VALVULAS
Introduccin Las Vlvulas ya se utilizaban en la poca Romana y
periodo de colonizacin islmica en Espaa como demuestran vestigios
encontrados de rudimentarios objetos de piedra que servan para
interrumpir o desviar el flujo del agua. No obstante la verdadera
aparicin de las Vlvulas en nuestro mundo data de la poca de la
Revolucin Industrial y la utilizacin del vapor como forma de energa
capaz de mantener las maquinas en funcionamiento. Es desde el Siglo
XX cuando, al igual que sucede con el resto de aparatos de
ingeniera e industriales, se produce el desarrollo de las Vlvulas
desde sus primitivos diseos a los sofisticados y especficos de la
actualidad.
En nuestro entorno industrial no podramos concebir la no
existencia de Vlvulas; en un sistema hidrulico de tuberas existen
tres grandes elementos principales: la bomba que produce la presin
necesaria para la impulsin de los fluidos, las tuberas que conducen
estos fluidos y, naturalmente, las Vlvulas, encargadas de controlar
los fluidos. Sin la existencia de las Vlvulas los fluidos viajaran
a travs de las tuberas sin posibilidad de ser utilizados para su
propsito.
Son dispositivos que permiten el control del flujo en la
conduccin, atendiendo a situaciones de: corte y control de flujo,
acumulacin de aire, por llenado y vaciado de la conduccin,
depresiones y sobrepresiones generadas por fenmenos transitorios, y
retroceso del agua por paro del equipo de bombeo, entre otras.
DefinicinLas vlvulas son una parte muy importante del diseo de
sistemas de tuberas. Sus funciones principales son el cierre y la
regulacin. En el primer caso se utilizan para determinar qu ramas
de la instalacin van a estar en servicio, para aislar elementos,
etc. Las vlvulas de regulacin son las que definen el punto de
operacin. Junto con estas dos funciones hay otras muchas para las
que casi siempre existe una vlvula adecuada: evitar el retorno del
fluido, regular o limitar la presin, expulsar el aire, evitar el
vaco, etc. La seleccin de la vlvula ms adecuada en cada caso puede
llegar a ser bastante complicada, debido a la gran variedad de
modelos y precios que existen en el mercado.
Algunas partes comunes de las Vlvulas:
Las Vlvulas independientemente de su tipo disponen de algunas
partes comunes necesarias para el desarrollo de su funcin:
1-Obturador: Tambin denominado disco en caso de parte metlica,
es la pieza que realiza la interrupcin fsica del fluido.
2-Eje: Tambin denominado husillo, es la parte que conduce y fija
el obturador.
3-Asiento: Parte de la vlvula donde se realiza el cierre por
medio del contacto con el obturador.
4-Empaquetadura del eje: Es la parte que montada alrededor del
eje metlico asegura la estanqueidad a la atmsfera del fluido.
5-Juntas de cierre: Es la parte que montada alrededor del rgano
de cierre (en algunos casos) asegura una estanqueidad ms perfecta
del obturador.
6-Cuerpo y Tapa: Partes retenedoras de presin, son el envolvente
de las partes internas de las Vlvulas.
7-Extremos: Parte de la vlvula que permite la conexin a la
tubera, pueden ser bridados, soldados, roscados, ranurados o
incluso no disponer de ellos, es decir, permitir que la vlvula se
acople a la tubera tan solo por las uniones externas (Wafer).
8-Pernos de unin: Son los elementos que unen el cuerpo y tapa de
la vlvula entre s. Para asegurar la estanqueidad atmosfrica hay que
colocar juntas entre estas dos superficies metlicas.
9-Accionamiento: Es el mecanismo que acciona la vlvula.
Observar las partes principales de una vlvula en la siguiente
vlvula tpica:
Vlvula Anticipadora de OndaLa Vlvula Anticipadora de Onda es
indispensable para la proteccin de bombas, equipo de bombeo y todas
las lneas a las que se aplica una presin peligrosa de transitorios
ocasionados por cambios repentinos en la velocidad del flujo dentro
de la lnea.Cuando un sistema de bombeo enciende y apaga
gradualmente, no ocurren transitorios dainos. Pero cuando existe un
fallo de energa que produce un paro repentino de la bomba, provoca
transitorios peligrosos en el sistema que pueden causar daos
severos en los equipos.El fallo de energa en una bomba usualmente
resulta en una baja transitoria en la presin, seguida por un
incremento transitorio de presin.El control de alivio abre con la
onda baja de presin inicial, desviando el regreso de la onda de
presin alta del sistema.
