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• Rafael Oviedo

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CAPITULOVII ELEMENTOS FINALES DE CONTROL El elemento final de control es aquel que finalmente modifica alguna característica del proceso según lo ordenado por el controlador. Dependiendo del tipo de proceso y de los objetivos, se tienen una variedad de estos elementos. Desde dispositivos que reciben señales de control del tipo discreto hasta otros que actúan regulando la variable de interés dentro de cierto rango como por ejemplo el flujo de un fluido a través de una válvula de control, la velocidad de un motor por medio de un variador de velocidad o la temperatura de un horno eléctrico utilizando una resistencia calefactora VALVULAS DE CONTROL Se puede definir una válvula como: Elemento o dispositivo 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 Conductos. MATERIALES DE FABRICACION     

El Bronce: Se emplea para operar con temperaturas hasta de 550ºF (288ºC) Hierro Vaciado: Se usa para temperaturas hasta de 450ºF (232ºC) Acero Fundido: Se emplea para operar a temperaturas hasta de 1050ºF (566ºC) Vidrio: (Refractario) Utilizada en la Industria Química, alimentos y laboratorios Acero inoxidable, plástico de pvc, monel, aluminio, titanio, tántalo, circonio, plásticos de polipropileno

TIPOS DE CONEXIÓN

 ROSCADAS  SOLDADAS  BRIDAS

En muchos casos, el dispositivo corrector final en un sistema de lazo cerrado es una válvula o un dispositivo tipo válvula que varía el flujo de un fluido en el proceso. Una válvula de control es el elemento final de control más comúnmente usado en la Industria. Este dispositivo varía el flujo de material o energía a un proceso, ajustando una abertura a través de la cual fluye el material, Es por lo tanto un orificio variable en la línea. Según el teorema de Bernoulli el flujo a través de un orificio es Q = CA √∆𝑷 En,donde: Q es la cantidad de flujo C es una constante para las condiciones del flujo A es el área de apertura de la válvula ∆P es la caída de presión a través de la válvula Según la fórmula anterior, el flujo a través de la válvula es proporcional al área de apertura y la raíz cuadrada de la caída de presión a través de la válvula. Ambos factores varían; el área con el porcentaje de carrera (posición) de la válvula y la caída de presión está referida a las condiciones fuera de la válvula y establecida por el proceso (distribución y tuberías). En condiciones reales de trabajo, una caída de presión constante es raramente encontrada. Por lo tanto, el usuario de la válvula o el diseñador del sistema debe considerar las características de la válvula y del proceso de modo tal de combinar ambas para lograr el rendimiento deseado. En un lazo cerrado de control, la válvula es el único elemento resistivo que puede ser controlado. Las otras resistencias, varían de debido a cambios de flujo en el sistema o debido al revestimiento de las tuberías . Estas variaciones son indeseables y deben ser compensadas por la válvula de control. PARTES DE UNA VÁLVULA DE CONTROL Debido a que las válvulas más usadas son las neumáticas, vamos a referirnos a estas para detallar las partes de una válvula de control. En general, una V.C. consta de dos partes principales: La válvula propiamente dicha y el actuador. La válvula es la parte que a través de la cual pasa y se constata el fluido y el actuador es el elemento encargado de efectuar la operación de control. Cuerpo de la válvula Elementos internos, como el asiento del obturador, el obturador, el vástago del obturador, la guía del mismo, etc. que están en contacto con el medio a controlar. El cuerpo de la válvula debe resistir la temperatura y la presión del fluido sin pérdidas, tener un tamaño adecuado para el caudal que debe controlar y ser resistente a la erosión o a la corrosión producidas por el fluido. El cuerpo y las conexiones a la tubería (bridadas o roscadas) están normalizados de acuerdo con las presiones y temperaturas de trabajo

Tapa de la válvula

La tapa de la válvula de control tiene por objeto unir el cuerpo al servomotor. A través de él desliza el vástago del obturador accionado por el motor. Este vástago dispone generalmente de un índice que señala en una escala la posición de apertura o de cierre de la válvula. Para que el fluido no se escape a través de la tapa es necesario disponer una caja de empaquetadura entre la tapa y el vástago. La empaquetadura ideal debe ser elástica, tener un bajo coeficiente de rozamiento, ser químicamente inerte y ser un aislante eléctrico, con el fin de no formar un puente galvánico con el vástago que dé lugar a una corrosión de partes de la válvula. La empaquetadura que se utiliza normalmente es de teflón cuya temperatura máxima de servicio es de 2200 0C Parte internas de una válvula Como partes internas de una válvula se consideran generalmente las piezas metálicas internas desmontables que están en contacto directo con el fluido. Estas piezas son el vástago, la empaquetadura, el collarín de lubricación, los anillos de guía, el obturador y el asiento o los asientos. Hay que señalar que el obturador y el asiento constituyen el «corazón de la válvula» al controlar el caudal gracias al orificio de paso variable que forman al variar su posición relativa, y que además tienen la misión de cerrar el paso del fluido. Para el obturador y los asientos su selección intervienen tres puntos principales a) Materiales normales y los especiales aptos para contrarrestar la corrosión, la b) erosión y el desgaste producidos por el fluido. c) Características de caudal en función de la carrera. d) Tamaño normal o reducido que permite obtener varias capacidades de caudal de la válvula con el mismo tamaño del' cuerpo. Estopero o prensa estopas, a través del cual, se desplaza el vástago del obturador y que contiene los accesorios de sellado para evitar fugas de fluido. el alojamiento de la empaquetadura que sella el vástago de comando de la válvula. Esa parte de la válvula evita la fuga de fluido hacia el exterior. Hay de muy diferentes tipos y pueden alojar diferentes tipos de "estopas" dependiendo de las condiciones de servicio como ser : presión, temperatura y fluido a estancar. Generalmente, contiene los medios de montaje del actuador.

Clasificación de las válvulas según los tipos de cuerpo Existe una gran variedad de válvulas para las más diversas aplicaciones. Una clasificación de éstas es la siguiente:

Figura 1 - Partes de una Válvula de Control TIPOS DE VALVULAS DE CONTROL

VALVULAS DE GLOBO

Son las válvulas diseñadas para controlar flujo, utilizadas en procesos donde la presión, temperatura y/o el nivel de un líquido deben mantenerse en valores preestablecidos. Estas válvula pueden ser de dos tipos : de asiento simple y de asiento doble. Las de asiento simple son generalmente utilizadas cuando se requieren un sello hermético y tamaño menor o igual a 2 pulgadas. Las válvulas globo de doble asiento, normalmente son suministradas en tamaños mayores a 2 pulgadas. Su principal ventaja radica en que la fuerza requerida por el Actuador es menor que en las de asiento simple, debido a que las fuerzas originadas por la presión del fluido sobre cada uno de los tapones tiende a cancelarse. Es de vueltas múltiples, en la cual el cierre se logra por medio de un disco o tapón que cierra o corta el paso del fluido en un asiento que suele estar paralelo con la circulación en la tubería. Recomendada para: • Estrangulación o regulación de circulación. • Para accionamiento frecuente. • Para corte de gases o aire . • Cuando es aceptable cierta resistencia a la circulación VENTAJAS:  Estrangulación eficiente con estiramiento o erosión mínimos del disco o asiento.  Carrera corta del disco y pocas vueltas para accionarla, lo cual reduce el tiempo y desgaste en el vástago y el bonete.  Control exacto de la circulación.  Disponible con orificios múltiples. DESVENTAJAS:  Gran caída de presión.  Costo relativo elevado. Las válvulas de globo de doble asiento son muy populares debido a su diseño equilibrado (las fuerzas que tienden a cerrar la válvula son sólo ligeramente diferentes a las que tienen a abrirla).

