Válvula
Una válvula es un dispositivo u objeto natural que regula, dirige o controla el flujo de un fluido (gases, líquidos, sólidos fluidizados o lodos) abriendo, cerrando u obstruyendo parcialmente varios pasajes. Las válvulas son técnicamente accesorios, pero generalmente se analizan como una categoría separada. En una válvula abierta, el fluido fluye en una dirección de mayor presión a menor presión. La palabra se deriva del latín valva, la parte móvil de una puerta, a su vez de volvere, girar, rodar.
La válvula más simple y muy antigua es simplemente una aleta libremente articulada que se balancea hacia abajo para obstruir el flujo de fluido (gas o líquido) en una dirección, pero es empujada hacia arriba por el flujo mismo cuando el flujo se mueve en la dirección opuesta. Esto se llama válvula de retención, ya que evita o "controla" el flujo en una dirección. Las válvulas de control modernas pueden regular la presión o el flujo aguas abajo y operar en sistemas de automatización sofisticados.
Las válvulas tienen muchos usos, incluido el control del agua para riego, usos industriales para controlar procesos, usos residenciales como control de encendido/apagado y presión para lavavajillas y lavadoras de ropa y grifos en el hogar. Incluso las latas de aerosol tienen una pequeña válvula incorporada. Las válvulas también se utilizan en los sectores militar y de transporte. En los conductos de HVAC y otros flujos de aire cercanos a la atmósfera, las válvulas se denominan amortiguadores. En los sistemas de aire comprimido, sin embargo, se utilizan válvulas, siendo el tipo más común las válvulas de bola.
Aplicaciones
Las válvulas se encuentran en prácticamente todos los procesos industriales, incluido el procesamiento de agua y aguas residuales, la minería, la generación de energía, el procesamiento de petróleo, gas y petróleo, la fabricación de alimentos, la fabricación de productos químicos y plásticos y muchos otros campos.
Las personas en los países desarrollados usan válvulas en su vida diaria, incluidas válvulas de plomería, como grifos para agua del grifo, válvulas de control de gas en cocinas, válvulas pequeñas instaladas en lavadoras y lavavajillas, dispositivos de seguridad instalados en sistemas de agua caliente y válvulas de asiento en automóviles. motores
En la naturaleza existen válvulas, por ejemplo, válvulas unidireccionales en las venas que controlan la circulación sanguínea y válvulas cardíacas que controlan el flujo de sangre en las cavidades del corazón y mantienen la acción de bombeo correcta.
Las válvulas pueden ser operadas manualmente, ya sea por una manija, palanca, pedal o rueda. Las válvulas también pueden ser automáticas, impulsadas por cambios en la presión, la temperatura o el flujo. Estos cambios pueden actuar sobre un diafragma o un pistón que a su vez activa la válvula, ejemplos de este tipo de válvula que se encuentran comúnmente son válvulas de seguridad instaladas en sistemas de agua caliente o calderas.
Los sistemas de control más complejos que utilizan válvulas que requieren un control automático basado en una entrada externa (es decir, la regulación del flujo a través de una tubería hasta un punto de ajuste variable) requieren un actuador. Un actuador accionará la válvula dependiendo de su entrada y configuración, lo que permite que la válvula se posicione con precisión y permite el control de una variedad de requisitos.
Variación
Las válvulas varían ampliamente en forma y aplicación. Los tamaños suelen oscilar entre 0,1 mm y 60 cm. Las válvulas especiales pueden tener un diámetro superior a 5 metros.
Los costos de las válvulas varían desde válvulas desechables simples y económicas hasta válvulas especializadas que cuestan miles de dólares estadounidenses por pulgada del diámetro de la válvula.
Las válvulas desechables se pueden encontrar en artículos domésticos comunes, incluidos dispensadores de minibomba y latas de aerosol.
Un uso común del término válvula se refiere a las válvulas de asiento que se encuentran en la gran mayoría de los motores de combustión interna modernos, como los de la mayoría de los vehículos que funcionan con combustibles fósiles, que se utilizan para controlar la admisión de la mezcla de combustible y aire y permitir la ventilación de los gases de escape.
Tipos
Las válvulas son bastante diversas y se pueden clasificar en varios tipos básicos. Las válvulas también se pueden clasificar según la forma en que se accionan:
- Hidráulico
- Neumático
- Manual
- Válvula de solenoide
- Motor
Componentes
Las partes principales del tipo de válvula más habitual son el cuerpo y la tapa. Estas dos partes forman la carcasa que contiene el fluido que pasa por la válvula.