Descripcin
La vlvula protege el sistema de bombeo de golpes de ariete
causados por el paro repentino de la bomba (debido a un paro
elctrico, por ejemplo). La vlvula es una vlvula de alivio montada
en derivacin a la tubera principal, que se abreinstantneamente
cuando la bomba deja de operar, aliviando la presin alta de onda
negativa. La vlvula se cierra lentamente cuando la presin vuelve a
su valor esttico. La vlvula funciona al mismo tiempo como vlvula de
alivio de presin.
La vlvula anticipadora de Onda protege al equipo de bombeo de la
onda de sobrepresin causada por el paro de la bomba o falla de la
energa.Esta vlvula opera con la presin de la lnea de conduccin, y
el nombre de anticipadora se debe a que realiza la apertura de la
vlvula cuando baja la presin hasta un valor prestablecido y evaca a
la atmsfera el exceso de presin que provoca la onda de
sobrepresin.
Las vlvulas anticipadoras se utilizan slo en sistemas en que el
transitorio comienza con depresiones, como es el caso de un paro
accidental de bombas en una lnea de bombeo.Existen diversos tipos
de vlvulas anticipadoras en cuanto a construccin se refiere.
La descripcin de las mismas puede encontrarse en los catlogos de
los fabricantes.Si, durante todo el transitorio, la presin no llega
a bajar hasta el valor a que est ajustada a abrirse la vlvula
anticipadora, la misma permanece inactiva.
Vlvula de Alivio (seguridad)La vlvula aliviadora de presin se
coloca en la tubera para disminuir las sobrepresiones causadas por
un fenmeno transitorio.Es un dispositivo provisto de un resorte
calibrado para abrir una compuerta cuando la presin sobrepasa un
valor determinado.Se recomienda colocar este tipo de elemento, en
conducciones con dimetros pequeos; sin embargo, no debe olvidarse
que las presiones negativas tendrn que resolverse con algn otro
dispositivo.
Su funcin es la de controlar los transitorios cambios bruscos de
presiones al momento del arranque y parada de los equipos de
bombeo, asegurando que estos no sobrepasen los lmites de trabajo
del sistema y de esta manera evitar daos a las tuberas
(roturas).
Sern de tipo anticipadora de onda con control de sub y
sobrepresin (anticipadora y alivio). La vlvula de alivio se
seleccionar bajo los siguientes parmetros:
Con el mximo caudal de bombeo. La velocidad mxima permisible no
debe exceder a los 10 m/seg. El rango de regulacin del piloto de
vlvula, debe estar dado para la presin mxima de la lnea de impulsin
+ 50%. La dimensin de la vlvula debe ser proporcional al caudal de
bombeo y a la velocidad del flujo.
En los transitorios se presentan presiones dinmicas de muy poca
duracin. Las vlvulas de alivio del tipo ms sencillo por lo general
no responden inmediatamente a presiones de esa naturaleza, es
decir, para abrirse necesitan una presin superior a la que en sus
curvas caractersticas se indica o se abren un tiempo despus de
producirse la sobrepresin en la tubera. Esto representa la
principal desventaja de las vlvulas de alivio a ser usadas como
medio de control de transitorios, ya que si la vlvula no reacciona
a tiempo las sobrepresiones se pasaran a otros puntos de la lnea
por ser muy rpido el transitorio. Existen vlvulas de alivio ms
sofisticadas, especialmente fabricadas para control de
transitorios, en que por medio de mecanismos especiales se asegura
su apertura inmediata ante las sobrepresiones del transitorio.Otros
posibles problemas que presenta la vlvula de alivio son un golpeteo
continuo en la vlvula y la posibilidad de generarse un nuevo
transitorio en la conduccin cuando la vlvula cierra.El golpeteo en
la vlvula consiste en que la vlvula va abriendo y cerrando
continuamente, producindose pulsos de descarga a travs de la misma.
La razn del golpeteo es la siguiente: Al abrirse bruscamente la
vlvula y descargar cierto gasto se genera una depresin momentnea en
la vlvula, la presin baja y la vlvula cierra rpidamente. El cierre
rpido genera a su vez una sobrepresin que abre la vlvula de nuevo,
y as sucesivamente. El golpeteo se puede evitar utilizando vlvulas
de alivio especiales con dispositivos que permiten que stas cierren
a una presin inferior a la que abren. Por otra parte, la generacin
de nuevos transitorios debidos al cierre de la vlvula de alivio se
puede solventar utilizando vlvulas que dispongan de algn tipo de
mecanismo de control para el cierre. En conclusin, de la gran
variedad de vlvulas de alivio que se ofrecen en el mercado, las
adecuadas para el control de transitorios son aquellas que tienen
asegurados una apertura rpida y un cierre lento y suave.Si en la
planta de bombeo se instalan ms de una vlvula de alivio para
evacuar un gasto mayor, stas debern entrar en funcionamiento de una
manera escalonada.Esto se conseguir ajustando los resortes de una
manera progresiva, con el fin de minimizar la depresin a que diera
lugar la apertura de stas y la consiguiente introduccin de nuevas
perturbaciones.