También están disponibles con obturadores reversibles. Las válvulas de globo de simple asiento normalmente no son equilibradas (existen diseños que sí lo son). Se usan mayoritariamente en tamaños pequeños donde se requiere un cierre los más pqueño posible. Su uso en pequeños tamaños se debe a: su diseño sencillo y que aún siendo no equilibradas no requieren grandes tamaños de actuadores. VALVULA DE AGUJA Son válvulas de globo que tienen machos cónicos similares a las agujas que ajustan con precisión en sus asientos. Al abrirlas el vástago gira y se mueve hacia fuera. Material: Bronce, Acero Inoxidable, latón y otras aleaciones. Permite la estrangulación exacta de volúmenes pequeños. Tamaño: de 1/8” a 1 in. Se utiliza para controlar el paso de aire o líquidos hidráulicos para accionamiento.

para servicios de alta Presión hasta 10.000PSI VALVULAS DE MARIPOSA Su operación consiste en la rotación de un disco usualmente 90º, lo que hace variar el área entre las paredes del cuerpo y el disco, lo que originará una regulación del flujo a través de la válvula para algunos servicios sólidos-líquidos. El cuerpo está formado por un anillo cilíndrico dentro del cual gira transversalmente un disco circular ver figura. La válvula puede cerrar herméticamente mediante un anillo de goma enclaustrado en el cuerpo. Un servomotor exterior acciona el eje de giro del disco y ejerce su par máximo cuando la válvula está totalmente abierta, siempre que la presión diferencial permanezca constante. En la selección de la válvula es importante considerar las presiones diferenciales correspondientes a las posiciones de completa apertura y de cierre; se necesita una fuerza grande del actuador para accionar la válvula en caso de una caída de presión elevada. Las válvulas de mariposa se emplean para el control de grandes caudales de fluidos a baja presión.

Ventajas: – Alta capacidad con baja caída de presión a través de la válvula. – Apta para un gran rango de temperaturas, dependiendo del tipo de cierre. – Mínimo espacio para instalación. – Económica, especialmente en grandes amaños. – Su menor peso le hace más manejable su mantenimiento. Desventajas: – Necesita actuadores potentes o de gran recorrido si el tamaño de la válvula es grande o la presión diferencial es alta. – No adecuada para “fluidos cavitantes” o aplicaciones de ruido.

son muy usadas en servicios de altos caudales y pequeñas pérdidas de carga. Tienen altos porcentajes de recuperación de presión. Tienen bastantes fugas salvo que se diseñe con asiento blando. Requieren más potencia de actuador y no presentan buenas características de control (especialmente en la zona de cercana al cierre y en la zona cercana a la apertura total) salvo en diseños especiales. Es de ¼ de vuelta y controla la circulación por medio de un disco circular, con el eje de su orificio en ángulos rectos con el sentido de la circulación. Recomendada para: • Servicio con apertura total o cierre total • Servicio con estrangulación • Para accionamiento frecuente • Cuando se requiere corte positivo para gases o líquidos • Cuando solo se permite un mínimo de fluido • Para baja caída a través de la válvula

A B C D

Cojinetes de rozamiento Diseño del cuerpo Mariposa esférica Intercambialidad

1

Cuerpo

2 3 4 5 6 7 8 9 10

Casquillo de rozamiento Reten Eje superior Anillo Mariposa Eje inferior Arandela eje Arandela cuerpo Tornillo

VENTAJAS • Ligera de peso, compacta, bajo costo. • Requiere poco mantenimiento • Número mínimo de piezas móviles • No tiene bolsas o cavidades

DESVENTAJAS • Alta torsión (par) para accionarla • Capacidad limitada para caída de presión VARIACIONES: • Seguridad, desahogo de seguridad Construcción con diafragma para válvulas utilizadas en servicio corrosivo

Figura 3 Válvulas mariposa

}

VALVULAS DE BOLA

DEFINICIÓN Es un dispositivo mecánico utilizado para controlar o regular el arranque, parada y dirección así como la presión o el flujo de un medio de presión (gas, liquido) impulsado por una bomba

hidráulica, compresor, bomba de vació o acumulador en un dispositivo. Básicamente son válvulas de macho modificadas. Aunque desde hace mucho tiempo su empleo estaba limitado debido al asentamiento de metal contra metal Que no permitía un cierre a prueba de burbujas. Los adelantos en los plásticos han permitido sustituir los asientos metálicos con los plastomeros y elastómeros modernos. La válvula de bola está limitada a las temperaturas y presiones que permite el material del asiento. Cuando está cerrada, se atrapa algo de líquido contra el asiento y el orificio de la bola, lo cual es indeseable en muchos casos. El cuerpo de la válvula tiene una cavidad interna esférica que alberga un obturador en forma de esfera de bola (de ahí su nombre). La bola tiene un corte adecuado (usualmente en V) que fija la curva característica de la válvula, y gira transversalmente accionada por un servomotor exterior. El cierre estanco se logra con un aro de teflón incorporado al cuerpo contra el cual asienta la bola cuando la válvula está cerrada. En posición de apertura total, la válvula equivale aproximadamente en tamaño a 75 % del tamaño de la tubería. La válvula de bola se emplea principalmente en elcontrol de caudal de fluidos negros, o bien en fluidos con gran porcentaje de sólidos en suspensión. Una válvula de bola típica es la válvula de macho que consiste en un macho de forma cilíndrica o troncocónica con un orificio transversal igual al diámetro interior de la tubería. El macho ajusta en el cuerpo de la válvula y tiene un movimiento de giro de 90. Se utiliza generalmente en el control manual todo nada de líquidos o gases y en regulación de caudal. Ventajas: – Excelente control ante fluidos viscosos, erosivos, fibrosos o con sólidos en suspensión. – Alta rangeabilidad de control (aprox.: 300:1). – Mayor capacidad que las válvulas de globo. Desventajas: – Precio elevado. No adecuada para “líquidos cavitantes”. – Puede provocar ruido con caídasde presión altas.

VARIACIONES: Entrada por la parte superior, cuerpo o entrada de extremo divididos (partidos), tres vías,

Venturi, orificio de tamaño total, orificio de tamaño reducido.

