VALVULAS DE CONTROL DE PRESIÓN Válvulas de control de presión difieren de las válvulas de ABRIR/CERRAR en que las válvulas de control de presión pueden ser dejadas parcialmente abiertas en condiciones normales de operación. PCVs regulan la presión por medio de cambios en la medida de la apertura por la cual los líquidos se desplazan. Las propiedades de los líquidos y su comportamiento a través de la tubería están detalladamente discutidos en la sección Introducción al Comportamiento de los Fluidos. En esta sección es importante recordar que la reducción en la trayectoria del flujo produce un incremento en la velocidad del flujo y una reducción en la presión del flujo. Alargando la trayectoria del flujo se reduce la tasa del flujo y aumenta la presión del flujo. Los operadores controlan la PVC a control remoto de manera que sea posible llevar a cabo esos cambios sin parar totalmente el flujo o causar cavitaciones. Esta sección describirá los tipos principales de válvulas usadas para controlar la presión, y las ventajas y desventajas de cada una de ellas. OBJETIVOS: Al finalizar esta sección, usted va a poder completar los siguientes objetivos: •Identificar la función de una válvula de control de presión. •Aprender la relación entre velocidad y presión. •Reconocer tres tipos de válvulas de control de presión (válvula de globo básica y sus variaciones, válvula mariposa y válvula de bola y estrangulación). •Comparar la ventajas y desventajas de cada tipo de válvula de control de presión. •Enumerar las características generales para todas las válvulas de control de presión.
ESTRANGULACIÓN Y VÁLVULAS DE CONTROL DE PRESIÓN El costo más grande en la mayoría de los sistemas de oleoductos es la energía usada para hacer funcionar las principales unidades de líneas de bombeo. La energía eléctrica es transformada en energía mecánica, que el motor y la bomba transforman en presión. La válvula de control depresión es usada para estrangular la presión al nivel requerido. La energía que se pierde en la estrangulación nunca puede ser recuperada. Debido a que la estrangulación gasta energía eléctrica y aumenta los costos de operación, los operarios deberán estrangular solamente la cantidad absolutamente necesaria para optimizar el sistema de oleoducto. Así mismo una estrangulación minimizada reduce la posibilidad de daño debido a cavitación. Cuando nosotros nos referimos a válvulas de control de presión (PVC’s), nos estamos refiriendo en realidad a dos componentes separados pero integrales, la válvula misma (cuerpo y guarnición), y su actuador, el dispositivo electrohidráulico que pone la válvula en posición. La función de la válvula de control de presión es regular el flujo de un líquido cuando cambia la posición del tapón o esfera de la válvula por una fuerza que viene del actuador. Para llevar a cabo la función, el cuerpo de la válvula debe contener el líquido sin fugas, debe tenerla capacidad adecuada, debe ser resistente a erosión y
que
corrosión, y debe estar equipada con un tapón o esfera de válvula puede ser puesta en posición adecuadamente por el actuador para controlar el flujo. Normalmente, en muchos sistemas de oleoductos, las PCV regulan la presión en las estaciones de bombeo principales, limitando el flujo por medio de un tapón o esfera colocada por un actuador electrohidráulico. PCV están colocadas en cada estación de bombeo en la parte de descarga de la planta y operadas a control remoto por el operador en el centro de control.
Hay tres tipos de válvulas generalmente usadas para estrangulaciónen las tuberías que transportan productos de petróleo: •válvula de globo •válvula mariposa, y •válvula de bola y de estrangulación. A diferencia de las válvulas de ABRIR/CERRAR, usadas para dirigir el flujo del líquido, las válvulas PCV están diseñadas para operar cuando están parcialmente abiertas. Esto significa que la medida del orificio de la válvula varía para controlar con precisión el flujo y la presión a través de la válvula TIPOS DE VALVULAS DE CONTROL DE PRESION La válvula de globo se llama así por la forma de globo de la cavidad alrededor de la zona de salida. La figura 5 muestra una válvula de esfera de salida única de forma derecha. El tapón se mueve hacia arriba y hacia abajo para controlar la cantidad líquido que pasa a través del orificio. Cuando está completamente cerrado, el tapón o disco reposa sobre el asiento, parando el flujo casi totalmente. Un problema con las válvulas de globo es que sedimentos tienden a juntarse en la zona del asiento, lo cual impide que la válvula se cierre correctamente. En sistemas de colección, donde los líquido no han sido tratados aún, sedimentos podrían causar problemas en las válvulas de globo. El asiento de la válvula de globo es paralelo a la dirección del flujo a través de la línea. Esto hace que la válvula de globo sea muy adecuada para situaciones de estrangulación, porque la resistencia del flujo a través de un cambio de 90°en dirección reduce la presión. Dentro de una válvula de globo, la dirección cambia cuatro veces, permitiendo una reducción substancial en la presión. La válvula de globo usa un tapón o disco que reposa sobre el asiento para controlar el flujo. Válvulas de globo son muy adecuadas para aplicaciones de control de presión porque ellas requieren líquidos para llevar a cabo cuatro cambios de direcciones dentro de la válvula, cada cambio reduciendo la presión. PROGRAMA DE ENTRENAMIENTO PARA OPERACIONES DE DUCTOS La figura 5 muestra una variación de la válvula de globo - válvula de globo con doble salida.
