Valvulas

= VÁLVULAS =



Tienen como objetivo regular el paso de una corriente o interrumpir completamente su flujo. Ademas minimizan las fugas al ambiente, especialmente cuando se trata de fluidos toxicos, corrosivos o contaminantes. Las válvulas son aparatos mecánicos o electromecánicos, cuya función es la apertura y cierre (ON-OFF) y regulación de flujo. E s uno de los instrumentos de control más esenciales en la industria. Debido a su diseño y materiales, las válvulas pueden abrir y cerrar, conectar y desconectar, regular, modular o aislar una enorme serie de líquidos y gases, desde los más simples hasta los más corrosivos o tóxicos. Sus tamaños van desde unos milímetros hasta los 90 m o más de diámetro (aunque en tamaños grandes suelen llamarse compuertas). Pueden trabajar con presiones que van desde el vació hasta mas de 20000 lb/in² (140 Mpa) y temperaturas desde las criogénicas hasta 1500 °F (815 °C). En algunas instalaciones se requiere un sellado absoluto; en otras, las fugas o escurrimientos no tienen importancia.

El buen funcionamiento de un sistema de cañerías depende en gran parte de la elección adecuada y de la ubicación de las válvulas que controlan y regulan la circulación de los fluidos en la instalación. Alguna valvulas son del tipo todo o nada (on-off), funcionan abriendo o cerrando totallmente el flujo. Otras en cambio pueden ser reguladas, reduciendo la presion y el flujo del fluido. Existen otras que permiten el flujo en una sola direccion. Finalmente pueden fabricarse valvulas para controlar la temperatura, presion, nivel del liquido u otras propiedades del flujo. Podemos clasificar las válvulas de acuerdo a su diseño y su composición química (material). Los principales y más conocidos tipos de válvulas son, compuerta, mariposa, bola, globo, retención, diafragma, etc. Estas las encontrará en detalle y clasificación ingresando en nuestras fichas técnicas.

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**PARTES DE LAS VÁLVULAS **




 * **Disco y asiento (1 y 5):** el disco es la parte móvil que afecta directamente al flujo que atraviesa la válvula, siendo, el asiento, la parte fija sobre la que forma estanqueidad el disco. Se denomina paso a la máxima apertura que se puede conseguir.


 * **Vástago y husillo (2 y 9):** el vástago es la parte que conecta el disco y que permite su giro o desplazamiento, habiéndolos de:
 * Desplazamiento vertical en válvulas de globo o compuerta.
 * Desplazamiento giratorio en válvulas de bola, mariposa y machos.

Husillo se denomina a la parte roscada que acciona el giro del disco y que puede ir en el interior o exterior del cuerpo de la válvula.


 * **Tapa y cuerpo (8 y 6):** conforman la empaquetadura de la válvula, pudiendo tener las siguientes uniones:
 * Tapa y cuerpo roscados
 * Unidos mediante espárragos y tuercas en la parte superior de la tapa.
 * Unidos mediante espárragos con tuercas en parte superior en inferior.

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 * **Junta de estanqueidad (3):** se colocan entre el cuerpo y la tapa o entre la junta y el vástago cuando ambos se encuentran en la misma cámara, soliendo consistir en una junta tórica o un prensaestopas.
 * **Operadores:** pueden ser manuales o motorizados. Los motorizados se instalan para comandado a distancia o en zonas de difícil acceso y se accionan mediante presión neumática o hidráulica o eléctricamente. Estos últimos nunca en zonas con peligro de incendio.


 * DE VÁSTAGO MOVIL:**


 * **Válvulas de compuerta **

Son las más utilizadas, adecuadas para abrir o cerrar completamente la conducción del fluido. Es barata y puede operar por mucho tiempo sin problemas. Puede tolerar altas presiones y temperaturas.