Especificaciones para el pedido:  Temperatura de operación  Tipo de orifico en la bola  Material para el asiento  Material para el cuerpo

de funcionamiento  Orifico completo o reducido Entrada superior o lateral

VENTAJAS • Bajo Costo • Alta capacidad • Circulación en línea recta • Pocas fugas • Se limpia por si sola • Cierre hermético con baja torsión.

DESVENTAJAS • Características deficientes para estrangulación Alta torsión para accionarla  Susceptible al desgaste de sellos o empaquetaduras.  Propensa a la cavitación. USOS Estas válvulas no están limitadas a un fluido en particular. Se pueden emplear para vapor, agua, aceite, gas, aire, fluido corrosivo, pastas aguadas y materiales pulverizados secos. PRINCIPALES COMPONENTES DE ESTAS VÁLVULAS  CUERPO  ASIENTO  BOLA

OPERACIÓN 1. La válvula debe ser operada en las posiciones "totalmente abierta" o "totalmente cerrada" únicamente. Dejar la válvula en una posición intermedia (semiabierta), puede ocasionar daños severos a los asientos y sellos de la misma dañándola rápidamente. 2. En las válvulas operadas con palanca, cuando ésta se encuentra alineada con el eje de la válvula (cañería) indica que la válvula esta "abierta". Si se observa la válvula desde arriba se podrá notar que el vástago gira 90° en el sentido de las agujas del reloj para cambiar de "abierta" a "cerrada". 3. En las válvulas operadas con reductores o actuadores, estos poseen indicadores mecánicos que muestran si la válvula esta "abierta" o "cerrada". Todos los volantes de los reductores y los actuadores, al momento de manipularlos, giran en el sentido de las agujas del reloj para cerrar la válvula. 4. La válvula no debe ser inmovilizada por periodos de tiempos muy largos. Si es posible debe ser accionada a intervalos regulares para asegurar una operación correcta y continua

PLAN DE LUBRICACIÓN RECOMENDADO La frecuencia de lubricación de la válvula debe basarse en el sentido común o en la experiencia de los usuarios con el equipo instalado. Las siguientes indicaciones servirán de guía hasta que las experiencias con el equipo indiquen lo contrario 1. Lubricar mínimo una vez al año. 2. Cada tres meses si la válvula es operada con poca frecuencia (una vez al día o menos). 3. Cada 1000 ciclos si la válvula se opera más de diez veces al día. 4. Cada 500 ciclos si la válvula se opera en condiciones severas o corrosivas y más de diez veces al día.

Las válvulas de bola están siendo muy usadas debido a su alto porcentaje de recuperación de presión. Se presentan en diseño de bola completa o segmentada. En este último caso son muy útiles en fluidos viscosos con sólidos en suspensión. Presentan altas capacidades de CV. En muchos casos son idóneas para aplicaciones de control on-off. Las válvulas de membrana se usan principalmente en servicios viscosos y corrosivos. El sello que constituye la membrana evita el contacto del fluido con los órganos internos. Generalmente tienen malas características de control y las membranas suelen tener corta duración. Existen otros numerosos tipos de cuerpos (válvula de tres vías, cuerpo partido, angular, etc.) que presentan; asimismo ventajas e inconvenientes, las cuales adecuadamente sopesadas pueden posibilitar el uso de los mismos. LA VALVULA DE JAULA

es otro tipo de válvula ¡de globo que ha tenido mucho auge en los últimos años. Su nombre se debe a que el obturador es guiado por una especie de "jaula" inmersa en el cuerpo de la válvula. Se usa en muchas aplicaciones sustituyendo a las de doble asiento con alguna ventaja adicional tal como mayor capacidad de Cv, bajo ruido, buena estabilidad, fácil cambio de los órganos internos (trim), uso de trim de tamaño reducido en el mismo obturador y disminución de problemas con la erosión.

Ffigura 4 Válvula de jaula

VALVULAS DE COMPUERTA Es de vueltas múltiples, en la cual se cierra el orificio con un disco vertical de cara plana que se desliza en ángulos rectos sobre el asiento. Recomendada 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. VENTAJAS • Alta capacidad.

• • • •

Cierre hermético. Bajo costo. Diseño y funcionamientos sencillos. Poca resistencia a la circulación.

DESVENTAJAS • Control deficiente de la circulación. • Se requiere mucha fuerza para accionarla. • Produce cavitación con baja caída de presión • Debe estar abierta o cerrada por completo. • La posición para estrangulación producirá erosión del asiento y del disco

Especificaciones para el pedido:  Tipo de conexiones de extremo  Tipo de cuña  Tipo de asiento  Tipo de vástago  Tipo de bonete  Tipo de empaquetadura del vástago  Capacidad nominal de presión para operación y diseño  Capacidad nominal de temperatura para operación y diseño

Válvula en Y Es adecuada como válvula de cierre y de control. Como válvula todo-nada se caracteriza por su baja pérdida de carga y como válvula de control presenta una gran capacidad de caudal. Posee una característica de autodrenaje cuando está instalada inclinada con un cierto ángulo. Se emplea usualmente

en instalaciones criogénicas.(se relaciona a líquidos a bajas temperaturas) Bajo esta denominación se encuentra cubierto un número de diseños que permiten como características común la forma de globo en todos estos. Este tipo de válvulas son las más comúnmente usadas y cuando el término válvula de control se menciona, normalmente se piensa en una válvula tipo globo. La forma en que estas válvulas logran la acción de control, es: Válvulas de puerto sencillo. Válvulas de puerto doble. Válvulas de caja. Válvulas de ángulo. Válvulas de tres vías. EL OBTURADOR Es el que principalmente define el comportamiento o característica de la válvula como ya antes se ha mencionado. En general se tienen las siguientes características: Apertura rápida: permite un cambio rápido del caudal para un pequeño recorrido del vástago. Cerca del 90% de la capacidad de la válvula se obtiene al 30% de apertura de la válvula y se logra una relación lineal hasta ese punto. Se utiliza principalmente para servicio on-off o en válvulas auto-reguladas. Incluso son útiles en sistemas con caídas constantes de presión, en donde se requiere una característica lineal. Lineal: produce un flujo directamente proporcional a la apertura de válvula. Una variación del 50% del vastago origina una igual variación en el flujo, etc. Esta relación produce una pendiente constante, de modo tal que cada cambio incremental de la posición del tapón produce un cambio similar en el flujo de válvula, si la caída de presión es constante. Se usan generalmente en control de nivel de líquidos y en aplicaciones en donde se requiere una ganancia constante. Igual Porcentaje: una característica de igual porcentaje es aquella en la que a iguales incrementos de recorrido del vastago, se produce un porcentaje igual en el flujo existente. Por ejemplo, cuando el flujo es pequeño, el cambio en el mismo (para un; cambio incremental) es pequeño; cuando el flujo es grande, el cambio es siempre proporcional a la cantidad que fluye antes del cambio. Se usan en aplicaciones de control de presión en donde; un pequeño porcentaje de la caída del sistema permite el control de la válvula.

