Ciencia popular | Conocimiento práctico sobre válvulas: ¿conoce todo esto?

Conceptos básicos de válvulas

1. Los parámetros básicos de una válvula son: presión nominal PN, diámetro nominal DN.

2. Las funciones básicas de una válvula: cerrar y conectar el medio, ajustar el flujo, cambiar la dirección del flujo.

3. Los principales métodos de conexión de válvulas son: brida, rosca, soldadura y oblea.

4. Clasificación de presión-temperatura de la válvula: bajo diferentes materiales y temperaturas de trabajo, la presión de trabajo máxima permitida varía.

5. Las normas para bridas de tuberías incluyen principalmente dos sistemas: el sistema europeo y el sistema americano.

Las dimensiones de conexión de ambos sistemas son completamente diferentes y no se pueden intercambiar.

Para la clasificación de presiones, la distinción más adecuada es:

• Sistema europeo: PN0,25, 0,6, 1,0, 1,6, 2,5, 4,0, 6,3, 10,0, 16,0, 25,0, 32,0, 40,0 MPa.

• Sistema americano: PN1.0 (Clase 75), 2.0 (Clase 150), 5.0 (Clase 300), 11.0 (Clase 600), 15.0 (Clase 900), 26.0 (Clase 1500), 42.0 (Clase 2500) MPa.

• Los tipos de bridas incluyen principalmente: integral (IF), soldadura de placa (PL), soldadura a tope con cuello (SO), soldadura a tope con cuello (WN), soldadura por encaje (SW), roscada (Th), brida suelta con anillo para soldar a tope (PJ/SE)/(LF/SE), brida suelta con anillo para soldar plano (PJ/RJ) y cubierta de brida (BL).

• Los tipos de caras de sellado de bridas incluyen: cara plana (FF), cara elevada (RF), cóncava (FM), convexa (M), machihembrada (T) (G), junta anular (RJ), etc.

Válvulas comunes (generales)

1. Los códigos de tipo de válvula Z, J, L, Q, D, G, X, H, A, Y, S representan: válvula de compuerta, válvula de globo, válvula de mariposa, válvula de bola, válvula de mariposa, válvula de diafragma, válvula de tapón, válvula de retención, válvula de seguridad, válvula reductora de presión y trampa de vapor.

2. Los códigos de tipo de conexión de válvula 1, 2, 4, 6, 7 representan: 1—rosca interna, 2—rosca externa, 4—brida, 6—soldada, 7—oblea.

3. Los códigos de tipo de accionamiento de válvula 9, 6, 3 representan: 9: eléctrico, 6: neumático, 3: engranaje helicoidal.

4. Los códigos de material del cuerpo de la válvula Z, K, Q, T, C, P, R, V representan: hierro fundido gris, hierro fundido dúctil, hierro fundido nodular, cobre y aleaciones, acero al carbono, acero inoxidable al cromo-níquel, acero inoxidable al cromo-níquel-molibdeno, acero al cromo-molibdeno-vanadio.

5. Los códigos de material de revestimiento o sellado del asiento de válvula R, T, X, S, N, F, H, Y, J, M, W representan: acero inoxidable austenítico, aleación de cobre, caucho, plástico, plástico de nailon, fluoroplásticos, acero inoxidable Cr, aleación dura, revestimiento de caucho, aleación de Monel, material del cuerpo de la válvula.

6. Los cuerpos de válvulas de hierro fundido no son adecuados para las siguientes condiciones:

• Vapor de agua o gases húmedos con alto contenido de humedad;

• Fluidos inflamables o explosivos;

• Ambientes donde la temperatura es inferior a -20°C;

• Gases comprimidos.

Válvulas de control

1. Una válvula de control consta de un cuerpo de válvula, un actuador y sus accesorios.

2. Los actuadores neumáticos de diafragma tienen dos tipos: acción directa y acción inversa. Al aumentar la presión de la señal, la varilla de empuje se mueve hacia abajo en acción directa y hacia arriba en acción inversa. La presión de señal estándar es de 20 a 100 kPa; la presión más alta con un posicionador es de 250 kPa. Los tamaños de carrera básicos son: 10, 16, 25, 40, 60, 100 mm.

¿Cuáles son las características de los actuadores eléctricos en comparación con los actuadores neumáticos y cuáles son los diferentes tipos de salida?

• La fuente de energía es la electricidad, que es sencilla y cómoda, con elevado empuje y par, y mayor rigidez. Sin embargo, la estructura es más compleja y la confiabilidad es menor. Es más caro en tamaños pequeños y medianos en comparación con los actuadores neumáticos. A menudo se utiliza en situaciones sin una fuente de aire o donde la prevención de explosiones/incendios no es estricta.

• Hay tres tipos de salida: carrera angular, carrera lineal y multivuelta.

¿Cuáles son las características de una válvula de control de asiento simple de acción directa y dónde se aplica?