Son utilizadas para el flujo de fluidos limpios y sin interrupción. No son apropiadas para manejar sólidos suspendidos. La pérdida de carga en la posición abierta es mínima, dado que el diámetro de la abertura a través de la cual pasa el fluido es prácticamente la misma que la de la tubería.

Cuando la válvula está totalmente abierta, el área de flujo coincide con el diámetro nominal de la tubería, por lo que las pérdidas de carga son relativamente pequeñas. Este tipo de válvula no es recomendable para regulación o estrangulamiento ya que el disco podría resultar erosionado. Parcialmente abierta puede sufrir vibraciones.

Usos:
 * Ductos grandes
 * Crudo de petróleo
 * Vapor.
 * Sector petroquímico (permite estanqueidades del tipo metal-metal).



Tienen un uso bastante extendido en el sector petroquímico ya que permite estanqueidades del tipo metal-metal. La operación de abertura y cierre es lenta. Debido al desgaste producido por la fricción no se recomienda en instalaciones donde su uso sea frecuente.Requiere de grandes actuadores difíciles de automatizar. Son difíciles de reparar en la instalación


 * === Válvulas de globo o asiento ===

Las válvulas de globo son llamadas así por la forma esférica de su cuerpo. Si bien actualmente algunos diseños ya no son tan esféricos, conservan el nombre por el tipo de mecanismo.

El obturador de la válvula se desplaza con un movimiento lineal. En la mayoría de los casos, el mecanismo de avance es la de un "tornillo". El vástago del obturador va roscado al bonete de la válvula de globo. En cuanto se le da vueltas al vástago, ya sea mediante un volante o un actuador de giro múltiple, el obturador avanza linealmente. Las válvulas de globo automatizadas pueden tener vástagos sin rosca, y el desplazamiento lineal viene directamente proporcionado por el actuador.

Junto con las válvulas de compuerta son las más corrientes utilizadas para controlar la velocidad de flujo de un fluido. Genera pérdidas de carga grandes.

Usos:
 * Control de procesos.
 * Vapor y gases.


 * ==** Válvulas de diafragma **==

Las válvulas de diafragma se utilizan para el corte y para líquidos que pueden llevar una gran cantidad de sólidos en suspensión. En estas válvulas de diafragma se aisla el fluido de las partes del mecanismo de operación. Esto las hace idóneas en servicios corrosivos o viscosos, ya que evita cualquier contaminación hacia o del exterior. Son muy adaptables. Muy apropiadas para fluidos corrosivos y fluidos con sólidos suspendidos (desde trazas hasta barros) y estas tambien son fáciles de mantener.

No se aplican en sistemas de alta presión.

Las aplicaciones de este tipo de válvula son principalmente para presiones bajas y pastas aguadas que a la mayoría de los demás equipos los corroerían y obstruirían. Usos:
 * presiones bajas
 * pastas aguadas



Hay dos tipos de válvulas de diafragma: **•Weir (paso restringido)**: Las válvulas de este tipo se pueden usar en servicios de apertura y cierre y regulación **•Straightway (paso directo)** también llamadas Straight-Thru. Estas válvulas de diafragma de paso directo solo se usan en servicios de apertura y cierre.


 * DE UN CUARTO DE GIRO:**

Es una de las válvulas más utilizadas en la industria de procesos.
 * ==** Válvulas de bola **==

Excelentes como válvulas de bloqueo (on/off), aunque configuraciones especiales pueden ser utilizadas para regular flujos. Es segura contra emisiones. Presentan una pérdida de carga despreciable cuando están completamente abiertas, y evita que elementos extraños queden atascados en la válvula.

En la válvula de bola un macho esférico agujereado controla la circulación del líquido. El sellado en válvulas de bola es excelente, la bola contacta de forma circunferencial y uniforme el asiento, el cual suele ser de materiales blandos.

Dependiendo del tipo de cuerpo la válvula, su mantenimiento puede ser fácil. La perdida de presión en relación al tamaño del orificio de la bola es pequeña.

