Con un obturador con característica de apertura rápida, el caudal aumenta mucho al principio de la carrera llegando rápidamente al máximo. Con un obturador de característica lineal, el caudal es directamente proporcional a la carrera. Mientras con un obturador con característica isoporcentual, cada incremento de carrera del obturador produce un cambio en el caudal que es proporcional al caudal que fluía antes de la variación; al principio de la carrera de la válvula, la variación del caudal es pequeña, y al final, pequeños incrementos en la carrera se traducen en grandes variaciones de caudal.
La característica de un fluido incompresible fluyendo en condiciones de presión diferencial constante a tavés de la válvula se denomina característica de caudal inherente y se representa usualmente considerando como abscisas la carrera del obturador de la válvula y como ordenadas el porcentaje del caudal máximo bajo una presión diferencial constante.
Las curvas características más significativas son la de apertura rápida, la lineal y la isoporcentual, siendo más importantes estas dos últimas y se pueden observar en la siguiente figura. Otras curvas son las parabólicas y las correspondientes a las válvulas de tajadera, mariposa, Saunders, y con obturador excéntrico rotativo.
Las curvas características se obtienen mecanizando el obturador para que al variar la carrera del orificio de paso variable existente entre el contorno del obturador y el asiento configure la característica de la válvula.
El obturador con característica de apertura rápida tiene la forma de un disco plano. En la gráfica anterior es posible ver que el caudal aumenta mucho al principio de la carrera llegando rápidamente al máximo.
Obturador con característica de apertura lineal
En el obturador con característica de apertura lineal, el caudal es directamente proporcional a la carrera según la siguiente ecuación:
q = caudal a pérdida de carga constante
K = constante
l = carrera de la válvula
A los efectos de avanzar en el porqué de estos tipos de válvulas, introduciremos un primer concepto: el de rangeabilidad (rangeability), la cual definimos como:
La “Rangeability” o campo de control de caudales que la válvula es capaz de regular manteniendo la curva característica inherente es en la válvula lineal de
Se utilizan válvulas lineales con obturadores lineales para:
- Procesos lentos.
- Cuando más del 40 % de la caída de presión del sistema cae en la válvula.
Los tipos de Obturadores para Válvulas de Característica Líneal son:
- Para Válvula de Globo
Llamada así por disponer de un obturador en forma de globo, se caracteriza porque el flujo de entrada o salida es perpendicular al eje del obturador. Los obturadores utilizados en este tipo de válvulas pueden ser de Simple asiento, de doble asiento y obturador equilibrado.
Obturador de Simple asiento: se cierran en contra de la presión del proceso, precisan de un actuador de mayor tamaño. Por lo tanto, se emplean cuando la presión diferencial del fluido es baja y se precisa que las fugas a través de la válvula con el obturador en posición de cierre, sean mínimas. El cierre estanco se logra con asientos provistas de una arandela de teflón o de otros materiales blandos.
En la figura anterior se puede observar el modelo de un obturador de asiento simple. En la siguiente figura se muestra una válvula de globo tradicional y sus respectivas partes
Obturador de Doble Asiento: En la válvula de doble asiento la fuerza de desequilibrio desarrollada por la presión diferencial a través del obturador es menor que en la válvula de simple asiento. Por este motivo se emplea en válvulas de gran tamaño o bien cuando deba trabajarse con una alta presión diferencial. En posición de cierre las fugas son mayores que en una válvula de simple asiento.
Obturador Equilibrado:en este tipo de válvulas con este obturador la fuerza de desequilibrio desarrollada por la presión diferencial a través del obturador es menor que en la válvula de simple asiento. Por este motivo se emplea en válvulas de gran tamaño o bien cuando deba trabajarse con una alta presión diferencial. En posición de cierre las fugas son mayores que en una válvula de simple asiento.