Cuerpo
El cuerpo de la válvula es la carcasa exterior de la mayor parte o la totalidad de la válvula que contiene las piezas internas o internos. El bonete es la parte de la carcasa a través de la cual pasa el vástago (ver más abajo) y que forma una guía y un sello para el vástago. El bonete normalmente se enrosca o se emperna al cuerpo de la válvula.
Los cuerpos de las válvulas suelen ser metálicos o de plástico. El latón, el bronce, el bronce de cañón, el hierro fundido, el acero, los aceros aleados y los aceros inoxidables son muy comunes. Las aplicaciones de agua de mar, como las plantas de desalinización, a menudo usan válvulas dúplex, así como también válvulas súper dúplex, debido a sus propiedades resistentes a la corrosión, particularmente frente al agua de mar caliente. Las válvulas de aleación 20 se utilizan normalmente en plantas de ácido sulfúrico, mientras que las válvulas de monel se utilizan en plantas de ácido fluorhídrico (ácido HF). Las válvulas de Hastelloy se usan a menudo en aplicaciones de alta temperatura, como plantas nucleares, mientras que las válvulas de inconel se usan a menudo en aplicaciones de hidrógeno. Los cuerpos de plástico se utilizan para presiones y temperaturas relativamente bajas. PVC, PP, PVDF y nailon reforzado con fibra de vidrio son plásticos comunes que se utilizan para los cuerpos de las válvulas.
Capó
Un bonete actúa como una cubierta en el cuerpo de la válvula. Por lo general, se atornilla de forma semipermanente en el cuerpo de la válvula o se emperna sobre él. Durante la fabricación de la válvula, las partes internas se colocan en el cuerpo y luego se coloca la tapa para mantener todo unido por dentro. Para acceder a las partes internas de una válvula, un usuario quitaría el capó, generalmente para mantenimiento. Muchas válvulas no tienen bonetes; por ejemplo, las válvulas de tapón generalmente no tienen tapas. Muchas válvulas de bola no tienen sombreretes, ya que el cuerpo de la válvula está ensamblado en un estilo diferente, como atornillado en el medio del cuerpo de la válvula.
Puertos
Los puertos son pasajes que permiten que el fluido pase a través de la válvula. Los puertos están obstruidos por el miembro de la válvula o el disco para controlar el flujo. Las válvulas suelen tener 2 puertos, pero pueden tener hasta 20. La válvula casi siempre está conectada en sus puertos a tuberías u otros componentes. Los métodos de conexión incluyen roscas, accesorios de compresión, pegamento, cemento, bridas o soldadura.
Mango o actuador
Se utiliza una manija para controlar manualmente una válvula desde el exterior del cuerpo de la válvula. Las válvulas controladas automáticamente a menudo no tienen manijas, pero algunas pueden tener una manija (o algo similar) de todos modos para anular manualmente el control automático, como una válvula de retención. Un actuador es un mecanismo o dispositivo para controlar automática o remotamente una válvula desde el exterior del cuerpo. Algunas válvulas no tienen manija ni actuador porque se controlan automáticamente desde adentro; por ejemplo, las válvulas de retención y las válvulas de alivio pueden no tener ninguna.
Desct
Un disco o miembro de válvula es una obstrucción móvil dentro del cuerpo estacionario que restringe de manera ajustable el flujo a través de la válvula. Aunque tradicionalmente tienen forma de disco, los discos vienen en varias formas. Dependiendo del tipo de válvula, un disco puede moverse linealmente dentro de una válvula, o girar sobre el vástago (como en una válvula de mariposa), o girar sobre una bisagra o muñón (como en una válvula de retención). Una bola es un miembro de válvula redondo con uno o más caminos entre puertos que lo atraviesan. Al girar la bola, el flujo se puede dirigir entre diferentes puertos. Las válvulas de bola utilizan rotores esféricos con un orificio cilíndrico perforado como paso de fluido. Las válvulas de macho usan rotores cónicos o cilíndricos llamados machos. También son posibles otras formas redondas para los rotores en las válvulas de rotor, siempre que el rotor se pueda girar dentro del cuerpo de la válvula. Sin embargo, no todos los discos redondos o esféricos son rotores; por ejemplo, una válvula de retención de bola usa la bola para bloquear el flujo inverso, pero no es un rotor porque operar la válvula no implica la rotación de la bola.