Vlvula de control de bombaSe utiliza con la finalidad de purgar
el pozo para evitar daos a los equipos de bombeo por sobrepresiones
en el momento del arranque de la bomba. Deber ser de tipo Globo -
Diafragma y deber instalarse en todas las estaciones de bombeo,
entre la salida de la bomba y la vlvula Check, adems deber estar
conectada a la lnea de limpieza en los pozos o recircular sea la
cisterna en el caso de estaciones de rebombeo.
Vlvula de aire y vaco Las vlvulas de aire y vaco,
tambinllamadasvlvulas de grandes orificios, inyectan o liberan aire
en grandes cantidades mientras la tubera es llenada o vaciada.
Estas vlvulas tambin estn selladas por una bola. Mientras el agua
llena la tubera, la bola se mantiene debajo del orificio y la
vlvula est sellada. Cuando la tubera est siendo vaciada, la bola
cae con el nivel del agua y permite que el aire ingrese en la
tubera.Finalidad:
Purgar grandes caudales de aire durante el llenado de la tubera
e introducir grandes caudales de aire mientras el sistema se vaca.
Esta etapa de introduccin del aire es de importancia crtica para
tuberas susceptibles de colapso en caso de generarse sub presin
cuando se vacan. Adems, la entrada de aire en el sistema influye en
la velocidad de salida del lquido, un factor esencial cuando las
tuberas de agua o de otros fluidos se drenan con fines de
mantenimiento. Este tipo de vlvula funciona slo cuando la tubera se
encuentra en condicin atmosfrica, es decir cuando el sistema no est
presurizado. Cuando el agua fluye por el sistema presurizado, esta
vlvula permanece cerrada.La presin del sistema sobre la abertura
superior de la vlvula genera una fuerza mayor que el peso del
flotador. Por consiguiente, cuando no hay presin en el sistema, el
flotador baja y el aire entra. La liberacin de aire a grandes
velocidades no puede arrastrar el flotador causando el cierre
prematuro de la vlvula, que se cierra hermticamente slo con la
llegada del lquido a la vlvula.
Aplicacin:
Sacar el aire de las tuberas
Evitar el golpe de ariete: El aire debe escapar de las tuberas a
la misma velocidad a la que entra el agua cuando se arranca el
sistema, a fin de evitar el peligroso golpe de ariete.
Eliminar el aire disuelto o atrapado: Debemos permitir que
escape el aire que se acumula durante la operacin del sistema en
puntos elevados, para evitar la formacin den bolsas de aire que
puedan restringir el flujo de agua y provocar el golpe de
ariete.
Permitir la entrada de aire a las tuberas
Evitar la formacin de Vaco en las Tuberas: El aire debe volver a
entrar a las tuberas principales y secundarias cuando se apaga el
sistema para desaguar y evitar el colapso de las tuberas.
Evitar la formacin de Vaco en las Lneas Laterales: Los goteros
de las lneas laterales enterradas o sumergidas en agua pueden
succionar agua sucia y/o tierra por medio del vaco que se genera
cuando no se permite la entrada de aire a las lneas laterales, al
apagar y drenar el sistema.
Vlvula de retencinLas vlvulas retencin, tambin llamadas vlvulas
anti retorno, vlvulas uniflujo o vlvulas "check", tienen por
objetivo cerrar por completo el paso de un fluido en circulacin,
bien sea gaseoso o lquido, en un sentido y dejar paso libre en el
contrario. Tiene la ventaja de un recorrido mnimo del disco u
obturador a la posicin de apertura total.Se utilizan cuando se
pretende mantener a presin una tubera en servicio y poner en
descarga la alimentacin. El flujo del fluido que se dirige desde el
orificio de entrada hacia el de utilizacin tiene el paso libre,
mientras que en el sentido opuesto se encuentra bloqueado. Tambin
se las suele llamar vlvulas unidireccionales.Las vlvulas de
retencin son ampliamente utilizadas en tuberas conectadas a
sistemas de bombeo para evitar golpes de ariete, principalmente en
la lnea de descarga de la bomba.Funcionamiento:
Las vlvulas de retencin tienen como propsito permitir el flujo
en un slo sentido, su aplicacin principal es en la descarga de
bombas. Tiene como funcin prevenir que el flujo bombeado regrese
una vez que las bombas se detienen; tambin evitan que el flujo de
retorno provoque un giro inverso de las bombas, lo cual puede, en
algunos casos, daar los equipos de bombeo.