Figura 5 Curvas características de válvulas de control Parabólica modificada: Una curva de este tipo cae entre la lineal y la de igual porcentaje. Se usa en aplicacionesien donde la mayor parte de la caída de presión del sistema se da en la válvula de control. Lineal modificada: Cae entre la lineal y la apertura para flujos bajos y altos, la sensibilidad de la válvula es baja, es decir, que grandes recorridos del vástago producen pequeños cambios de flujo. ACCION DE LA VÁLVULA La acción del cuerpo de válvula o válvula propiamente dicha está relacionada al efecto del desplazamiento del vástago de la válvula sobre la apertura de la misma, es decir, si el empujar el vástago de la válvula, se origina un efecto de empujar para i cerrar (push-to™ close) o de empujar para cubrir (push— to—open). El cierre se logra físicamente con el tapón u obturador.

Figura 6 Acciones de cuerpo de válvula

MATERÍALES Los materiales de construcción, es decir, los materiales de los órganos internos así como los del cuerpo de la misma, suelen venir exigidos por el tipo de proceso y las condiciones del mismo. El empleo de aceros inoxidables es común en aplicaciones químicas, sin embargo debido a la gran variedad de las mismas se utilizan algunos materiales especiales. Normalmente, la mejor selección de los materiales para válvulas procede de la persona que más puede saber sobre el fluido de proceso. En este sentido, los fabricantes de las válvulas suelen fiarse de la opinión del usuario para la selección de materiales y disponen de catálogos detallados que ayudan en este tema. Un aspecto interesante en la selección de los órganos internos de las válvulas de control es el tema de la erosión. La erosión es producida por las elevadas caídas de presión, que ocasionan velocidades del fluido, a través del orificio de paso, considerablemente altas y, por tanto, de gran efecto erosivo. Los efectos de la erosión se multiplican en los casos en que existen en el fluido partículas sólidas en suspensión. La elección se ha de hacer considerando a la vez las propiedades anti-erosivas y la resistencia a la corrosión por el fluido que vaya a manejar la válvula.

Actuadores en válvulas de control Las válvulas de control pueden ser operadas neumáticamente, eléctricamente, hidráulicamente o por una combinación entre estas La primera es la mayormente usada. Las fuerzas que los actuadores deben superar son causadas por la caída de presión a través de la válvula, la fricción entre el fluido y las partes móviles, el peso de estas partes y el desbalance del vástago que se hace significativo para grandes caídas de presión. Mencionaremos las características básicas de los actuadores usados para modulación del servicio y por lo tanto se excluyen las válvulas solenoides y otros operadores mecánicos y eléctricos usados en servicio on-off.

PARTES DE UN ACTUADOR

ACTUADORES NEUMÁTICOS Pueden clasificarse en dos tipos básicos; el de resorte y diafragma y el de cilindro o pistón (sin resorte). El primero de ellos es el más usado y puede ser de "aire para bajar" (air-to-lower) o de "aire para subir" (airto-raise). Aquí, interesa por cual lado ingresa la señal neumática proveniente del controlador. Si es por la parte superior del diagrama, obliga a que la deformación de éste, origine un desplazamiento del vastago hacia abajo, en cambio si el aire ingresa por debajo del diagrama, el movimiento será hacia arriba. Si la válvula es de acción empujar-para-cerrar, el descenso del vastago debido a la acción de la señal neumática hará que la misma se vaya cerrando permitiendo que se controle el flujo de fluido en forma continua. Si la válvula es de acción empujar-para-abrir, el descenso del vastago hará que la misma se: vaya abriendo conformese aplique la señal neumática. Por lo tanto, de la combinación del actuador y la válvula dependerá la acción de Sa wálvuia de control. Si la señal neumática origina al final el cierre de la válvula (air-to-close) se hablará de acción directa y si por el contrario, la válvula se abre (air-to-open), se tendrá una acción inmersa. La variación de la acción de la válvula, se puede lograr fácilmente con un actuador reversible, sin embargo esto puede resultar costoso. Afortunadamente también se puede dar con un actuador no reversible, no necesariamente cambiando la válvula, sino con la ayuda de un posicionador de válvula como se verá más adelante.

Figura 7 partes de un actuador neumáticos Existen actuadores de diagrama reversibles, en los cuales el aire origina un movimiento del vástago hacia abajo o hacia arriba según la forma de colocación del actuador.

Figura 8 Acciones del actuador Los actuadores sin resorte, del tipo de cilindro o pistón, se emplean cuando se requieren una gran potencia

o una acción más rápida. Lo primero resulta de la habilidad para manejar presiones de alimentación más altas. ACTUADORES ELÉCTRICOS Se usan generalmente en áreas en donde no hay suministro de aire de alimentación o cuando se quiere prescindir de los sistemas neumáticos. Se clasifican según el tipo de energía utilizada para impulsarlos y por el tipo de movimiento requerido. Utilizan motores eléctricos monofásicos ó trifásicos y engranajes, tanto en aquellos denominados de multi-vueltas como en los de un cuarto de vuelta. La mayoría de ellos tiene un mecanismo de desembrague del volante para operación manual en caso de falla de energía eléctrica. Los actuadores modernos disponen de componentes especiales tales como relés de monítoreo, protección contra válvula atascada, termostato, etc. La tecnología actual permite que puedan ser controlados remotamente a través de una conexión a dos hilos. De este modo se pueden conectar a una red muchos de ellos comunicados mediante un protocolo industrial.

Figura 10 Actuador eléctrico

ACTUADOR ELECTROHIDRAULICOS

Combinan la acción de la señal eléctrica de control (4 mA~20mA); con la fuerza que se puede lograr con presiones hidráulicas, acoplando a estas con un sistema de balance de fuerzas. Comúnmente, estos sistemas operan a presiones de hasta 3,000 psi, brindando potencia y velocidad para requerimientos de control de gran exactitud.

Figura 11 Actuador electrohidráulico (cortesía de Samson

ACCIONES DE LOS ACTUADORES

POSICIONADORES

La función de un posicionador de válvula es sensar la señal del instrumento y la posición del vástago de la válvula y asegurar que la válvula se mueve en la posición correcta de acuerdo a la señal del controlador. Se considera como un controlador de lazo cerrado que tiene a la señal del instrumento como la entrada, el suministro de aire como la salida al actuador y retroalimentación desde la posición física del vástago de la válvula. Los posicionadores pueden: • Incrementar la potencia disponible para mover la válvula. • Vencer las fuerzas dentro de una válvula provocadas por la fricción o la presión alta a través de la válvula. No todas las válvulas requieren posicionadores. Una válvula con un recipiente de diafragma con resorte puede regular sin él.

