Válvulas

 

Válvulas: dispositivo mecánico para controlar, retener, regular, o dar paso a cualquier fluido entubado.
Partiendo por esta definición de Válvula, en este informe se analizaran las válvulas más comunes en el mercado. Además en este análisis se verán las partes principales, algunas características y su funcionamiento.
Existen numerosos tipos de válvulas diseñadas para cierto tipo de uso, la mala elección de estas puede llevar al mal funcionamiento y así acortar la vida útil, lo que conlleva a un aumento excesivo de costos.
En la selección de la válvula se requiere de los siguientes datos:
Tipo de fluido, material, presión, tipo de unión, temperatura, diámetro, etc.
Debido a esto al seleccionar una válvula nos vemos en la necesidad de recurrir a catálogos para ver algunas especificaciones técnicas como el peso, espacio disponible u otros factores para así ver si concuerda con nuestros objetivos.

TIPOS DE VALVULAS

Existe una gran variedad de válvulas, las más comunes son los siguientes:

Válvulas tipo compuerta:
Es utilizada para el flujo de fluidos limpios y sin interrupción, este tipo de válvula no es recomendable para estrangulamiento ya que posee un disco que se alterna en el cuerpo lo que causaría una erosión arruinando su funcionamiento.
En las válvulas de compuerta el área máxima del flujo es el área del circulo formado por el diámetro nominal de la válvula, debido a esto es que se recomienda el uso en posiciones extremas, o sea, completamente abierta o completamente cerrada, ya que de ser así ofrecen la mínima resistencia al paso del fluido y así su caída de presión es muy pequeña.

Figuras de válvulas de compuerta:

Existen diferentes tipos de válvulas de compuerta, los que se diferencian mayormente por el tipo de disco para el cierre, como lo son: válvula de compuerta tipo cuña sólida, tipo flexible, tipo abierta, válvulas de guillotina, válvulas de cierre rápido.
Normalmente este tipo de válvulas son construidas en su cuerpo de latón, bronce, hierro, acero fundido. En su interior normalmente son de bronce, acero inoxidable, acero aleado, monel, cromo, estelita o molibdeno.
Dependiendo del uso que se le dé a la válvula y del tipo de fluido va a cambiar el material de construcción. Otro cambio que surge es el tipo de unión, aveces es con hilo, otras para soldadura, otras es con bridas, etc.

 

Válvulas de retención:
Las válvulas de retención se usan como medida de seguridad para evitar que el flujo retroceda en la tubería, también se usan para mantener la tubería llena cuando la bomba no esta funcionando automáticamente.
Este tipo de válvula de usa en serie con las de compuerta y funcionan en posición horizontal o vertical
La presión del fluido circulante abre la válvula; el peso del mecanismo de retención y cualquier inversión en el flujo la cierra.
Existen distintos tipos de válvulas de retención y su selección depende de la temperatura, caída de presión que producen y la limpieza de fluido.
Ciertas válvulas de retención se pueden equipar con pesos externos. Esto producirá el cierre rápido del disco.
Este tipo de válvula se compone principalmente de asiento, cuerpo, disco, pasador oscilante.
 Las válvulas de retención de bisagra constan de un disco colocado sobre el agujero de la válvula. Cuando no hay flujo el disco permanecerá contra el asiento debido a la gravedad. Notar que este tipo de válvula es unidireccional o sea el flujo corre el un solo sentido.
Figura válvula de retención:

 

Este tipo de válvulas se puede poner en posición vertical como horizontal, notando que en la posición vertical debe estar con flujo ascendente.
Las válvulas de retención de bisagra se fabrican con una amplia gama de materiales: bronce, hierro, hierro fundido, acero forjado, monel, acero fundido y acero inoxidable. Los extremos pueden ser de rosca, con brida o soldados.
Un tipo especial de válvula de retención es la especial para vapor. Esta se utiliza en las instalaciones de calderas para evitar contracorriente de vapor.
En este tipo de válvulas el vástago no queda conectado al disco, solo sirve para mantener el disco en el asiento. Si el vástago sube, la presión del vapor levanta el disco permitiendo el paso de vapor.
Otros tipos de válvulas de retención son: válvulas de retención tipo columpio, chapaleta o clapeta, tipo pistón, tipo bola o balín.

