Válvulas: Principal Control y Protección en los Sistemas de Bombeo

Gabriel Baquero
Ingeniero en Mantenimiento Mecanico
Publicación: 11/02/2022

Válvulas

Introducción

Desde principios de la revolución industrial se vio la necesidad de usar dispositivos para controlar, a mejor medida, el fluido en los distintos sistemas de vapor y bombeo de procesos industriales, esto se logró solo con la implementación de las primeras válvulas. En la actualidad existen muchos tipos de válvulas, dependiendo de su diseño, aplicación y hasta certificaciones.

La selección de la válvula se basa en la función, idoneidad del material, extremidades de presión / temperatura de diseño, vida útil, conexiones, operación, peso, disponibilidad, mantenimiento y costo.

Las válvulas desde su principio de funcionamiento, tienen como objetivo regular permitir o impedir el paso de un fluido a través de las tuberías en un sistema de bombeo, instalación industrial o máquina de cualquier tipo.

Resulta difícil de imaginar la no existencia de las válvulas, si nos centramos en las funciones de cada uno de los elementos que se involucran en los procesos en los cuales se manejan fluidos. Por ejemplo, las bombas son las encargadas de producir la presión que necesitan los fluidos para su impulsión, las tuberías, se encargan de transportarlo y las válvulas de controlar estos fluidos, además de proteger a los equipos de bombeo de las posibles arremetidas por exceso de presión o alguna otra irregularidad en el sistema, desde su ingreso hasta su salida. Sin la existencia de las válvulas, los fluidos recorrerían las tuberías aleatoriamente sin poder cumplir con su finalidad.

La importancia en el uso tanto de las válvulas como de las bombas hidráulicas, se reduce a una efectiva ejecución de procesos, que, basados en su riesgo y complejidad, necesitan de estos mecanismos de control para desarrollarse de manera correcta y así cumplir con su aplicación deseada.

¿Qué es una válvula?

¿Qué es una válvula?

Una válvula se puede definir como un instrumento mecánico, con que se puede iniciar, detener o regular la circulación de un flujo determinado, ya que, su función es la apertura y cierre (on-off) de una compuerta por donde pasa un fluido, desde los más simples hasta los más corrosivos o tóxicos, vapor o líquidos con sólidos en suspensión. El buen funcionamiento de un sistema de bombeo depende en gran parte de la selección adecuada y de la ubicación de las válvulas que controlan y regulan la circulación de los fluidos en el sistema.

¿Qué es una válvula?
¿Cómo se clasifican las válvulas?

¿Cómo se clasifican las válvulas?

Las válvulas se pueden clasificar de acuerdo a varios criterios, por ejemplo; de acuerdo a su diseño, composición de materiales, principio de funcionamiento, y tipo de accionamiento.

Tipos de válvulas según su composición de materiales:

Aunque la gran variedad de diseños de válvulas produce cualquier clasificación, la mayoría de los diseños podrían ser considerados como modificaciones de los dos tipos básicos: Válvula de retención y tipo compuerta.

¿Cómo se clasifican las válvulas?

La imagen anterior muestra la clasificación de las válvulas según la resistencia que ofrecen al flujo.

Otra clasificación que podemos encontrar sería según su principio de funcionamiento, o en otras palabras, cómo ejecutan el cierre del flujo.

¿Cómo se clasifican las válvulas?

Estos tipos de válvulas quedarían agrupados de la siguiente manera:

¿Cómo se clasifican las válvulas?
¿Importancia del uso de las válvulas?

¿Importancia del uso de las válvulas?

Ya que sabemos que es una válvula y cómo se clasifican según su principio de función. Sin embargo, es vital identificar cuán importante es el uso de estos instrumentos en las diferentes aplicaciones en las que se desea su implementación.

Recordemos que, una válvula es un instrumento mecánico, cuya función es permitir, detener o regular la circulación de un flujo determinado.

Por esta importante función, las válvulas son consideradas uno de los instrumentos de control y protección más esenciales en la industria. Gracias a su diseño, las válvulas pueden abrir y cerrar, conectar y desconectar, regular, modular o aislar casi cualquier fluido, desde los más simples hasta los más corrosivos o tóxicos.

Ok, las válvulas nos ayudan a controlar la cantidad de fluido deseado, además, protegen a los equipos de bombeo de las arremetidas a contrapresión o flujo inverso, pero….

¿Cuándo necesitamos usarlas?