Asiento
El asiento es la superficie interior del cuerpo que hace contacto con el disco para formar un sello hermético. En los discos que se mueven linealmente o giran sobre una bisagra o muñón, el disco entra en contacto con el asiento solo cuando la válvula está cerrada. En los discos que giran, el asiento siempre está en contacto con el disco, pero el área de contacto cambia a medida que gira el disco. El asiento siempre permanece estacionario en relación con el cuerpo.
Los asientos se clasifican según si están cortados directamente en el cuerpo o si están hechos de un material diferente:
- Los asientos duros son parte integral del cuerpo de la válvula. Casi todas las válvulas de metal con asiento duro tienen una pequeña cantidad de fugas.
- Los asientos blandos se instalan en el cuerpo de la válvula y están fabricados con materiales más blandos, como PTFE o varios elastómeros, como NBR, EPDM o FKM, según la temperatura máxima de funcionamiento.
Una válvula de asiento blando cerrada es mucho menos propensa a fugas cuando está cerrada, mientras que las válvulas de asiento duro son más duraderas. Las válvulas de compuerta, de globo y de retención suelen tener un asiento rígido, mientras que las válvulas de mariposa, de bola, de macho y de diafragma suelen tener un asiento blando.
Provenir
El vástago transmite el movimiento del mango o dispositivo de control al disco. El vástago generalmente pasa a través del capó cuando está presente. En algunos casos, el vástago y el disco se pueden combinar en una sola pieza, o el vástago y el mango se combinan en una sola pieza.
El movimiento transmitido por el vástago puede ser una fuerza lineal, un par de rotación o alguna combinación de estos (válvula de ángulo que utiliza pasador de reactor de par y conjunto de cubo). La válvula y el vástago se pueden enroscar de manera que el vástago se pueda enroscar dentro o fuera de la válvula girándolo en una dirección u otra, moviendo así el disco hacia adelante o hacia atrás dentro del cuerpo. El empaque se usa a menudo entre el vástago y el bonete para mantener el sello. Algunas válvulas no tienen control externo y no necesitan un vástago como en la mayoría de las válvulas de retención.
Las válvulas cuyo disco está entre el asiento y el vástago y donde el vástago se mueve en una dirección hacia la válvula para cerrarla son de asiento normal o de asiento delantero. Las válvulas cuyo asiento está entre el disco y el vástago y donde el vástago se mueve en una dirección fuera de la válvula para cerrarla son de asiento inverso o de asiento trasero. Estos términos no se aplican a válvulas sin vástago o válvulas que usan rotores.
Juntas
Las juntas son los sellos mecánicos, o empaquetaduras, que se utilizan para evitar la fuga de un gas o fluidos de las válvulas.
Bolas de válvula
Una válvula de bola también se usa para aplicaciones de servicio severo, alta presión y alta tolerancia. Por lo general, están hechos de acero inoxidable, titanio, Stellite, Hastelloy, latón o níquel. También pueden estar fabricados en diferentes tipos de plástico, como ABS, PVC, PP o PVDF.
Primavera
Muchas válvulas tienen un resorte para la carga del resorte, para cambiar normalmente el disco a alguna posición de manera predeterminada pero permitir que el control reposicione el disco. Las válvulas de alivio comúnmente usan un resorte para mantener la válvula cerrada, pero permiten una presión excesiva para forzar la apertura de la válvula contra la carga del resorte. Normalmente se utilizan resortes helicoidales. Los materiales de resorte típicos incluyen acero cincado, acero inoxidable y, para aplicaciones de alta temperatura, Inconel X750.
Recortar
Los elementos internos de una válvula se conocen colectivamente como internos de válvula. De acuerdo con las normas API 600, "Válvula de compuerta de acero con bridas y extremos soldados a tope, bonetes atornillados", la moldura consiste en un vástago, una superficie de asiento en el cuerpo, una superficie de asiento de la compuerta, un buje o una soldadura depositada para el asiento trasero y la guía del orificio del vástago., y piezas internas pequeñas que normalmente están en contacto con el fluido de servicio, excluyendo el pasador que se usa para hacer una conexión entre el vástago y la compuerta (este pasador debe estar hecho de un material de acero inoxidable austenítico).