Figuras de válvulas de retención:
 

 

Válvulas de globo:
La principal función de las válvulas de globo es regular el flujo de un fluido.
Estas válvulas regulan el fluido desde el goteo hasta el sellado hermético. Además siguen siendo eficientes para cualquier posición del vástago.
Debido a que la caída de presión es bastante fuerte (en todo caso siempre controlada) se utilizan en servicios donde la válvula de compuerta no puede.
Estas válvulas necesitan igual espacio y pesan casi lo mismo que las válvulas de compuerta.
Una de las características que posee esta válvula es la construcción interna, donde posee un disco o macho cuyo movimiento se alterna dentro del cuerpo.
Se componen principalmente de volante, vástago, bonete, asientos, disco y cuerpo.
Estas válvulas globos se construyen de variados tipos como por ejemplo:

• Válvulas de globo tipo esférico.
• Válvulas de globo tipo disco cónico.
• Válvulas de globo tipo aguja.
• Válvulas de globo tipo émbolo o pistón.
• Válvulas de globo tipo ángulo.
• Válvulas de globo tipo de pie (fondo de caldera).

 

 

Analizando algunas de las válvulas de la lista anterior tenemos el caso de las válvulas de globo tipo ángulo que tienen conexiones de entrada y de salida en ángulo recto.
Su empleo principal es para el servicio de estrangulación y presenta menos resistencia al flujo que las de globo.
Los componentes de la válvula de ángulo son los mismos que los utilizados en las válvulas de compuerta.
La forma en ángulo recto del cuerpo elimina uso del codo porque el flujo del lado de entrada está en ángulo recto con el lado de salida, comúnmente se fabrican de bronce, hierro fundido, etc.
La válvula en Y, que son una modificación de la válvula de globo, tiene el conducto rectilíneo de una válvula de compuerta. El orificio para el asiento está a un ángulo de 45º con el sentido de flujo.
Por lo tanto se obtiene una trayectoria más lisa, similar a la de válvula de compuerta y hay menor caída de presión que en la válvula de globo convencional; además tiene buena capacidad de estrangulación.

Otro caso de válvulas que se crearon a partir de una modificación en la válvula de globo o que mejor dicho que es de la misma familia tenemos a la válvula (de globo) tipo aguja.

Las válvulas de aguja son básicamente válvulas de globo que tienen machos cónicos similares a agujas que ajustan con presión en sus asientos. Al abrirlas, el vástago gira y se mueve hacia afuera.
Se puede lograr estrangulación exacta de volúmenes pequeños debido al orificio variable que se forma entre el macho cónico y su asiento también cónico.
Por lo general se utilizan como válvulas para instrumentos en sistemas hidráulicos, aunque no es recomendable para altas temperaturas.
Suelen ser de bronce, acero inoxidable, latón y otras aleaciones.

 

Válvulas de macho:
Esta válvula al igual que la de compuerta se destina para el servicio de paso y cierre a 1/4 de vuelta. Dado que el flujo por la válvula es suave y sin interrupción existe poca turbulencia dentro de ella y por lo tanto la caída de presión es baja.
El macho es cónico o cilíndrico y tiene un conducto por el cual circula el líquido. En la posición abierta, la cavidad en el macho conecta los extremos de entrada y salida de la válvula y permite flujo lineal.
Estas válvulas son uno de los tipos ideales para manejar corrientes con alto contenido de sólidos, incluso pastas aguadas muy espesas.
Hay dos tipos de válvula de macho:

• lubricadas: cuya función es evitar las fugas entre la superficie del macho y el asiento en el cuerpo, y reducir la fricción durante la rotación. Las válvulas lubricada se pueden utilizar para estrangulación.
• No lubricadas: donde el macho posee un revestimiento que elimina la necesidad del lubricante. Las válvulas no lubricadas no suelen ser aptas para estrangulación, salvo con pequeñas caída de presión, por el peligro de contracción y aplastamiento de la camisa.

 

Un problema pequeño con las válvulas es accionarla después de haber permanecido en la misma posición un largo tiempo sin moverla.
Una característica importante de la válvula de macho es su fácil adaptación al tipo de orificios múltiples.
Las válvulas macho se utilizan bastante en plantas con procesos químicos. Además, con este tipo de válvula se produce una baja en los costos ya que puede funcionar en numerosas instalaciones y así simplificar la inmensa cantidad de tubería.
Se la puede encontrar de una variedad amplia de materiales: los cuerpos por ejemplo son fabricados en latón, bronce, hierro fundido o maleable, aluminio, acero forjado, fundido, inoxidable, pvc, cpvc, pvdf (fluoro de polivinilideno y polipropileno). Estos últimos son materiales termoplásticos de mucha utilidad en la industria química).
El macho esta fabricado en bronce, acero inoxidable, acero acabado en cromo duro, pvc.

 

Válvulas de bola:
Como su nombre lo dice este tipo de válvulas posee un macho esférico que controla la circulación del liquido.
Estas válvulas son válvulas de macho modificadas, y su uso estaba limitado debido al asentamiento de metal con metal, el que no permitía el debido cierre.