- Válvula con Obturador en Ángulo: presenta un flujo de salida perpendicular al flujo de entrada con un recorrido menos curvilíneo que en una válvula de globo, por lo que permite obtener un flujo de caudal regualr sin excesivas turbulencias y es además adecuada para sustituir a una válvula de globo cuando el fluido circula con sólidos en suspensión o a excesiva velocidad provocada por una alta presión diferencial de trabajo. EL diseño de la válvula es idóneo para el control de fluidos que vaporizan, es decir para los fluidos que, dentro del estrechamiento existente en las partes internas (entre el obturador y el asiento) y debido a una alta presión diferencial, han aumentado su velocidad y se encuentran a una presión inferior al punto de vaporización. En estas condiciones, el fluido está en estado líquido a la entrada y salida de la válvula y estado de vapor/líquido dentro de la misma. De este modo, las burbujs de vapor formadas, implosionan (pasando a líquido) y pueden provocar daños mecánicos graves al chocar contra las partes internas o contra el cuerpo de la válvula.
- Válvula de Jaula: Consiste en un obturador cilíndrico que desliza en una jaula con orificios adecuados a las características de caudal deseadas en la válvula. Se caracterizan por el fácil desmontaje del obturador y porque este puede incorporar orificios que permiten eliminar prácticamente el desequilibrio de fuerzas producido por la presión diferencial favoreciendo la estabilidad y el funcionamiento. Por este motivo, este tipo de obturador equilibrado se emplea en válvulas de gran tamaño o bien cuando deba trabajarse con una alta presión diferencial. Como el obturador esta contenido dentro de la jaula, la válvula es muy resistente a las vibraciones o al desgaste. Por otro lado, el obturador puede disponer de aros de "resina anti-adherente" ó "fluoropolímero" (la empresa me prohibió poner el nombre comercial) que, con la válvula en posición cerrada, asientan contra la jaula y permiten así un cierre hermético.
- Válvula de tres vías: La válvula de tres vías se emplea generalmente para mezclar fluidos, válvulas mezcladoras, o bien para derivar de un flujo de entradados de salida. valvulas diversoras. Las válvulas de tres vías intervienen típicamente en el control de temperatuda de intercambiadores de calor, facilitando un control muy rápido de la temperatura, gracias a que el fluido de calefacción (vapor o fluito témico) puede derivar a través de la válvula, sin pasar por el intercambiador.
- Válvula de Compuerta: Esta válvula efectúa su cierre con un disco vertical plano, o de forma especial, y que se mueve verticalmente al flujo del fluido. Por su disposición es adecuada generalmente para el control todo-nada, ya que en posiciones intermedias tiende a bloquearse. Tiene la ventaja de presentar muy poca resistencia al flujo del fluido cuando esta en posición de apertura total.
- Válvula de Cuerpo Partido: Esta válvula es una modificación de la válvula de globo de simple asiento teniendo el cuerpo partido en dos partes entre las cuales esta presionado el asiento. Esta disposición permite una fácil sustitución del asiento y facilita un flujo suave del fluido sin espacios muertos en el cuerpo. Se emplea principalmente para fluidos viscosos y en la industria alimentaria.
- Válvula de Saunders:En esta válvula, el obturadores una membrana flexible que a través de un vástago unido a un servomotor, es forzada contra un resalte del cuerpo cerrando así el paso del fluido. La válvula se caracteriza porque el cuerpo puede revestirse fácilmente de goma o plástico para trabajar con fluidos agresivos.
Tiene la desventaja de que el servomotor de accionamiento debe ser muy potente. Se utiliza principalmente en procesos químicos difíciles, en particular en el manejo de fluidos negros o agresivos o bien en el control de fluidos conteniendo sólidos en suspensión.
- Válvula en "Y": Es adecuada como válvula de cierre y de control. Como válvula todo-nada se caracteriza por su baja perdida de carga y como válvula de control presenta una gran capacidad de caudal. Posee una característica de auto drenaje cuando esta instalada inclinada con un cierto Angulo. Se emplea usualmente en instalaciones criogénicas.
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