser del orden del 40% del área total de la tubería. PASO REDUCIDO NORMAL Aunque el estrangulamiento es más brusco que en las de tipo venturi, este diseño permite reducir la distancia entre caras de la válvula a fin de que sea similar a la de una válvula de compuerta del mismo tamaño. Configuración en “I” Configuración en “X” Su área de paso es aproximadamente el 60% del área total de la tubería. 042 VÁLVULAS GRUPO CUÑADO 043 12.9 OTROS TIPOS DE VÁLVULAS Los tipos de válvulas de macho descritas en los apartados anteriores son los de uso más común. Pero existen en el mercado otros modelos especiales de uso para ciertos servicios particulares. Entre ellos, destacamos los siguientes: 12.9.1 VÁLVULAS DE PRESIÓN EQUILIBRADA El agarrotamiento o bloqueo del macho es un fenómeno muy corriente en las válvulas de macho convencionales, especialmente cuando se trata de manejar fluidos de elevadas presiones de trabajo, o de presiones pulsantes. Ello es debido al desequilibrio de las fuerzas que actúan sobre las caras del macho como se observa en la FIGURA 1. 12.9.2 VÁLVULAS DE DOBLE BLOQUEO En la lección 11 nos referíamos a un tipo de válvulas llamado de doble bloqueo y purga (DBB valve), destinadas a aislar totalmente los fluidos existentes aguas arriba y aguas abajo sustituyendo dos válvulas de bloqueo por una sola. Cuando se requiere una válvula DBB de mayor tamaño, o para ciertas condiciones de trabajo, que aconsejen el uso de una válvula de macho se recurre al uso de una válvula de macho de doble bloqueo (double isolation plug valve). Estas válvulas suelen tener la misma distancia entre caras de bridas que una válvula sencilla. Inyección de líquido sellante Para evitar este problema, se utilizan las válvulas de presión equilibrada (balanced pressure valves). Estas válvulas son, normalmente, del tipo de macho invertido. En ellas, a fin de evitar el riesgo mencionado de bloqueo debido a la presión del fluido, el macho va provisto de dos taladros practicados en sus caras superior e inferior, lo que equilibra la presión existente en ambas caras. El taladro de la cara inferior es simplemente un orificio pasante, mientras el de la cara superior va provisto de una bola que actúa como una válvula de retención. En la FIGURA 2 se aprecia el efecto mencionado de equilibrio de presiones en las caras internas y externas de una válvula de este tipo. Purga Inyección de lubricante Detalle Válvula de retención Un ejemplo típico de la aplicación de este tipo de válvulas se presenta en las estaciones de compresión de un sistema de transporte de gas natural, como se muestra en las siguientes figuras: Configuración usando válvulas de bola FIGURA 1 FIGURA 2 Normalmente, estas válvulas suelen estar también provistas de conexiones para inyección de grasa lubricante, para facilitar el accionamiento del macho. Compresor Purga Purga Configuración usando válvulas de macho de doble aislamiento Válvula primaria Punto de drenaje Válvula de respaldo Compresor 044 VÁLVULAS GRUPO CUÑADO 045 12.9.3 VÁLVULAS DE DOBLE ASIENTO EXPANDIBLE Una variante de las válvulas DBB, es la válvula de doble asiento expandible (twin seal valve). En estas válvulas, el macho va provisto de dos piezas deslizantes (slips) a la entrada y a la salida, que bloquean alternativamente ambas bocas. El interior de la válvula se drena por medio de una pequeña válvula de purga. En servicio de líquidos, deben llevar, además, un sistema de alivio de sobrepresión por expansión térmica. En el esquema incluido a continuación se describe su forma de operar. Válvula abierta Los asientos elásticos (A) están fijados a los slips (B), los cuales están montados sobre el macho. 1 B Indicador de posición Accionamiento 2 Vástago Tapa superior A Válvula cerrando Durante el giro del macho, se mantiene una separación entre el macho y el cuerpo de la válvula, facilitando el movimiento y evitando una posible abrasión del cuerpo. Sistema de purga Macho Cuerpo 3 Expansión de los slips Cuando el macho ha girado 90º, empieza a descender, obligando a los slips a comprimirse contra el cuerpo, logrando un cierre eficaz. 4 Válvula cerrada Los slips están completamente expandidos, logrando un cierre metal-metal efectivo. Slips Tapa inferior La válvula se drena mediante su sistema de drenaje incorporado. 046 VÁLVULAS GRUPO CUÑADO 047 VÁLVULAS DE MANGUITO 048 VÁLVULAS Introducción 50 13.1 Características 51 13.2 Operación 52 13.3 Clasificación 53 13.4 Descripción 54 13.5 El cuerpo 55 13.5.1 Bastidor abierto 55 13.5.2 Cuerpo cerrado 55 13.6 El manguito 56 13.7 Pinzado 57 13.7.1 Acción simple 57 13.7.2 Acción doble 57 13.8 Válvulas neumáticas 58 GRUPO CUÑADO 049 13.1 CARACTERÍSTICAS Las válvulas de manguito son del tipo “multivueltas”. Son adecuadas tanto para servicio de todo o nada como para regulación. Este tipo de válvulas puede ser considerado como verdaderas válvulas de control manuales. VENTAJAS INTRODUCCIÓN Una válvula de manguito (pinch valve) está constituida, básicamente, por un tubo – manguito - de caucho u otro material elastómero y un cuerpo o armazón metálico en el que se incluye un mecanismo de pinzado del manguito. Este mecanismo consiste, generalmente, en una o dos varillas metálicas que, al ser accionadas por un volante o por un actuador, estrangulan, en mayor o menor grado, el paso del fluido a través del manguito elástico. El diseño de este tipo de válvulas es el más simple de todos los existentes. Por ello es una válvula de bajo coste, tanto inicial como de mantenimiento. Su utilización está particularmente indicada en el manejo de líquidos con sólidos en suspensión o, incluso, en sistemas de transporte neumático de sólidos. Igualmente, y como consecuencia del total aislamiento de las partes metálicas de la válvula y el fluido, también encuentran una excelente aplicación en el manejo de líquidos corrosivos o contaminantes. • Bajo coste ya que su diseño es muy simple, pues se limita a cuerpo, manguito y actuador. • No necesitan juntas de unión para las bridas, ya que el manguito se extiende por las caras de las bridas, haciendo de junta. • Paso recto y laminar, incluso en servicio de regulación, con lo que no se producen daños debidos a turbulencias. • Nula pérdida de carga en posición de totalmente abierta. • Estanqueidad total, ya que no llevan empaquetaduras. • La única operación de mantenimiento requerida es el cambio de manguito. • Poco nivel de ruido. DESVENTAJAS • No válidas para elevadas presiones o temperaturas. • Dificultad para cerrar al 100%. • El rango efectivo de regulación se sitúa, normalmente, entre el 10% y el 95% del flujo nominal. • El elastómero va perdiendo sus propiedades resistivas en el tiempo en contacto con fluidos corrosivos. • El límite de fatiga del manguito debe estar dentro del número de aperturas y cierres previstos para la válvula. Válvula abierta 050 VÁLVULAS Válvula cerrada GRUPO CUÑADO 051 13.2 OPERACIÓN 13.3 CLASIFICACIÓN La operación de una válvula de manguito es muy simple. Se basa en estrangular el manguito de elastómero mediante un accionamiento que actúa sobre un vástago que, a su vez acciona unas barras de pinzado, abriendo o cerrando el paso del fluido. La operación puede llevarse a cabo, bien mediante cierre total de la válvula, o por estrangulamiento parcial, ya que este tipo de válvulas pueden utilizarse en servicios de regulación de caudal. BASE DE CLASIFICACIÓN TIPOS DE VÁLVULAS CUERPO Abierto Cerrado MANGUITO Standard Cónico De paso reducido Las válvulas de manguito de accionamiento manual, al ser del tipo multivueltas, van provistas de un volante. Este tipo de válvulas no requiere un gran esfuerzo para su accionamiento, por lo que no es frecuente que se requiera el auxilio de un reductor de engranajes. PINZADO Acción simple Acción doble OTROS TIPOS DE VÁLVULAS Neumáticas Es frecuente su automatización mediante la incorporación de actuadores neumáticos, hidráulicos o eléctricos. De esta forma pueden funcionar como válvulas de control. Eléctrico 052 VÁLVULAS Neumático Hidráulico GRUPO CUÑADO 053 13.4 DESCRIPCIÓN 13.5 EL CUERPO Como ejemplo, se incluye la nomenclatura de piezas constituyentes de una válvula de manguito, de cuerpo cerrado, acción doble y accionamiento por volante. La clasificación más general que puede hacerse en cuanto a la estructura del cuerpo, se basa en el hecho de si los elementos internos de la válvula están encerrados en un cuerpo de protección o, si por el contrario resultan accesibles sin necesidad de desmontar el cuerpo de la válvula. Volante Engrasador Casquillo Vástago Tuercas de ajuste Indicador de posición Casquillo central 13.5.1 BASTIDOR ABIERTO Siendo el manguito y sus mecanismos de pinzado y de accionamiento las únicas partes internas de estas válvulas, no se requiere, normalmente, para mantenerlas en posición, más que un bastidor metálico. Este tipo de válvulas, llamadas de bastidor abierto (open frame), que es el más simple y económico, presenta la ventaja de que el manguito es totalmente visible en todos sus grados de apertura o cierre. Barra superior de pinzado Husillo Cuerpo Guía Manguito Barra inferior de pinzado Casquillos laterales Tapón 13.5.2 CUERPO CERRADO Las válvulas de cuerpo cerrado (enclosed body) van provistas de un cuerpo de protección, normalmente metálico, formado por dos mitades unidas por tornillos y tuercas fácilmente desmontables. Este cuerpo no necesita tener unas elevadas condiciones mecánicas ya que no está sometido a esfuerzos. Se utilizan cuando se requiere proteger al manguito y mecanismo de pinzado de la intemperie. 054 VÁLVULAS GRUPO CUÑADO 055 13.6 EL MANGUITO 13.7 PINZADO El manguito (sleeve) es la pieza básica de estas válvulas y la que da nombre a estas válvulas. Es una pieza elástica fabricada en material elastómero, normalmente reforzado con tejido poliéster o nylon. La elección del material debe hacerse en función de las características y condiciones del fluido o materiales a vehicular. La forma de cerrar el paso del fluido a través de la válvula se lleva a cabo mediante un pinzamiento del manguito. Dependiendo de la forma en que se realiza el pinzamiento, se distinguen dos tipos de válvulas: Los materiales más utilizados en la fabricación de manguitos son: CAUCHO BUTILO NEOPRENO VITÓN EPDM BUNA N 13.7.1 ACCIÓN SIMPLE HYPALÓN TEFLÓN Los extremos del manguito están formados por dos coronas circulares que, en caso necesario, van taladradas para permitir el paso de los pernos de unión a las bridas de la tubería, ya que actúan como juntas de unión. Para ello, estas coronas están respaldadas por placas metálicas que forman parte del cuerpo o bastidor de la válvula, y que actúan como bridas de unión. En este caso, una pieza metálica comprime la parte superior del manguito por su parte central, hasta que ésta hace contacto con la parte inferior del manguito, el cual, a su vez, apoya contra el fondo metálico del bastidor o del cuerpo de la válvula, provocando de esta forma el cierre de la válvula. Chapas de sujeción para barra de pinzado superior Chapas de sujeción para barra de pinzado inferior 13.7.2 ACCIÓN DOBLE El interior del manguito puede presentar diversas geometrías, dependiendo del tipo de paso deseado: En el caso de válvulas de acción doble, un mecanismo hace descender una varilla que oprime el manguito por su parte superior al tiempo que asciende otra varilla que lo oprime por su parte inferior, hasta producir el estrangulamiento del manguito. • MANGUITO STANDARD En el manguito standard, o recto, el interior es cilíndrico y en él, el área de paso del fluido coincide con el de la tubería. El flujo permanece uniforme y de régimen laminar, incluso en posición de regulación de flujo. Este tipo presenta como ventajas sobre el de acción simple un flujo más homogéneo y una menor deformación del manguito. • MANGUITO CÓNICO En éstos manguitos el interior presenta un perfil cónico. Son especialmente recomendados para servicios de regulación, ya que con él se logra un control muy ajustado del paso del fluido. El espesor del elastómero es mayor aguas abajo, a fin de proporcionar mejor resistencia al desgaste. • DE PASO REDUCIDO Los manguitos de paso reducido presentan una reducción del paso en su parte central, pero a diferencia de los cónicos vuelven a presentar un paso de tamaño completo en el extremo de salida. Este tipo de manguitos está siendo reemplazado últimamente por los de tipo cónico. 