Figura en corte de válvula de bola:

Ahora producto de los avances en la fabricación de plásticos se han sustituido los asientos metálicos por plastómeros modernos.
Consisten en un cuerpo con orificio de venturi y anillos de asientos, una bola para producir el cierre y una jaula con vástago para desplazar la bola en relación con el orificio.
Son rápidas para operarlas, de mantenimiento fácil y su caída de presión es función del tamaño del orificio.
La válvula de bola está limitada a las temperaturas y presiones que permite el material del asiento. Se puede emplear para vapor, agua, aceite, gas, aire, fluidos corrosivos, pastas aguadas y materiales pulverizados secos.
Los principales componentes de estas válvulas son el cuerpo, el asiento y la bola.

 

Hay dos tipos principales de cuerpos para válvulas de bola:

• Cuerpo dividido: la bola y asientos se instalan desde los extremos.
• Entrada superior: acá la bola y los asientos se instalan por la parte superior.

Las válvulas de bola no requieren lubricación y funcionan con un mínimo de torsión. Casi siempre la bola es flotante y el sellamiento se logra con la presión de corriente hacia arriba que empuja la bola contra el anillo de asiento.

 

Válvulas de mariposa:

El nombre de esta válvula viene de la acción tipo aleta del disco regulador de flujo, el que opera en torno a un eje que esta en ángulo recto al flujo. Esta válvula obtura y regula.
La válvula de mariposa consiste en un disco (llamado también chapaleta u hoja), un cuerpo con cojinetes y empaquetadura para sellamiento y soporte, un eje, y un disco de control de fluido.
Este tipo de válvula es recomendada y usada especialmente en servicios donde el fluido contiene gran cantidad de sólidos en suspensión, ya que por su forma es difícil que estos se acumulen en su interior entorpeciendo su funcionamiento.
Aunque estas válvulas son excelentes utilizándolas para control de fluido, su uso más común es para servicio de corte y estrangulamiento cuando se manejan grandes volúmenes de gases y líquidos a presiones relativamente bajas.
Para la estrangulación el disco se mueve a una posición intermedia, en el cual se mantiene por medio de un seguro.

Figuras de válvulas de mariposa:

Se pueden encontrar de extremos roscados, y para tamaños mayores con bridas. Todas estas válvulas tienen limitaciones de temperatura debido al material de asiento y el sello.

El funcionamiento básico de las válvulas de mariposa es sencillo pues sólo requiere una rotación de 90º del disco para abrirla por completo. Además, son válvulas de control muy eficientes en comparación a las otras válvulas de control del tipo globo ya que la velocidad de la corriente en el flujo no se pierde, porque el fluido circula en forma aerodinámica alrededor del disco.
El flujo en los asientos restringidos en las válvulas de globo y alrededor del macho ocasiona grandes caídas de presión.

Válvulas de diafragma:
Las válvulas de diafragma se utilizan para el corte y estrangulación de líquidos con gran cantidad de sólidos en suspención, además desempeñan una serie de servicios importantes para el control de fluido.
Entre sus componentes principales tenemos el cuerpo, el bonete y el diafragma flexible.
Los dos tipos generales son:

• Válvulas de diafragma con cuerpo rectilíneo.
• Válvulas de diafragma con cuerpo tipo vertedero o Sauners.

En las válvulas de diafragma se aísla el fluido del mecanismo de operación o sea, los fluidos no tienen contacto con las piezas de trabajo porque se produciría corrosión y fallaría el servicio.
 Las aplicaciones de este tipo de válvula son mayormente para presiones bajas y pastas aguadas que a la mayoría de los demás equipos los corroerían y obstruirían
 Cuando la válvula se abre, se produce la elevación del diafragma quedando éste fuera de la trayectoria de flujo y el liquido tiene un paso suave y sin obstrucciones.
 Cuando se cierra la válvula, el diafragma asienta con rigidez contra un vertedero o zona circular en el fondo de la válvula.
Los vástagos de las válvulas de diafragma no sufren torsión, solo poseen un movimiento hacia arriba y abajo con la ayuda del pistón de compresión, el que a su vez se puede mover con un brazo de palanca.
 Su duración depende de las presiones, temperaturas y la frecuencia de las aperturas y cierres.

 

Válvulas reguladoras automáticas:

Existe gran variedad, viendo algunas tenemos:
Válvulas de venteo: este tipo de válvula suele utilizarse en acueductos para poder desalojar el exceso de aire dentro de las tuberías, sin permitir la salida del fluido. Su funcionamiento es mediante un flotador esférico que desciende para abrir y asciende con el fluido hasta sellar contra la abertura superior. Se constituyen por cuerpo, el que se construye de hierro fundido, la esfera que es de acero inoxidable o bronce, el asiento de teflón, neopreno o vitón, y las conexiones respectivas que son de hilo y flanges.