• Bajas fugas, ya que un solo núcleo de válvula garantiza un mejor sellado. La fuga estándar es de 0,01% KV y un diseño adicional puede convertirla en una válvula de cierre.

• Pequeño diferencial de presión permitido debido a una alta fuerza de empuje desequilibrada. Para DN100, el diferencial de presión es de sólo 120 kPa.

• Pequeña capacidad de flujo. El KV para DN100 es solo 120. Debe usarse en casos con pequeñas fugas y baja diferencia de presión.

¿Cuáles son las características de una válvula de control de doble asiento de acción directa y dónde se aplica?

• Gran diferencial de presión permitido, ya que puede compensar muchas fuerzas desequilibradas. Para DN100, el diferencial de presión es de 280 kPa.

• Gran capacidad de caudal. El KV para DN100 es 160.

• Fugas elevadas, ya que los dos núcleos de válvula no pueden sellar al mismo tiempo. La fuga estándar es de 0,1% KV, que es 10 veces mayor que la de una válvula de asiento simple.

Se utiliza principalmente en situaciones de diferencial de alta presión donde las fugas no son un requisito estricto.

¿Cuáles son las principales ventajas de las válvulas de control de manguito?

Combina las ventajas de las válvulas de asiento simple y doble. Ventajas clave:

1. Buena estabilidad. En lugar de utilizar el núcleo y el asiento de la válvula para estrangular, se utiliza el obturador de la válvula, que tiene un orificio de equilibrio para reducir la fuerza desequilibrada sobre el obturador de la válvula. La gran superficie de guía entre el manguito y el tapón, junto con un pequeño cambio en la fuerza desequilibrada, lo hace menos propenso a las vibraciones.

2. Fuerte intercambiabilidad y versatilidad. Al reemplazar el manguito, se pueden lograr diferentes coeficientes de flujo y características de flujo.

3. Gran diferencial de presión permitido, con efectos mínimos de expansión térmica. El principio de equilibrio de la válvula de manguito con orificio de equilibrio es similar al de una válvula de doble asiento, lo que permite un gran diferencial de presión. Dado que el manguito y el tapón están hechos del mismo material, la expansión térmica es constante.

4. La ventana de estrangulamiento proporcionada por el manguito puede tener aberturas grandes o orificios pequeños (tipo chorro). Esta última tiene efectos de reducción de ruido y vibración, y una mejora adicional puede convertirla en una válvula de bajo ruido.

Es adecuado para situaciones con un gran diferencial de presión y requisitos de bajo ruido.

¿Qué otras válvulas con funciones de regulación existen además de las válvulas de simple, doble asiento y de manguito?

Válvulas de diafragma, válvulas de mariposa, válvulas de bola O (principalmente para cierre), válvulas de bola en V (amplio rango de control, acción de corte) y válvulas rotativas excéntricas.

¿Cuál es la relación ajustable R, la relación ajustable ideal y la relación ajustable real de una válvula de control?

La relación ajustable R es la relación entre el flujo máximo y mínimo que una válvula puede controlar.

Cuando el diferencial de presión a través de la válvula permanece constante, la relación entre el flujo máximo y el mínimo se denomina relación ajustable ideal.

En la práctica, el diferencial de presión cambia, por lo que la relación se denomina relación ajustable real.

¿Cuál es el valor del coeficiente de flujo C, Cv y KV de una válvula de control?

La capacidad de flujo de una válvula de control está representada por el coeficiente de flujo.

1. Cv en unidades de ingeniería: la cantidad de agua que pasa a través de la válvula por hora cuando está completamente abierta, con un diferencial de presión de 1 kgf/cm² y una temperatura de 5-40°C.

2. C en unidades imperiales: la cantidad de galones por minuto de agua que pasa a través de la válvula cuando está completamente abierta, con un diferencial de presión de 1 psi.

3. KV en unidades internacionales: el volumen de agua que pasa por la válvula por hora cuando está completamente abierta, con un diferencial de presión de 100 kPa y una temperatura de 5-40°C.

Cv = 1,17 KV KV = 1,01 C

¿Qué fuerzas debe satisfacer la salida del actuador para la válvula de control?

1. Supere la fuerza estática desequilibrada sobre el núcleo de la válvula.

2. Proporcione la presión de cierre para soportar el asiento de la válvula.

3. Superar la fricción de la empaquetadura.

4. Fuerzas adicionales requeridas por aplicaciones o estructuras específicas (p. ej., fuelles, sellos blandos, etc.).

¿Qué significa la apertura y el cierre del flujo en las válvulas de control?

Se refiere a la dirección del flujo del medio y no está relacionado con la función de la válvula (aire abierto, aire cerrado). La dirección del flujo es importante porque afecta la estabilidad, las fugas y el ruido.