056 VÁLVULAS GRUPO CUÑADO 057 13.8 VÁLVULAS NEUMÁTICAS Existe un modelo de válvulas de manguito, menos frecuente, en el cual la compresión del manguito se lleva a cabo insuflando aire comprimido en el cuerpo de la válvula. En estas válvulas puede decirse que la cavidad anular existente entre el manguito y el cuerpo hace las veces de actuador. Obviamente este tipo de válvulas solo pueden ser del tipo de cuerpo cerrado. Aire Válvula abierta 058 VÁLVULAS Válvula cerrada GRUPO CUÑADO 059 VÁLVULAS DE MEMBRANA 060 VÁLVULAS Introducción 62 14.1Características 63 14.2Operación 64 14.2.1Manual 64 14.2.2Automática 65 14.3 Clasificación 66 14.4Descripción 66 14.5 El cuerpo 67 14.5.1 Paso recto 67 14.5.2 De vertedero 67 14.6 El diafragma 68 14.6.1 Para paso recto 68 14.6.2 Para tipo vertedero 68 14.7 Otros tipos de válvulas 69 14.7.1 Con revestimiento interno 69 14.7.2Termoplásticas 70 GRUPO CUÑADO 061 14.1 CARACTERÍSTICAS Las válvulas de membrana presentan características similares, en cierto modo, a las de Manguito. Son del tipo multivueltas y se utilizan no solo para cierre, sino también para regulación, ya que la geometría de su cuerpo permite una pérdida de carga reducida. Como ocurre con las válvulas de manguito, pertenecen al tipo denominado “sin empaquetadura”. VENTAJAS INTRODUCCIÓN Las válvulas de membrana, son también llamadas “de diafragma” (diaphragm valves) debido a la forma de su elemento de cierre. También se conocen como válvulas tipo “Saunders” en homenaje a P. K. Saunders, inventor de estas válvulas en 1928. Están formadas por tres elementos básicos: el cuerpo, la membrana y la tapa, aunque ésta última, a su vez, suele estar formada por un conjunto de piezas, que forman los elementos móviles de la válvula. El elemento característico de estas válvulas y que da origen a su nombre es una membrana de material flexible, aprisionada entre la tapa y el cuerpo de la válvula, que al ser actuada por un empujador, o compresor (compressor), restringe, en mayor o menor grado el paso del fluido, llegando hasta el cierre total, cuando la membrana entra en contacto con la parte inferior del cuerpo. El aislamiento total de las partes móviles con respecto al fluido circulante, debido a la presencia de la membrana, es la razón por la que este tipo de válvulas esté plenamente recomendado para ser usado en medios corrosivos o erosivos, así como en servicios en los que se requiera ausencia de posibles contaminaciones, como es el caso de la industria farmacéutica. Asimismo, y como consecuencia de su total estanqueidad, son muy utilizadas en servicios de vacío. •D ada la geometría interna de su cuerpo, estas válvulas permiten un flujo laminar y sin turbulencias. • Muy recomendable para manejo de fluidos con sólidos en suspensión. • Estanqueidad total. • Muy bajo coste de mantenimiento, ya que el diafragma tiene una larga vida. El fluido no puede dañar elementos de la válvula. • Pueden ser instaladas en cualquier posición, horizontal, vertical o inclinada, e incluso en posición invertida, aunque esta última no se recomienda. • Su uso supone un considerable ahorro al poder sustituir, en ciertos servicios muy corrosivos, el uso de válvulas fabricadas en materiales sofisticados y costosos por otras de hierro fundido con un adecuado revestimiento. DESVENTAJAS • • • • Uso limitado para elevadas presiones o temperaturas. Pobres características de flujo. El elastómero va perdiendo sus propiedades en el tiempo, en contacto con fluidos corrosivos. El límite de fatiga de la membrana debe estar dentro del número de aperturas y cierres previstos para la válvula. Válvula abierta 062 VÁLVULAS Válvula cerrada GRUPO CUÑADO 063 14.2 OPERACIÓN Son válvulas del tipo multivueltas. Su operación es muy similar a la de una válvula de manguito. La diferencia esencial consiste en que el elemento de obturación, en lugar de ser un manguito cilíndrico es una membrana sujeta a la parte superior del interior del cuerpo, la cual, al ser empujada por un compresor, presiona contra la parte inferior del cuerpo, produciendo el cierre de la válvula. 14.2.2 AUTOMÁTICA Como en el caso de las válvulas de manguito, la operación puede llevarse a cabo, bien mediante cierre total de la válvula, o en forma parcial, ya que este tipo de válvulas pueden utilizarse en servicios de regulación de caudal. Como ocurre con otras válvulas de control, en ocasiones, la válvula de membrana de accionamiento automático va provista también de un volante para poder ser operada en forma manual. Abierta En regulación En este tipo de válvulas, la operación automática suele utilizarse en servicios de regulación de flujo. Para ello van provistas de un actuador, generalmente neumático, o, menos frecuentemente, eléctrico o hidráulico. Cerrada La operación de estas válvulas puede ser, como en general, manual o automática. Válvula con actuador neumático 14.2.1 MANUAL Válvula con accionamiento automático y manual El accionamiento manual de estas válvulas se suele llevar a cabo por medio de volante o, en el caso muy frecuente de válvulas de pequeño tamaño, mediante un pomo. Cuando son actuadas por medio de volante, son, en general de volante fijo y vástago ascendente, por lo que el grado de apertura se determina por la longitud de vástago visible. Las actuadas por pomo suelen ir provistas de un faldón de color diferente cuya parte visible indica el grado de apertura. Indicador de grado de apertura 064 VÁLVULAS GRUPO CUÑADO 065 14.3 CLASIFICACIÓN 14.5 EL CUERPO BASE DE CLASIFICACIÓN TIPOS DE VÁLVULAS CUERPO Paso recto De vertedero La clasificación de válvulas de membrana en función de la forma del cuerpo, se basa en la geometría interna que presenta el mismo y, en particular su parte inferior. Así, se distinguen dos tipos de válvulas: 14.5.1 PASO RECTO En las válvulas de paso recto, el interior del cuerpo ofrece un perfil recto, sin alteraciones. DIAFRAGMA Para paso recto Para tipo vertedero OTROS TIPOS DE VÁLVULAS En la operación de cierre, el compresor oprime el diafragma contra el fondo de la válvula. La pérdida de carga en este tipo de válvulas es mínima, debido a que el fluido no experimenta cambios de dirección. Revestidas Termoplásticas 14.4 DESCRIPCIÓN Membrana Membrana Abierta Cerrada 14.5.2 DE VERTEDERO Válvula tipo vertedero, de cuerpo sin revestimiento y con accionamiento manual, por volante. En las válvulas tipo vertedero, el cuerpo presenta un perfil ondulado, en vez del clásico perfil recto. Ello se debe a que la parte central de la superficie inferior muestra una protuberancia (weir), que sirve de asiento a la membrana en posición de válvula cerrada. Esto permite que la deformación de la membrana sea mínima. Vástago Volante Casquillo Pasador de fijación Empujador Tapa Diafragma Cuerpo Este tipo de válvulas presenta el inconveniente de que el flujo no es totalmente recto, sino ondulado. Por ello, este tipo de válvulas se conoce, también, como de paso ondulado. En cualquier caso, aunque la pérdida de carga en estas válvulas es mayor que en las de paso recto, tampoco es elevada, dada la ausencia de cambios bruscos de dirección. Vertedero Vertedero 066 VÁLVULAS Membrana Membrana Abierta Cerrada GRUPO CUÑADO 067 14.6 EL DIAFRAGMA 14.7 OTROS TIPOS DE VÁLVULAS La membrana, o diafragma (diaphragm) se fabrica en una amplia variedad de materiales, tales como: La particularidad de las válvulas de membrana es el total aislamiento de su trim y el fluido circulante, como ocurre con las válvulas de manguito. Por ello, ambos tipos de válvulas resultan idóneas para el manejo de fluidos corrosivos y son muy empleadas en las industrias químicas y similares. CAUCHO NATURAL HYPALON EPDM BUTILO VITONSILICONA NITRILO TEFLONHNBR NEOPRENOPOLIURETANO Pero, a diferencia de las válvulas de manguito, en las de membrana, el fluido sí está en contacto con el cuerpo de la válvula, y en el caso de válvulas de cuerpo metálico, pueden no ser adecuadas para el servicio con fluidos corrosivos. Por esta razón es frecuente el uso de otros tipos de válvulas de membrana, como son: 14.7.1 CON REVESTIMIENTO INTERNO Diafragma de caucho Diafragma de Teflón La membrana ha de tener flexibilidad suficiente para poder deformarse en función del grado de apertura de la válvula: Las dimensiones y geometría del diafragma dependen del tipo de cuerpo en la que vaya instalado. 14.6.1 PARA PASO RECTO En el caso de válvulas de paso recto, al ser mayor la distancia entre la parte superior del cuerpo de la válvula, en la que va sujeta la membrana, y el fondo de la válvula, donde debe asentar en el caso de válvula cerrada, la membrana ha de ser de tamaño suficiente para poder alcanzar ese punto de asiento, o tener gran flexibilidad para adoptar la deformación requerida. 14.6.2 PARA TIPO VERTEDERO En cambio, cuando se trata de válvulas con vertedero, la distancia antes mencionada se reduce, por la altura del vertedero y, en consecuencia, la membrana puede tener menor tamaño, o ser menos flexible, porque sufre una menor deformación. 068 VÁLVULAS Estas son válvulas de cuerpo metálico, pero cuyo interior está revestido de un material en cierto modo de características similar al de la membrana, evitando así el contacto del fluido con el metal del cuerpo. Los materiales de revestimiento más utilizados son: CAUCHO VITRIFICADOSPLÁSTICOS Caucho duro (ebonita) Vidrio (halar) Polipropileno Caucho blando (butilo) Etil tetrafluoretileno Teflón Membrana Revestimiento Cuerpo Válvula con revestimiento de Teflón GRUPO CUÑADO 069 14.7.2 TERMOPLÁSTICAS Aparte del uso de materiales metálicos, si las características del fluido requieren un tipo de material resistente a la corrosión, como alternativa al revestimiento interior del cuerpo, pueden utilizarse válidos para el servicio requerido. En este caso, lo más común es el uso de materiales termoplásticos. Aunque las válvulas termoplásticas se comercializan en muchos de los tipos de válvulas descritos en este curso, se hace especial mención de las de membrana, por ser éstas de muy amplia utilización en la industria. El material termoplástico está formado por resinas sintéticas (polímeros). Se conocen como materiales termoplásticos porque son moldeados por inyección o extruidos bajo presión y temperatura. Los más utilizados para la fabricación de válvulas son: • PVC (Cloruro de polivinilo) El PVC es el más económico y el más utilizado. Soporta temperaturas entre 0 y 60ºC. • CPVC (PVC clorado) Similar al PVC pero algo más dúctil y más resistente a las altas temperaturas. Su rango está entre 0 y 95ºC. • PP (Polipropileno) Es un material ligero de peso y con buenas propiedades mecánicas. No es válido para productos clorados. Soporta temperaturas entre –20 y 90ºC Válvula de CPVC Válvula de PP • PVDF (Fluoruro de polivinilideno) El PVDF es superior a otros termoplásticos en resistencia química y a la abrasión. Amplio rango de temperaturas (de –40 a 120ºC). • Teflón, o PTFE (Politetrafluoroetileno) Es casi totalmente insoluble y químicamente inerte. También tiene amplia utilización como material del diafragma. 070 VÁLVULAS GRUPO CUÑADO 071 VÁLVULAS DE SEGURIDAD 072 VÁLVULAS Introducción 74 15.1 Normas de seguridad 75 15.2 Operación 76 15.3 Clasificación 77 15.4 Descripción 77 15.5 Apertura 78 15.5.1 Instantánea 78 15.5.2 Progresiva 78 15.6 Acción 79 15.6.1 Directa 79 15.6.2 Indirecta 79 15.7 Escape 80 15.7.1 Libre 80 15.7.2 Conducido 81 GRUPO CUÑADO 073 15.1 NORMAS DE SEGURIDAD Toda instalación industrial está provista de dispositivos electrónicos, neumáticos o hidráulicos que controlan las variables del fluido tales como presión, temperatura y caudal. Esos dispositivos requieren una fuente de energía de algún tipo, tales como electricidad o aire comprimido. Pero una válvula de seguridad es capaz de operar en todo momento, incluso en caso de fallo de energía, cuando los sistemas de control no pueden operar. La única fuente de energía que necesita una válvula de seguridad es el fluido de proceso. INTRODUCCIÓN En general, las válvulas pueden ser accionadas en forma manual o automática. Pero existe un tercer grupo, al cual ya hemos visto pertenecen las válvulas de retención, que son accionadas por el propio fluido. Las válvulas de seguridad (safety valves) pertenecen a esta categoría. La misión de estas válvulas consiste en proteger el sistema en el que se encuentran instaladas, de una eventual elevación anormal de la presión de trabajo, por causas imprevistas (error de operación, situaciones anómalas de servicio, emergencias, etc.), o por una elevación excesiva de la temperatura ocasionada por fallos en la operación o por un incendio, ya que ello suele ocasionar, igualmente, una elevación de la presión del sistema. Las válvulas de seguridad, por su propia índole están obligadas a cumplir estrictamente con las Normas de Seguridad aplicables en cada caso. Como garantía de seguridad, van provistas de un mecanismo de precintado del elemento que regula la presión de tarado, a fin de impedir una manipulación no autorizada de este elemento. Estas válvulas deben ser totalmente desmontadas e inspeccionadas periódicamente para asegurar que todas sus piezas permanecen en perfectas condiciones de uso, y que están libres de suciedades e impurezas que puedan afectar su funcionamiento. Además, debe comprobarse que se produce su disparo a la presión de tarado, la cual nunca debe sobrepasar la presión de diseño ni la máxima de servicio de la instalación protegida. Aunque estas válvulas son del tipo de accionamiento automático, es conveniente que vayan provistas de una palanca de apertura manual, que posibilite una descarga a presión inferior a la de tarado. Ello permite la comprobación eventual del correcto funcionamiento de la válvula. Deberá evitarse, en lo posible, instalar una válvula de cierre entre el equipo o sistema a proteger y la válvula de seguridad. Cuando sea preciso, a fin de tener la posibilidad de acceder a una válvula de seguridad para su mantenimiento sin tener que interrumpir el servicio al que está conectada, se instalan en paralelo dos o más válvulas de seguridad, con sus correspondientes válvulas de bloqueo. En este caso se requiere que la o las válvulas que permanezcan en servicio deben disponer de la capacidad total de descarga necesaria para proteger la instalación por sí mismas. Por otra parte, en este tipo de instalación, se requiere un sistema de enclavamiento que impida el bloqueo simultáneo de más de una válvula. Precintado 074 VÁLVULAS Palanca de accionamiento GRUPO CUÑADO 075 15.2 OPERACIÓN 15.3 CLASIFICACIÓN La operación de una válvula de seguridad se produce de un modo automático, accionada por la propia presión del fluido. BASE DE CLASIFICACIÓN TIPOS DE VÁLVULAS APERTURA Instantánea Al producirse una sobrepresión excesiva, el propio fluido actúa sobre los dispositivos de apertura de la válvula, lo que produce una liberación de cierto caudal del fluido, hasta restablecerse una presión dentro de límites admisibles. Progresiva ACCIÓN Al disminuir la presión por efecto de la evacuación de fluido producida, la válvula vuelve a cerrar a una presión ligeramente inferior a la de tarado quedando en disposición de volver a actuar ante una nueva situación de sobrepresión. Indirecta El tipo más corriente funciona como una válvula de globo (normalmente de ángulo) en la que el disco de cierre se mantiene presionado contra el asiento por medio de un muelle. Las válvulas de seguridad deben ir conectadas al equipo a proteger por medio de una conexión lo más corta posible, sin estrechamientos y con una sección de paso, como mínimo, igual al área neta de entrada de la válvula, a fin de lograr una mínima pérdida de carga entre el equipo y la válvula. Un ejemplo de la forma de operación se muestra en las siguientes figuras: El recipiente a presión “R” debe mantenerse a una presión inferior a 10 Kg/cm2, para proteger el recipiente se instala una válvula de seguridad tarada a dicha presión. En la FIGURA 1 el manómetro indica una presión de 6 Kg/cm2 y la válvula de seguridad se mantiene cerrada. En la FIGURA 2 el manómetro indica que la presión ha subido hasta 10 Kg/cm2 lo que provoca la apertura de la válvula, liberando fluido hasta restablecerse la presión inicial. Directa ESCAPE Libre Conducido 15.4 DESCRIPCIÓN Dentro de las múltiples variantes existentes en válvulas de seguridad, para su descripción se ha elegido una válvula típica, de apertura instantánea y acción directa. Caperuza Tuerca de fijación Biela Tornillo de ajuste Palanca Tapa Arandela del resorte Resorte Vástago Venteo de la tapa Arandela del resorte Guía del vástago Casquillo del vástago FIGURA 1 FIGURA 2 Anillo soporte del disco Cuerpo 076 VÁLVULAS Tubo eductor Disco Anillo de ajuste Tobera GRUPO CUÑADO 077 15.5 APERTURA La apertura de la válvula, al producirse un aumento de presión superior al admisible puede ser: 15.5.1 INSTANTÁNEA Las válvulas de seguridad de apertura instantánea (pop action), se suelen identificar mediante las siglas SV (Safety Valve) o PSV (Pressure Safety Valve). Este tipo de válvulas suele utilizarse en servicios de gases compresibles. Al separarse de su asiento, el disco de cierre presenta al fluido una superficie mayor, lo que provoca un fuerte aumento de la fuerza resultante causando una brusca separación del disco y su asiento, produciéndose una repentina evacuación del fluido. Una variedad de este tipo de válvulas es la válvula de seguridad de vacío, o VSV (Vacuum Safety Valve), que protege al recipiente al que va acoplada de un descenso de su presión mínima de diseño. 