DIMENSIONAMIENTO DE UNA VALVULA Al seleccionar una válvula se debe tener cuidado en: Datos de la aplicación: Velocidad máxima y mínima del flujo Caída de presión Temperatura del fluido Datos del fluido Nombre del fluido Fase (gas, líquido) Densidad (gravedad especifica, peso especifico, peso molecular) Viscosidad (líquidos) Presión de vapor (gases) Influencia de la tubería Presencia de reductores u otras perturbaciones

CV EN UNA VALVULA DE CONTROL La capacidad de una válvula referida en unidades de Cv, esto es el número de galones por minuto de agua que pasan a través de la válvula con una caída de presión de una lb/pulg2 a 60ºF, es función de su diseño y del diámetro del puerto de la válvula. Esta capacidad variará mucho de diseño a diseño y en caso extremos de flujo máximo y mínimo alguno de estos diseños será incapaz de manejarlos, la válvula de mariposa y la de bola caracterizada son capaces de manejar eficientemente flujos altos, mientras que una válvula de globo que manejará estos mismos flujos generalmente es muy voluminosa y pesada en comparación a las anteriores

Rangeabilidad de una Válvula de control Es la relación entre el flujo máximo y el flujo mínimo controlable, donde controlable implica que la desviación no exceda ciertos límites establecidos a partir de su característica inherente de flujo y es importante cuando: Indica el punto en que la válvula actuará como un dispositivo abierto-cerrado o pierde control completamente debido a fugas. Establece el punto en el que la característica de empuje ascendente del flujo se desvía de lo separado. Una válvula deberá manejar eficientemente varias condiciones de flujo alejadas entre sí. Las válvulas de mariposa y bola caracterizada son las que mejores características de rangeabilidad ofrecen.

C

Ejemplo como calcular el V Obtener la característica Cv de la válvula dado: Fluido: Agua salada Gravedad especifica: 1.2 Velocidad de flujo máxima : 250 gpm ΔP a flujo máximo: 10 psi Velocidad de flujo mínima : 40 gpm ΔP a flujo mínimo: 25 psi Sabiendo que su ecuación es:

𝐺

Cv=𝑞 √∆𝑝

Cv=250√

1.2 10

= 87

Cv(minimo)=40√

1.2 25

= 8.7

Esto es para líquidos Existen muchos factores para seleccionar una válvula, el ejemplo anterior, solo aplica a líquidos incompresibles y con un numero de Reynolds mayor a 500, si se desea conocer más técnicas se recomienda el: “ISA Handbook of control Valves” o “ISA standard S39.4

en

Válvulas Solenoide Las válvulas solenoide permiten un control on-off mediante variaciones de corriente eléctrica en su bobina. Son utilizadas ampliamente en control de flujo en sistemas neumáticos. En muchas aplicaciones es necesario controlar el paso de algún tipo de flujo, hasta gases o líquidos. Esta tarea es realizada por válvulas. En particular, las accionadas por solenoides permiten su implementación en lugares de difícil acceso y facilitan la automatización del proceso al ser accionadas eléctricamente. ¿Qué es una válvula de solenoide? Este tipo de válvulas es controlada variando la corriente que circula a través de un solenoide (conductor ubicado alrededor de un émbolo, en forma de bobina). Esta corriente, al circular por el solenoide, genera un campo magnético que atrae un émbolo móvil. Por lo general estas válvulas operan de forma completamente abierta o completamente cerrada, aunque existen aplicaciones en las que se controla el flujo en forma lineal. Al finalizar el efecto del campo magnético, el émbolo vuelve a su posición por efecto de la gravedad, por un resorte o por presión del fluido a controlar. Una electroválvula es un dispositivo diseñado para controlar el flujo de un fluido a través de un conducto como puede ser una tubería. No se debe confundir la electroválvula con válvulas motorizadas, que son aquellas en las que un motor acciona el cuerpo de la válvula. Una electroválvula tiene dos partes fundamentales: el solenoide y la válvula. El solenoide convierte energía eléctrica en energía mecánica para actuar la válvula. En algunas electroválvulas el solenoide actúa directamente sobre la válvula proporcionando toda la energía necesaria para su movimiento. Es corriente que la válvula se mantenga cerrada por la acción de un muelle y que el solenoide la abra venciendo la fuerza del muelle. Esto quiere decir que el solenoide debe estar activado y consumiendo potencia mientras la válvula deba estar abierta. También es posible construir electroválvulas biestables que usan un solenoide para abrir la válvula y otro para cerrar o bien un solo solenoide que abre con un impulso y cierra con el siguiente.

Electroimanes El solenoide, bajo el efecto de corriente circulante, se comporta como un electroimán. Atrae materiales ferromagnéticos, producto de la alineación de momentos magnéticos atómicos. El campo magnético, creado al circular corriente por el solenoide, actúa sobre el émbolo móvil de material magnético. Se produce una fuerza que ocasiona el desplazamiento del émbolo permitiendo el cierre o apertura de la válvula. En la Figura 7.1 se aprecia un esquema del fenómeno. La bobina o solenoide genera un campo magnético, de acuerdo a la Ley de Ampere:

Figura 7.1 Campo producido por una bobina. Movimiento del émbolo dentro de una bobina.

CLASIFICACIÓN.

Existen muchos tipos de válvulas de solenoide. Todas ellas trabajan con el principio físico antes descrito, sin embargo se pueden agrupar de acuerdo a su aplicación, construcción o forma



 H  dl i

abrazada

Con las electroválvulas de mando directo, es posible calcular la fuerza de atracción electromagnética con ayuda de la ecuación siguiente: Fs = p . A (N) Fs = fuerza de atracción electromagnética (N) p = presión (Pa) (105 Pa = 1 bar) A = superficie de paso (m2) Ejemplo Una cabeza magnética estándar tendrá una fuerza de atracción de alrededor de 15 N. Para utilizar esta cabeza magnética con una presión diferencial de 1 MPa (10 bar), se puede calcular el diámetro de paso máximo. Fs = p . A ➞15 = 106 . A A = 1,5 . 10-5 m2 A = 1/4.π.d2 ➞d = 4,4 mm2 Según su aplicación: Acción Directa u Operadas mediante piloto. Este campo produce una fuerza sobre el émbolo o núcleo móvil, tal como se aprecia en la Figura 7.1 La acción de esta fuerza de origen magnético constituye el principio de funcionamiento de toda válvula de solenoide. Según su construcción: Normalmente abierta o Normalmente cerrada. Según su forma: De acuerdo al número de vías. A continuación se profundizarán cada una de estas categorías, detallando su funcionamiento y aplicación.

VÁLVULAS SOLENOIDE DE ACCIÓN DIRECTA En este tipo de válvulas, el émbolo móvil controla el flujo debido al efecto de la fuerza de origen magnético directamente. Para ejemplificar el modo de trabajo de estas válvulas en general, se estudiará el funcionamiento de la válvula de solenoide de acción directa, normalmente cerrada de dos Vías

Figura 7.2 Válvula de Acción Directa.