Definición: Si la dirección del flujo en la apertura de estrangulación es la misma que la dirección de apertura de la válvula, se denomina apertura de flujo; de lo contrario, se denomina cierre de flujo.

¿Qué válvulas requieren selección de la dirección del flujo y cómo se elige?

• Las válvulas de control de sello simple, como las válvulas de asiento simple, válvulas de alta presión y válvulas de manguito de sello simple sin orificios de equilibrio, necesitan selección de la dirección del flujo.

• La apertura y el cierre del flujo tienen sus pros y sus contras. Las válvulas de apertura de flujo son más estables, pero tienen un peor rendimiento de autolimpieza y sellado, lo que lleva a una vida útil más corta. Las válvulas de cierre de flujo tienen una vida útil más larga, mejor autolimpieza y rendimiento de sellado, pero la estabilidad es deficiente cuando el diámetro del vástago es menor que el diámetro del núcleo de la válvula.

• Las válvulas de asiento simple, válvulas de flujo pequeño y válvulas de manguito de sello simple generalmente eligen la apertura de flujo. Si hay socavación severa o se requiere autolimpieza, se puede seleccionar el cierre del flujo. Las válvulas de control de apertura rápida de dos posiciones normalmente eligen el cierre de flujo.

¿Qué tres factores principales se deben considerar al seleccionar un actuador?

• La fuerza de salida del actuador debe ser mayor que la carga de la válvula de control y debe coincidir razonablemente.

• Verifique si el diferencial de presión permitido especificado por la válvula de control coincide con los requisitos del proceso. Para diferencias de presión grandes, calcule la fuerza desequilibrada sobre el núcleo de la válvula.

• La velocidad de respuesta del actuador debe cumplir con los requisitos de operación del proceso, especialmente para actuadores eléctricos.

¿Cuáles son los siete pasos para determinar el tamaño de una válvula de control?

1. Determine el caudal calculado: Qmax, Qmin.

2. Determine el diferencial de presión calculado: seleccione la relación de resistencia S según las características del sistema, luego calcule el diferencial de presión (cuando la válvula esté completamente abierta).

3. Calcule el coeficiente de flujo: utilice fórmulas, gráficos o software adecuados para determinar KVmax y KVmin.

4. Seleccione el valor KV: según KVmax, elija el valor KV disponible más cercano de la serie de productos seleccionada.

5. Verifique la apertura: cuando se requiere Qmax, la apertura de la válvula debe ser inferior al 90%; para Qmin, debe ser superior al 10%.

6. Verifique la relación ajustable real; generalmente se requiere que la relación ajustable real sea mayor que la relación ajustable requerida.

7. Determine el tamaño de la válvula; si no cumple con los requisitos, vuelva a seleccionar el valor KV y vuelva a verificar.

¿Cuáles son los dispositivos auxiliares (accesorios) de las válvulas de control neumático y cuáles son sus funciones?

1. Posicionador de válvula: se utiliza para mejorar el rendimiento de la válvula de control y lograr un posicionamiento correcto.

2. Interruptor de posición (carrera) de la válvula: muestra los límites de carrera superior e inferior de la válvula de control.

3. Válvula de retención neumática: mantiene la válvula en su posición actual cuando falla la fuente de aire.

4. Válvula solenoide: cambia automáticamente la ruta del aire. Para control de aire simple, use una válvula de 3 vías y 2 posiciones; para control de aire doble, utilice una válvula de 5 vías y 2 posiciones.

5. Mecanismo manual: permite la operación manual en caso de una falla del sistema.

6. Refuerzo neumático: acelera el movimiento del actuador de diafragma neumático y reduce el tiempo de transmisión.

7. Regulador de filtro de aire: se utiliza para purificar el aire y regular la presión.

8. Depósito de aire: proporciona aire para el funcionamiento continuo de la válvula durante una falla de la fuente de aire, y generalmente requiere protección de tres etapas.

¿En qué condiciones se requiere un posicionador de válvulas?

1. En situaciones con alta fricción y donde se requiere un posicionamiento preciso. Por ejemplo, válvulas de control de alta y baja temperatura o válvulas de control que utilizan empaquetaduras de grafito flexible.

2. En procesos lentos donde es necesario mejorar la velocidad de respuesta de la válvula de control. Por ejemplo, sistemas de control de temperatura, nivel de líquido, análisis, etc.

3. En los casos en los que sea necesario aumentar la fuerza de salida y la fuerza de cierre del actuador. Por ejemplo, válvulas de asiento simple con DN ≥ 25, válvulas de asiento doble con DN > 100 o válvulas con una diferencia de presión (△P) > 1 MPa o una presión de entrada P1 > 10 MPa.

4. En sistemas de control segmentario, o cuando es necesario cambiar la forma de apertura o cierre de aire de la válvula de control durante la operación.

5. En situaciones en las que es necesario cambiar las características de flujo de la válvula de control.