15.5.2 PROGRESIVA Las válvulas de apertura progresiva, o de alivio se identifican por las siglas RV (Relief Valve) o PRV (Pressure Relief Valve). Su evacuación se produce de forma gradual y proporcionalmente al incremento de presión. Las válvulas de alivio se emplean, normalmente, en servicios de fluidos no compresibles (líquidos) a diferencia de las de apertura instantánea, comúnmente utilizadas para fluidos compresibles (gases y vapores). Una variedad de este tipo de válvulas son las de “alivio térmico”, o TRV (termal relief valves). Estas se utilizan para prevenir un aumento de presión en el caso de un incremento excesivo de la temperatura del fluido. 15.6 ACCIÓN La clasificación de válvulas de seguridad según su “acción”, se basa en la forma de producirse su apertura: si se produce directamente por el fluido (acción directa), o a través de la acción intermedia de una válvula piloto (acción indirecta). 15.6.1 DIRECTA Las válvulas de seguridad de acción directa son las válvulas convencionales de seguridad, en las que, al alcanzarse una presión prefijada de tarado, su obturador se abre automáticamente debido a la acción de la presión del fluido bajo él. La fuerza debida a la presión del fluido está contrarrestada por una fuerza mecánica, normalmente un resorte, o, en ocasiones, una palanca y un peso. 15.6.2 INDIRECTA Las válvulas de acción indirecta, o válvulas operadas por piloto, se identifican mediante las siglas POSV (Pilot Operated Safety Valves) o PORV (Pilot Operated Relief Valves). En ellas, el accionamiento se produce con la ayuda de una válvula auxiliar (válvula piloto). El funcionamiento de una válvula de seguridad operada por piloto es el siguiente: Con la válvula principal - la válvula de seguridad propiamente dicha – cerrada (posición normal), la presión del sistema es transmitida desde la entrada a la válvula piloto, y de ésta a la cámara de la válvula principal mediante un tubo de interconexión. Ello equilibra la presión en la parte superior del pistón con la de la parte inferior. Al ser la superficie de la cara superior del pistón superior a la de la cara inferior, este diferencial de área da como resultado una fuerza hacia abajo que mantiene la válvula cerrada. Al aumentar la presión, el pistón de la válvula piloto se mueve cortando la comunicación con la cámara de la válvula principal y descargando la válvula piloto a la atmósfera. En la válvula principal, el pistón sube impulsado por el aumento de presión en la parte inferior del pistón y la válvula descarga hasta que se restablece una presión inferior a la de tarado. Válvula piloto Cámara Sello del pistón Asiento Toma de presión 078 VÁLVULAS GRUPO CUÑADO 079 15.7 ESCAPE Al producirse la apertura de la válvula, el fluido liberado es expulsado por la boca de salida de la válvula. Esta descarga de fluido puede ser, como se ha visto anteriormente, en forma instantánea o progresiva. En cualquier caso, es un fluido no aprovechable pero que, debido a su presión y temperatura puede ser peligroso para el personal que esté en su ámbito de acción. La descarga, o escape, puede ir directamente a la atmósfera (válvulas de escape libre) o mediante tubería (escape conducido) a un lugar seguro, a la antorcha, o a un recipiente de recogida de gases de escape (blow down). 15.7.2 CONDUCIDO En este caso, la salida de la válvula está conectada a una tubería que conduce el fluido de escape a un lugar seguro, que generalmente es un recipiente de blow down o a una antorcha (flare) donde es enviado a la atmósfera una vez inflamado. Normalmente, todas las descargas de las válvulas de seguridad de una planta industrial suelen reunirse mediante colectores en un sistema común de recogida (Blow-down system), o en un sistema de antorcha (Flare system). Por ello, han de considerarse dos condiciones de escape de las válvulas de seguridad: 15.7.1 LIBRE En el caso de escape libre, el fluido (normalmente gas) es enviado a la atmósfera directamente, pero siempre a un lugar lejos del acceso humano, o sea, a una altura elevada y lejos de plataformas de operación o mantenimiento. Válvula de seguridad con escape conducido PSV Válvula de seguridad operada por piloto, con escape libre Antorcha PSV Colector de antorcha Diagrama de descarga de válvulas de seguridad a antorcha 080 VÁLVULAS GRUPO CUÑADO 081 VÁLVULAS DE CONTROL Introducción 16.1 Lazos de control 16.2 Operación 16.3 Clasificación 16.4 Descripción 16.5 Número de asientos 16.5.1 Simple asiento 16.5.2 Doble asiento 16.6 Número de vías 16.6.1 Dos vías 16.6.2 Tres vías 16.7 Característica de la válvula 16.7.1 Característica de flujo 16.7.2 Regulación de la apertura 16.8 Guiado del obturador 16.8.1 Doble vástago 16.8.2 Jaula 16.9 Otras válvulas de control 16.9.1 Válvulas de bola control 16.9.2 Válvulas de mariposa control 16.9.3 Válvulas de tapón rotativo 16.9.4 Válvulas reductoras de presión 16.10 El actuador 16.10.1 Actuador tipo muelle-diafragma 16.10.2 El posicionador 082 VÁLVULAS 84 85 86 87 88 89 89 89 90 90 90 91 91 92 93 93 93 94 94 94 95 96 99 99 100 GRUPO CUÑADO 083 16.1 LAZOS DE CONTROL Los elementos constitutivos de una instalación industrial llevan a cabo un proceso cuyo objeto es obtener, a partir de unas materias primas y/o energía, un producto final que cumpla con unas especificaciones y calidad predeterminadas. Para ello, es preciso actuar durante el proceso sobre determinadas variables (caudal, presión, temperatura, nivel…), realizando mediciones de las mismas y provocando actuaciones que las mantengan en las condiciones establecidas. El tratamiento de estas mediciones y de las actuaciones requeridas se llevan a cabo mediante los llamado sistemas de control. Mat. Primas INTRODUCCIÓN Energía Actuaciones Las válvulas de control (control valves), son válvulas normales a las que se sustituye la acción manual por actuador sólo cuando el control es de tipo todo-nada. Para una regulación continua son válvulas específicamente diseñadas. Son, generalmente, del tipo de regulación, aunque también pueden ser del tipo todo-nada, cuando se requiere un cierre automático. Por lo dicho anteriormente, en general, cuando se han estudiado los distintos tipos de válvulas, cualquiera de ellas puede considerarse de control cuando son accionadas por actuadores, sólo cuando el control es todo-nada. Las válvulas tipo globo son las más utilizadas en las plantas de proceso. Estas válvulas pertenecen a la categoría de las conocidas como de acción lineal, también llamadas de vástago deslizante. En ellas, el empuje del actuador se transmite de forma lineal, a través del vástago, al obturador. Por la razón mencionada de ser el tipo más común de válvulas de control, en esta lección daremos prioridad al estudio de las válvulas tipo globo. Además dedicaremos un apartado a las llamadas válvulas reguladoras – o reductoras – de presión, por entender que su misión encaja perfectamente en la categoría de válvulas de control. Producto final Proceso Mediciones Sistema de control Al conjunto de elementos constitutivos de un sistema de control se le conoce como lazo de control (control loop). Los elementos básicos del lazo de control son el transmisor, el controlador y la válvula de control, denominándose esta última elemento final de control, siendo ésta el elemento último del lazo de control. En el concepto de “válvula de control” se suele incluir el conjunto formado por el actuador y la válvula propiamente dicha. El controlador (controller) es el elemento que envía a la válvula una señal, neumática o electrónica, para provocar su actuación. La función del controlador consiste en detectar el valor de una variable de proceso, procedente de un sistema de medición y compararlo con el punto de ajuste (set point) fijado. En ese momento envía la señal al actuador de la válvula de control, el cual actúa abriendo o cerrando la válvula y variando así el caudal del fluido hasta lograr llevar de nuevo la variable de proceso hasta el valor establecido. Es frecuente que esta acción sea auxiliada por la acción de otro elemento, llamado posicionador (positioner). En el esquema incluido a continuación se representa, como ejemplo, un lazo de control de flujo típico. Controlador Válvula de control tipo globo Válvula reductora de presión Actuador Medidor de caudal Bomba 084 VÁLVULAS Medidor Válvula de de caudal control GRUPO CUÑADO 085 16.2 OPERACIÓN 16.3 CLASIFICACIÓN La forma de operar un lazo de control se muestra, esquemáticamente, en el diagrama incluido a continuación. Algunas de las válvulas estudiadas en las lecciones anteriores se pueden utilizar para control, generalmente del tipo todo-nada. Válvula de regulación Sensor de presión BASE DE CLASIFICACIÓN TIPOS DE VÁLVULAS NÚMERO DE PASOS Simple Doble Válvula de seguridad Paso recto Manómetro Válvula de bloqueo Válvula de Control Válvula de bloqueo Manómetro Dos vías Paso angular Tres vías Mezcladoras NÚMERO DE VÍAS Desviadoras Controlador PERFIL DEL DISCO En él se representa cómo se opera una válvula de control para controlar la presión en un circuito mediante un lazo de control. Apertura lineal Apertura isoporcentual Un controlador recibe las señales de presión de un sensor y las compara con la pérdida de carga requerida para obtener la presión deseada (set point). Al tener este tipo de válvulas una tecnología más sofisticada que las manuales, suelen precisar más tareas de mantenimiento. A fin de poder realizar estos trabajos sin necesidad de parar la operación de la unidad de proceso, es frecuente instalar la válvula de control entre dos válvulas de bloqueo (generalmente de compuerta). A su vez, se instala, en paralelo, una válvula de regulación (generalmente de globo). De esta forma, es posible aislar la válvula de control para operaciones de mantenimiento mientras se regula manualmente mediante la válvula instalada en by-pass. Las variables controladas por un lazo de control pueden ser múltiples, pero las más importantes son caudal, temperatura, presión y nivel. Apertura rápida GUIADO DEL DISCO Doble vástago Jaula DISEÑO Globo lineal Válvulas rotativas Mariposa control Bola control Tipo Camflex 086 VÁLVULAS GRUPO CUÑADO 087 16.4 DESCRIPCIÓN 16.5 NÚMERO DE ASIENTOS Como ejemplo, se representa una válvula de control típica de las siguientes características El número de asientos se refiere al número de elementos de cierre que tiene la válvula. • • • • • • Según este criterio, pueden ser: Acción lineal, tipo globo Simple asiento Dos vías, paso recto Obturador guiado superiormente Apertura rápida Actuador tipo membrana de acción inversa 16.5.1 SIMPLE ASIENTO Las válvulas de control de acción lineal tipo globo y de simple asiento son el tipo más común de válvulas de control. El cuerpo es muy similar al de una válvula de globo manual. En ellas, el fluido pasa una abertura del cuerpo de la válvula que deja circular más o menos caudal por medio de un obturador simple. Resorte Actuador Diafragma Obturador Puente Indicador de posición Conector Asiento Empaquetadura Tapa Vástago Obturador Asiento Cuerpo 16.5.2 DOBLE ASIENTO Este tipo de diseño, aunque en desuso, lo mantienen algunos fabricantes, cuando quieren equilibrar fuerzas en el obturador y reducir el tamaño del actuador. En las válvulas de doble asiento, el fluido efectúa un paso por cada uno de los asientos, por lo que el vástago también tiene dos discos obturadores. Obturador superior Asiento superior Obturador inferior Asiento inferior 088 VÁLVULAS GRUPO CUÑADO 089 16.6 NÚMERO DE VÍAS 16.7 CARACTERÍSTICA DE LA VÁLVULA El número de vías de una válvula se refiere al número de bocas de entrada o salida de fluido que tiene la válvula. Al estar el perfil del disco, en una válvula de control tipo globo, muy relacionado con el concepto de “Características de Flujo”, nos referiremos, en primer lugar a este importante concepto. De acuerdo con este criterio, pueden ser: 16.6.1 DOS VÍAS 16.7.1 CARACTERÍSTICA DE FLUJO Las válvulas de dos vías son el tipo más común. El cuerpo de estas válvulas es muy similar al de una válvula de globo manual. Estas válvulas disponen de una sola boca de entrada del fluido y otra de salida. Como ocurre con las válvulas manuales, las de control también pueden ser de paso recto o de paso angular. En las válvulas de control y, especialmente en las tipo globo, hay un parámetro que afecta al diseño de los internos de la válvula. Este parámetro es la Característica de Flujo (Flow Characteristic) de la válvula. Paso angular 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Lineal Igual porcentaje Apertura rápida Raíz cuadrada Parabólica Hiperbólica 16.6.2 TRES VÍAS Las válvulas tipo globo de tres vías tienen, a diferencia de las de dos vías, tres bocas, pudiendo utilizarse dos de ellas para entrada del fluido y la tercera para salida, o viceversa. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Flujo % Paso recto Este parámetro indica la relación existente entre el caudal y la apertura de la válvula. Suele representarse mediante un gráfico que relaciona el caudal con el grado de apertura de la válvula, ambos expresados en porcentaje. Los gráficos correspondientes a las posibles Características de Flujo son: Grado de apertura % Las válvulas de tres vías, según el servicio a que estén destinadas pueden ser: • VÁLVULAS MEZCLADORAS En las válvulas mezcladoras de tres vías dos fluidos entran por dos bocas diferentes A y B y salen, mezclados, por una tercera boca C. A • VÁLVULAS DESVIADORAS En éstas, el fluido entra por una boca A y sale repartido por las otras dos B y C. 090 VÁLVULAS C A C B B Mezcladora Desviadora GRUPO CUÑADO 091 16.8 GUIADO DEL OBTURADOR 16.7.2 REGULACIÓN DE LA APERTURA La regulación del grado de apertura de la válvula correspondiente a una determinada Característica de Flujo se obtiene mediante la adopción de un perfil específico en el obturador de la válvula o en la jaula dependiendo del diseño del fabricante. De entre los posibles tipos de apertura, nos centraremos en las tres más usuales, que son: • APERTURA RÁPIDA La característica de flujo de apertura rápida (quick opening) se presenta cuando se obtiene un flujo máximo con un mínimo recorrido del elemento de cierre. Uno de estos dispositivos es el doble vástago. Este dispositivo consiste en incorporar al disco un semieje inferior, que se aloja en un casquillo guía situado en la parte inferior del cuerpo de la válvula. Apertura 100 Guía del vástago Otro dispositivo que suele utilizarse para guiado del disco es la jaula (cage). La jaula consiste en un casquillo con orificios para permitir el paso del fluido. El obturador se desliza por el interior de la jaula. Flujo Jaula Apertura 100 La jaula, además de cumplir la misión de guiado del disco, es muy utilizada en condiciones de servicio severo. Puede cumplir, por ejemplo, con las siguientes funciones: • Actúa como atenuador de ruido, y como dispositivo anti-cavitación. 100 Flujo Jaula anticavitación y atenuadora de ruido Apertura 100 • Según la geometría de sus aberturas de paso, determina, juntamente con el perfil del disco, la característica de flujo de la válvula. VÁLVULAS Doble vástago 100 0 092 Casquillo guía 16.8.2 JAULA Flujo 0 • CARACTERÍSTICA ISOPORCENTUAL En la característica de apertura isoporcentual, o de igual porcentaje (equal percentage), a iguales incrementos de recorrido corresponden iguales porcentajes de aumento de caudal. 16.8.1 DOBLE VÁSTAGO 100 0 • CARACTERÍSTICA LINEAL La característica de apertura lineal (linear) se obtiene cuando la capacidad aumenta en forma lineal con la apertura del obturador. En ocasiones se usan obturadores con un dispositivo que sirve para guiar el recorrido del disco y, de esta forma, minimizar vibraciones. Jaulas para distintas características de flujo Apertura rápida Lineal Igual porcentaje GRUPO CUÑADO 093 16.9 OTRAS VÁLVULAS DE CONTROL Además de las válvulas tipo globo, descritas en detalle en los apartados anteriores, hay otros tipos de válvulas que merecen ser descritas por ser de uso muy extendido en la industria. 16.9.1 VÁLVULAS DE BOLA CONTROL Tienen un mayor coeficiente de caudal (Cv), una menor pérdida de carga, y, dependiendo de los materiales y la configuración de los internos pueden ser adecuadas para trabajar con fluidos con partículas o erosivos. Su configuración más habitual es aquella en la cual el obturador es un sector de bola, en algunos casos con una geometría especial (V-notch), para el control de pequeños flujos. Pueden tener algún tipo de dispositivo adicional para utilizarse en servicios especiales como cavitación o ruido aerodinámico. 16.9.3 VÁLVULAS DE TAPÓN ROTATIVO Las válvulas del tipo de tapón rotativo excéntrico (eccentric rotary plug) son muy utilizadas cuando se requiere controlar el caudal de fluidos en severas condiciones de servicio con alta probabilidad de cavitación y erosión, así como en líquidos de alta viscosidad o erosivos. El obturador de estas válvulas es del tipo disco de una válvula de globo, pero cuyo movimiento, en vez de producirse en forma lineal, se produce mediante un giro sobre un eje, como se ve en las figuras incluidas a continuación. Abierta En regulación Cerrada 16.9.2 VÁLVULAS DE MARIPOSA CONTROL Del mismo modo que en el caso de la válvula de bola de control tienen un mayor coeficiente de caudal. El tipo de mariposa a utilizar es habitualmente aquella que presenta doble excentricidad y, en algunos casos puede incorporar algún tipo de difusor o variación en la construcción de la mariposa para utilizarse en servicios de cavitación o ruido aerodinámico. Presentan como principal ventaja frente a las bolas de control su mayor compacidad, muy apropiada para instalaciones con falta de espacio, que suele traducirse además en un menor coste económico. La firma MASONEILAN ha patentado un modelo de este tipo de válvulas, también conocidas con el nombre de Válvulas tipo CAMFLEX. Eje de giro Asiento Obturador 094 VÁLVULAS GRUPO CUÑADO 095 Estas válvulas, instaladas en un tramo horizontal y debido a la forma de su cuerpo y la disposición de sus elementos internos, permiten su utilización en fluidos con sólidos en suspensión. Las válvulas reductoras de presión pueden ser, atendiendo a su forma de operar, de acción directa o bien operadas por piloto. • VÁLVULAS DE ACCIÓN DIRECTA El ejemplo más común de este tipo de válvulas lo encontramos en los tanques de agua caliente de los sistemas de calefacción. En ellos, la válvula reguladora de presión es un dispositivo de seguridad, para prevenir la explosión del tanque debida a una sobrepresión por recalentamiento. Por esta razón este tipo de válvulas puede ser también considerado como de seguridad. También se suelen instalar a las entradas de suministro exterior de agua en viviendas, oficinas e instalaciones industriales. 16.9.4 VÁLVULAS REDUCTORAS DE PRESIÓN Dentro de la categoría de válvulas de control pueden incluirse las llamadas “autorreguladoras”. Estas válvulas no precisan de una fuente de energía externa para accionar el actuador, ya que son accionadas por el propio fluido circulante. Un ejemplo característico de este tipo de válvulas son las válvulas reductoras de presión. En las válvulas reductoras de presión (pressure reducing valves) también llamadas válvulas reguladoras de presión (pressure regulating valves), la operación se produce, no por medios manuales, sino actuadas, en forma automática, por la presión del propio fluido circulante. Su función consiste en mantener una presión constante a la salida de la válvula y, en cualquier caso, siempre inferior a la presión de entrada, independientemente de las fluctuaciones que ésta pueda presentar. Son válvulas del tipo globo, aunque normalmente el elemento de obturación está constituido por un pistón de diseño especial. Su principio de funcionamiento se basa en utilizar la presión de salida de la válvula para enviar una señal que produce el accionamiento del obturador, abriendo en mayor o menor grado hasta lograr la presión de salida previamente fijada mediante un tornillo de regulación. La válvula recibe directamente la señal enviada por la presión del fluido aguas abajo. La presión del fluido actúa por la parte inferior del obturador, del tipo pistón, mientras que por su parte superior actúa la regulación de presión, auxiliada por un muelle. La presión del fluido a la entrada de la válvula empuja el obturador del tipo pistón contra un muelle ajustable, cuando se excede la presión deseada. Cuando la presión a la entrada se reduce la válvula se cierra para mantener la contrapresión. Para que el funcionamiento sea correcto, la contrapresión a la salida debe ser siempre menor que la deseada a la entrada. Tornillo de regulación Muelle Tornillo de ajuste de presión Pistón Juntas Paso del fluido Como ocurre con las válvulas de control típicas, éstas también deben instalarse entre dos válvulas de bloqueo y con una válvula de regulación manual en paralelo. Pistón Anillo de asiento Disco Guía Representación esquemática Válvula reductora de presión Compuerta Muelle Compuerta Purga Purga Globo Esquema típico de instalación 096 VÁLVULAS GRUPO CUÑADO 097 16.10 EL ACTUADOR Como apartado final de esta lección, es preciso hablar de los actuadores. • VÁLVULAS OPERADAS POR PILOTO En las válvulas operadas por piloto, o de acción indirecta, una válvula piloto (1), normalmente de diafragma, percibe la presión aguas abajo a través de la toma de presión (2). Si la presión se eleva por encima del valor predefinido, el piloto envía la sobrepresión a la cámara superior (3) de la válvula principal. Esta sobrepresión hace descender el diafragma (4), provocando un cierre parcial del obturador (5) y así la presión aguas abajo desciende a un nivel inferior al predefinido. Si, en cambio, la presión aguas abajo es menor que el valor predefinido, el piloto libera la presión acumulada haciendo que la válvula principal se abra. Entre la válvula piloto y la cámara superior de la válvula principal, se instala una válvula de aguja (6) de control de caudal unidireccional que estabiliza la reacción de la válvula en condiciones difíciles de regulación, restringiendo la salida del flujo de la cámara de control. Adicionalmente se instalan válvulas de bloqueo (7) para permitir aislar la válvula piloto para tareas de mantenimiento. (1) Válvula piloto (6) (7) (3) (4) (6) (7) (3) Cámara superior (3) (4) Diafragma (4) (5) Obturador (2) (7) (7) (2) (6) Válvula de aguja Muelles Actuador (7) Válvulas de bloqueo (5) Tornillo de regulación Diafragma En la última lección de este mismo curso nos referimos más ampliamente a otros tipos de actuadores utilizados para automatizar válvulas. El funcionamiento del actuador tipo muelle-diafragma, se basa en que, al recibir una señal neumática, como respuesta, mueve el obturador de la válvula hasta una posición de mayor o menor grado de apertura. Lo que se busca en un actuador tipo muelle-diafragma es que cada valor de la presión recibida por la válvula corresponda una posición determinada del vástago. (1) (2) Toma de Presión El actuador, también llamado accionador, puede ser neumático, eléctrico o hidráulico, pero los más utilizados son los neumáticos por ser los más sencillos y de rápida actuación. Aproximadamente el 90% de las válvulas de control utilizadas en la industria son accionadas neumáticamente, y de ellas, la mayoría usan un actuador tipo muelle-diafragma, especialmente en válvulas de control de acción lineal. Por esta razón, en esta lección nos centraremos en describir este tipo. 16.10.1 ACTUADOR TIPO MUELLE-DIAFRAGMA (1) (7) La diferencia básica entre una válvula manual y una de control reside en el actuador que es el dispositivo que acciona el obturador de la válvula en el caso de estas últimas. Muelle Vástago Diafragma Vástago Indicador de posición Conector Yugo Cuerpo de la válvula Válvula de control tipo globo, de simple asiento, dos vías y apertura lineal con actuador neumático tipo diafragma, de acción inversa Obturador Válvula piloto 098 VÁLVULAS GRUPO CUÑADO 099 Las válvulas de control accionadas por un actuador tipo muelle-diafragma pueden ser, atendiendo al modo en que el aire inyectado al actuador actúa sobre la válvula: • DE ACCIÓN DIRECTA En estas válvulas, el aire es inyectado al actuador por su parte superior, provocando un descenso del diafragma y el vástago, y cerrando la válvula en mayor o menor grado. Las válvulas de acción directa se conocen también como válvulas “normalmente abiertas” (NA) o “normally open” (NO) porque en caso de no recibir señal que inyecte aire, la válvula permanece abierta. • DE ACCIÓN INVERSA En este caso, el aire es introducido por la parte inferior del actuador, elevando la membrana y, con ella el vástago, y abriendo la válvula. Las válvulas de acción inversa se conocen como válvulas “normalmente cerradas” (NC) o normally closed. Aire Movimiento Originalmente fueron de tecnología totalmente neumática, apareciendo más tarde los electroneumáticos analógicos. Actualmente son de uso frecuente los posicionadores inteligentes (microprocesadores) capaces de elaborar bloques diagnósticos, lazos de control, comunicaciones en buses de campo, etc. Los posicionadores admiten la siguiente clasificación: • POSICIONADORES NEUMÁTICOS El posicionador recibe una señal neumática. El posicionador traslada esta señal a la válvula, suministrando al actuador de la presión de aire necesaria para mover el obturador a la posición deseada. El posicionador neumático recibe una señal de entrada neumática de un dispositivo de control y modula la presión de suministro hacia el actuador de la válvula de control, ofreciendo una posición precisa del vástago de la válvula que es proporcional a la señal de entrada neumática. Movimiento Aire Indicador de posición abierta Indicador de posición cerrada Válvula de acción directa (Normalmente abierta) Válvula de acción inversa (Normalmente cerrada) 16.10.2 EL POSICIONADOR El posicionador es un servomecanismo, conectado al vástago de la válvula o del actuador, mecánicamente o por otros medios, que automáticamente ajusta su movimiento a fin de mantener la posición deseada en función de la señal recibida. El posicionador corrige automáticamente la influencia de las presiones estática y dinámica sobre el obturador, el roce en el husillo y la histéresis propia de la membrana; con él se consigue una regulación fácil y precisa. • POSICIONADORES ELECTRONEUMÁTICOS Son posicionadores neumáticos convencionales que poseen un transductor electroneumático adicional integrado. El transductor recibe la señal de entrada de corriente continua analógica del sistema de control y la convierte en una señal neumática proporcional, que es enviada al posicionador convencional. Controlador Actuador Posicionador Sensor Válvula con posicionador 100 VÁLVULAS Esquema de instalación GRUPO CUÑADO 101 • POSICIONADORES INTELIGENTES Los posicionadores inteligentes están diseñados para poder ser actuados desde controladores, sistemas de control, o desde softwares de PC. Ofrecen claras ventajas sobre los posicionadores convencionales, como reducir el efecto de fricción de la válvula, mayor exactitud y menor tiempo de posicionamiento. Pueden ser analógicos o digitales, dependiendo de que la señal electrónica de conversión sea de uno u otro tipo. Los posicionadores inteligentes pueden ser: • No comunicativos El posicionador recibe la señal eléctrica y por su parte controla la electrónica y la salida. • Comunicativos Son capaces de establecer comunicación de dos vías por el mismo cableado por el que recibe la señal analógica o digital. La comunicación puede llevarse a cabo mediante el protocolo HART (highway addressable remote transducer), o mediante un protocolo de campo (tecnología Fieldbus o Profibus). Estos protocolos de comunicación son el medio más adecuado para proporcionar comunicación bidireccional muy fiable entre dispositivos y sistemas “inteligentes” cuando el tiempo de reacción es importante. 