Posiciones de funcionamiento de la válvula
Las posiciones de las válvulas son condiciones de funcionamiento determinadas por la posición del disco o rotor en la válvula. Algunas válvulas están hechas para operar en un cambio gradual entre dos o más posiciones. Las válvulas de retorno y las válvulas de retención permiten que el fluido se mueva en 2 o 1 direcciones respectivamente.
Válvulas de dos vías
Las posiciones de funcionamiento de las válvulas de 2 puertos pueden cerrarse (cerrarse) para que no pase ningún flujo, abrirse completamente para un flujo máximo o, a veces, abrirse parcialmente en cualquier grado intermedio. Muchas válvulas no están diseñadas para controlar con precisión el grado intermedio de flujo; dichas válvulas se consideran abiertas o cerradas. Algunas válvulas están especialmente diseñadas para regular cantidades variables de flujo. Estas válvulas han recibido varios nombres, como válvulas de regulación, estrangulamiento, medición o aguja.. Por ejemplo, las válvulas de aguja tienen discos cónicos alargados y asientos a juego para un control fino del flujo. Para algunas válvulas, puede haber un mecanismo para indicar cuánto está abierta la válvula, pero en muchos casos se usan otras indicaciones de caudal, como medidores de flujo separados.
En plantas con operación de proceso controlada a distancia, como refinerías de petróleo y plantas petroquímicas, algunas válvulas de 2 vías pueden designarse como normalmente cerradas (NC) o normalmente abiertas (NO) durante la operación normal. Ejemplos de válvulas normalmente cerradas son válvulas de muestreo, que sólo se abren mientras se toma una muestra. Otros ejemplos de válvulas normalmente cerradas son las válvulas de cierre de emergencia, que se mantienen abiertas cuando el sistema está en funcionamiento y se cerrarán automáticamente al desconectar la fuente de alimentación. Esto sucede cuando hay un problema con una unidad o una sección de un sistema de fluidos, como una fuga, para aislar el problema del resto del sistema. Ejemplos de válvulas normalmente abiertas son las válvulas de suministro de gas de purga o las válvulas de alivio de emergencia. Cuando hay un problema, estas válvulas se abren (al apagarlas), lo que hace que la unidad se enjuague y se vacíe.
Aunque se fabrican muchas válvulas de 2 vías en las que el flujo puede ir en cualquier dirección entre los dos puertos, cuando se coloca una válvula en una determinada aplicación, a menudo se espera que el flujo salga de un puerto determinado en el lado aguas arriba de la válvula. al otro puerto en el lado de aguas abajo. Los reguladores de presión son variaciones de válvulas en las que se controla el caudal para producir una determinada presión aguas abajo, si es posible. A menudo se utilizan para controlar el flujo de gas de un cilindro de gas. Un regulador de contrapresión es una variación de una válvula en la que se controla el flujo para mantener cierta presión aguas arriba, si es posible.
Válvulas de tres vías
Las válvulas con tres puertos cumplen muchas funciones diferentes. Algunas de las posibilidades se enumeran aquí.
Las válvulas de bola de tres vías vienen con conductos de fluido en forma de T o L dentro del rotor. La válvula T puede usarse para permitir la conexión de una entrada a una o ambas salidas o la conexión de las dos salidas. La válvula L podría usarse para permitir la desconexión de ambas o la conexión de cualquiera de las dos entradas a una salida, pero no de ambas.
Las válvulas de lanzadera conectan automáticamente la entrada de mayor presión a la salida mientras que (en algunas configuraciones) evitan el flujo de una entrada a la otra.
Las válvulas mezcladoras monomando producen una mezcla variable de agua fría y caliente a un caudal variable bajo el control de un solo mando.
Las válvulas mezcladoras termostáticas mezclan agua fría y caliente para producir una temperatura constante en presencia de presiones y temperaturas variables en los dos puertos de entrada.
Válvulas de cuatro puertos
Una válvula de 4 puertos es una válvula cuyo cuerpo tiene cuatro puertos igualmente espaciados alrededor del cuerpo y el disco tiene dos pasajes para conectar puertos adyacentes. Se acciona con dos posiciones.