Válvula de globo de doble salida tiene dos tapones ubicados de tal manera que el flujo se divide entre los orificios del tapón. Las fuerzas contrarias de los líquidos a través del área del tapón se balancean la una contra la otra, de manera que se necesita un actuador menos potente. La ventaja principal de la válvula de globo de doble salida es el escaso mantenimiento y las excelentes propiedades de estrangulación debido al complejo curso del flujo a través de la válvula. En estas válvulas hay una menor posibilidad de cavitación que en una válvula de globo de forma derecha, porque el curso complejo del flujo reducela recuperación de la presión. Las desventajas de las válvulas de globo con doble salida son que son grandes y pesadas, y tienen una capacidad de flujo menor cuando están totalmente abiertas comparadas con válvulas de control como por ejemplo la válvula debola y de estrangulación. Además, ambas salidas deben estar alineadas mecánicamente. Desgastamiento en una de las salidas causa una filtración que solamente puede ser reparada maquinando la válvula. Los dos tapones están ubicados de tal manera que la mitad del flujo fluye a través de cada orificio del tapón. La fuerza contraria de los fluidos generalmente balancea el uno contra el otro, de manera que un actuador menos potente sea necesario, permitiendo significantes ahorros en el consumo de energía. Las válvulas mariposa tienen un diseño muy simple. La válvula mariposa es un disco relativamente plano, que rota montado sobre un rodamiento que le permite rotar su línea central. Cuando está abierta, el disco ofrece una resistencia mínima al flujo, ya que es paralelo a la dirección del flujo. Cuando se cierra, el disco rota hasta que se encuentra al mismo ángulo con la dirección del flujo. Esto permite múltiples posibilidades para colocar orificios. Las válvulas mariposas son muy económicas en términos de su capacidad de flujo por dólar invertido. VALVULA DE GLOBODE DOBLE SALIDAVALVULAS MARIPOSA
VALVULAS DE CONTROL DE PRESION
Típicamente, las válvulas mariposas son usadas en estaciones terminales con facilidades de medición para controlar o modificar con precisión aproximada flujos y presiones en los medidores y calibradores. Válvula Mariposa en Posición abierta. Cuando la válvula mariposa está abierta permite poca resistencia al flujo porque está paralela a la dirección del flujo. A pesar de que las válvulas mariposa ofrecen control de estrangulación con una rotación de disco de hasta un 40%, ellas no permiten un control exacto de estrangulación como la válvula de globo o la válvula de bola modificada. Válvulas mariposas requieren solamente un poco más espacio que las bridas (flanges) de las tuberías. De hecho, válvulas mariposa wafer están específicamente diseñadas para ser insertadas entre las bridas(flange) de la tubería en las líneas existentes. La escala completa de movimiento, desde abierto hasta cerrado, es solamente a través un cuarto de rotación (90°). El diseño es tan simple que hace que esta válvula sea una de las menos costosas que se pueden conseguir. El mayor inconveniente de la válvula mariposa es que, en su forma más simple, la ausencia de toda acción de acuñamiento hace que sea difícil cerrarla completamente. Este problema puede ser fácilmente superado asentando el disco sobre un anillo de sello plástico, que va a ofrecer suficiente resistencia para sellar la válvula, o para compensar levemente el disco sobre el eje de la válvula, de manera que el disco ofrece su propia acción de acuñamiento. Usando cualquiera de esas modificaciones, o ambas, es posible obtener un fuerte cierre hermético y mantenerlo por un largo período de tiempo antes de quesea necesario reemplazar el sello. Sellos son un material elástico usado para prevenir fugas alrededor de los ejes y partes internas delas válvulas.
Válvulas de bloqueo. En primer lugar, diremos que este tipo de válvula tienen la peculiaridad de accionarse ante unas determinadas condiciones. En segundo lugar, debemos saber que dependiendo el desempeño que tengan que realizar usaremos un tipo u otro, por lo tanto, disponemos de varios tipos que son: 1. Antirretorno. 2. Simultáneas.
3. Selectivas. 4. De escape.
Válvulas antirretorno. Este tipo de válvula está diseñada para que deje fluir el aire en un sentido, mientras bloquea el sentido contrario.
