Válvulas - Comentarios generales

 Las válvulas, en la instrumentación y los bucles de control, también se conocen como el elemento final del control.

¿Qué es una válvula?

En la literatura, surgen diferentes definiciones según el autor. Aquí se presenta un concepto simple, pero con suerte completo, de válvula.

Una válvula es un dispositivo o componente diseñado para controlar el flujo en una tubería o conducto.

Además, una válvula tiene varias características importantes, ya que existen varios modelos de estos dispositivos comunes. Por ejemplo, una válvula puede ser

•  manual 
•  automatizada

Por otro lado, una válvula puede ser accionada, cerrada/abierta o estrangulada, de varias maneras tales como:

• eléctricamente,
• neumáticamente o
• mecánicamente

Para mencionar algunos mecanismos disponibles. Además, las válvulas también se caracterizan por su diseño geométrico interno, por lo que se pueden encontrar nombres como:

• válvula de compuerta,
• válvula de globo,
• válvula de diafragma,
• válvula de retención o
• válvula de bola,

entre otros ejemplares.

Diferentes tipos de válvulas

Las válvulas se encuentran en muchas aplicaciones y algunos modelos podrían no ajustarse a la definición actual. Sin embargo, en esta publicación nos centraremos en el flujo de fluidos en conductos cerrados.

Usos de las válvulas

La gran variedad de modelos de válvulas se debe a la gran variedad de aplicaciones en la industria. Por lo tanto, se requerían diferentes diseños para satisfacer, en ocasiones, necesidades específicas.

Algunos ejemplos de necesidades o requisitos de la industria que dieron lugar a nuevos diseños de válvulas son:

• Aislamiento de equipos para mantenimiento, 
• aislamiento de secciones de tubería para mantenimiento o parada de procesos, 
• modulación de flujo (estrangulación), 
• dosificación (caudales reducidos y estrangulación), 
• flujo unidireccional, 
• cierre rápido de seguridad, 
• apertura y cierre automáticos, entre otros.

De esta manera, cada válvula existente fue impulsada originalmente por una necesidad de la industria. Por otro lado, las válvulas pueden introducir efectos indeseables como:

• pérdida de presión,
• fuente de fuga (en caso de fallo),
• efecto martillo en caso de parada repentina de la tubería, por ejemplo.

De esta manera, cada válvula debe utilizarse para una aplicación específica. A continuación, se presenta una lista de casos recomendados para el uso de algunas válvulas.

1. Para el aislamiento de equipos únicamente durante operaciones de mantenimiento, se recomiendan válvulas de compuerta. Dado que durante el funcionamiento del equipo la válvula debe estar completamente abierta, se busca la mínima pérdida de presión posible. Esto también aplica para el aislamiento de secciones de tubería.
2. Para la regulación, generalmente se recomiendan válvulas de globo. Si el caudal es demasiado bajo o se requiere dosificación, una válvula de aguja puede ser una buena opción. Sin embargo, las pérdidas de presión aumentan.
3. Para flujo unidireccional, la válvula más común es la válvula de retención. Existen varios diseños de válvulas de retención, pero su principio de funcionamiento es prácticamente idéntico. Sin embargo, este diseño de válvula tiene la desventaja de causar una alta pérdida de presión.
4. Por razones de seguridad, se recomiendan las válvulas de bola, ya que solo requieren 3/4 de vuelta para abrir o cerrar. Además, causan una pérdida de presión muy pequeña, por lo que son un reemplazo razonable de las válvulas de compuerta.
5. Las aplicaciones de encendido/apagado pueden incluir válvulas de encendido/apagado, como la electroválvula, por ejemplo. Dado que estas válvulas suelen estar completamente abiertas o completamente cerradas, su diseño interno es el de una válvula de compuerta (aunque no siempre). Los diseños de globo o aguja no son comunes para este tipo de aplicaciones. Sin embargo, las válvulas de diafragma también pueden encontrarse en configuraciones de encendido/apagado, 
6. entre otras situaciones.

Especificación de válvulas

Esta tarea no suele ser realizada por ingenieros de procesos, sino por proveedores o distribuidores confiables. Sin embargo, se pueden presentar algunas pautas.

En resumen, la especificación de válvulas se puede dividir en:

• Selección y 
• dimensionamiento de válvulas

La selección de válvulas consiste en seleccionar sistemáticamente un diseño de válvula entre un conjunto de posibles candidatos, basándose en criterios. Si bien puede parecer sencillo para ingenieros experimentados, no lo es para principiantes.

Para una correcta selección de válvulas, se requieren condiciones de trabajo como temperatura, presión, viscosidad, fase y caudal del fluido. En esta etapa, también se considera la compatibilidad del material de los componentes de la válvula y del fluido de proceso.

El dimensionamiento de válvulas se refiere al cálculo del tamaño del puerto, el tipo de conexión y los componentes internos de una válvula. Para aplicaciones sencillas sin condiciones de trabajo complejas, el dimensionamiento sería una pérdida de tiempo, pero para el control de caudal o la regulación es fundamental, y de hecho existen normas y software específicos para esta tarea.

Para estos cálculos, el proveedor suele consultar la norma ISA 75.01 sobre ecuaciones de dimensionamiento de válvulas de control.

Espero que esta publicación te sea útil.

¿Tienes alguna pregunta? Escríbela en los comentarios y trataré de ayudarte.

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Ildebrando.