  • Las principales, y más comunes, razones que nos llevan a necesitar el uso y aplicación de válvulas podrían ser:
  • Cuando se necesita que el caudal de entrada a un equipo pueda abrirse o cerrarse en un momento determinado
  • Cuando un determinado proceso requiere que el fluido que entre sea variable según ciertas condiciones.
  • Cuando necesitamos que la velocidad de entrada y salida deba ser diferente entre dos puntos.
  • Cuando requerimos cortar el flujo en algunas partes del sistema con fin de dar mantenimiento u otras actividades.
  • Cuando se requiere aumentar o disminuir la presión entre dos puntos.
  • Entre otras cientos de aplicaciones más. Sin embargo, la razón principal es la variabilidad en el estado del caudal que entra y sale del sistema.

Concretamente una válvula necesita cuando queremos ejercer control sobre nuestro proceso. Se deben usar cuando se requieran condiciones variables en el tiempo y que se relacionen con el fluido presente en el sistema.

Tipos de actuación en las válvulas

Tipos de actuación en las válvulas

Dado que las válvulas son instrumentos mecánicos, necesitan de un sistema de accionamiento para poder realizar su operación de apertura, cierre o regulación. Este sistema se denomina Actuador.

Un actuador es un dispositivo inherentemente mecánico cuya función es proporcionar fuerza para mover otro dispositivo mecánico. El actuador más común es el actuador manual o humano, es decir, un volante o palanca movido por una persona para accionar a la válvula y promover su funcionamiento.

Actuador Manual

Tipos de actuación en las válvulas

Volante con caja de engranajes, que accionan a una Valvula tipo Mariposa, conexión tipo wafer

Con el paso del tiempo y la modernización de la industria, se hizo conveniente automatizar la actuación de dispositivos, por lo que diferentes dispositivos hicieron su aparición. Entre estos, aquellos en los que la fuerza que provoca que el actuador realice el trabajo proviene de tres fuentes posibles:

  1. Presión neumática
  2. Fuerza motriz eléctrica
  3. Presión hidráulica.

Dependiendo del origen de la fuerza el actuador se denomina "neumático", "hidráulico" o "eléctrico".

  • Actualmente hay básicamente dos tipos de actuadores; Lineales y Rotatorios:
  • Actuadores lineales: generan una fuerza en línea recta, tal como haría un pistón.
  • Actuadores rotatorios: generan una fuerza rotatoria, como lo haría un motor eléctrico.

Aproximadamente el 90% de las válvulas utilizadas en la industria son accionadas neumáticamente y estos actuadores constan básicamente de un diafragma, un vástago y un resorte. La decisión de un actuador para accionar una válvula se tomará debido a uno o más de los siguientes motivos:

  • Control del sistema de proceso.
  • Inaccesibilidad o ubicación remota de la válvula.
  • Requisitos de parada segura de emergencia/falla.
  • Por el excesivo funcionamiento de la válvula.
  • Por seguridad.

Los actuadores para válvulas pueden clasificarse según diferentes características:

Tipos de actuación en las válvulas

Al elegir el tipo de actuador, se deben considerar el siguientes factores:

  • El actuador debe tener suficiente torque para mover y asentar la válvula con la fuente de alimentación mínima disponible y también mantener la posición requerida (abierta, cerrada o intermedia) bajo las peores condiciones de flujo que la válvula podría experimentar.
  • El actuador debe ser capaz de completar el recorrido, es decir, 90◦, 180◦, y múltiples vueltas a la velocidad requerida.
  • El actuador debe incluir un dispositivo que evite fuerzas excesivas aplicadas a la válvula bajo condiciones adversas de suministro de energía.

Actuador Neumático

Los actuadores neumáticos son probablemente el tipo más común de actuador, debido a su fuente de energía barata y fácilmente disponible, aire comprimido. Además de ser generalmente menos costosos que los otros tipos de actuadores, también son menos complejos en diseño y también lo son más fácil de mantener.

Los actuadores neumáticos son particularmente adecuados para válvulas de giro parcial con su requisitos de carrera limitados, sin embargo, también se pueden usar para el cierre lineal de válvulas. La potencia neumática es relativamente fácil de almacenar y es adecuada para usar cuando las fuentes de poder tienen una capacidad limitada o simplemente no están disponibles.

Tipos de actuación en las válvulas

Actuador Neumático tipo Diafragma

Actuador Hidráulico

Los actuadores hidráulicos son los de mayor antigüedad, pueden ser clasificados de acuerdo con la forma de operación y funcionan en base a fluidos sometidos a presión.