102 VÁLVULAS GRUPO CUÑADO 103 VÁLVULAS PARA SERVICIOS ESPECIALES Introducción 17.1 Válvulas para pipelines 17.1.1 Válvulas de compuerta 17.1.2 Válvulas de bola 17.1.3 Rascadores de tuberías 17.2 Válvulas criogénicas 17.2.1Características 17.2.2Descripción 17.3 Válvulas de cierre a presión 17.3.1Características 17.3.2Descripción 17.4 Válvulas selladas por fuelle 17.4.1Características 17.4.2Descripción 17.5 Válvulas de alquilación HF 17.5.1Características 17.5.2Descripción 17.6 Válvulas encamisadas 17.6.1 Clasificación 17.6.2 Encamisado total y parcial 17.6.3 Camisa soldada y camisa desmontable 17.7 Válvulas atemperadoras de vapor 17.7.1 Sistemas de atemperación de vapor 17.7.2 Tipos de válvulas atemperadoras 17.7.3 Dispositivos auxiliares 17.7.4Atemperadores 17.7.5 Elección de un atemperador 104 VÁLVULAS 106 107 108 109 109 111 111 112 113 113 114 115 115 116 117 117 118 119 119 120 121 122 123 125 128 129 136 GRUPO CUÑADO 105 17.1 VÁLVULAS PARA PIPELINES Se da el nombre genérico de pipelines a las conducciones de productos petrolíferos, ya sean líquidos, frecuentemente petróleo crudo (oleoductos) o gaseosos, generalmente gas natural (gasoductos o gaseoductos). Tanto los oleoductos como los gasoductos suelen ir enterrados en zanjas. Para accionar las válvulas, se construyen arquetas en la zona de la válvula, para hacerlas accesibles. En ocasiones, la solución consiste en proveer a la válvula de una extensión del vástago para poderlas accionar desde la superficie del terreno. Pero las pipelines tienen también estaciones de operación, así como el inicio y fin de la pipeline. En estos casos las válvulas están en el exterior y no enterradas. INTRODUCCIÓN En las lecciones anteriores se han estudiado válvulas que, en general, son de gran utilización en la industria y de uso en una amplia variedad de servicios y condiciones de trabajo. Pero en ocasiones se precisa disponer de válvulas que sean aptas para ciertos servicios menos frecuentes, como consecuencia de distintas condiciones como pueden ser particularidades del fluido circulante, condiciones de operación, etc. En estos casos es frecuente adaptar alguna de las consideradas como “válvulas para servicios generales” a las nuevas condiciones, modificando algunas de sus características constructivas para adaptarla al nuevo servicio. Estas válvulas así adaptadas al nuevo servicio son conocidas como “válvulas para servicios especiales”. La característica principal de este tipo de válvulas es que deben presentar un interior totalmente homogéneo que haga posible el paso a su través de los rascadores (pigs) utilizados para la limpieza de las tuberías. Por esta razón, en la práctica, los únicos tipos de válvulas que son aptas para este servicio, son las válvulas de compuerta de paso integral y las válvulas de bola de paso total. Aparte de utilizarse, en las instalaciones de superficie, válvulas de retención, normalmente del tipo clapeta, aquí nos vamos a centrar en las válvulas de corte de diseño especial, especialmente las instaladas en los tramos enterrados de las pipelines. Existen muchas opciones posibles de válvulas para servicios especiales. De entre todas ellas, hemos optado por algunas de las más utilizadas en la industria. Válvulas para pipelines Válvulas criogénicas Válvulas de cierre a presión Válvulas selladas por fuelle Válvulas de bola en una estación de operación de pipelines Válvulas para alquilación HF 106 VÁLVULAS Válvulas encamisadas Válvulas atemperadoras GRUPO CUÑADO 107 17.1.1 VÁLVULAS DE COMPUERTA 17.1.2 VÁLVULAS DE BOLA Las válvulas de compuerta son muy utilizadas en servicios de pipelines. Cuando se requiere que a través de ellas puedan pasar los rascadores de tuberías (pigs), se utiliza un tipo de válvulas de compuerta conocido como “de paso integral” (through conduit). Como en el caso de las válvulas de compuerta de paso integral, también las válvulas de bola son muy utilizadas en servicios de transporte de productos petrolíferos, en su versión de paso total, para lo que ofrecen la ventaja de una pérdida de carga prácticamente nula. Las principales características de este tipo de válvulas son: • S u compuerta está formada por una placa metálica de forma alargada en la que su parte inferior lleva un orificio de un diámetro interior idéntico al de la tubería a la que va acoplada la válvula. Por esta razón estas válvulas son conocidas también por el nombre de “válvulas de compuerta de placa” (slab gate). Cuando la válvula está enterrada en zanja y ha de ser accionada desde la superficie, además de prolongar el vástago para hacer accesible el accionamiento, en válvulas lubricadas se habilitan tubos de engrase accesibles también desde el terreno. •E l cuerpo presenta una cavidad en su parte inferior, en la que se aloja el anillo de la compuerta, cuando la válvula está en posición de cerrada. Esta cavidad va provista de una válvula de drenaje para evacuar el líquido almacenado en ella. Engrasadores •D ebido a la forma de su interior, sin discontinuidad alguna en caso de válvula en posición de abierta, permiten el paso de los rascadores de tuberías (pigs). •L a estanqueidad del cierre se consigue por la propia presión del fluido que comprime la compuerta contra el anillo de asiento posterior. A veces, esta acción se ve reforzada por la acción de muelles en los anillos flotantes. •L as válvulas para oleoductos suelen estar diseñadas y construidas con una fuerte protección ante condiciones climatológicas adversas. Así, el husillo va, normalmente, protegido por un tubo, y con engrase permanente. En superficie o arqueta Enterrada 17.1.3 RASCADORES DE TUBERÍAS Volante Engrasador Vástago Prensaestopas Empaquetadura Tapa Engrasador Compuerta Asiento Cuerpo 108 VÁLVULAS Los rascadores de tuberías (pigs) son unas piezas especiales que se utilizan para, haciéndolas circular por el interior de una tubería (especialmente por pipelines), realizar en ella diversas funciones. El nombre de “pig”, aunque es un acrónimo de Pipeline Inspection Gauge, también se dice que proviene del sonido que producen al circular por la tubería, similar al gruñido de un cerdo. Hay una gran variedad de tipos de pigs, dependiendo de la misión que deban cumplir: • Limpieza Rascando las paredes de la tubería, eliminan de ella sedimentos, acumulaciones de producto, etc. Se suele comenzar con un rascador suave para después pasar otro más abrasivo. Estos rascadores tienen formas muy diversas. Pigs limpiadores GRUPO CUÑADO 109 17.2 VÁLVULAS CRIOGÉNICAS • Separación de productos Se utilizan cuando por la misma tubería van a circular productos diferentes, a fin de evitar contaminaciones entre ellos. • Cierre Se utilizan para cerrar los extremos de la tubería para poder realizar en ella trabajos de mantenimiento. Cuando es preciso manipular gases licuados tales como oxígeno, hidrógeno, nitrógeno, gas natural, argón, helio, etc., así como gases licuados de petróleo (GLP) o gas natural licuado (GNL) a muy bajas temperaturas (en ocasiones por debajo de -150ºC), se requiere la utilización de válvulas especiales que soporten las condiciones de servicio impuestas por tan bajas temperaturas. Las válvulas que cumplen con estas condiciones son conocidas como válvulas para servicio criogénico, o simplemente, válvulas criogénicas (cryogenic valves). Para este tipo de servicio se utilizan válvulas de los tipos usuales: compuerta, globo, retención, bola, mariposa, etc., pero empleando materiales resistentes a las bajas temperaturas y características constructivas especiales que permitan un uso fiable y seguro a las temperaturas del fluido. • Inspección Suministran datos e información sobre las condiciones de la tubería. Pueden detectar corrosión, fracturas y otros defectos. Se suelen conocer como rascadores inteligentes (Smart pigs). Smart Pig Al principio y al final del tramo de pipeline por el que ha de circular un pig, es preciso instalar una estación lanzadora (pig launching station) y otra receptora. Estas instalaciones se sitúan en superficie, para poder ser operadas. Pig Lanzador Compuerta Estación de lanzamiento de pigs Los pigs se introducen en la tubería desde los lanzadores de pigs (pig launchers). Para ello, en primer lugar se drena el barril lanzador y se carga el pig a través de un portón y se cierra. Entonces se impulsa el pig introduciendo en el lanzador un fluido de impulsión que generalmente es el propio producto de la pipeline a presión, y en otras ocasiones aire comprimido o nitrógeno. El pig es recogido en la siguiente estación mediante un sistema de recogida similar al de lanzamiento. Venteo Válvula principal Pipeline Portón Impulsión Drenaje 110 VÁLVULAS Globo Mariposa Bola 17.2.1 CARACTERÍSTICAS Todas las válvulas criogénicas, excepto las de retención, presentan una característica particular que las diferencia de una válvula del mismo tipo (compuerta, globo, bola, mariposa) para servicios generales. Esta particularidad consiste en una extensión de la tapa de la válvula, que aumenta considerablemente su altura con respecto a la de una válvula normal. De esta forma se logra que el gas licuado que circula por la válvula se caliente en la parte superior de esta extensión, vaporizándose y creando una columna de gas de suficiente longitud como para evitar el contacto de la empaquetadura con el líquido circulante por la válvula a baja temperatura. A fin de favorecer la vaporización, la extensión de la tapa no debe ir provista de aislamiento. GRUPO CUÑADO 111 17.3 VÁLVULAS DE CIERRE A PRESIÓN 17.2.2 DESCRIPCIÓN Como ejemplo, se describe una válvula criogénica de compuerta, de volante fijo y vástago saliente, con tapa atornillada y extremos bridados. A fin de cumplir con la necesidad de disponer de una válvula que, básicamente, presente la configuración típica de una válvula de compuerta, globo o retención, pero que sea capaz de soportar condiciones muy severas de presión y temperatura, aparecieron en el mercado las válvulas denominadas “de cierre a presión” (pressure seal valves). Generalmente, las válvulas de cierre a presión suelen limitarse a los tipos de compuerta, globo y retención, similares a las utilizadas para servicios generales, pero adaptadas, mediante ciertas modificaciones constructivas, para poder soportar condiciones más rigurosas. Volante Su utilización está muy extendida en sistemas de vapor de alta presión, centrales nucleares, así como en las industrias del petróleo, química, petroquímica, etc. Empaquetadura Vástago extendido Cuerpo Tapa extendida Asientos Compuerta Compuerta Globo Retención 17.3.1 CARACTERÍSTICAS La característica que distingue este tipo de válvulas es su sistema de sellado. Este sistema aprovecha la propia presión del sistema para aumentar la eficacia del sellado entre cuerpo y tapa. A mayor presión del fluido, mayor es la fuerza de sellado. A fin de lograr el efecto de transmisión de la presión del fluido al anillo de sellado, las superficies de contacto entre el anillo y la tapa son de forma cónica. De esta manera, el empuje ejercido por la cara cónica de la tapa sobre el anillo se descompone en una fuerza vertical, y otra horizontal, soportada por el cuerpo de la válvula. Cuanto menor sea el ángulo del cono, mayor será el empuje horizontal transmitido y, por tanto, la efectividad del cierre. Sin embargo, si este ángulo es demasiado pequeño, puede resultar imposible el desmontaje del anillo. Por ello, normalmente, no resulta práctico utilizar ángulos inferiores a los 25º. Ángulo 25º B C D D A 112 VÁLVULAS A D Tapa Anillo de sellado Cuerpo Ángulo 45º A D A A Presión del sistema B Tendencia de la tapa a ascender al aumentar la presión C Tendencia de la tapa a descender al disminuir la presión D Fuerza de sellado debida a la presión GRUPO CUÑADO 113 17.4 VÁLVULAS SELLADAS POR FUELLE 17.3.2 DESCRIPCIÓN Los componentes de estas válvulas, son similares a las de una válvula standard de compuerta, globo o retención. Las únicas diferencias básicas consisten en el diseño de la tapa y en el sistema particular de sellado entre ésta y el cuerpo de la válvula. En efecto, en las válvulas de cierre a presión, la tapa se introduce en el interior del cuerpo y presenta una base de gran superficie que está sometida a la presión existente en el fluido circulante. Cuando se manejan fluidos explosivos, corrosivos, venenosos, contaminantes, o altamente inflamables, es necesario, por razones de seguridad o ecológicas, evitar cualquier fuga al exterior. Esta necesidad de reducir a nulas las fugas puede ser también debida a razones de ahorro de energía. Entre la tapa y el cuerpo, como elemento de sellado, se dispone un anillo metálico de asiento, llamado anillo de sellado que es oprimido por efecto de la propia presión interna. Entre los componentes de una planta industrial, entre los potencialmente más susceptibles de originar fugas están las válvulas. Por ello surgió la necesidad de desarrollar un tipo de válvulas que fueran, en teoría, totalmente estancas. Así aparecieron las válvulas selladas por fuelle (bellow seal valves) también conocidas como “válvulas de fugas cero” (zero leak valves) o “válvulas no contaminantes” (emission free valves). Como ilustración, a título de ejemplo, se representa una válvula de compuerta de cuña flexible y una de retención de clapeta oscilante, ambas con extremos para soldar a tope. Las válvulas selladas por fuelle son válvulas de compuerta o de globo, a las que se le han incorporado los elementos mecánicos precisos para convertirlas en totalmente estancas. 