En ella, al no circular corriente por la bobina, la aguja asociada a la parte inferior del émbolo cierra el orificio deteniendo el flujo. Al energizar el solenoide, se genera un campo magnético que ejerce fuerza sobre el émbolo atrayéndolo hacia arriba. De esta manera la aguja se levanta, permitiendo el paso del fluido. Al finalizar el efecto de la corriente eléctrica, la fuerza ascendente sobre el émbolo cesa. Este cae, por efecto de la gravedad, cerrando mediante la aguja el orificio, impidiendo de esta manera el paso del flujo por la tubería. En otras aplicaciones, se ocupan resortes que permiten la instalación de la válvula en posiciones no verticales, prescindiendo de esta manera de la fuerza de gravedad. Desde luego, mientras mayor sea la diferencia de presión entre la entrada y la salida del fluido, mayor tendrá que ser la fuerza ejercida sobre el émbolo móvil para cerrar (o abrir dependiendo del caso) el orificio de la válvula. Debido a lo anterior, existe un límite máximo de diferencia de presiones con las que puede trabajar cada válvula. Este límite se conoce como “Diferencial Máximo de Presión de Apertura”. Diferencial Máximo de Presión de Apertura (MOPD): Tal como se dijo anteriormente, mientras mayor sea la diferencia de presiones entre la entrada y la salida, más fuerza será necesaria para abrir o cerrar la válvula. También, mientras mayor sea el orificio de la válvula, mayor será el área afectada por esta diferencia de presiones, haciendo aún más difíciles los movimientos de la aguja asociada al émbolo. Por lo tanto, dado la fuerza máxima con que el electroimán puede atraer al émbolo, existe un límite para la diferencia de presiones entre la entrada y la salida. Si la presión excede este límite, el solenoide será incapaz de mover al émbolo, dejando a la válvula sin capacidad de actuación. Si se requiere de un gran MOPD, la fuerza que deberá ejercer el campo sobre el émbolo deberá ser grande. De esta manera, será necesaria una gran bobina, aumentando los costos de construcción de la válvula. Debido a lo anterior, las válvulas de acción directa se limitan a aplicaciones en las que se trabaja con diferencias de presiones y caudales pequeños. Para grandes flujos y presiones se utilizan válvulas de solenoide operadas por piloto.

VÁLVULAS SOLENOIDE OPERADAS POR PILOTO Las válvulas de solenoide operadas por piloto se basan en una combinación de la bobina solenoide, descrita anteriormente, y la presión de la línea o tubería. En este tipo de válvulas, el émbolo está unido a un vástago de aguja, que a su vez cubre un orificio piloto en vez del puerto principal. En la Figura 7.3 se aprecia, a modo de ejemplo, una válvula de solenoide operada por piloto, normalmente cerrada, de dos vías con pistón flotante.

Figura 7.3 Válvula operada por piloto, normalmente cerrada de dos vías y pistón flotante Existen tres tipos básicos de válvulas operadas por piloto: Pistón Flotante. Diafragma Flotante. Diafragma Capturado. Los tres tipos de válvulas operan con el mismo principio. Cuando la bobina es energizada, el émbolo es atraído hacia el centro de la bobina, abriendo el orificio piloto. Una vez hecho esto, la presión atrapada arriba del pistón o diafragma se libera a través del orificio piloto, creando así un desbalance de presión a través del pistón o diafragma. De este modo, la presión inferior es mayor a la superior, forzándolo a subir y produciendo la apertura del puerto principal. Cuando se desenergiza la bobina solenoide, el émbolo cae y el vástago de aguja cierra el orificio piloto, provocando la igualación de las presiones sobre y bajo el pistón o diafragma, los cuales caen para cerrar el puerto principal. En la Figura 7.3 es posible apreciar un diseño de válvula solenoide idéntico al de la Figura 7.4, sólo que ésta posee un diafragma flotante en vez de un pistón. Es usual observar en válvulas de tamaño mediano, que el orificio piloto se localiza encima del pistón o del diafragma. En válvulas grandes, donde es mayor el movimiento del diafragma o pistón, es frecuente ubicar el orificio piloto en un punto alejado del dispositivo móvil, por cuestión de diseño práctico. Se aprecia en la Figura 6 como la válvula solenoide piloto no hace contacto con el pistón, sino que maneja la presión que afecta a este a través de sus conexiones a la línea y a la cámara piloto. De esta manera, cuando la solenoide piloto está desenergizada, se acumula presión alta en la cámara piloto, provista a través de una conexión de alta presión, forzando la clausura del pistón. Al energizarse el solenoide, se libera la presión de la cámara piloto

y se igualan las presiones, haciendo que el resorte levante el pistón y abra la válvula. Estas válvulas son conocidas también como “operadas por piloto externo”, dejando para las válvulas anteriores la denominación de “operadas por piloto interno”.

Figura 7.4 Válvula operada por piloto, normalmente cerrada de dos vías y diafragma flotante

Figura 7.5 Válvula operada por piloto externo, normalmente cerrada de dos vías y pistón flotante Al igual que las válvulas de acción directa, se deben tener ciertas consideraciones sobre la relación entre las presiones que afectan al pistón o diafragma. De esta forma, las válvulas solenoide operadas por piloto requieren de una mínima diferencia de presiones entre la entrada y la salida para producir la apertura del puerto principal y mantener al pistón o diafragma en posición abierta. Esta diferencia de presiones es conocido como “Diferencial Mínimo de Presión de Apertura”.

Diferencial Mínimo de Presión de Apertura (MinOPD): Según se explicó, una válvula de acción directa no puede actuar si las presiones de la tubería exceden su MOPD. Ello exigiría una mayor fuerza magnética, lo que implica un gasto excesivo en una bobina del tamaño adecuado. Es por esto que en aplicaciones de actuación en presencia de presiones mayores, se utilizan las válvulas de solenoide operadas por piloto. El objetivo de la actuación, la apertura del orificio piloto, es que sea realizada con el menor esfuerzo posible. Sin embargo, en las válvulas operadas por piloto es necesario un diferencial de presión específico una vez que el orificio piloto ha permitido la igualación de las presiones de entrada y salida. Este MinOPD es requerido para levantar al pistón o diafragma del puerto principal. Es importante señalar que las válvulas operadas por piloto, al igual que las de acción directa, deben evitar exceder su MOPD, para lograr un flujo adecuado dentro de la línea. Variantes para Válvulas de Solenoide: Los principios de operación ya vistos se aplican a una gran variedad de válvulas de solenoide, las cuales difieren entre ellas según ciertas variantes mecánicas y de construcción. Algunos ejemplos de estas variantes son: Émbolos de Carrera Corta: Están rígidamente conectados a la aguja. Éstos siempre serán utilizados en válvulas de acción directa. Émbolos de Carrera Larga: Dan un “golpe de martillo” a la válvula al producirse la apertura. Construcción interconectada mecánicamente de pistón a émbolo: Se utiliza cuando no hay disponible una presión diferencial que haga flotar el pistón. Esta construcción permite que una válvula de solenoide relativamente grande abra y permanezca en posición abierta, con una mínima caída de presión a través de la válvula. Se usa principalmente en trabajos con líneas de succión. Válvulas operadas por piloto y cargadas con resorte: Se utilizan en puertos de diámetros grandes. VÁLVULAS DE DOS VIAS De acuerdo a su forma, las válvulas se pueden clasificar según la cantidad de entradas y/o salidas que ella posee. De esta manera, los tres tipos principales de válvulas son las de dos, tres y cuatro vías. La válvula de dos vías es el tipo de válvula solenoide más común, ya que posee una conexión de entrada y una de salida, controlando el flujo del fluido en una sola línea. Ya se ha explicado en profundidad el funcionamiento de válvulas de acción directa y

