Valvulas Para Tuberias

Universidad Nacional de Colombia – Sede Bogotá Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería Civil y Agrícola Hidráulica Básica

Septiembre 01 de 2009 Cristian Camilo Cruz Rangel

Válvulas para tuberías Introducción Las son de los instrumentos de control más utilizados en la industria, son elementos que están instalados en una tubería y que pueden realizar alguna de las siguientes funciones tanto de forma automática como por accionamiento manual: 1) 2) 3) 4) 5)

Impedir completamente la circulación de un fluido (líquido o gas) por la tubería o, por el contrario permitir su paso sin ningún obstáculo. Variar la pérdida de carga que sufre el fluido al atravesar la válvula (regular el caudal). Permitir la circulación del fluido a través de la válvula en un único sentido. Permitir que pase el fluido a través de la válvula, únicamente cuando la diferencia de presión a un lado y a otro de la misma sobrepasa un cierto valor, previamente establecido. Permitir el paso del fluido a través de la válvula, cuando dicho fluido se presenta en forma líquida, pero no si se presenta en forma de gas o vapor, o viceversa.

Las válvulas pueden estar unidas a las tuberías que con ellas se conecta mediante bridas, soldadura a tope, soldadura a solape, rosca u otros procedimientos. Una válvula se puede definir como un aparato mecánico con el cual se puede iniciar, detener o regular la circulación (paso) de líquidos o gases mediante una pieza movible que abre, cierra u obstruye en forma parcial uno o más orificios o conductos. Son capaces de realizar estas operaciones con distintos tipos de fluidos, desde los más simples hasta los más corrosivos o tóxicos. Sus tamaños van desde una fracción de pulgada hasta 30 ft (9 m) o más de diámetro. Pueden trabajar con presiones que van desde el vacio hasta mas de 20000 psi (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. Según sea la forma de unión de una válvula con las tuberías que con ella conectan, así serán los extremos de la válvula. Estos extremos pueden ser, bridados, biselados para soldadura a topo, con un rebaje para soldadura a solape o de extremos roscados. En estos dos últimos casos los extremos de la válvula son normalmente hembra. Los materiales que se utilizan más frecuentemente para la fabricación de válvulas son:    

Fundición Acero moldeado Acero forjado Bronce

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Figura 1. Esquema general de una válvula. (www.tecnologiaindustrial.info)

El bronce y el acero forjado se utilizan preferentemente en válvulas de pequeño tamaño (menores de 3"), y la fundición y el acero moldeado en válvulas de 2" o mayores. Entre los diferentes elementos que componen una válvula hay una serie de ellos que exigen materiales de especial calidad en su construcción, como pueden ser, los asientos, la compuerta, el disco, el vástago, etc. El conjunto de materiales utilizados para estos elementos se llama guarnición de válvula o TRIM. Las series de presión y temperatura de las válvulas bridadas son en general las mismas que corresponden a sus bridas. Para las válvulas de extremos roscados o de enchufe y soldadura, las series de presión y temperatura no se ajustan generalmente a norma, y existen diferencias entre unos fabricante y otros, aunque algunos se ajustan para sus válvulas a la serie de presión y temperatura definida en la norma API 602 (“Válvulas forjadas de compuerta Tipo bridadas, roscadas, soldadas y extremo con cuerpo extendido”).

Tipos de válvulas Debido a las diferentes variables, no puede haber una válvula universal; por tanto, para satisfacer los cambiantes requisitos de la industria se han creado innumerables diseños y variantes con el paso de los años, conforme se han desarrollado nuevos materiales. Todos los tipos de válvulas recaen en nueve categorías: válvulas de compuerta, válvulas de globo, válvulas de bola, válvulas de mariposa, válvulas de apriete, válvulas de diafragma, válvulas de macho, válvulas de retención y válvulas de desahogo (alivio).  Válvulas de control La válvula automática de control generalmente constituye el último elemento en un lazo de control instalado en la línea de proceso y se comporta como un orificio cuya sección de paso varia continuamente con la finalidad de controlar un caudal en una forma determinada. El termino válvula de control se refiere mas a la función que al tipo de válvula, es decir es cualquier válvula que sirva para regular el estado del flujo a través de la tubería. Las válvulas de control son interesantes por su uso en flujos sin crear exceso de cavitación o pérdidas de cabeza y pueden ser usadas en cualquier condición de flujo. Las válvulas de control constan básicamente de dos partes que son: la parte motriz o actuador y el cuerpo.

Figura 2. Partes principales de una válvula. (www.pdfcoke.com/doc/6989136/Temas-4-Valvulas)

Actuador. El actuador también llamado accionador o motor, puede ser neumático, eléctrico o hidráulico, pero los más utilizados son los dos primeros, por ser más sencillos y de rápida actuación. Aproximadamente el 90% de las válvulas utilizadas en la industria son accionadas neumáticamente. Los actuadores neumáticos constan básicamente de un

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diafragma, un vástago (yugo) y un resorte tal como se muestra en la figura 2. Lo que se busca en un actuador de tipo neumático es que cada valor de la presión recibida por la válvula corresponda una posición determinada del vástago. Teniendo en cuenta que la gama usual de presión es de 3 a 15 psi en la mayoría de los actuadores se selecciona el área del diafragma y la constante del resorte de tal manera que un cambio de presión de 12 psi, produzca un desplazamiento del vástago igual al 100% del total de la carrera. Cuerpo de la válvula. Está provisto de un obturador o tapón, los asientos del mismo y una serie de accesorios. La unión entre la válvula y la tubería puede hacerse por medio de bridas soldadas o roscadas directamente a la misma. El tapón es el encargado de controlar la cantidad de fluido que pasa a través de la válvula y puede accionar en la dirección de su propio eje mediante un movimiento angular. Está unido por medio de un vástago al actuador. 

Válvulas de compuerta

Este tipo de válvula posee un cuerpo totalmente encerrado con un disco o puerta de forma rectangular o circular, la cual se mueve perpendicular a la dirección del flujo. La válvula de compuerta supera en número a los otros tipos de válvulas en servicio en donde se requiere circulación interrumpida y poca caída de presión. Cuando la válvula esta abierta del todo, se eleva por completo la compuerta fuera del conducto del flujo, por lo cual el fluido pasa en línea recta por un conducto que suele tener el mismo diámetro de la tubería.La válvula de compuerta es de vueltas múltiples. (Ver fig. 3). Los tipos más comunes de válvulas de compuerta son las de husillo y puente.

Figura 3. Esquema general y corte de una válvula de compuerta. (www.tecnologiaindustrial.info)

Los elementos principales que componen una válvula de compuerta de husillo exterior y puente son:       

Puente Prensa estopas Vástago Tapa Compuerta Asientos Cuerpo

Recomendada

Aplicaciones Ventajas

Desventajas

Variaciones

Para servicio con apertura total o cierre total, sin estrangulación. Para uso poco frecuente. Para resistencia mínima a la circulación. Para mínimas cantidades de fluido o liquido atrapado en la tubería. Servicio general, aceites y petróleo, gas, aire, pastas semilíquidas, líquidos espesos, vapor, gases y líquidos no condensables, líquidos corrosivos. Alta capacidad. Cierre hermético. Bajo costo. Diseño y funcionamiento sencillos. Poca resistencia a la circulación. Control deficiente de la circulación. Se requiere mucha fuerza para accionarla. Produce cavitación con baja caída de presión. Debe estar cubierta o cerrada por completo. La posición para estrangulación producirá erosión del asiento y del disco. Cuña maciza, cuña flexible, cuña dividida, disco doble. Materiales: Cuerpo en bronce, hierro fundido, hierro, acero forjado, acero fundido, acero inoxidable, plástico de PVC. Componentes de diversos materiales.

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

Válvulas de macho

Las válvulas macho poseen un dispositivo de cierre u obturador que está formado por una especie de tapón troncocónico el cual gira sobre el eje central. La apertura del obturador se efectúa girando sobre su propio eje, mediante una palanca, hasta hacer coincidir la ventana del mismo con los del cuerpo de la válvula. Su accionamiento suele ser muy rápido ya que al igual que la de mariposa basta un cuarto de vuelta de la palanca para pasar de la posición cerrada a la abierta y viceversa. Su pérdida de carga en posición abierta es muy pequeña y suelen emplearse en instalaciones poco vigiladas, ya que al colocarse sin palanca de accionamiento no se puede alterar su posición. Recomendada