El uso de la válvula está limitada por la resistencia a temperatura y presión del material del asiento, metálico o plástico.

Usos:
 * vapor
 * agua
 * aceite
 * gas
 * aire
 * fluidos
 * corrosivos
 * pastas aguadas
 * materiales pulverizados secos

Son empleados para vapor, agua, aceite, gas, aire, fluidos corrosivos, pastas aguadas y materiales pulverizados secos. Según que abrasivos o fluidos fibrosos pueden dañar la superficie de la bola y asiento.

Tipos de válvulas de bola:


 * -Válvula de bola flotante (Float ball valve)**: La válvula se sostiene sobre dos asientos en forma de anillos.


 * -Válvula de bola guiada ("Trunnion"):** La bola es soportada en su eje vertical de rotación por unos muñones. Estos absorben los esfuerzos que realizan la presión del fluido sobre la bola, liberando de tales esfuerzos el contacto entre la bola y el asiento por lo que el par operativo de la válvula se mantiene bajo. Este diseño es recomendado en aplicaciones de alta presión o grandes diámetros.




 * ==** Válvulas de tapón **==

Es el tipo más antiguo de válvula y fue utilizada por los Romanos en cañerías de plomo, lo que dio nombre a los “plomeros”. Es muy utilizada en cañerías de gas dado que son seguras en el cierre. Toleran altas presiones y la presencia de arena. Presentan gran torque, por lo cual son difíciles de operar. Sólo aplicables bajo temperaturas de servicio. Se pueden utilizar para regular flujos. Requieren un programa de mantención. Generan una pérdida de carga apreciable. Las válvulas tapón también son conocidas por su nombre inglés "Plug valves" por el obturador. El obturador puede ser cilíndrico o cónico, se usa en servicio de apertura/cierre y desviación de flujos, ya que pueden tener una configuración multipuerto.

Usos:
 * Fluidos con sólidos en suspensión.
 * Manejo de fluidos corrosivos y tóxicos.

Las válvulas de mariposa son unas válvulas muy versátiles. Tiene una gran capacidad de adaptación a las múltiples solicitaciones de la industria, tamaños, presiones, temperaturas, conexiones, etc., a un coste relativamente bajo. El desarrollo de la válvula de mariposa es más reciente que en otro tipo de válvulas. Una mayor concienciación en el ahorro energético de las instalaciones favoreció su introducción, ya que su pérdida de carga es pequeña.
 * ==** Válvulas de mariposa **==

En un principio se usaba en instalaciones a poca presión de servicio, pero mejoras tecnológicas permitió evolucionar la válvula de mariposa a usos de altas prestaciones. El funcionamiento básico de las válvulas de mariposa es sencillo pues sólo requiere una rotación de 90º del disco para abrirla por completo. La operación es como en todas las válvulas rotativas rápida.

Poco desgaste del eje, poca fricción y por tanto un menor par, que resulta en un actuador más barato. El actuador puede ser manual, oleohidráulico o motorizado eléctricamente, con posibilidad de automatización.

Es el tipo de válvula más compacta y normalmente es la más económica. Diseños especiales se requieren para un bloqueo ajustado y para una regulación adecuada. No es apropiada para fluidos abrasivos. Los tipos comunes no presentan un cierre hermético. Presentan una pérdida de carga mucho mayor que las válvulas de compuerta. La pérdida de carga es pequeña. Cuando la válvula está totalmente abierta, la corriente circula de forma aerodinámica alrededor del disco, y aunque la pérdida de carga es ligeramente superior a las válvulas esféricas o de compuerta, ya que estás tienen la sección totalmente libre de obstáculos, es claramente inferior a la válvula globo.

Las válvulas de mariposa estan preparadas para admitir cualquier tipo de fluido gas, líquido y hasta sólidos. A diferencia de las válvulas de compuerta, globo o bola, no hay cavidades donde pueda acumularse sólidos impidiendo la maniobrabilidad de la válvula. La presión y temperatura de diseño son factores relacionados, a una misma presión, con el aumento de la temperatura, baja las prestaciones de la válvula por la menor capacidad que tienen los materiales a altas temperatura. De la misma forma que las válvulas de compuerta, globo, y bola, admite asientos metálicos que pueden soportar grandes presiones y temperaturas extremas.