17.4.1 CARACTERÍSTICAS La zona de una válvula potencialmente más susceptible de originar fugas es la de contacto de una pieza móvil, el vástago, con otra fija, la empaquetadura. Por ello, en las válvulas selladas por fuelle, la empaquetadura convencional es sustituida, o, más frecuentemente suplementada, por una envoltura metálica del vástago, en forma de fuelle soldado por un extremo a la tapa de la válvula y por el otro al extremo inferior del vástago. Este fuelle actúa alargándose o retrayéndose como un acordeón, solidariamente con el desplazamiento del vástago o husillo de la válvula, evitando el contacto del fluido con el husillo. Otra modificación es, normalmente, una extensión del cuerpo o de la tapa, a fin de proporcionarle la altura suficiente para albergar el fuelle. Sin embargo es preciso reseñar que, a fin de evitar la torsión del fuelle, las válvulas de este tipo han de ser de volante fijo y vástago ascendente, aún en las válvulas de globo. 114 VÁLVULAS GRUPO CUÑADO 115 17.5 VÁLVULAS DE ALQUILACIÓN HF Por otra parte, y al ser la estanqueidad el principal objetivo en estas válvulas, se procura eliminar cualquier posible origen de fugas. Al haberse logrado suprimir el principal, que es a través de las piezas en movimiento, se suelen, además, suprimir las juntas entre cuerpo y tapa, recurriéndose, con frecuencia, a la solución de “tapa soldada” (welded bonnet) en lugar de “tapa atornillada” (bolted bonnet). Incluso, en estas válvulas, es común el utilizar extremos soldados. Empaquetadura El proceso de alquilación es un procedimiento de refino de petróleo en el que se combinan olefinas con parafinas para formar isoparafinas de alto peso molecular especialmente utilizadas como combustible de aviación. En este proceso se emplea el ácido fluorhídrico, un ácido altamente corrosivo. Las válvulas de alquilación (alkilation valves), más conocidas como válvulas de alquilación HF (HF alkilation valves), son válvulas aptas para el manejo de ácido fluorhídrico, un ácido altamente corrosivo. Por esta razón deben cumplir con una serie de requisitos que le permitan, en primer lugar, resistir la corrosividad del ácido y, sobre todo, y por razones de seguridad, evitar las fugas del fluido. Se fabrican en tipos compuerta, globo, retención y macho. Pero las más comunes son las de compuerta y a ellas dedicamos este apartado. Tapa Fuelle Vástago ascendente Cuerpo 17.4.2 DESCRIPCIÓN En la figura que se incluye se representa una válvula de globo, y otra de compuerta, ambas con la extensión soldada al cuerpo y a la tapa, y con extremos para soldar a tope. 17.5.1 CARACTERÍSTICAS Algunas de las particularidades que presentan este tipo de válvulas son: Tapa Vástago Extensión del cuerpo Fuelle Cuerpo Obturador Globo Compuerta Diseño según Normas API 600 y API 602 Internos construidos en monel Pintura detectora de presencia de ácido Inyectores de grasa en monel Diseño especial de obturadores y asientos Asientos soldados al cuerpo, evitando uniones roscadas • Radiografiado 100% y otras pruebas y ensayos rigurosos • • • • • • Cuña sólida de monel Anillos de asiento con doble soldadura Asiento secundario metal-metal antifuego Asiento primario resiliente La figura muestra un detalle típico del conjunto cuña-asientos en una válvula de compuerta. 116 VÁLVULAS GRUPO CUÑADO 117 17.6 VÁLVULAS ENCAMISADAS 17.5.2 DESCRIPCIÓN Volante fijo Engrasador Casquillo de asiento trasero en monel Vástago saliente de monel Bridas del prensaestopas Prensaestopas Empaquetadura Tapa En un sistema de tuberías se requiere, en ocasiones, poder calentar el fluido circulante, bien sea por razones del proceso o por las propias características del fluido (por ejemplo, alta viscosidad). En estos casos, se suele recurrir a dos alternativas: la primera consiste en acompañar las tuberías, accesorios y válvulas de unos tubos de pequeño diámetro por los que circula vapor de agua procediendo además a un aislamiento del conjunto para evitar la pérdida de calor al exterior. A este sistema de calentamiento se llama traceado de vapor (steam tracing). El traceado también se puede hacer con agua caliente en lugar de vapor, aunque es una solución menos utilizada. Una segunda solución para calentar el sistema, consiste en envolver las tuberías, accesorios y válvulas con una envolvente de mayor tamaño por la que se hace circular el fluido calefactor (generalmente vapor de agua). Esta envolvente se conoce como camisa (jacket) y las válvulas así calentadas, como válvulas encamisadas (jacketed valves). Junta de anillo tórico Pintura detectora de ácido Cuña Cuerpo Anillos de asiento Válvula de macho con encamisado total Válvula de macho con encamisado parcial 17.6.1 CLASIFICACIÓN BASE DE CLASIFICACIÓN TIPOS DE VÁLVULAS EXTENSIÓN DEL ENCAMISADO Total Parcial TIPO DE CAMISA Camisa soldada Camisa desmontable 118 VÁLVULAS GRUPO CUÑADO 119 17.6.2 ENCAMISADO TOTAL Y PARCIAL 17.6.3 CAMISA SOLDADA Y CAMISA DESMONTABLE El encamisado de una válvula se lleva a cabo recubriendo el cuerpo de la válvula una chapa metálica envolvente estanca, que forma la camisa (jacket). En el caso de camisa soldada, la camisa va unida al cuerpo o bridas de la válvula mediante soldadura, en cuyo caso la camisa no puede ser desmontada, pero se garantiza su estanqueidad. Esta camisa va provista de conexiones, normalmente roscadas, para la entrada de vapor y salida de condensado. Si la camisa está formada por dos mitades atornilladas entre sí, se denomina camisa desmontable. Este tipo de camisa permite su desmontaje para el mantenimiento de la válvula. Dependiendo de la parte de la válvula que va cubierta por la camisa, las válvulas encamisadas pueden ser: En este caso no puede asegurarse una perfecta estanqueidad en la camisa. • ENCAMISADO TOTAL Es cuando la camisa cubre la totalidad del cuerpo, incluyendo los cuellos, excepto únicamente las bridas de acoplamiento a la tubería. En el caso de este tipo de encamisado, las bridas suelen ser de un tamaño superior al tamaño de la válvula, para compensar el sobredimensionamiento debido a la camisa. Vapor Camisa desmontable Camisa Condensado Válvula de bola con encamisado total • ENCAMISADO PARCIAL Llamadas también “de cuerpo encamisado”. En éstas, el encamisado reviste solo la parte principal del cuerpo de la válvula, sin incluir los cuellos de unión a las bridas. Vapor Camisa Condensado Válvula de bola con encamisado parcial 120 VÁLVULAS GRUPO CUÑADO 121 17.7 VÁLVULAS ATEMPERADORAS DE VAPOR Cuando el vapor de agua está a una temperatura superior a la de saturación para la presión a la que se encuentra se le llama vapor sobrecalentado. El vapor sobrecalentado almacena una energía mayor que el saturado y tiene un volumen específico también mayor. En muchos procesos industriales, se genera vapor sobrecalentado que se distribuye a alta temperatura y presión por razones de eficiencia. Ello permite utilizar tuberías de conducción de menor diámetro debido a su bajo volumen específico y, cuando se utiliza para alimentar turbinas de vapor, la eficiencia de estas máquinas se optimiza. Pero, para un uso más eficiente de la energía térmica del vapor, conviene volver a reducir su temperatura casi hasta la temperatura de saturación. Con el vapor a la temperatura de saturación o cerca de ella, es posible recuperar la gran cantidad de energía que se consumió cuando el vapor fue sobrecalentado. A la operación de reducir la temperatura del vapor sobrecalentado para llevarla a una próxima a la de saturación, se le llama atemperación del vapor, o en inglés desuperheating. Esta operación se lleva a cabo mediante las llamadas válvulas atemperadoras, desrecalentadoras, o, simplemente atemperadores, o por su nombre en inglés, desuperheaters. 17.7.1 SISTEMAS DE ATEMPERACIÓN DE VAPOR Un sistema de atemperación, DS, (del inglés Desuperheating System) está formado, básicamente, por tres componentes: •U na válvula de control que regula la inyección de agua mediante el control de la temperatura del vapor aguas abajo del atemperador. • El elemento atemperador propiamente dicho, que es el dispositivo rociador del agua en la corriente de vapor. Este elemento puede ser independiente de la válvula de control, o formar un solo cuerpo con ella (válvula de atemperación). • Los elementos de control necesarios para que todo el sistema funcione correctamente La siguiente figura muestra un esquema de una estación de atemperación típica mediante inyección en línea de agua de refrigeración, con atemperador independiente de la válvula de control: Controlador/indicador de temperatura VÁLVULA DE CONTROL La atemperación de vapor puede hacerse sin contacto directo entre el vapor y el líquido refrigerante, como es el caso de un intercambiador de vapor de carcasa y tubos, o mediante contacto directo, como es el caso de los atemperadores Todos los atemperadores tienen el mismo principio de operación. Se introduce condensado, o simplemente agua en la tubería de vapor sobrecalentado, donde se mezcla íntimamente con él. El agua inyectada se vaporiza al contacto con el vapor recalentado y el resultado es un aumento del caudal de vapor a menor temperatura. Variando la cantidad de agua inyectada puede controlarse la temperatura final del vapor. El término “turndown ratio”, que en español puede traducirse como “rango de regulación”, se utiliza para indicar la relación entre el flujo máximo y mínimo de vapor en los que un atemperador determinado puede operar. Este es un parámetro importante que ha de ser tomado en consideración para la elección de un atemperador, ya que cualquier variación en la presión de entrada, temperatura, o caudal de vapor, implica un cambio en el caudal requerido de agua de refrigeración. Agua de refrigeración ATEMPERADOR Vapor sobrecalentado Sensor de temperatura Vapor atemperado Tobera 10m mínimo Y el esquema siguiente representa la misma estación de atemperación, pero con el elemento atemperador incorporado en la válvula atemperadora. Controlador/indicador de temperatura VÁLVULA ATEMPERADORA Agua de refrigeración ATEMPERADOR Vapor sobrecalentado Sensor de temperatura Vapor atemperado Tobera 10m mínimo 122 VÁLVULAS GRUPO CUÑADO 123 Muy frecuentemente y, en especial, en condiciones de servicio severas, se necesita reducir la presión de vapor antes de atemperarlo. En este caso, se debe utilizar lo que se conoce como sistema de reducción de presión y atemperación, PRDS (Pressure Reducing & Desuperheating System). Una estación de reducción de presión y atemperación de vapor está formada, además de por el sistema de control por los siguientes componentes principales que funcionan como una unidad, además, por supuesto, de los elementos de control auxiliares necesarios: 17.7.2 TIPOS DE VÁLVULAS ATEMPERADORAS El tipo de válvula atemperadora de vapor más simple es una válvula de control de temperatura del agua de refrigeración, a la que se ha incorporado, en la boca de salida, un dispositivo de inyección del agua en la tubería de vapor. Este dispositivo de inyección de agua es lo que se conoce como “atemperador”. Posteriormente haremos una descripción de los distintos tipos de atemperadores más utilizados. • Una válvula reguladora de presión del vapor. • Una válvula de control que regula la inyección de agua mediante el control de la temperatura del vapor aguas abajo del atemperador. • El elemento atemperador propiamente dicho, que es el dispositivo rociador del agua en la corriente de vapor. Controlador/indicador de temperatura Válvula atemperadora Estos tres elementos pueden ser individuales, o pueden reunirse los dos últimos en una válvula atemperadora, como vimos en el caso anterior, añadiendo una válvula reguladora de presión (ver lección 16 de este curso). Pero, incluso pueden integrarse los tres elementos en uno solo, formando lo que se conoce como una válvula reductora y atemperadora de vapor. El primero de los siguientes esquemas muestra una PRDS con los tres elementos independientes (válvula de control, válvula reguladora de presión y atemperador) y el segundo esquema, con los tres integrados en un único elemento, una válvula reductora y atemperadora de vapor: Válvula reductora de presión Atemperador Vapor sobrecalentado Vapor atemperado Vástago Agua de refrigeración Vapor sobrecalentado Sensor de temperatura La siguiente figura muestra una válvula atemperadora de vapor de este tipo, junto con un detalle de la zona de inyección de agua: Válvula Controlador de de control temperatura Controlador de presión Agua Actuador Vapor atemperado Vástago Atemperador Brida de acoplamiento Controlador de presión VÁLVULA REDUCTORA Y ATEMPERADORA Brida de acoplamiento a la tubería de vapor Agua Conexión para entrada de agua Tubería de vapor Vapor Controlador de temperatura 124 VÁLVULAS Toberas de Inyección GRUPO CUÑADO 125 En las válvulas del tipo de atemperación en línea, la válvula se instala en la misma línea de vapor y el agua de refrigeración se inyecta directamente en el cuerpo de la válvula. Reducción de presión Vástago Atemperación Difusor Jaula del obturador Entrada de agua Entrada de vapor Salida de vapor Obturador Toberas de inyección de agua En otro tipo de válvulas reductoras y atemperadoras de vapor, el agua y el vapor se mezclan en una cámara de mezclado existente en el cuerpo de la válvula, después de la jaula de expansión, en la que se lleva a cabo la reducción de presión del vapor sobrecalentado, como se muestra en la siguiente figura: Más frecuentes que las válvulas atemperadoras como las descritas más arriba, son las válvulas reductoras y atemperadoras de vapor, que cumplen la doble finalidad de reducir la presión del vapor recalentado además de su temperatura. Vástago del actuador Un modelo de este tipo de válvula es el que se muestra a continuación, en la que el vapor, primero de expande y luego se atempera. Actuador El vapor sobrecalentado, al entrar en la válvula, pasa a través de la jaula del obturador, con lo que se produce una expansión del vapor, reduciéndose su presión. En el modelo de válvula del ejemplo, el agua de refrigeración