Aplicaciones Ventajas

Desventajas

Variaciones

Para servicio con apertura total o cierre total. Para accionamiento frecuente. Para baja caída de presión a través de la válvula. Para resistencia mínima a la circulación. Para cantidad mínima de fluido atrapado en la tubería. Servicio general, pastas semilíquidas, líquidos, vapores, gases, corrosivos. Alta capacidad. Bajo costo. Cierre hermético. Funcionamiento rápido. Requiere alta torsión (par) para accionarla. Desgaste del asiento. Cavitación con baja caída de presión. No tienen buen desempeño a altas temperaturas. Lubricada, sin lubricar, orificios múltiples. Materiales: Hierro, hierro dúctil, acero al carbono, acero inoxidable, aleación 20, Monel, Níquel, Hastelloy, camisa de plástico.

Tipos de válvulas macho Según la sección de paso

Según el sistema de lubricación

Según el número de ventanas

Válvulas de macho de paso total. En este tipo el paso del obturador es el mismo que la sección de las ventanas del cuerpo. Válvulas de macho de paso reducido tipo Venturi. El paso del obturador es de diferente sección que las ventanas del cuerpo, teniendo una entrada similar a un Venturi. Válvulas de macho lubricadas. Tiene un dispositivo de inyección a presión que permite mantener lubricados las superficies de contacto del obturador o macho y el cuerpo de la válvula. Válvula de macho no lubricadas. Este tipo no necesita lubricación, contando para ello con un dispositivo mecánico que reduce la fricción entre el obturador o macho y el cuerpo de la válvula. Válvulas de macho simple (2 ventanas). Este tipo se suele emplear solo como válvulas de cierre. Válvulas de macho de ventanas múltiples. Este tipo se emplea para distribuir el fluido en diferentes direcciones, pudiendo realizar diversas combinaciones según el número de ventanas.

El siguiente diagrama muestra las principales partes de una válvula macho lubricada: Figura 4. Esquema y partes de la válvula macho lubricada (http://www.quiminet.com) 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10)

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Alimentador de lubricante Perno del bonete Bonete Perno de la tapa Tapa Empaque del vástago Válvula de retención para el lubricante Cuerpo Macho Junta de cierre

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Válvulas de globo

Las válvulas de globo sirven para regular o limitar el paso de un fluido. Están construidas de tal modo que cuando el fluido pasa, producen un cambio en la dirección e incrementan su resistencia al paso en forma gradual, según la posición de cierre. Para diámetros mayores de 12 pulgadas, estas válvulas son poco usadas, debido al gran esfuerzo que requieren para ser operadas bajo alta presión. En diámetros menores a una pulgada, para regular el flujo con mayor precisión, se usa otra versión de la válvula de globo, que tiene un vástago de forma cónica. Su aplicación principal es la regulación de caudal. Además de que regulan con precisión el caudal, estas válvulas Figura 5. Esquema general y corte de una válvula de globo. (www.tecnologiaindustrial.info) ofrecen buena estanqueidad (propiedad de un casco o compartimiento del mismo de no permitir el ingreso de líquidos.) si el tipo de disco y asiento son adecuados. Las válvulas de asiento más frecuentemente utilizadas son las de husillo exterior y puente. Al pasar el fluido a través de una válvula de asiento, se produce una pérdida de carga considerable, aun estando completamente abiertas. Solamente se pueden instalar con el sentido de flujo en un determinado sentido, que viene marcado por la válvula, y que suele ser aquel en el cual la presión del fluido actúa sobre la parte inferior del disco, al cerrar la válvula. Recomendada

Aplicaciones Ventajas

Desventajas Variaciones



Para estrangulación o regulación de circulación. Para accionamiento frecuente. Para corte positivo de gases o aire. Cuando es aceptable cierta resistencia a la circulación. Servicio general, líquidos, vapores, gases, corrosivos, pastas semilíquidas. Estrangulación eficiente con estiramiento o erosión mínimos del disco o asiento. Carrera corta del disco y pocas vueltas para accionarlas, lo cual reduce el tiempo y desgaste en el vástago y el bonete. Control preciso de la circulación. Disponible con orificios múltiples. Gran caída de presión. Costo relativo elevado. Normal (estándar), en “Y”, en ángulo, de tres vías. Materiales: Cuerpo de bronce, hierro, hierro fundido, acero forjado, Monel, acero inoxidable, plásticos. Componentes de diversos materiales.