Usos:
 * Ductos de agua potable de grandes dimensiones.
 * Servicios de agua y aire

=VÁLVULAS CHECK=

Las válvulas de retención son también conocidas como válvulas check, válvulas de contraflujo, válvulas de no retorno, entre otros nombres.

Tienen el propósito de permitir el flujo en un solo sentido y su aplicación principal es en la descarga de bombas. Su función es prevenir que el flujo bombeado regrese una vez que las bombas se detienen. También evitan que el flujo de retorno provoque un giro inverso de las bombas, lo cual puede en algunos casos, dañar los equipos de bombeo.

Las válvulas que contienen resortes o mecanismos internos susceptibles a interceptar sólidos no pueden utilizarse en aplicaciones de aguas residuales y su uso se limita a proyectos de agua potable o aguas residuales.

**1. Válvula de Retención de Columpio, VRC (Swing Check Valve)**


Características

• Es la válvula de retención básica y primera que existió.

• El disco abre 90º en su posición totalmente abierta por lo tanto tiene un desplazamiento muy largo (principalmente en diámetros grandes)

• El peso del disco (principalmente en diámetros mayores) genera una alta oposición al flujo y por lo tanto una alta caída de presión.

• Para disminuir la caída de presión y compensar la obstrucción que causa el disco, el cuerpo de la válvula es ensanchado (aspecto de bola) para proporcionar al menos la misma área libre de flujo de la tubería.

• El pasador (normalmente de acero inoxidable) genera mucha fricción con los cojinetes (bujes) en los extremos del cuerpo, lo cual hace más lento el desplazamiento del disco.

• Debido a su cierre lento, algunos fabricantes le han adicionado accesorios que aceleran su cierre como es el caso de palancas, contrapesos y resortes. Estos accesorios aceleran el cierre de la válvula pero incrementan significativamente la caída de presión.

• No es recomendable para aplicaciones de diámetros grandes (digamos mayores de 12” o mayores), ni para aplicaciones de alta presión o alta velocidad de flujo.

• Potencialmente es la válvula check con mayor potencial de presentar problemas de golpe de ariete.

• Puede ser usada en aplicaciones de aguas residuales o con sólidos

2. Válvula de Retención de Columpio de Hule Inclinado, VRCH (Rubber Flapper Swing Check)


Características

• El disco descansa a 45º y abre solo 35º hasta su posición totalmente abierta. El desplazamiento del disco es más corto que el de la válvula de columpio tradicional y por lo tanto su cierre es más rápido.

• El peso del disco es menor ya que la mayor parte del disco es hule y solo el núcleo es de hierro, lo cual disminuye la caída de presión.

• El pasador (normalmente de acero inoxidable) esta embebido en el cuerpo de hule del disco, por lo que el disco se desplaza (columpia) gracias al pivoteo o flexión del mismo hule del disco, lo que elimina totalmente la fricción del arreglo típico de pasador y cojinetes metálicos. Este tipo de bisagra flexible de hule disminuye el tiempo de cierre y la caída de presión.

• Esta válvula presenta una buena combinación entre caída de presión moderada y bajo potencial de presentar problemas de golpe de ariete.

• Esta válvula es especial para aplicaciones de aguas residuales o con sólidos.

• Para disminuir la caída de presión y compensar laobstrucción que causa el disco, el cuerpo de la válvula es ensanchado (aspecto de bola) para proporcionar al menos la misma área libre de flujo de la tubería.

• Esta válvula es prácticamente libre de mantenimiento.