operadas por piloto y pistón, por lo que ahora se dará una reseña del funcionamiento de las válvulas con diafragma flotante. En la Figura 7.6 se aprecia una válvula operada por piloto, normalmente cerrada y con diafragma flotante. Estas válvulas poseen un orificio igualador que comunica la presión de la entrada con la parte superior del diafragma, empujándolo contra el asiento y manteniendo, de esta manera, cerrada la válvula. El orificio piloto debe ser más grande que el orificio igualador. Cuando se energiza la bobina, el émbolo es atraído por el campo magnético y levanta la aguja del orificio piloto, produciendo la reducción de la presión arriba del diafragma, igualándola con la de salida. El diferencial de presión resultante a través del diafragma crea una fuerza que lo levanta del puerto principal generando la apertura de la válvula. Al desenergizar la bobina se cerrará el orificio piloto, provocando que la presión de entrada se vaya por el agujero igualador y se igualen las presiones sobre y bajo el diafragma. De esta forma, el dispositivo se volverá a sentar y se cerrará la válvula. Otra especificación de las válvulas de solenoide corresponde a agruparlas según su construcción, ya fuera como normalmente abierta o normalmente cerrada. Básicamente, para el caso de las válvulas solenoide la especificación dependerá del sentido en que actúe la fuerza de la bobina sobre el émbolo. Para las válvulas de acción directa, en los casos en que la aplicación de energía a la bobina abra el puerto principal se hablará de una situación normalmente cerrada, ya que este será el estado de la válvula desenergizada. Esto se aprecia en la Figura 7.8 En cuanto a las válvulas operadas por piloto, será normalmente abierta cuando el solenoide deba ser energizado de tal forma que produzca un desequilibrio de presiones para forzar el cerrado del pistón o diafragma. En algunos casos, la válvula estará normalmente abierta gracias a un resorte que forzará la apertura del pistón y ejercerá una fuerza opuesta a la del émbolo. Se observa un válvula normalmente abierta en la Figura 7.9. La ventaja de las válvulas normalmente abiertas radica en que permanecerán abiertas en caso de fallas en el sistema eléctrico, algo necesario en algunos casos. Estas válvulas con utilizadas especialmente en labores que requieren que haya un flujo de fluido la mayor parte del tiempo.

Figura 7.6 Válvula operada por piloto, normalmente cerrada de dos vías y diafragma flotante.

Figura 7.7 Válvula de acción directa, normalmente abierta de dos vías.

Figura 7.8 Válvula operada por piloto, normalmente abierta de dos vías y diafragma flotante. VÁLVULAS DE TRES VIAS

Las válvulas de tres vías tienen una conexión de entrada que es común a dos conexiones de salida distintas, como la que se muestra en la Figura 7.9 Las válvulas de tres vías son, básicamente, una combinación de la válvula de dos vías normalmente cerrada y de la válvula de dos vías normalmente abierta, en un solo cuerpo y con una sola bobina. La mayoría de estas válvulas son operadas por piloto.

Figura 7.9 Válvula Solenoide de Tres Vías operada por piloto externo Veamos su funcionamiento. Al estar la bobina desenergizada, con el orificio piloto clausurado, en la parte superior del ensamble del pistón se tiene una presión P1, la cual llega a través de la conexión piloto externa que se observa a la derecha y arriba de la figura. La parte inferior del pistón se encuentra directamente expuesta a la presión de la entrada, P2, produciéndose una diferencia de presiones P2 P1 que levanta el pistón. Esto permite el flujo de fluido desde la entrada hacia la salida inferior, ya que cierra el puerto para la salida lateral y lo abre para la salida de abajo. Para producir el efecto de desviación, se debe energizar la bobina, con lo cual se levanta el émbolo y la aguja destapa el orificio piloto. De esta forma, se permite el paso del fluido presente en la entrada a través del tubo capilar y hacia la parte superior del ensamble del pistón. Así, se consigue una igualación de las presiones sobre y bajo el pistón, el cual es finalmente empujado hacia abajo por un resorte ubicado sobre éste. Se tendrá entonces que el puerto lateral se abre y el inferior se cierra, con lo que flujo se moverá hacia la salida lateral. VALVULAS DE CUATRO VIAS Estas válvulas solenoide son conocidas comúnmente como válvulas reversibles, cuya forma más usual se aprecia en la Figura 11. Éstas poseen una entrada y tres salidas. El funcionamiento de la válvula de cuatro vías se detalla en las Figuras 7 . 12 y 7.13, según el estado energético de la bobina. Cuando la bobina de la válvula piloto se

encuentra sin energía, el pistón deslizante está posicionado de tal forma que conecta los puertos B con D1 y S1 con A. De esta forma, la sección superior del deslizante principal está acumulando la presión alta presente en la línea de descarga D. Por otro lado, la parte inferior del deslizante, provisto de un sello que lo aísla de la sección superior, se encuentra expuesta a la presión baja de la línea de succión S. Con esto, se genera un desbalance de presiones en el deslizante principal que provoca la fuerza que lo mantiene en su posición “abajo”. En estas condiciones, se comunican los puertos S y 1 a modo de válvula reversible, mientras los puertos D y 2 mantienen el flujo del fluido principal a través del deslizante de la válvula de cuatro vías.

Figura 7.11 Válvula Solenoide de Cuatro Vías operada por piloto externo.

Cuando el solenoide piloto se energiza, atrae hacia arriba el pistón y produce la comunicación entre los puertos A con D1 y los puertos B con S1. Esto produce una acumulación de la alta presión de la línea de entrada en la sección inferior del deslizante principal, mientras que la sección superior está expuesta a presión relativamente baja del canal S. Con esto, el deslizante principal es empujado hacia arriba, producto de la fuerza que aparece dada la diferencia de presiones en los extremos del deslizante. Finalmente, el flujo principal será sido desviado desde D hacia 1 y la válvula reversible ahora comunicará los puertos S y 2.

Figura 7.11 Operación de Válvula Solenoide de Cuatro Vías con bobina piloto energizada. MATERIALES UTILIZADOS EN SU CONSTRUCCIÓN Con el objetivo de lograr escoger una válvula adecuada para cada aplicación, es necesario tener en cuenta los materiales utilizados en su construcción. De esto dependerá el tipo de trabajo que deberá desempeñar. Los materiales utilizados se escogen con el fin de ser compatibles con el tipo de fluido, lograr la máxima confiabilidad y tiempo de vida útil y minimizar sus costos. A continuación se detallan algunos materiales usados en cada componente de una válvula de solenoide: Cuerpo de la válvula: En fluidos neutros se utiliza bronce o lata. Para fluidos a altas temperaturas (o vapor por ejemplo) se usa acero o acero inoxidable (más resistente a la corrosión). En algunas aplicaciones, con el objetivo de disminuir los costos, se utilizan materiales plásticos o PVC Bobina: La bobina se construye en general a partir de conductores de cobre aislados. La zona del émbolo móvil que entra en contacto con el fluido, por lo general corresponde a acero inoxidable. De esta manera se logra resistencia a la corrosión.