Válvulas de bola

Las válvulas de bola se consideran un caso particular de las de macho, su característica especial es que el macho tiene forma de esfera. Su ventaja es que el momento a aplicar es mucho menor que en las de macho. Tienen una excelente estanqueidad, se pueden regular y cuando están completamente abiertas tienen una pérdida de carga reducida.

Figura 6. Esquema general y corte de una válvula de bola. (www.tecnologiaindustrial.info)

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Recomendada

Aplicaciones Ventajas

Desventajas

Variaciones



Para servicio de conducción y corte, sin estrangulación. Cuando se requiere apertura rápida. Para temperaturas moderadas. Cuando se necesita resistencia mínima a la circulación. Servicio general, altas temperaturas, pastas semilíquidas. Bajo costo. Alta capacidad. Corte bidireccional. Circulación en línea recta. Pocas fugas. Se limpia por si sola. Poco mantenimiento. No requiere lubricación. Tamaño compacto. Cierre hermético con baja torsión (par). Características deficientes para estrangulación. Alta torsión para accionarla. Susceptible al desgaste de sellos o empaquetaduras. Propensa a la cavitación. Entrada por la parte superior, cuerpo o entrada de extremo divididos (partidos), tres vías, Venturi, orificio de tamaño total, orificio de tamaño reducido. Materiales: Cuerpo en hierro fundido, hierro dúctil, bronce, latón, aluminio, aceros al carbono, aceros inoxidables, titanio, tántalo, zirconio; plásticos de polipropileno y PVC. / Asiento en TFE, TFE con llenador, Nylon, Buna-N, neopreno.

Válvulas de mariposa

Las válvulas de mariposa sirven para aplicaciones de baja presión. Su diseño es sencillo y se suelen usar para controlar el flujo y regularlo. Se caracterizan por ser de operación rápida, ya que sólo requieren un cuarto de vuelta para pasar de la posición de cerrado a la posición de abierto, teniendo además una pequeña caída de presión dado a que no alteran la dirección del fluido. Suelen emplearse para servicios de poca presión. Utilizándose en todos los servicios con agua, exceptuando aquellos en los que sea necesario un estrangulamiento extremo, dado a que el desgaste excesivo del forro interior acorta la vida de la válvula, éste forro suele ser un elastómero. Suelen ser adecuadas para servicios corrosivos y para instalaciones en las que se quiera conseguir ahorros importantes, a causa de su simplicidad de diseño y a su limitación de superficie de contacto con el fluido. Solamente tres componentes están en contacto con el fluido: forro, disco y eje, por lo que solo estas partes han de ser resistentes a la corrosión. Figura 7. Esquema general de una

Existen dos tipos de válvulas, aquellas que poseen el elastómero reemplazable y las que válvula de mariposa. (www.comeval.es) poseen el elastómero integral. En estas últimas existe una unión muy fuerte entre el cuerpo y el elastómero, asegurando la retención máxima del mismo en posición. Válvulas de este tipo son adecuadas para servicios de vacío. El elastómero reemplazable tiene como única ventaja el poder cambiarlo con facilidad. Recomendada

Para servicio con apertura total o cierre total. Para servicio con estrangulación. Para accionamiento frecuente. Cuando se requiere corte positivo para gases o líquidos. Cuando solo se permite un mínimo de fluido atrapado en la tubería. Para baja ciada de presión a través de la válvula.

Aplicaciones

Servicio general, líquidos, gases, pastas semilíquidas, líquidos con sólidos en suspensión.

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Ventajas

Desventajas Variaciones



Ligera de peso, compacta, bajo costo. Requiere poco mantenimiento. Numero mínimo de piezas móviles. No tiene bolas o cavidades. Alta capacidad. Circulación en línea recta. Se limpia por si sola. Alta torsión (par) para accionarla. Capacidad limitada para caída de presión. Propensa a la cavitación. Disco plano, disco realzado, con brida, atornillado, con camisa completa, alto rendimiento. Materiales: Cuerpo de hierro, hierro dúctil, aceros al carbono, acero forjado, aceros inoxidables, aleación 20, bronce, Monel. Disco de todos los metales; revestimientos de elastómeros como TFE, Kynar, Buna-N, neopreno, Hypalon. Asiento de Buna-N, viton, neopreno, caucho, butilo, poliuretano, Hypalon, Hycar, TFE.