Las vlvulas que contienen resortes o mecanismos internos
susceptibles a interceptar slidos, no pueden utilizarse en
aplicaciones de aguas residuales, y su uso se limita a proyectos de
agua potable o aguas crudas (pozos).
Requisitos para un buen funcionamiento:
Las caractersticas que define un buen funcionamiento de una
valvula de retencion, son:a) Cierre rpido del obturadorb) Bajo
coeficiente de perdida de cargac) Cierre suave sin golpesd)
Estanqueidade) Mantenimiento reducido
Tipos de vlvula:
Hay varios tipos de vlvula de retencin:
Vlvula de clapeta oscilante: una clapeta oscilante funciona como
obturador y cierra el paso, por gravedad, cuando el fluido circula
en direccin no deseada (ver figura, al principio). Funcionan por
gravedad, por lo que deben colocarse en una posicin
determinada.
Vlvula de muelle: no es necesario que mantengan una posicin
determinada, pues su funcionamiento no depende de la gravedad; de
estas hay dos tipos: En uno, un muelle tarado a cierta presin,
sostiene un obturador sobre un anillo de cierre; la presin del agua
vence la resistencia del muelle dejando pasar el fluido, pero el
muelle cierra el paso cuando el fluido circula en sentido
contrario;
En el otro, llamado de doble clapeta, dos clapetas
semicirculares, giran sobre un eje, cerrando el paso cuando estn
alineadas; un muelle las mantiene en posicin, pero no interviene en
la retencin. Tiene menor prdida de carga que la anterior, a cambio
el cierre es menos estanco.
Vlvula de pistn: un mbolo, terminado en un obturador se apoya
sobre el anillo de cierre; est alojado en un pistn cilndrico de
modo que el fluido, al pasar en la direccin correcta, levanta el
mbolo, pero al cambiar de direccin, el mbolo asienta sobre el
anillo; la forma del apoyo del mbolo ayuda a que la presin del agua
en retroceso apriete el obturador sobre el anillo de cierre. Como
la primera, requiere ser montada en posicin adecuada, pues tambin
funciona por gravedad.
Vlvula de retencin de bola: es un tipo especial para terminales
de bombas de extraccin de pozos, por ejemplo; una bola se asienta
sobre el anillo de cierre; cuando la bomba extrae agua del depsito
o pozo, la bola se levanta y se dispone en un alojamiento lateral
para no estorbar el paso, pero cuando para la bomba, retorna, por
gravedad, a su posicin de cierre para evitar que la tubera se
vace.
Simbologa
Vlvula de interrupcinEs un dispositivo para interrumpir o
regular el flujo de un fluido en un conducto. La vlvula de
interrupcin juega un papel muy importante en el bucle de la
regulacin. Realiza la funcin de variar el caudal del fluido de
control que modifica a su vez el valor de la variable medida
comportndose como un orificio de rea continuamente variable.El
cuerpo de la vlvula contiene en su interior el obturador y los
asientos y est provisto de rosca o de bridas para conectar la
vlvula a la tubera. El obturador es quien realiza la funcin de
control de paso del fluido y puede actuar en la direccin de su
propio eje o bien tener un movimiento rotativo.Las vlvulas pueden
ser de varios tipos segn sea el diseo del cuerpo y el movimiento
del obturador. Las vlvulas de movimiento lineal en las que el
obturador se mueve en la direccin de su propio eje se clasifican
como se especifica a continuacin.
Clasificacin:Las vlvulas pueden ser de varios tipos segn sea el
diseo del cuerpo y el movimiento del obturador. Se clasifican como
se especifica a continuacin. Vlvula de Globo. Vlvula en Angulo.
Vlvula de tres vas. Vlvula compuerta. Vlvula de mariposa. Vlvula de
bola, etc.
Funcin: Las vlvulas de interrupcin de flujo se usan para regular
o controlar el flujo de un lquido a travs de un sistema. Por lo
general, ese sistema es industrial o tiene un propsito industrial.
Por ejemplo un sistema de agua utiliza vlvulas de interrupcin de
flujo para mantener el flujo de agua bajo control.
Simbologa