Materiales sellantes: Los factores que intervienen en la elección de este material son las condiciones de temperatura, químicas y mecánicas de cada aplicación en particular. Para fluidos neutros con temperaturas bajas, por lo general se utiliza Viton. Para trabajo con altas temperaturas se utiliza EPDM y PTFE, materiales que ofrecen gran resistencia ante condiciones adversas de temperatura

SELECCIÓN DE UNA VÁLVULA SOLENOIDE Al momento de elegir una válvula, debemos tomar en cuenta los siguientes puntos: 1.- Fluido a controlar (características de viscosidad y pH) 2.- Rangos de Presión con los que se desea trabajar (MOPD y MinOPD) 3.- Temperatura del fluido (y del medio externo). 4.- Tipo de cañería o conexión (tamaño y estilo). 5.- Características eléctricas de la válvula (rangos de voltaje con que trabaja; CC o AC) 6.- Opciones específicas para la aplicación: -Normalmente abierta o cerrada. -Presión segura de trabajo (SWP) -Con o sin vástago manual, etc. Cabe destacar que, al momento de dimensionar la válvula, se debe tener en cuenta la cantidad de flujo a controlar, más que el ancho de la tubería. En este sentido, es recomendado consultar las especificaciones del fabricante para cada válvula. Para válvulas de acción piloto, es vital que durante todo el proceso la presión en las líneas esté dentro de los rangos de MOPD y MinOPD. Si no se cumple este requerimiento, la válvula no podrá controlar el flujo en todo momento. Para válvulas de acción directa, sólo debemos tomar en cuenta que la diferencia de presiones entre la entrada y la salida sea menor a MOPD. Como una consideración de seguridad, tampoco se debe usar válvulas con SWP menor al máximo de presión esperado en las líneas. Es importante también tener en cuenta el tipo de líquido con el que se trabaja, de forma de utilizar válvulas cuyos materiales de construcción sean compatibles con cada aplicación. Desde luego, es necesario tener en cuenta el tipo de alimentación con que trabaja la válvula (Rango de Voltaje y Frecuencia). No cumplir con estos rangos puede causar daño permanente en la bobina inutilizando la válvula. En este sentido, a modo de sugerencia, se recuerda que no es conveniente polarizar la bobina del solenoide al mismo tiempo que se conecta a la alimentación un motor

de gran potencia (bobina) dado que nivel de voltaje aplicado al solenoide.

este

causa

variaciones importantes en el

DE ACUERDOP A SUS ESPECIFICACIONES DE SISTEMA. Pautas de la selección: las válvulas de solenoide de fines generales se utilizan con una variedad amplia de líquidos y de gases en un amplio espectro de usos. el grado de la capacidad de la válvula en los términos que se relacionan con todas las condiciones de funcionamiento es logrado determinando el “factor del flujo” de la válvula. el valor del CV es los galones U.S.A. del OS del número del agua 60f por el minuto que, al atravesar la válvula, causa una gota de presión de 1 PSI. esta medida de capacidad se indica para cada modelo en este catálogo. ECUACION APLICADA A LIQUIDOS.

Para la mayoría de los usos, los líquidos se consideran incompresibles y solamente los factores siguientes necesitan ser considerados de tamaño de una válvula: Cv= factor del flujo de la válvula Q= flujo expresado en galones U.S.A. por minuto (GPM) ΔP = P1-P2 P1= presión PSIG de la entrada P2= presión PSIG de salida G= gravedad específica del líquido Estos factores se relacionan por la ecuación siguiente: G Cv  Q P Ejemplo: una válvula normalmente cerrada de 2 VIAS es necesaria controlar transferencia del teh de un líquido (G=1.1) en un índice de 2 GPM. la presión disponible es 10 PSI; la presión en sentido descendiente es 0 PSI. Solución: P  P1  P 2  10  0  10 PSI Cv  Q

G 1.1 2  0.67 P 10

Donde: F: Caudal. Para líquidos en (gal/min), para vapor en (lb/h) y para gases en (ft3/seg) estándar (60 °F y 14.7 psia) PV: Pérdida de carga en la válvula en (psig) P1: Presión aguas arriba (psia) P2: Presión aguas abajo(psia) : Densidad relativa del líquido respecto del agua a 60 °F Tsh: Recalentamiento del vapor respecto de las condiciones de saturación (°F). Vale cero para vapor saturado. G: Densidad relativa del gas respecto al aire a 60 °F y 14.7 psia T1: Temperatura del gas a la entrada de la válvula G: Densidad relativa del gas respecto al aire a 60 °F y 14.7 psia T1: Temperatura del gas a la entrada de la válvula Esto sólo se aplica cuando el régimen de flujo es subcrítico y turbulento. Además, para líquidos hay que verificar que no se produzca cavitación. Si el régimen es viscoso o de transición se deben aplicar otras fórmulas. Cuando hay vaporización parcial del líquido, el régimen es crítico y se tiene en cuenta con una ecuación de dimensionamiento distinta con un coeficiente adicional. Para gases también se debe tener en cuenta si el régimen es critico o de transición. Para un tipo determinado de válvula, el coeficiente Cv es proporcionado por el fabricante y depende del diámetro (d) y de la apertura (x): Cv = Cv(d,x) Válvula cerrada x = 0 Cv = Cvmin Q = Qmin Válvula totalmente abierta x = 1 Cv = Cvmax Q =Qma

Ejemplo: una válvula normalmente cerrada de 3 VIAS es necesaria controlar un cilindro de acción simple de la vuelta del resorte. También se saben: Qa= 28.3 pulgadas cúbicas/seg en 56 PSIG para obtener el movimiento 2 de un cilindro de 6 diámetros en 2 seg. P1= 115 PSIA o (100 PSIG + 14.7) P2= 71 PSIA o (56 PSIG + 14.7) (por 1600 Lb de fuerza) G= 1 por aire, t= 90f delta P= 115-71= 44 PSID Puesto que el flujo fue determinado en una presión de 56 PSIG; debe ser convertido a su volumen equivalente en la presión estándar. ley de los boyles para convertir a las condiciones estándares.  Pa  515  Qs  Qa    Ps  t  460  =127 pulgadas cúbicas estándares por segundo donde Q es flujo P es presión en PSIA A es para condiciones actuales S es para condiciones estándares Convirtiendo esto a SCFH in.3  sec .  ft 3  Q  127 * 208 3  sec .  in.  hr.   265 SCFH

Seleccionando el Cv usando la formula: P1(.53)=115(.53)=60.95