**3. Válvula de Retención de Doble Disco o Doble Puerta, VRDD (Dual Disc Check Valve)**


Características

• El disco esta partido en dos mitades y sujetas a un poste intermedio mediante un resorte de torsión. Al dividir el disco en dos partes, se reduce el peso del disco y la distancia de desplazamiento para cerrar.

• Las mitades de disco están accionadas por un resorte, lo cual acelera la velocidad de cerrado pero incrementa la caída de presión.

• Estas válvulas son más susceptibles de requerir mantenimiento debido principalmente al desgaste o vencimiento del resorte de torsión.

• El cuerpo tipo oblea de esta válvula es muy compacto, lo cual ahorra mucho material (hierro) para la manufactura del cuerpo y hace su precio muy atractivo.

• El cuerpo tipo oblea no permite el ensachamiento, por lo que el área libre de flujo con respecto a la tubería es reducida incrementándose la caída de presión.

• Esta válvula solo puede utilizarse en aplicaciones de agua potable o agua cruda.

4. Válvula de Retención de Disco Oblicuo, VRDO (Tilted Disc Check Valve)


Características

• Es una válvula de columpio pero con pivote excéntrico. El 30% del disco esta por arriba del pivote y el 70% por debajo. Cuando el disco abre, el 30% del disco por arriba del pivote auxilia en la apertura del disco (efecto subibaja), lo cual disminuye la caída de presión.

• El disco cierra en un ángulo de 55º y su posición 100% abierta es de 15º, por lo que su desplazamiento es de solo 40º, lo cual disminuye el tiempo de cerrado.

• El cuerpo esta dividido en dos partes (bridado al centro) lo cual ensancha el área libre de flujo al 140% del área de la tubería, disminuyendo las pérdidas de presión, pero aumentando el peso, tamaño y costo de la válvula.

• Esta válvula solo puede utilizarse en aplicaciones de agua potable o agua cruda.

• Esta válvula presenta una muy baja caída de presión y bajo potencial de generar golpe de ariete.

5. Válvula de Retención Tipo Silenciosa, VRS (Silent Check Valve)


Características

• Se le conoce como silenciosa debido a que no produce golpe de ariete por su alta velocidad de cierre entre 1/20 y 1/10 de segundo.

• Disponible en cuerpo compacto tipo oblea o globo (bridado). La válvula de cuerpo compacto es más ligera y económica pero no puede ser ensanchada, lo cual disminuye el área libre de flujo y aumenta la caída de presión.

• El disco es accionado por un resorte, por lo que cierra muy rápidamente, pero genera mayor resistencia a la apertura e incrementa la caída de presión.

• La distancia de cierre es lineal y muy corta (aproximadamente un cuarto del tamaño de la válvula), por ejemplo una válvula de 4” tiene una distancia de cierre de 1”.

• Esta válvula solo puede utilizarse en aplicaciones de agua potable o agua cruda.

• Esta válvula presenta una alta caída de presión y muy bajo potencial de generar golpe de ariete.

6. Válvula de Retención Tipo Tobera, VRT (Nozzle Check Valve)


Características

• Es un diseño de válvula similar a la silenciosa pero con un cono difusor hidrodinámico que disminuye la turbulencia del flujo y la caída de presión. Los conos difusores obligan a un cuerpo más alargado y costoso.

• En diámetros mayores el disco es reemplazado por un anillo, lo cual disminuye el peso del disco y acelera el tiempo de cierre. El tiempo de cierre es igual o superior al de la válvula silenciosa.

• Los conos difusores producen una alta velocidad que genera una presión de vacío (efecto Venturi) que ayuda en la apertura del disco o anillo disminuyendo así la caída de presión que es la principal desventaja de las válvulas silenciosas.

• Esta válvula solo puede utilizarse en aplicaciones de agua potable o agua cruda.

• Esta válvula presenta una muy baja caída de presión y el más bajo potencial de generar golpe de ariete. Su costo es el mayor de todas las válvulas de retención.