Se puede utilizar para aislar y derivar simultáneamente un cilindro de muestreo instalado en una línea de agua a presión. Es útil para tomar una muestra de fluido sin afectar la presión de un sistema hidráulico y para evitar la desgasificación (sin fuga, sin pérdida de gas o entrada de aire, sin contaminación externa)....
Control
Muchas válvulas se controlan manualmente con una manija unida al vástago. Si la manija se gira noventa grados entre las posiciones de operación, la válvula se llama válvula de un cuarto de vuelta. Las válvulas de mariposa, de bola y de tapón suelen ser válvulas de un cuarto de vuelta. Si el mango es circular con el vástago como eje de rotación en el centro del círculo, entonces el mango se llama volante.. Las válvulas también se pueden controlar mediante actuadores unidos al vástago. Pueden ser actuadores electromecánicos como un motor eléctrico o un solenoide, actuadores neumáticos controlados por presión de aire o actuadores hidráulicos controlados por la presión de un líquido como aceite o agua. Los actuadores se pueden utilizar con fines de control automático, como en ciclos de lavadora, control remoto, como el uso de una sala de control centralizada, o porque el control manual es demasiado difícil, como cuando la válvula es muy grande. Los actuadores neumáticos y los actuadores hidráulicos necesitan líneas de líquido o aire presurizado para alimentar al actuador: una línea de entrada y una línea de salida. Las válvulas piloto son válvulas que se utilizan para controlar otras válvulas. Las válvulas piloto en las líneas del actuador controlan el suministro de aire o líquido que va a los actuadores.
La válvula de llenado en un tanque de agua del inodoro es una válvula accionada por nivel de líquido. Cuando se alcanza un nivel alto de agua, un mecanismo cierra la válvula que llena el tanque.
En algunos diseños de válvulas, la presión del propio fluido de flujo o la diferencia de presión del fluido de flujo entre los puertos controla automáticamente el flujo a través de la válvula.
Otras Consideraciones
Las válvulas generalmente están clasificadas para temperatura y presión máximas por el fabricante. Los materiales húmedos en una válvula generalmente también se identifican. Algunas válvulas clasificadas para presiones muy altas están disponibles. Cuando un diseñador, ingeniero o usuario decide usar una válvula para una aplicación, debe asegurarse de que nunca se superen la temperatura y la presión máximas nominales y que los materiales mojados sean compatibles con el fluido al que está expuesto el interior de la válvula. En Europa, el diseño de la válvula y los valores nominales de presión están sujetos a la normativa legal en virtud de la Directiva de equipos a presión 97/23/EC (PED).
Algunos diseños de sistemas de fluidos, especialmente en plantas químicas o de energía, se representan esquemáticamente en diagramas de tuberías e instrumentación. En tales diagramas, los diferentes tipos de válvulas están representados por ciertos símbolos.
Las válvulas en buenas condiciones deben estar libres de fugas. Sin embargo, las válvulas eventualmente pueden desgastarse por el uso y desarrollar una fuga, ya sea entre el interior y el exterior de la válvula o, cuando la válvula se cierra para detener el flujo, entre el disco y el asiento. Una partícula atrapada entre el asiento y el disco también podría causar dicha fuga.
Imágenes
Válvula de globo
Una válvula controlada por una rueda (en línea vertical)
válvula de mariposa grande
Válvula de mariposa de hierro fundido
Válvula de mariposa de hierro fundido
Válvula de bola Hastelloy
Válvula de compuerta de acero inoxidable
Válvula de compuerta de acero inoxidable
Válvulas de retención Hastelloy
Válvula de bola dúplex
válvula de compuerta inconel
Válvula de retención tipo wafer de acero inoxidable
válvula de retención inconel
Válvula de bola de acero inoxidable
Válvula de compuerta criogénica 254 SMO
Vista interior de una válvula de retención de inconel de disco basculante
Válvulas de bola dúplex
Válvula de compuerta súper dúplex criogénica congelada durante el funcionamiento
Válvulas de bola súper dúplex
Válvula de retención de inconel con boquilla bridada o válvula de retención axial
Válvula de retención interior de hastelloy, configuración de oblea
Válvula de retención oscilante grande de acero al carbono
Disco para válvula de retención de aleación también conocida como válvula de retención axial
Bolas para válvulas de bola de aleación
Válvula de retención de oblea
Tuercas y tornillos para válvulas incoloy
Resortes de válvula de retención Inconel
Bola para válvula de bola de titanio