se inyecta perpendicularmente a la corriente de vapor mediante una corona de toberas localizadas junto a la boca de salida, donde se mezcla con el vapor, que fluye en régimen turbulento y a alta velocidad, ocasionando la atomización del agua. A continuación, el vapor mezclado con el agua pasa a través de un difusor para conseguir una mezcla más completa. En las siguientes figuras se incluye un detalle de las zonas de reducción de presión y de atemperación en este tipo de válvulas. Entrada de agua Jaula de expansión Cámara de mezclado Entrada de vapor Entrada de agua Cámara de mezclado Salida de vapor 126 VÁLVULAS GRUPO CUÑADO 127 17.7.3 DISPOSITIVOS AUXILIARES Agua de refrigeración En los sistemas de atemperación de vapor, suelen utilizarse algunos dispositivos adicionales a las válvulas y atemperadores propiamente dichos, que tienden a mejorar la eficiencia del sistema. • Cámara de expansión La mezcla vapor–agua pasa, después de la válvula, por una cámara de expansión de forma cónica en la que se reduce la velocidad hasta un valor compatible con la práctica normal en los sistemas de tuberías. Además, la cámara de expansión dispone de una placa difusora, gracias a la cual se logra una mezcla más íntima vapor-agua. PANTALLA TÉRMICA Vapor sobrecalentado Vapor atemperado • Cono difusor Este dispositivo suele utilizarse conjuntamente con la pantalla térmica. Es una pieza de perfil cónico situado en el eje del tubo y cuya misión es aumentar la velocidad y turbulencia de la mezcla vapor-agua, aumentando la eficiencia del mezclado. Cámara de expansión Cono difusor Pantalla térmica Placa difusora Tobera de inyección • Pantalla térmica Es preciso controlar que la inyección de agua de refrigeración no incida directamente sobre las paredes de la tubería, ya que esto podría generar tensiones térmicas resultantes en fracturas. A fin de evitarlo, suelen disponerse pantallas térmicas (thermal sleeves) que no son más que tubos situados en el interior de la tubería principal y que protegen a ésta del impacto directo del agua rociada, creando, al mismo tiempo, una zona anular entre la pantalla y el diámetro interior de la tubería, que permite la circulación del vapor sobrecalentado alrededor de la pantalla. 128 VÁLVULAS 17.7.4 ATEMPERADORES Como se ha mencionado, un atemperador, o desrecalentador, es el elemento que, en un sistema de atemperación de vapor (DS o PRDS), bien formando parte de una válvula atemperadora, o recibiendo el agua desde una válvula de control, tiene la misión de inyectar el agua de refrigeración en la corriente de vapor saturado para disminuir su temperatura. GRUPO CUÑADO 129 Existen en el mercado muchos modelos de atemperadores. En este apartado se describen algunos de los de mayor uso. Los dos modelos más utilizados son, posiblemente, el de inyección axial y el tipo venturi. La inyección axial del agua de refrigeración mejora el mezclado con el vapor, debido a dos características particulares de este método: 1. Como el agua es inyectada por el eje de la tubería, su mezcla con el vapor es más completa. • De inyección axial En estos atemperadores, el agua se inyecta desde una o más boquillas localizadas en el eje de la tubería. Estos atemperadores normalmente utilizan pantallas térmicas. 2. L a tubería de agua que se inserta en la línea de vapor actúa como una obstrucción, creando una turbulencia adicional que favorece el mezclado, como se ve en la siguiente figura: Tubo de inyección de agua Turbulencias Pantalla térmica • Tipo venturi Los atemperadores tipo venturi utilizan una restricción en la conducción de vapor sobrecalentado mediante la inserción de un tubo venturi, lo que crea una zona de alta velocidad y turbulencias, en la que se inyecta el agua de refrigeración. Esto ayuda a establecer una mezcla íntima entre el vapor y el agua, mejorando le eficiencia del proceso de atemperamiento. Tobera Tobera Una variante de este tipo consiste en girar la tobera de rociado de forma que el agua se inyecte aguas arriba, es decir, contra la corriente de vapor. La elevada velocidad del vapor sobrecalentado invierte el flujo del agua de refrigeración y la envía a través de una cámara de mezclado. Ello resulta en una mezcla más eficiente y una longitud de absorción más corta. Tubo venturi Tobera Difusor Difusor interno Difusor Tubo venturi Tobera Difusor interno A continuación se citan otros atemperadores de uso frecuente: Tobera Cámara de mezclado 130 VÁLVULAS • De inyección axial múltiple En este caso, el agua se inyecta desde una o más boquillas localizadas en el eje de la tubería. Estos atemperadores, en lugar de disponer de una única tobera, presentan varias localizadas a lo largo del tubo de inyección. Esta disposición mejora la dispersión de las partículas de agua. GRUPO CUÑADO 131 Pueden presentarse en dos tipos diferentes: • De área fija Todas las toberas rociadoras permanecen abiertas. El caudal de agua de refrigeración se regula por medio de la válvula de atemperación. • De inyección radial en un punto El método más simple de introducir agua de refrigeración es insertando una tobera de rociado en la pared de la tubería, con lo que el agua es inyectada en forma perpendicular a la corriente de vapor. Válvula atemperadora Válvula atemperadora Tobera Toberas múltiples • De área variable La temperatura del vapor atemperado, aguas abajo, determina el número de toberas abiertas. El agua de refrigeración entra en el atemperador por una camisa por cuyo interior se desplaza el obturador, en forma de pistón, de la válvula de atemperación. Si se detecta un aumento de temperatura aguas abajo, el sistema de control acciona la válvula, que hace descender el obturador, abriendo nuevos orificios de rociado. Pantalla térmica • De inyección radial en varios puntos El agua de refrigeración es inyectada en forma radial desde varios orificios de una corona por la periferia de la tubería. Inyector radial Vástago Camisa de agua Pistón del obturador 132 VÁLVULAS Corona de inyección GRUPO CUÑADO 133 • De atomización de vapor En estos atemperadores se utiliza vapor auxiliar de alta presión para atomizar el agua de refrigeración. El uso de vapor de atomización genera finas partículas de agua, lo que asegura una transferencia de calor eficiente y una rápida evaporación. 2. E n la segunda etapa, una niebla húmeda sale del difusor y se mezcla con la corriente principal de vapor sobrecalentado. Inmediatamente se produce una evaporación aguas abajo del atemperador y desciende la temperatura del vapor. Agua de refrigeración Obturador Resorte 1. L a primera etapa se realiza en el difusor, donde el agua es atomizada por la alta velocidad del vapor de alta presión. Esta presión debe ser, como mínimo 1,5 veces la de entrada del vapor sobrecalentado. El caudal del vapor de atomización está normalmente entre el 2% y el 5% del de la línea principal de vapor. El uso de vapor de atomización permite utilizar agua de refrigeración a menor presión que en otros tipos de atemperador. Vapor de atomización Tope Jaula El proceso se lleva a cabo en dos etapas: Corona de rociado Asiento La posición del obturador dentro de la jaula depende del flujo de vapor sobrecalentado en la línea principal. Si no hay flujo (a), el tapón descansa sobre su asiento rodeado por una corona o anillo que contiene el agua de refrigeración. Cuando el vapor sobrecalentado comienza a fluir (b), el obturador es forzado a subir separándose de su asiento y dejando entrar una pequeña cantidad de agua. Al aumentar el flujo de vapor (c), el tapón continúa ascendiendo, hasta el tope superior, aumentando el área abierta de la corona de agua. Tobera interna Difusor (a) 134 (b) (c) • De orificio variable Un atemperador de orificio variable controla el flujo de agua de refrigeración por medio de un obturador o tapón flotando libremente en la corriente de vapor sobrecalentado. La velocidad de paso del vapor por el atemperador crea una caída de presión en el anillo de agua, forzando la entrada de agua de refrigeración en la corriente de vapor, en forma de fina neblina. Además, la turbulencia asociada al cambio de velocidad y dirección del vapor ayuda a la mezcla entre el vapor y el agua y a conseguir una longitud de absorción relativamente corta. El obturador se mueve verticalmente guiado por el interior de una jaula. Su movimiento está limitado por un tope situado en la parte superior de la jaula y por un asiento en la inferior. El obturador está provisto de un mecanismo de resorte que aumenta la fricción entre el obturador y la jaula, frenando en cierto modo su movimiento. El hecho de que el agua de refrigeración no sea inyectada a presión en la tubería de vapor y que prácticamente todo el proceso de atemperamiento se produzca en el cuerpo del atemperador, implica que la erosión de la tubería o el propio atemperador sea mínima. Por ello, en este tipo de atemperador no se requiere el uso de pantallas térmicas. VÁLVULAS GRUPO CUÑADO 135 Así como la mayoría de los atemperadores pueden instalarse tanto en tramos horizontales como verticales de tubería, los del tipo de orificio variable han de instalarse en vertical y con el flujo de vapor en sentido ascendente. Este es un parámetro importante que ha de ser tomado en consideración, ya que cualquier variación en la presión de entrada, temperatura, o caudal de vapor, implica un cambio en el caudal requerido de agua de refrigeración. Si es precisa su instalación en una línea de vapor horizontal, debe adoptarse la configuración que se muestra en la siguiente figura: A continuación se incluye una tabla que incluye algunas de las características aplicables a los tipos de atemperadores más utilizados: Sensor de temperatura Controlador de temperatura 1 2 3 4 Inyección axial 3:1 10º 0,5 6,0 50 1.200 Venturi 5:1 3º 1.0 6,0 50 1.300 Inyección axial múltiple (área fija) 8:1 8º 4.0 6,0 150 1.500 Inyección axial múltiple (área variable) 12:1 8º 3,5 9,0 150 1.500 Inyección radial múltiple 3:1 10º 1.0 6,0 20 600 Atomización de vapor 50:1 6º Mayor que la del vapor 1,5 100 1.500 Orificio variable 9:1 8º 15,5 9,0 150 600 TIPO Codo 90º radio largo Válvula de atemperación Atemperador de orificio variable Codo 90º radio largo Mín 5 Máx 1. Relación de turndown del vapor 2. Temperatura mínima por encima de la de saturación (ºC) 3. Presión mínima del agua de refrigeración por encima de la presión del vapor sobrecalentado (bar). 17.7.5 ELECCIÓN DE UN ATEMPERADOR Para elegir el atemperador más adecuado para el servicio al que va a ser destinado, es preciso tomar en consideración, además del aspecto económico, otros factores tales como condiciones de presión y temperatura del vapor sobrecalentado, condiciones a las que se desea obtener el vapor atemperado, tamaño de la conducción de vapor, presión del agua de refrigeración disponible, etc. 4. Velocidad a caudal mínimo (m/s) 5. Tamaño de la tubería de vapor (DN) Un parámetro aplicable a los atemperadores es la relación de turndown (turndown ratio) de vapor, que en español puede traducirse como “relación de retorno”, aunque se suele emplear su término en inglés. La relación de turndown expresa la relación entre el flujo máximo y mínimo de vapor en los que un atemperador determinado puede operar. Turndown 136 VÁLVULAS Flujo máximo Flujo mínimo GRUPO CUÑADO 137 18 ACTUADORES 138 VÁLVULAS Introducción 140 18.1 Clasificación 141 18.2 Criterios de elección 142 18.3 Actuadores eléctricos 143 18.3.1 Acción lineal 143 18.3.2 Acción rotativa 144 18.4 Actuadores neumáticos 145 18.4.1 Acción lineal 146 18.4.2 De cremallera y piñón 146 18.4.3 De yugo escocés 148 18.5 Actuadores hidráulicos 150 18.6 Actuadores electro-hidráulicos 151 18.7 Actuadores de gas 152 18.7.1Directos 152 18.7.2 Gas sobre aceite 152 18.8 Conexión actuador-válvula 153 18.9 Elementos de control en panel 154 GRUPO CUÑADO 139 18.1 CLASIFICACIÓN La variedad de actuadores disponibles en el mercado es muy variada. En este curso vamos a presentar aquellos más usuales en la industria de la valvulería. En la lección relativa a las Válvulas de Control se describían los actuadores de muellediafragma, como los más usuales en aquél tipo de válvulas. Excluimos, por tanto, en esta lección, este tipo de actuadores, centrándonos en el resto de ellos. La clasificación más racional que se puede establecer es la basada en el tipo de energía con la que son alimentados. De acuerdo con este principio, los actuadores pueden ser de los siguientes tipos: INTRODUCCIÓN Hemos considerado de interés el incluir, como colofón de este curso de Válvulas, una última lección que de una visión general de un producto industrial de importantísima aplicación al mundo de las válvulas. Este elemento es el actuador. ELÉCTRICOS Acción lineal Acción rotativa Un actuador es un dispositivo capaz de transformar energía eléctrica, neumática o hidráulica, en una acción mecánica capaz de accionar los elementos de apertura y cierre de una válvula. De cuarto de vuelta La necesidad del uso de un actuador, en lugar de optar por el accionamiento manual puede deberse a varias razones: • Dificultad de acceso a la válvula por su situación física • Dificultad de maniobra manual por el esfuerzo requerido • Por la necesidad de automatización de la válvula Multivueltas Simple efecto NEUMÁTICOS O HIDRÁULICOS Acción lineal Doble efecto Simple efecto Acción rotativa Cremallera y piñón Doble efecto Aunque existe en el mercado una gran variedad de tipos y modelos de actuadores, en este curso nos hemos limitado a describir los más utilizados en la actualidad. Yugo escocés OTROS TIPOS Electro-hidráulicos De gas Directos Gas sobre aceite Actuador eléctrico 140 VÁLVULAS Actuador neumático Actuador hidráulico GRUPO CUÑADO 141 18.2 CRITERIOS DE ELECCIÓN 18.3 ACTUADORES ELÉCTRICOS A la hora de elegir el actuador más adecuado, es preciso tomar en consideración diferentes condicionantes (coste, rapidez de actuación, disponibilidad de la energía requerida, etc.) Un actuador eléctrico está formado, generalmente, por un motor eléctrico y los mecanismos necesarios para transmitir el movimiento deseado al eje de accionamiento, conectado al vástago de la válvula. En el siguiente cuadro se presentan las principales ventajas y desventajas que presentan los tres