Válvulas reguladoras de temperatura: su finalidad es entregar el fluido a una temperatura constante prefijada a la salida de la válvula, sin importar las variaciones que el fluido puede tener a la entrada a la válvula.

Válvulas reguladoras de presión: el objetivo es mantener una presión constante prefijada a la salida de la válvula, no obstante los cambios que pueda tener el fluido a la entrada.

Válvulas reguladoras de seguridad y alivio: se usan para descargar la presión excesiva creada por un fluido dentro de un recipiente, conforme a la presión máxima de ajuste que tenga la válvula. Funcionan por medio de un elemento sensible a la presión (resorte que mantiene la válvula cerrada mediante un disco y su asiento). Luego de producirse la descarga de presión la válvula cierra automáticamente los materiales de construcción para las válvulas antes mencionadas son:

• cuerpo: bronce, hierro y acero fundido.
• Disco y asientos: bronce, acero, acero inoxidable.
• Conexiones: hilos y bridas.

 

En que fijarse al pedir una válvula, características generales:

Tipo	Gama de tamaño (Pulg)	Máxima presión (Psi)	Máxima temperatura (°F)	Material de construcción
Retención	1/8 - 24	Hasta 10000	Hasta1200	Aleaciones especiales, acero inoxidable, acero, bronce, hierro
Bola	1/8 - 42	Hasta10000	Hasta 1000 criogénica	Hierro, acero, latón, bronce, acero inoxidable; plásticos y aleaciones especiales
Aguja	1/8 - 1	Hasta 10000	Hasta 500 criogénica	Bronce, acero, hierro, acero inoxidable
Globo	1/2 - 30	Hasta 2500	Hasta 1000	Aleaciones especiales, acero inoxidable, acero, bronce, hierro
Compuerta	1/2 - 48	Hasta 2500	Hasta 1800	Aleaciones especiales, acero inoxidable, acero, bronce, hierro
Angulo	1/8 - 10	Hasta 2500	Hasta 1000	Aleaciones especiales, acero inoxidable, acero, bronce, hierro
Mariposa		Hasta 2000	Hasta 2000	Materiales para fundir o maquinar. Camisas de plástico, caucho o cerámica.
Macho	Hasta 30	Hasta 5000	Hasta 600	Hierro, latón, acero, acero inoxidable, bronce; plásticos y diversas aleaciones. Disponibles con camisas completas de caucho o plástico

 

Listado de precios según empresa VALVULAS INDUSTRIALES (1998)

TIPO DE VALVULA	TAMAÑO (Pulg)	PRECIO NETO (Pesos)
BOLA BRONCE	1/4 - 4	$1.804 - $70.936
BOLA INOXIDABLE	1/4 - 3	$5.355 - $83.837
BOLA INOX. BRIDA	1 - 10	$31.185 - $ *
GLOBO BRONCE	1/4 - 4	$13.777 - $ *
GLOBO ANGULARES	1/2 - 2	$28.123 - $50.803
GLOBO INOXIDABLE	1/2 - 2	$17.101 - $54.131
COMPUERTA BRONCE	1/2 - 4	$5.920 - $107.240
COMPUERTA INOX	1/2 - 2	$15.284 - $48.838
COMPUERTA BRIDA	2 - 16	$138.600 - $ *
RETENCION BRONCE	1/2 - 4	$12.921 - $378.816
RETENCION INOX	1/2 - 3	$12.616 - $88.420
RETENCION BRIDA	2 - 12	$99.230 - $ *
SEGURIDAD	1/2 - 2	$46.305 - $158.466
CONO BRONCE	1/2 - 2	$16.979 - $100.842
CONO CON BRIDA	2 - 8	$188.108 - $3.652.091
CUCHILLA	3 - 18	$233.060 - $2.309.800
MARIPOSA	2 - 24	$21.149 - $ *
DIAFRAGMA BRIDA	1 - 8	$98.346 - $1.013.907
DIAFRAGMA R.GOMA	1 - 8	$81.802 - $2.539.749
SOLENOIDE 2 VIAS	1/2 - 2	$45.077 - $201.318
PURGA	1/4 - 2	$3.340 - $197.436
VENTOSA	1 - 2	$41.977 - $317.519

( * ): no poseen .

 

BIBLIOGRAFIA

• "Válvulas; selección, uso y mantenimiento", Richard W. Greene. Editorial McGraw-Hill.
• "Catálogos varios en www", información buscada en Internet (fotografías, funcionamiento, materiales de construcción, medidas estándar, etc.)
• "Folletos Industriales", características, variedad de modelos, disponibilidad en el mercado.
• "Válvulas Industriales", Empresa en Antofagasta ubicada en Avda. Antonio Rendic, Barrio Industrial,