Válvulas de diafragma

Esta válvula ofrece ventajas, imposibles para otros tipos de válvulas. Dan un paso suave, laminar y sin bolsas de fluido, sirviendo para controlar el caudal y producen un cierre estanco aun existiendo sólidos en suspensión en la tubería. En ciertas posiciones estas válvulas son autopurgables. El total aislamiento de las partes internas, de la corriente, impide la contaminación y corrosión del mecanismo de operación. Su mantenimiento es extremadamente sencillo. La flexibilidad de montaje, la amplia elección de materiales para cuerpos, recubrimientos de cuerpos y diafragmas, hacen que estas válvulas sean adaptables a diversas aplicaciones. Suelen usarse para vencer problemas de corrosión, abrasión, contaminación, de fluidos con sólidos disueltos, etc. Son particularmente adecuadas para servicios de fluidos corrosivos, materiales Figura 8. Esquema general de una válvula viscosos, lodos, aguas, gases y aire comprimido. En estas válvulas el flexible y de diafragma. (www.aguamarket.com) elástico diafragma está unido al vástago que lo comprime, por un tornillo embebido dentro del diafragma. El vástago compresor sube y baja accionado por el casquillo roscado, alojado en el volante. El mecanismo de accionamiento no está sometido a la acción corrosiva del fluido, ya que el diafragma aísla los elementos internos de la válvula del fluido, solamente es el diafragma el que sufre desgaste. Este tipo de válvulas no suele llevar prensa, estopa, ni nada que significa contacto metal-metal. Existen principalmente tres tipos:   

Tipo para uso convencional. Tipo de paso recto. Tipo de paso total.

Cuando la tipo de paso recto está abierta, su diafragma está levantado, el flujo es total y laminar en cualquier dirección. Cuando está cerrada, el diafragma sella para obtener un cierre positivo, aun con materiales arenosos o fibrosos en la tubería. La válvula de paso total suele usarse en industria de bebidas, ya que permite su limpieza con el "cepillo en forma de bola", ya sea con vapor o soda cáustica, sin abrir ni desmontar la válvula de la tubería. Cuando la corrosión es severa, estas válvulas se suelen construir de acero inoxidable, o en plástico o revestimiento de vidrio, goma, plomo, titanio, etc. La vida de los diafragmas depende sin embargo, no solo de la naturaleza del material manejado, sino también de la temperatura, presión y frecuencia de acciomamiento.

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Recomendada Aplicaciones Ventajas

Desventajas Variaciones



Para servicio con apertura total o cierre total. Para servicio de estrangulación. Para servicio con bajas presiones de operación. Fluidos corrosivos, materiales pegajosos o viscosos, pastas semilíquidas fibrosas, lodos, alimentos, productos farmacéuticos. Bajo costo. No tienen empaquetaduras. No hay posibilidad de fugas por el vástago. Inmune a los problemas de obstrucción, corrosión o formación de gomas en los productos que circulan. Diafragma susceptible de desgaste. Elevada torsión al cerrar con la tubería llena. Tipo con vertedero y tipo en línea recta. Materiales: Metálicos, plásticos macizos, con camisa, en gran variedad de cada uno.

Válvulas de apriete

La válvula de apriete es de vueltas múltiples y efectúa el cierre por medio de uno o mas elementos flexibles, como diafragmas o tubos de caucho que se pueden apretar u oprimir entre si para cortar la circulación.

Figura 9. Esquema general y foto de una válvula de apriete. (www.bricolajeyhogar.com)

Recomendada

Aplicaciones Ventajas

Desventajas Variaciones

Para servicio de apertura y cierre. Para servicio de estrangulación. Para temperaturas moderadas. Cuando hay baja caída de presión a través de la válvula. Para servicios que requieren poco mantenimiento. Pastas semilíquidas, lodos y pastas de minas, líquidos con grandes cantidades de sólidos en suspensión, sistemas para conducción neumática de sólidos, servicio de alimentos. Bajo costo. Poco mantenimiento. No hay obstrucciones o bolsas internas que la obstruyan. Diseño sencillo. No corrosiva y resistente a la abrasión. Aplicación limitada para vació. Difícil de determinar el tamaño. Camisa o cuerpo descubierto; camisa o cuerpo metálicos alojados. Materiales: Caucho, caucho blanco, Hypalon, poliuretano, neopreno, neopreno blanco, Buna-N, Buna-S, Viton A, butilo, caucho de siliconas, TFE.