tipos más usuales de actuadores. Excluimos de esta evaluación los actuadores de gas, ya que éstos tienen su uso limitado a conducciones de gas natural. TIPO VENTAJAS DESVENTAJAS Eléctricos Precisos y fiables Silenciosos Fácil control Fácil instalación Potencia limitada Neumáticos Bajo costo Rápidos Sencillos Robustos Ruidosos Requieren instalaciones especiales Hidráulicos Rápidos Esfuerzos elevados Estos mecanismos incluyen uno o varios trenes de engranajes y limitadores de par y de recorrido. Normalmente disponen, además, de un volante de accionamiento manual, para su operación en caso de fallo de energía. Por ir provistas de motor eléctrico, las válvulas dotadas de este tipo de actuadores, se denominan válvulas motorizadas. Los actuadores eléctricos son muy utilizados para servicios de control de procesos. Las señales eléctricas se transmiten, entre el centro de control de proceso y el actuador, a través de una unidad de control. Requieren instalaciones especiales Difícil mantenimiento Coste elevado Válvula de compuerta con actuador eléctrico y volante para accionamiento manual 18.3.1 ACCIÓN LINEAL Un actuador eléctrico de acción lineal necesita transformar el movimiento de giro del motor eléctrico en el movimiento lineal que debe transmitirse al vástago de la válvula. Ello se logra mediante un tren de engranajes. Este tipo de actuadores no es muy utilizado. Su uso se limita a algunas válvulas cuyo obturador tenga movimiento lineal, como ocurre con las válvulas de compuerta y globo de pequeño tamaño. También pueden sustituir a los actuadores de muelle-diafragma de válvulas de control cuando no haya disponible aire comprimido. Tren de engranajes Motor eléctrico Vástago 142 VÁLVULAS GRUPO CUÑADO 143 18.4 ACTUADORES NEUMÁTICOS 18.3.2 ACCIÓN ROTATIVA En los actuadores de acción rotativa, el movimiento de giro del motor se transmite al eje de accionamiento, reduciendo la velocidad de giro mediante trenes de engranajes. Los actuadores neumáticos utilizan el empuje que una inyección de aire comprimido en el actuador produce sobre un diafragma membrana (actuador tipo muelle-diafragma) o sobre un pistón (actuador tipo pistón). Los actuadores del tipo muelle-diafragma han sido descritos en la lección de Válvulas de Control. Por ello, en esta lección nos limitaremos al estudio de los actuadores de pistón. Estos actuadores pueden ser de dos tipos: • MULTIVUELTAS En éstos, el eje gira las vueltas necesarias para abrir o cerrar totalmente la válvula a la que va acoplada. Este tipo de actuadores se utiliza frecuentemente en válvulas de compuerta y de globo. • DE CUARTO DE VUELTA Son similares en todo a los multivueltas, pero provistos de un reductor (interno o externo) que transforma el multivueltas en 90º. Se usan con todo tipo de válvulas de cuarto de vuelta, como son las de mariposa o bola. 1 3 El componente principal de un actuador neumático es el cilindro neumático, por el interior del cual se desplaza un émbolo o pistón, impulsado por aire comprimido. Cuando el movimiento lineal del pistón es transmitido directamente al vástago de la válvula se obtiene un actuador de acción lineal. Si el movimiento lineal del pistón es transformado, mediante algún mecanismo, en movimiento rotativo, se obtiene un actuador de acción rotativa. Es preciso diferenciar dos tipos de cilindros neumáticos: • DE SIMPLE EFECTO En los cilindros de simple efecto solamente hay una entrada de aire. Para que el pistón retorne, se corta el suministro de aire y un muelle lo empuja hacia su posición inicial. Aire Movimiento 5 8 6 • DE DOBLE EFECTO Disponen de dos entradas de aire, una a cada extremo del cilindro. Dependiendo de la entrada por la que se inyecte el aire, el pistón se desplaza en uno u otro sentido. Dependiendo del tipo de cilindro de que vayan provistos, todos los actuadores neumáticos admiten la misma clasificación de simple efecto o doble efecto. 7 4 1. Motor eléctrico 2. Sensores de fin de carrera y de par 3. Tren de engranajes 4. Conexión al vástago de la válvula 5. Accionamiento manual 6. Control del actuador 7. Conexión eléctrica 8. Palanca de bloqueo 2 Aire Movimiento Movimiento 144 VÁLVULAS Aire GRUPO CUÑADO 145 18.4.1 ACCIÓN LINEAL Los actuadores neumáticos de acción lineal se denominan así porque el vástago del cilindro neumático transmite directamente su movimiento lineal al vástago de la válvula. Este tipo de actuadores, normalmente se utiliza en válvulas de cuarto de vuelta. Dentro de la categoría de actuadores neumáticos, son, posiblemente los de mayor utilización. Pueden ser: • DE ACCIÓN SENCILLA Se dice que son de acción sencilla, o simple, cuando una sola cremallera actúa al piñón que va conectado al vástago. A su vez, pueden ser de un solo cilindro, o de dos cilindros, actuando cada uno de ellos por un extremo de la cremallera. Indicador de posición Como todos los actuadores neumáticos, los de acción lineal pueden ser de simple efecto o doble efecto, en función del tipo de cilindro de que vayan provistos. Aire Muelle Aire Tope regulable Muelle Cremallera Aire (Abriendo válvula) (Cerrando válvula) Vástago Pistón De un cilindro Pistón Piñón Aire Vástago Entrada/Salida de aire Entrada/Salida de aire Aire Tope regulable Vástago Simple efecto Doble efecto Tope regulable Pistón Cremallera Pistón De dos cilindros 18.4.2 DE CREMALLERA Y PIÑÓN En los actuadores de acción rotativa, es preciso convertir el movimiento lineal del vástago del cilindro neumático en giratorio, para ello, existen diversos dispositivos. El más utilizado es el llamado de cremallera y piñón (rack and pinion). En él, el vástago del cilindro neumático está conectado a un engranaje recto (cremallera) que a su vez engrana con otro de tipo piñón. Éste va solidariamente unido al vástago de la válvula, al que transmite su movimiento de giro. Como ya se ha mencionado, estos actuadores también pueden ser accionados por cilindros de simple o doble efecto. 146 VÁLVULAS • DE ACCIÓN DUAL Los actuadores de acción dual van provistos de dos cremalleras que accionan simultáneamente, en dos puntos diametralmente opuestos, al piñón conectado al vástago. Esta disposición permite equilibrar los esfuerzos generados sobre el vástago de la válvula. El recorrido de los pistones se limita de forma que el piñón solo gire 90º, por lo que estos actuadores solo se acoplan a válvulas de cuarto de vuelta. GRUPO CUÑADO 147 Esquema de funcionamiento Eje de giro Aire Aire Válvula abriendo Barra guía Yugo Biela Válvula cerrando Simple efecto Aire Mecanismo de yugo escocés Aire Aire Aire Aire Aire Válvula abriendo Aire Aire Válvula cerrando Doble efecto Indicador de posición Piñón Los actuadores de yugo escocés de simple efecto están formados por tres módulos. El primer módulo contiene en su interior el cilindro neumático, el intermedio, el yugo y el último, el muelle de recuperación. Módulo de cilindro Módulo de yugo Módulo de muelle Tope regulable Pistón Biela Muelle Barra guía Yugo Pistón Muelle Cremallera Tope regulable Aire Vástago Los actuadores de doble efecto tienen solo dos módulos, ya que carecen del módulo de muelle. Aire Actuador de cremallera y piñón de acción dual y simple efecto Cilindro neumático Barra guía Aire Biela 18.4.3 DE YUGO ESCOCÉS Otro mecanismo muy utilizado en los actuadores neumáticos para transformar el movimiento lineal en rotativo es el llamado yugo escocés (scotch yoke), que consiste en una biela que encaja en una ranura del yugo, a cuyo eje de giro va, a su vez, conectado el vástago de la válvula, que gira solidariamente con el eje del yugo. Al ser este giro limitado, estos actuadores se utilizan únicamente con válvulas de un cuarto de vuelta y no con las multivueltas. 148 VÁLVULAS Pistón Aire Yugo Eje de giro GRUPO CUÑADO 149 18.5 ACTUADORES HIDRÁULICOS 18.6 ACTUADORES ELECTRO-HIDRÁULICOS Los actuadores hidráulicos son muy similares en todo a los neumáticos. Se diferencian de éstos en que el fluido utilizado para proporcionar la energía suficiente para accionar el actuador es un líquido, en lugar de aire. Por ello se utilizan cilindros hidráulicos en lugar de neumáticos. Últimamente está experimentando mucho auge un tipo particular de actuadores, que son los llamados actuadores electro-hidráulicos. Estos actuadores se utilizan cuando se requiere una acción hidráulica para obtener la potencia suficiente pero, como ocurre frecuentemente, no hay disponible una instalación que proporcione el fluido a presión requerido. El actuador electro-hidráulico se alimenta con energía eléctrica que acciona un motor eléctrico, el cual a su vez acciona una bomba que impulsa el fluido hidráulico contenido en un recipiente. Este fluido hidráulico acciona un actuador hidráulico convencional. La razón principal para elegir un actuador hidráulico en lugar de neumático es la fuerza requerida para accionar la válvula ya que el accionamiento hidráulico proporciona una fuerza superior. Todo lo indicado para actuadores neumáticos, en cuanto a tipos de actuadores, configuración de los mismos, etc. es válido para los actuadores hidráulicos. Por esta razón obviamos la descripción de estos actuadores. Como ejemplo, se muestra un actuador hidráulico de yugo escocés y simple efecto. Un actuador electro-hidráulico está formado por dos módulos: • Un módulo de energía que contiene los elementos eléctricos e hidráulicos necesarios para alimentar el actuador. • Un módulo actuador que consiste en el actuador hidráulico propiamente dicho. Actuador electro-hidráulico de yugo escocés Conexión entre módulos Indicador de posición Eje de giro Yugo Actuador hidráulico Tornillo tope Cilindro hidráulico Muelle Tornillo tope Módulo del actuador Barra guía Módulo de energía Sistema de control Pistón Biela Válvula de bola con actuador electro-hidráulico Módulo de energía 1 2 3 4 5 9 8 7 6 1. Caja de control 2. Filtro 3. Bomba eléctrica 4. Recipiente de flujo hidráulico 5. Manómetro 6. Válvula de selección manual-automática 7. Bomba manual de emergencia 8. Depósito acumulador de fluido hidráulico a presión 9. Motor eléctrico 150 VÁLVULAS GRUPO CUÑADO 151 18.7 ACTUADORES DE GAS 18.8 CONEXIÓN ACTUADOR-VÁLVULA En los gasoductos para accionar las válvulas localizadas en lugares apartados, donde no hay otra fuente de energía disponible, o en las líneas submarinas (sealines), es preciso recurrir a la energía de la propia presión del gas transportado para accionar el actuador. A fin de llevar a cabo la conexión mecánica entre el actuador y la válvula, es preciso, en primer lugar, realizar un acoplamiento solidario entre el vástago del actuador y el de la válvula. Además, se precisa colocar un soporte rígido sobre la válvula, sobre el que debe descansar el actuador. Los actuadores que aprovechan la energía del gas natural transportado por el gasoducto pueden diferenciarse en dos grandes grupos: • Actuadores de gas directos • Actuadores de gas sobre aceite En el mercado hay muchos tipos, tanto de acoplamientos como de soportes. A continuación se muestran los más comunes. 18.7.1 DIRECTOS Si el hidrocarburo transportado por el gasoducto es “dulce”, es decir que no contiene sulfuro de hidrógeno, puede utilizarse directamente el gas sobre el actuador, como en un actuador neumático. Estos actuadores se conocen como actuadores de gas directos, o simplemente, de gas. Actuador de gas en válvula de gasoducto 18.7.2 GAS SOBRE ACEITE Pero si el gas es “ácido” lo que significa que contiene una alta concentración de sulfuro de hidrógeno, entonces se utilizan los llamados actuadores de gas sobre aceite. En estos actuadores también se aprovecha la presión del gas transportado por el gasoducto, pero, en vez de actuar directamente, a fin de evitar el contacto del gas “ácido” con los internos del actuador, lo hace sobre un cilindro hidráulico, que es el que actúa sobre el vástago de la válvula, por lo que este actuador funciona como un actuador hidráulico. Soportes Tanques Gas/hidráulico Válvula de control Vástago Acoplamiento Bomba manual Cilindro hidráulico Soporte Conjunto soporte - acoplamientos Acoplamientos Cilindro hidráulico Actuador de horquilla escocesa Actuador gas sobre aceite en válvula de gasoducto 152 VÁLVULAS GRUPO CUÑADO 153 18.9 ELEMENTOS DE CONTROL EN PANEL Con el fin de centralizar la operación de un actuador desde un panel central de control, es frecuente disponer en él algunos elementos de control del actuador. Una válvula solenoide típica utilizada para el control de un actuador neumático es la llamada “de tres vías”: (1) entrada de aire de instrumentos, (2) salida al actuador y (3) escape del aire. Aquí nos limitaremos a mencionar los elementos de control más básicos que suelen instalarse en panel: (3) (2) • Filtro manureductor Es un elemento que reduce la presión de la red de aire comprimido con el fin de hacerla válida para su utilización en los actuadores neumáticos. El manoreductor lleva incorporado un filtro que elimina impurezas y seca el aire. Suelen instalarse en el panel de control con un manómetro que indica la presión reducida, facilitando la operación de ajuste. SOLENOIDE (1) (3) (2) SOLENOIDE (1) • Finales de carrera Un final de carrera es un dispositivo, eléctrico o neumático que envía una señal al posicionador del actuador con el fin de limitar su recorrido entre dos posiciones, superior e inferior. A su vez, nos permite conocer la posición de apertura o cierre de la válvula. • Válvula solenoide Una válvula solenoide o, simplemente, un solenoide consiste, básicamente, en una bobina por la que circula una corriente eléctrica creando un campo magnético en su interior, el cual atrae un elemento obturador tipo pistón, en función de la circulación, o no, de corriente por el solenoide Las válvulas solenoide se utilizan en los actuadores neumáticos para controlar el suministro de aire. Esta operación se lleva a cabo dejando pasar o deteniendo el paso de aire en un lado del pistón y dejándolo salir al exterior en la otra. 154 VÁLVULAS GRUPO CUÑADO 155 NOTAS Curso de Válvulas C/ Camino del Olivar, 2 (Esquina Calle México) 28806 Alcalá de Henares – Madrid (SPAIN) Tel.: (+34) 91 887 87 00 / Fax: (+34) 91 887 87 33 [email protected] www.grupocunado.com Curso de Válvulas - Volumen 2 Manual de Formación para Profesionales Vol. 2