CRITERIOS DE SELECCIÓN DE VÁLVULAS DE RETENCIÓN
Son cuatro criterios que se deben evaluar para seleccionar cual válvula de retención se debe utilizar: I.- Tipo de aplicación:
 * Agua Cruda
 * Agua Potable
 * Agua Residual

II.- Potencial de Golpe de Ariete (Water Hammer)

III.- Caída de Presión (Head Loss)

IV.- Costo ($)


 * TIPO DE APLICACIÓN**

La geometría interna de los componentes de la válvula determina si es posible o no utilizarla en aplicaciones de aguas residuales con sólidos. Las válvulas con cierre asistido por resortes pueden ser utilizadas en aplicaciones verticales con flujo hacia abajo.



= Electro Válvulas =

Las electro válvulas pueden ser de los tipos antes mencionados, la característica de dichas válvulas es que son accionadas por pulsos eléctricos. en el mando de la válvula se encuentra ubicado o un pistón o un motor, el cual mediante un impulso electrico acciona una bobina la cual permite que el motor o el pistón se active permitiendo que la valvula se cierre o se abra. Estas válvulas son especialmente utilizadas en procesos automatizados o en zonas de dificil acceso como calderos.





= SIMBOLOGIA =



Materiales
Dependiendo del material utilizado en el cuerpo de la válvula, se denominan como válvulas de:


 * acero al carbono, como el forjado A105N que se usa en la mayoría de procesos industriales inocuos
 * acero inoxidable, como el A182 F316 que se usa en situaciones de corrosión o temperatura menor
 * acero aleado, como el super duplex forjado A182 F55 que se usa en procesos altamente corrosivos, como la destilación del agua marina.

Presión Nominal
Para estandarizar las válvulas se estipulan diferentes presiones máximas a las que pueden trabajar. Se denomina con la sigla PN -valor establecido en bar- y se encuentra, generalmente, impreso en el cuerpo de la válvula.

Extremos

 * Soldados
 * Roscados
 * Polietileno press-fitting
 * Easyquick (empalme rápido)
 * EasyQuick Plus (empalme rápido desmontables
 * Bridados

**IMPORTANCIA DE VÁLVULAS EN LOS PROCESOS DE FERMENTACIÓN EN OPERACIONES ASÉPTICAS**
El flujo de líquidos desde y hacia el fermentador se controla por medio de válvulas, su construcción debe ser apta para la operación aséptica. Los diseños de comunes como una simpple atajedera y las válvulas de globo presentan tendencia a fugrase alrededor del vástago de la válvula y acumulan sólidos del cultivo en el mecanismo de cierre. Aunque estas válvulas se utilizan en la industria de fermentación, no son aconsejables si se necesitan un elevado nivel de esterilización.(Doran,1998) Es reomendable las válvulas de estrangulamiento y de difragma. Estos diseños utilizan mangas flexibles o diafragmas de manera que el mecanismo de cierre está aislado del contenido de la tubería y no existen espacios muertos en las estructuras de las válvulas. Como cierre de la válvula se utilizan gomas o neopreno, capaces de aguantar repetidos ciclos de esterilización. El mayor inconveniente que presentan este tipo de válvulas es la necesidad de revisar regularmente estos componentes. Si se desea minimizar costes en la construcción de fermentadores pueden utilizarse también válvulas de bola y de pistón.(Doran 1998)




 * BIBLIOGRAFIA:**


 * Gelmi, C. (2006). Fundamentos de Operaciones Unitarias: Serie de clases de Ingeniería Química. http://web.ing.puc.cl/~wwwiiq/sb/recursos/archivos/Libro_OOUUIvf
 * PlumbingHelp.Plumbing and heating valve symbols. []
 * Válvulas. Tipos de válvulas. []
 * [|http://es.wikipedia.org/wiki/V%C3%A1lvula_industrial#Caracter.C3.ADsticas_de_v.C3.A1lvulas]
 * Luna, M. Guía de Selección de Válvulas de Retención. []