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

Válvulas de retención (check)

Las válvulas de retención son integrales y se destinan a impedir la inversión del flujo en una tubería. La presión del fluido circulante abre la válvula; el peso del mecanismo de retención y cualquier inversión en el flujo la cierran. Los discos y componentes móviles pueden estar en movimiento constante sí la fuerza de la velocidad no es suficiente para mantenerlas en su posición estable de apertura total. Hay diferentes tipos de válvulas de retención, como la de bisagra (columpio) y de retención horizontal, como la vista a continuación, y su selección depende de la temperatura, caída de presión que producen y la limpieza del fluido. Figura 8. Fotografía de una válvula de retención. (www.mctca.com)

Recomendada Aplicaciones Ventajas Variaciones

Cuando hay cambios frecuentes de circulación en la tubería. Para uso con válvulas de globo y angulares. Para uso cuando la caída de presión a través de la válvula no es problema. Tuberías para vapor de agua, aire, gas, agua y vapores con altas velocidades de circulación. Recorrido mínimo del disco a la posición de apertura total. Acción rápida. Tres tipos de cuerpos: horizontal, angular, vertical. Tipos con bola (esfera), pistón, bajo carga de resorte, retención para vapor. Materiales: Cuerpo en bronce, hierro, hierro fundido, acero forjado, Monel, acero inoxidable, PVC, Penton, grafito impenetrable, camisa de TFE. / Componentes de diversos materiales.

Además de la clasificación y tipos anteriores, las válvulas se subdividen en: a) Válvulas se seguridad. b) Válvulas de desahogo. Una válvula de seguridad es un dispositivo automático para desahogo de presión accionado por la presión estática corriente arriba de la válvula y que se caracteriza por su acción de disparo para plena apertura. Generalmente se utiliza en servicios con gas o vapores. En la industria, el término válvula de seguridad se aplica en general a las utilizadas en servicio para vapor de calderas. Una válvula de desahogo es un dispositivo automático para desahogo de la presión accionado por la presión estática corriente arriba de la válvula y que tiene apertura adicional con el aumento en la presión en relación con su funcionamiento. Su servicio principal es con líquidos. El término válvula de desahogo se aplica en cualquier tipo de dispositivo para este fin. En términos estrictos, se debe aplicar a una válvula diseñada para servicios con líquidos; casi todas estas válvulas son pequeñas. Las válvulas de desahogo se utilizan en la descarga de las bombas para la dilatación térmica del líquido en tuberías que se pueden obstruir o que están expuestas a la radiación solar u otras fuentes de calor. Estas válvulas no suelen ser adecuadas para servicio con polímeros porque éstos tienden a sedimentarse y a obstruir o pegar la válvula. Los materiales para los resortes de las válvulas suelen ser de acero al carbono para servicio a menos de 450°F. Para una temperatura mayor, se necesitan resortes con aleación de tungsteno y también hay resortes de acero inoxidable. Están disponibles diversos tipos de revestimientos a la corrosión.

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La importancia de conocer los tipos de válvulas, sus usos y la forma adecuada de instalarlas, radica en que las válvulas constituyen del 20 al 30% del costo de la tubería de una planta, según sea el proceso y un costo parecido en una central hidroeléctrica, por lo tanto, el costo de un proyecto hidroeléctrico por ejemplo, aumenta o disminuye, de acuerdo al tipo y tamaño dados de válvulas, pudiendo variar hasta en un 100% según sea su construcción. Por ello, la selección de válvulas es de suma importancia en los aspectos económicos, así como en la operación de plantas de proceso, centrales hidroeléctricas, sistemas de bombeo, redes de distribución de agua potable, etc.

Aplicaciones especiales   



Las bombas alternativas producen impulsos de presión que tienden a elevar el disco de una válvula de desahogo y ocasionar fugas. Por ello, las válvulas en este servicio se deben graduar, cuando menos a 25% más que la presión de funcionamiento. Las válvulas de desahogo e seguridad en compresores se deben graduar mínimo a 15% más que la presión de funcionamiento. Hay disponible una selección especial de tipos de válvulas para manejar pastas aguadas gruesas o finas. Los tipos más comunes son en ángulo, fondo plano, macho, bola y diafragma y válvulas de opresión o compresión. Están diseñadas para resistencia al flujo y con frecuencia, están revestidas con aleaciones especiales para darles resistencia a la corrosión o a la erosión. Una de las aplicaciones más corrientes en la ingeniería civil, es el caso de las válvulas usadas en centrales hidroeléctricas.