Los actuadores hidráulicos son capaces de suministrar torques muy altos, y con ella, la alta velocidad de posicionamiento necesaria para operar válvulas más grandes. Ellos ofrecen rigidez en la carrera, porque usan lo que se considera líquidos no compresibles. Los actuadores hidráulicos se utilizan cuando, por determinadas razones, los actuadores neumáticos o eléctricos no son adecuados en el proceso.

Básicamente hay cuatro diseños o tipos de actuadores hidráulicos:

  1. Piñón y cremallera
  2. Motor hidráulico, caja y engranaje
  3. Pistón rotativo
  4. Pistón y cilindro
Tipos de actuación en las válvulas
Tipos de actuación en las válvulas

Actuador Hidraulico

Actuador Eléctrico

Los actuadores accionados por motor eléctrico permiten una operación remota y manual. Están disponibles para una variedad de tipos de válvulas y tamaños. Comprenden un motor eléctrico revisable, una caja de control, caja de engranajes e interruptores límite. Las principales ventajas de los actuadores eléctricos son la suave operación, estabilidad, valores de torsión muy altos y empuje mantenido, porque no están sujetos a los problemas de un fluido compresible.

Tipos de actuación en las válvulas
Tipos de actuación en las válvulas

Actuador Eléctrico

Los motores para válvulas de varias vueltas, o vueltas parciales, pueden ser de una fase o de corriente directa. Sin embargo, el motor trifásico es el más comúnmente utilizado, porque es robusto y de fácil control.

Los motores eléctricos suministrarán altas velocidades, por lo tanto requerirán una gran relación de reducción de transmisión para convertir a una velocidad más baja y más realista para el funcionamiento de la válvula. Para válvulas de giro parcial, se requieren velocidades aún más bajas, lo que necesitará una reducción adicional.

Válvulas de control

Válvulas de control

Este tipo de válvulas puede relacionarse como un componente directo de un sistema de control (La válvula automática de control) la cual constituye por lo general el último elemento en un lazo de control y consta básicamente de dos partes que son la parte motriz o actuador y el cuerpo. En la siguiente figura se encuentra representada una válvula control y los elementos que la constituyen:

Válvulas de control

Existen muchos tipos diferentes de válvulas de control en el mercado, casi cada mes se ofrece una "nueva" válvula de control "mejorada" y, en consecuencia, es difícil clasificarlas, sin embargo, comúnmente se clasifican en dos categorías principales: de vástago recíproco y de vástago rotatorio.

  • Vástago recíproco:

    Se conoce como una válvula de globo con asiento sencillo y vástago deslizable. Se utilizan principalmente para propósitos de estrangulamiento y control de flujo en general. En la figura siguiente se muestra una válvula de globo con asiento sencillo y vástago deslizable, con las cuales se pueden manejar presiones de proceso altas.

A continuación se muestra una válvula de este estilo (Cortesía de Fisher Controls):

Válvulas de control
  • Vástago rotatorio:

    Existen varios tipos de válvulas de vástago rotatorio, uno de los más comunes es la válvula de mariposa que consta de un disco que gira alrededor de un eje, son ideales si se tiene alta capacidad de flujo con caída de presión mínima. Con estos discos se puede controlar el estrangulamiento para un giro completo de 90 grados. Otra válvula con estas características es la válvula de esfera que se utiliza comúnmente para manejar suspensiones o materiales fibrosos; la tendencia a escurrimiento es baja y su tamaño es pequeño.

A continuación se muestra una fotografía de esta válvula:

Válvulas de control
Válvulas de control

Conclusiones, soluciones, Advance

En Somos Advance contamos con una amplia variedad de válvulas y actuadores, es nuestra especialidad en control de fluidos. Y podemos asesorarte en cada etapa crítica del proceso de control de fluidos en aplicaciones para tratamiento de aguas, soluciones ambientales e industria alimentaria:

Y con el respaldo de marcas como Flomatic®, American Cone Valve, Blacoh, Bermad y Vag que se especializan en esta gama de productos hace más de 50 años y poseen una gran expertise, sobre todo en equipos para el manejo de agua potable libres de plomo según NSF/ANSI 61 & 372 y la AWWA.

En Advance nos gusta generar bienestar y apoyarte en tus procesos, para que también logres seguir haciendo las cosas bien. No dudes en contactarnos.

Enlaces de interés

Puede que te interese ver también: