Universidad de OrienteNúcleo de Monagas

Ingeniería de SistemasCursos Especiales de Grado

Automatización y Control de Procesos IndustrialesInstrumentación y Control Industrial

TEMA 3: Válvulas de apertura rápidaUnidad IV: Elementos Finales de Control

Seminario: Instrumentación y Control Industrial

Equipo PLCBr. Viña, María José

Br. Hernández, Leivi ElivelTutor: Ing. Edgar Goncalves

Maturín, Febrero 2016

ÍNDICEINTRODUCCIÓN.............................................................................................................3

MARCO TEORICO...........................................................................................................4

1. ¿Qué es una válvula?............................................................................................42. Válvulas de apertura rápida..................................................................................4

2.1 Ventajas de las válvulas de apertura rápida......................................................42.2 Desventajas de las válvulas de apertura rápida.................................................4

3. Tipos de válvulas de apertura rápida....................................................................53.1 Válvula macho tapón lubricado (MTL)............................................................53.2 Válvula de mariposa..........................................................................................63.3 Válvula de bola.................................................................................................73.4 Válvula de retención.........................................................................................8

DISCUSIÓN.......................................................................................................................9

CONCLUSIÓN................................................................................................................11

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.............................................................................12

INTRODUCCIÓN

Hoy en día, con la constante evolución del auge de las tecnologías y el dinamismo inmerso en el mundo, se exige cada vez más, soluciones rápidas y certeras a los problemas. En el ámbito comercial, los clientes por su lado, esperan respuestas inmediatas y de calidad, mientras que, los empresarios, buscan tecnologías que ayuden a satisfacer de manera veloz dichas necesidades. Es por esto, que en la industria, en la producción en masa, la pérdida de un minuto puede significar la disminución de miles de productos terminados, o si por el contrario, una maquinaria vital de la línea productiva, no reacciona lo suficientemente rápido, en cuanto al ritmo de la empresa para trabajar, queda obsoleta y es retirada de su ámbito.

En concordancia con lo anterior, son muchas las industrias que acuden a la utilización de procesos mecánicos o automatizados que les permita el transporte de fluidos o materia prima de manera ágil y eficiente, con la finalidad de minimizar la complejidad en las actividades, y a su vez, aumentar la producción. Aunado a esto, que se evite o reduzca la pérdida de los insumos transportados.

En esa instancia, las industrias que trabajan con fluidos y sólidos, requieren válvulas, cuyos mecanismos den una respuesta rápida al comando de su sistema. Es acá, en que sale a relucir las válvulas de apertura rápida, las cuales pasan de totalmente de cerradas a totalmente abiertas en ¼ de vuelta (90°), aplicando su característica de flujo de apertura rápida, con la cual se obtiene, el máximo flujo con recorrido mínimo.

En este sentido, a continuación, se mencionara los datos más relevantes sobre las válvulas de apertura rápida, destacando sus ventajas, desventajas y tipos. Así mismo, se establecerá la relación del tema en cuestión con la tesis de los investigadores.

MARCO TEORICO

1. ¿Qué es una válvula?

Son elementos que mandan o regulan la puesta en marcha, el paro y la dirección, así como la presión o el caudal del fluido enviado por una bomba hidráulica o almacenada en un depósito. Las válvulas pueden abrir y cerrar, conectar y desconectar, regular, modular o aislar una enorme serie de líquidos, gases o sólidos, desde los más simples hasta los más corrosivos o tóxicos.

El caudal es el flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de fluido que circula por una sección determinada del conducto en la unidad de tiempo.

2. Válvulas de apertura rápida

Son aquellas en las que un solo golpe produce el cambio total de su sentido. Generalmente casi todas estas válvulas pasan de totalmente de cerradas a totalmente abiertas en ¼ de vuelta (90°).

Poseen como característica un flujo de apertura rápida (Quick Opening Flow Characteristic), la cual, es la característica inherente en la que se obtiene máximo flujo con recorrido mínimo.

Las válvulas de apertura rápida más conocidas son macho tapón lubricado, de mariposa, de bola y de retención.

2.1 Ventajas de las válvulas de apertura rápida

Alta capacidad. Cierre hermético. Bajo costo. Diseño y funcionamiento sencillos. Poca resistencia a la circulación.

2.2 Desventajas de las válvulas de apertura rápida

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.

3. Tipos de válvulas de apertura rápida

3.1 Válvula macho tapón lubricado (MTL)

Es una válvula que consiste en un macho de forma cilíndrica o troncocónica con un orificio transversal igual al diámetro interior de la tubería. El macho ajusta el cuerpo de la válvula y tiene un movimiento de giro de 90°. Usa lubricantes para evitar la fuga de fluido y para gas se utiliza grafito. Cuando la presión es muy grande el lubricante es grasa grafitada, la cual fluye por pequeños conductos del cono hacia la superficie. A esta válvula es necesario que después de un periodo se desarme, lave, lubrique, arme y ponga nuevamente en servicio debido a que la grasa tiene deterioro con el tiempo. Se utiliza generalmente en el control manual todo-nada de líquidos o gases y en regulación de caudal.

* La válvula macho tapón lubricado, es recomendada para: Servicio con apertura total o cierre total. Accionamiento frecuente. Baja caída de presión a través de la válvula. Resistencia mínima a la circulación. Cantidad mínima de fluido atrapado en la tubería.

*Aplicaciones de la válvula macho tapón lubricado: Servicio general, pastas semilíquidas, líquidos, vapores, gases, corrosivos. *Ventajas de la válvula macho tapón lubricado: Alta capacidad. Bajo costo. Cierre hermético. Funcionamiento rápido.

*Desventajas de la válvula macho tapón lubricado: Requiere alta torsión (par) para accionarla. Desgaste del asiento. Cavitación con baja caída de presión.

3.2 Válvula de mariposa

Se trata de una válvula para colocar entre bridas que ajustan entre sí. El cuerpo está formado por un anillo cilíndrico, dentro del cual gira transversalmente un disco circular. La válvula puede cerrar herméticamente mediante un anillo de goma encastrado en el cuerpo. Un actuador exterior acciona el eje de giro del disco y ejerce su par máximo cuando la válvula está totalmente abierta (en control todo-nada se consideran 90° y en control continuo 60°, a partir de la posición de cierre, ya que la última parte del giro es bastante inestable) 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, ya que, 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. Es muy utilizada para sistemas contra incendio, ya que permanece abierta; de este modo deja pasar el agua, al ser un sistema que no está en movimiento nunca.

* La válvula de mariposa, es recomendada para: Cuando se necesita resistencia mínima a la circulación en la tubería. Cuando hay cambios frecuentes en el sentido de la circulación.

*Aplicaciones de la válvula de mariposa: Servicio general, líquidos, gases, pastas semilíquidas, líquidos con sólidos en suspensión.

*Ventajas de la válvula de mariposa: El diseño del cuerpo se presta para la instalación de diversos tipos de camisas de asiento. Menos costosa cuando se necesita resistencia a la corrosión. Funcionamiento rápido. La sencillez del diseño permite construirlas con diámetros grandes. Se puede instalar virtualmente en cualquier posición.

*Desventajas de la válvula de mariposa: Alta torsión para accionarla Capacidad limitada para caída de presión Propensa a la cavitación

3.3 Válvula de bola

Esta válvula es pequeña y tiene bajo coste, por lo cual es muy utilizada en la industria. El cuerpo de la válvula tiene una cavidad interna esférica que alberga un obturador en forma de esfera o de bola (de ahí su nombre). La bola tiene un corte adecuado (usualmente en V) que gira transversalmente accionada por un actuador exterior. El cierre estanco y la deslizabilidad se logran 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 el control de caudal de fluidos negros, o bien en fluidos con gran porcentaje de sólidos en suspensión. Puede ser de muchos materiales, generalmente de bronce cromado y en menor caso de acero inoxidable.

*Recomendada para: Para servicio de conducción y corte, sin estrangulación. Cuando se requiere apertura rápida. Para temperaturas moderadas. Cuando se necesita resistencia mínima a la circulación.*Aplicaciones de la válvula de bola: Servicio general, altas temperaturas, pastas semilíquidas.

*Ventajas de la válvula de bola: 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).

*Desventajas de la válvula de bola: Características deficientes para estrangulación. Alta torsión para accionarla. Susceptible al desgaste de sellos o empaquetaduras. Propensa a la cavitación.

3.4 Válvula de retención

También conocidas como anti-retorno, de reflujo, de charnela, de aleta, o de pie, sirven para impedir el flujo inverso en la línea una vez que ha parado la bomba o, posiblemente, en el caso de que se produzcan fugas. Las válvulas de retención en la línea de salida desempeñan un valioso cometido al prevenir las contrapresiones súbitas y el consiguiente riesgo de golpe de ariete y la fractura de tubos.

Las variantes de las válvulas de retención, de uso general, incluyen un vástago roscado que mantiene cerrada la válvula y un nivel exterior que indica si está cerrada o abierta.

*Recomendada para: 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.

Aplicaciones de la válvula de retención: tuberías para vapor de agua, aire, gas, agua y vapores con altas velocidades de circulación.

Ventajas de la válvula de retención: Recorrido mínimo del disco a la posición de apertura total. Acción rápida.

DISCUSIÓN

Hoy en día, las grandes industrias se han visto en la necesidad de tener que implementar distintos mecanismo y sistemas de control que le permitan poseer un mayor control en las diversas variables (presión, nivel, flujo, entre otros) presentes en un instrumento o maquinaria de forma automatizada. Puesto que cada vez son mayores las empresas que hacen grandes inversiones de su presupuesto a fin de modernizar o mecanizar las distintas etapas de producción, reduciendo de manera significativa la intervención del hombre para llevar a cabalidad cualquier fase de fabricación, lo que trae como consecuencia la necesidad de tener que implementar sistemas novedosos y efectivos, que permitan poder vigilar a tiempo real el funcionamiento dichas etapas a fin de reducir fallas, errores y riesgos para el personal que labora en la empresa por medio del control de las variables.

El diseño de un sistema para la supervisión y control automatizado del proceso de mezclado y empaquetado de especias, no está aislado de esta necesidad, ya que para el desarrollo de un prototipo optimizado que permita generar soluciones efectivas referentes a dichas fases de producción, será necesario la aplicación de válvulas de apertura rápida, que permitan dar una respuesta inmediata en cuanto al paso o no de las especias a través de las tuberías, conectadas desde los silos hasta los dispensadores, desde los dispensadores hasta las tolvas, desde la tolvas hasta la mezcladora y desde la mezcladora hasta la empaquetadora. En la planta a diseñar, todo estará cerrado herméticamente y toda la materia será transportada por medio de ductos, con la finalidad de evitar que los mismos se contaminen con elementos externos.

Destacando que, la implementación de estos dispositivos se aplicará a fin de automatizar el proceso de supervisión del sistema, por medio de la selección de los dispositivos más eficientes pero rentables para el productor agrícola venezolano, y en donde se espera que el mismo proporcione:

1. Control del paso de especias a través de las tuberías de la planta.2. Una respuesta rápida en la apertura o cerrado de la válvula.

De lo anterior se desprender que uno de los dispositivos más relacionados con la propuesta de los investigadores, será la válvula de bola, ya que esta ofrece beneficios requeridos en el diseño de la planta, entre los cuales además de la apertura rápida, se limpia

a sí misma, lo cual sería necesario para evitar el atascamiento de materia prima y a su vez, el auto mantenimiento de las válvulas.

En internet, se encontró una válvula de bola que se adapta a estas necesidades, llamado modelo SAT3, creado por la empresa Penta S.R.L. de Italia, la cual, mediante la introducción de dos anillos (llamados rascadores) dentro y fuera de los asientos, se ocupan de:

Limpiar la superficie de la bola durante la maniobra

Proteger los asientos de la acción abrasiva de las partículas sólidas que contienen el fluido

Evitar la penetración de dichas partículas sólidas entre el asiento y la bola ya que provocarían el bloqueo de la válvula.

Reducir la cantidad de suciedad que puede depositarse en la cavidad del cuerpo de la válvula.

Como toda la producción PENTA las válvulas de la serie SAT están diseñadas para ser equipadas con asientos metálicos en PENTAFITE permitiendo la realización de válvulas de bola de estanqueidad metálica con pérdida cero, para servicios con temperaturas de ejercicio continuo de hasta 700°C.

Las particulares características elasto-plásticas del material de los asientos PENTAFITE y la construcción completamente atornillada facilitan las intervenciones de mantenimiento ya que no requieren ninguna tarea de adaptación entre el asiento de repuesto y las bolas.

CONCLUSIÓN

Las válvulas de apertura rápida, constituyen una herramienta muy importante en la rama de la Instrumentación y el Control, ya permiten controlar el paso de líquidos, semilíquidos o solidos a través de una tubería. Sin ellas, no existiese el transporte sencillo y rápido de ningún tipo de material a través de un ducto en las industrias. Existen cuatro tipos de válvulas de apertura rápida: macho de tapo lubricado, mariposa, de bola y de retención, cuya característica principal es dar una respuesta rápida a la solicitud del sistema, sobre cuando dar paso o no a un material determinado. Cada una posee sus particularidades, con las cuales ofrecen utilidad para procesos específicos. Elegir uno, significa establecer qué tipo de proceso se va a llevar a cabo, y en función de esto, seleccionar aquel que sea más ideal para dicho procedimiento.

Las válvulas de apertura rápida, tiene en especial utilidad cuando se desea aplicar un mecanismo de respuesta rápida en cuanto al transporte de fluidos o materiales por tuberías, en la que se reconozcan dos estados: abierto o cerrado, a los cuales se llegue con un giro de 90°. Además, cuando se busca, obtener el máximo flujo con recorrido mínimo, estos son los instrumentos ideales. Hoy en día, las industrias que buscan estos beneficios, las utilizan e implementan en sus instalaciones de manera numerosa.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1Caroli, Enrique. Válvulas: Instrumentación y Control. Extraído el 28 de febrero de 2016 desde: http://www.monografias.com/trabajos11/valvus/valvus.shtml

2Anónimo. Instrumentación industrial. [Articulo digital]. Extraído el 28 de febrero de 2016 desde: http://instrumentandriccarlen.blogspot.com/2008/03/obturador-de-valvulas-de-apertura.html

3Anónimo. Válvulas. Extraído el 28 de febrero de 2016 desde: http://html.rincondelvago.com/valvulas_1.html

4Autor desconocido. La válvula de control. Extraído el 28 de febrero de 2016 desde: http://www.herrera.unt.edu.ar/controldeprocesos/Tema_3/tp3c.pdf