Efectos importantes en el uso de válvulas y recomendaciones a) b) c)

Cuando una válvula se usa para regulación del caudal, la energía potencial a su entrada se convierte en energía cinética a l a salida, donde la velocidad será igual a la velocidad de chorro, correspondiente a la diferencia de la carga efectiva total a la entrada y a la carga estática a la salida. La cantidad de energía contenida en grandes chorros es enorme, por lo que en el diseño de válvulas de regulación o servicio es esencial tomar precauciones para evitar daños a las válvulas mismas y a las estructuras cercanas. Selección del tipo: La selección del tipo de válvula depende principalmente de las condiciones del servicio que vaya a proporcionar: Por ejemplo, para el sistema embalse-tubería-almenara aguas arriba-casa de máquinas, de la Central Hidroeléctrica PORCE II, la válvula más adecuada es la esférica con un diámetro aproximado de 2m (la de mayor diámetro a usar en Colombia), debido a que en este caso el caudal promedio a transportar por tubería de acero es muy grande, del orden de 400 m3/s.

La selección de la válvula depende además de: a)

Influencia de las impurezas en el agua Cuando el agua vaya cargada con arena, limo o carbonatos, las válvulas con flujo concéntrico y pasos muy chicos (giros) tienen el inconveniente de que se pueden obturar y quedar fuera de servicio. Para este tipo de servicio probablemente la válvula tipo mariposa sea la más conveniente.

b)

Consideraciones sobre difusión Cuando la dispersión proveniente de válvulas de descarga libre tiene alguna objeción, como en el caso de instalaciones eléctricas cercanas, las válvulas de aguja pueden ser una solución adecuada, debido a la descarga concentrada. Las tipo mariposa para aberturas parciales y las de chorro divergente efectúan una considerable dispersión del chorro, Debido a estas condiciones, algunas válvulas requieren tanques disipadores.

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c)

Mantenimiento En la selección del tipo de válvula se deben hacer consideraciones de mantenimiento, como lo es la facilidad y frecuencia de las reparaciones, lo que tendrá importancia en los costos de operación y confiabilidad del servicio. La cavitación es una amenaza siempre presente en válvulas de gran carga y ha sido una de las principales causas de la discontinuidad ocasionadas por las primeras válvulas de aguja, sometidas a requerimientos estrictos de mantenimiento.

d)

Selección final Si dos o más válvulas son de igual manera adecuadas funcionalmente para un determinado proyecto, la selección de la válvula dependerá de su costo inicial y costo de mantenimiento.

e)

Válvulas de emergencia En tuberías a presión no es suficiente la instalación de sólo una válvula de servicio. Es necesario considerar también la colocación de una válvula para emergencia o cierre por mantenimiento, localizada y controlada de manera que el cierre rápido por emergencia, en condiciones desbalanceadas, esté asegurado en cualquier circunstancia y no se produzca así golpe de ariete.

f)

Consideraciones sobre dimensiones Las válvulas tipo mariposa pueden ser del mismo diámetro que la tubería o un poco mayor, y las de tipo esférico es usual que el diámetro sea el mismo que el de la tubería, como las tres válvulas esféricas a la entrada de casa de máquinas que reciben el flujo proveniente de la represa en PORCE II.

Materiales de construcción de las válvulas El ingeniero, después de establecer la función y de seleccionar el tipo de válvula, debe tener en cuenta los materiales de construcción adecuados para el servicio a que se destinará la válvula. Todas las partes de la misma que están en contacto con el fluido deben tener la resistencia necesaria a la corrosión. Para seleccionar materiales de construcción resistentes a la corrosión, el ingeniero debe utilizar como guía los materiales recomendados por los fabricantes para los diversos tipos de servicios así como los datos publicados sobre el tema por estos o por entidades adscritas al ramo. En general, salvo que se trate de un proceso totalmente nuevo, o una situación específica con un problema muy particular, no habrá dificultad para de terminar los materiales de construcción con base en la información existente.

Referencias 

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