Aquí podéis observar representadas los tres tipos de válvula antirretorno que existen. El símbolo de la derecha representa una válvula antirretorno pilotada. La diferencia que tiene respecto a los otros dos tipos, es que cuando no esta siendo pilotada actúa como una válvula antirretorno normal, mientras que cuando se la comanda o pilota, permite el paso del fluido en el sentido contrario. En cambio, los otros dos símbolos, representan a válvulas antirretorno que solo admiten un sentido de paso de fluido o aire. El símbolo central, quiere decir que funciona con un muelle. Las válvulas antirretorno se colocan antes que las válvulas de distribución, de esta forma protege al circuito de posibles cortes de aire y de interferencias entre componentes. Válvulas simultáneas. Las válvulas simultáneas tienen dos entradas, una salida y un elemento móvil, en forma de corredera, que se desplaza por la acción del fluido al entrar por dos de sus orificios, dejando libre el tercer orificio. Sí solamente entra fluido por un orificio, el orificio que debería dejar paso al fluido, queda cerrado.
Válvulas selectivas. Las válvulas selectivas tienen 2 entradas y una salida. Su elemento móvil suele ser una bola metálica. Cada una de las entradas esta conectada a un circuito diferente, por este motivo se llaman válvulas selectivas. Este tipo de válvula se utiliza cuando deseamos accionar una máquina desde más de un sitio de mando. El funcionamiento es sencillo de entender, si entra aire por una entrada, la bola se desplazará obturando la otra entrada y dejando salir el fluido por la salida. Alguien se preguntará que sucede si se da la casualidad de que entre aire por las dos entradas a la vez, pues se cerrará la que menos presión tenga, y si tiene igual presión continuará cerrada la salida porque esta no es la condición de servicio de la válvula.
Válvulas de escape. Este tipo de válvulas tiene dos funciones que desempeñar. Uno para liberar el aire lo antes posible, pues sí el aire tiene que pasar por gran cantidad de tubería, tardaría mucho en salir al exterior. La otra utilidad, es que a veces quedan restos de presión en las tuberías, lo cual facilita que se den errores de funcionalidad en el circuito, con este tipo de válvula se elimina
esta
posibilidad.
Válvulas de Bloqueo Las válvulas de bloqueo cortan el paso del aire comprimido. En ellas se bloquea un solo sentido de paso, de forma que el otro sentido queda libre. Las válvulas de bloqueo se suelen construir de forma que el aire comprimido actúa sobre la pieza de bloqueo y así refuerza el efecto cierre. Válvula Antirretorno Libera el paso en un sentido y bloquea el paso en el sentido contrario. Cuando la fuerza del aire a presión es superior a la tensión previa del muelle, el obturador se levanta de su asiento y deja pasar el aire comprimido. En el sentido contrario, la presión afianza la posición del obturador, sumando su fuerza a la ya existente del muelle.
Válvula Antirretorno
Válvula Antirretorno Pilotada Si la presión en la conexión 1 es mayor que la de la salida 2, la permite la circulación libre del aire. Funciona del mismo modo antirretorno simple. Pero además, la válvula puede desbloquearse 12, liberando el obturador, permitiendo el paso del aire en la
válvula de antirretorno que la válvula por la línea de pilotaje dirección 2-1.
Válvula Antirretorno Pilotada
Suele utilizarse para evitar el movimiento indeseado de un cilindro vertical de doble efecto, sometido a una carga externa, cuando se ha detenido el funcionamiento de la máquina o hay falta de presión de aire (Una válvula antirretorno es más estanca, debido a su construcción, que una válvula distribuidora de corredera)
Ejemplo de Aplicación: Cilindro Vertical
Válvula Selectora (O) La válvula selectora se emplea para el enlace lógico O. Las señales de aire a presión existentes en las entradas (1) producen una señal en la salida 2. Si no hay ninguna señal de entrada, no se produce señal de salida. Cuando hay señales en ambas entradas, la señal con presión más alta es la que llega a la salida.
Válvula (O)
Selectora
Válvula de Simultaneidad (Y) La válvula de simultaneidad se emplea para el enlace lógico Y. Las señales de aire a presión en las entradas 1, hacen que se produzca una señal en la salida 2, siempre que actúen al mismo tiempo. Si hay diferencias de presión en las señales de entrada, la señal de presión más baja es la que llega a la salida.
Válvula de Simultaneidad (Y)
Válvula de Escape Rápido Se utiliza cuando no se desea que al aire de retorno recorra el camino de vuelta por la línea de mando, pasando por la válvula distribuidora. La velocidad del émbolo del cilindro puede aumentarse así hasta el valor máximo posible dado que, durante el movimiento, disminuye la resistencia de expulsión del aire. Debe instalarse lo más cerca posible del cilindro.
Válvula de Escape Rápido
Ejemplo de Aplicaci贸n: Avance R谩pido