Definicion, aplicaciones y funcionamiento de valvulas hidraulicas

1. VÁLVULAS EN LOS SISTEMAS DE AGUA
Las válvulas en conducciones de agua
Denominaremos válvula al dispositivo mecánico que se
instala en las tuberías para regular el caudal o la presión.
Este intervención física se puede accionar de diferentes
formas, mediante el desplazamiento de un disco sobre un
asiento, con un tapón giratorio, con un cilindro deslizante, con
una compuerta o por la deformación de una lámina flexible.

2. La efectiva operación del sistema está
protagonizado por las válvulas
•La colocación inadecuada de la válvula incorrecta
conduce a diferentes problemas de operación.
•Entre éstos: insuficiente capacidad de regulación,
cavitación, generación de transitorios hidráulicos.
•Provocan inicialmente un funcionamiento
inadecuado de la válvula y conducen a un deterioro
acelerado.

3. CLASIFICACIÓN DE LAS VÁLVULAS
Válvulas de corte o seccionamiento, válvulas de
regulación y válvulas de protección.
•Las válvulas de corte, impiden el flujo y aíslan
hidráulicamente dos partes de una conducción.
•Una válvula de corte afecta a la posición de cierre
completo (estanqueidad total) y apertura completa
(interesa que produzca pérdida de carga mínima).
•Las valvulas de regulacion: Constituyen la familia más
variada y extensa de tales elementos y su función es regular el
flujo o la presión en una conducción.

4. Las válvulas de regulación
Criterios para la selección
Para seleccionar una válvula de regulación
necesitaremos conocer:
•Q máx, Q mín,
•Hf,la pérdida de carga requerida, tanto para la
situación actual como para un horizonte futuro de
funcionamiento.

5. Consideraciones Adicionales
•La válvula no debe producir una pérdida de carga
excesiva cuando se encuentra totalmente abierta.
•Debe tener una capacidad de regulación en al menos el
50% de su desplazamiento, esto es, cuando la válvula se
cierra un 50%, el caudal debe reducirse al menos un 10%.
•El caudal máximo está limitado por la condición de que
el par máximo de cierre sea inferior a la capacidad de un
operador (cierre manual) o un accionador (cierre asistido).
•No debe estar sometida a cavitación excesiva o continua.

6. •Los transitorios de presión no deben exceder los límites
de seguridad del sistema, y por ello, la válvula debe
contar con capacidad de regulación en todo su recorrido
de cierre y la velocidad del cierre debe de estar acotada
para limitar los transitorios.
•Algunos tipos de válvula (que no obste ver catálogos de
fabricantes) no deben funcionar con pequeños grados de
apertura debido al daño potencial en el asiento de cierre
causado por las elevadas velocidades del flujo y la
cavitación.
•Algunos tipos de válvula (mariposa) no deben operar
con aperturas cercanas al 100% debido a la mala
capacidad de regulación y a la aparición de pares
mecánicos inversos que inducen fatiga en el eje.

7. Válvulas de Protección
•No participan directamente en la operación normal de las
conducciones.
•Se instalan para proteger o regular el sistema en el caso de
situaciones extraordinarias o de emergencia.
•Por ejemplo, las válvulas de alivio, que solamente
funcionan cuando existe un exceso de presión en la
conducción, o las ventosas(válvulas de aire), cuyo
cometido principal es permitir la expulsión de aire de las
conducciones durante el llenado, y también la entrada de
aire cuando se efectúa una operación de vaciado.

8. En función de su accionamiento
Las válvulas pueden ser:
•De accionamiento manual,
•De accionamiento asistido (mecánico-eléctrico,
neumático o hidráulico), y
•De accionamiento automático.

9. Caracterización hidráulica de las válvulas
•La relación entre caudal y pérdida de carga en los
elementos de una red se denomina de forma general,
ecuación característica de dicho elemento.
•La manera más sencilla de relacionar el caudal con la
pérdida de carga en la válvula es, al igual que en el caso
de las pérdidas menores ocasionadas por los accesorios
en las conducciones, cuantificarla mediante un
coeficiente adimensional de pérdidas k, que relaciona la
pérdida de carga en la válvula hv (m.c.a.) con la energía
cinética específica:

10. •k (ϴ) , es el grado de apertura θ.
•Variable que indica cuán abierta o cerrada está la
válvula, en tanto por ciento o en tanto por uno.
• La forma de cuantificar el grado de apertura depende
del mecanismo de cierre de la válvula: si se trata de un
mecanismo de desplazamiento lineal, el grado de apertura
indica el porcentaje del recorrido lineal, correspondiendo
un 100% a la válvula totalmente abierta, mientras que en
el caso de un desplazamiento angular, θ mide el
porcentaje de desplazamiento angular sobre la referencia
de la válvula totalmente abierta.

11. ….caracterización hidráulica de las válvulas
Otra manera de expresar las pérdidas de carga en la
válvula consiste en asimilar el paso por la válvula al
flujo a través de un orificio. Puesto que el cierre de la
válvula actúa como un orificio de forma irregular.
El problema reside en que resulta difícil medir la
velocidad media del flujo en el paso de cierre, por lo
que la aproximación se realiza tomando el valor de la
velocidad en la entrada de la válvula; se puede aplicar
así:

12. El coeficiente de velocidad Cves adimensional y toma valores
comprendidos entre 0 (válvula cerrada) y Cv,max(válvula
completamente abierta). Está relacionado con el coeficiente
adimensional de pérdidas k mediante la siguiente expresión:
En muchas ocasiones, cuando se calcula una instalación, resulta más
cómodo trabajar con el caudal que circula por la conducción que con
la velocidad media del flujo.
Podemos emplear una expresión alternativa de las pérdidas en la
válvula:
El nuevo coeficiente K de pérdidas ya no es adimensional, y se
expresa en m.c.a./ (m³/s)²

13. Una de las expresiones preferidas por la industria de las válvulas es
el llamado coeficiente de caudal Kv, que se define según la
expresión:
Δp es la pérdida de carga en la válvula.
Kv es habitual expresarlo en: (m³/s)/(kg/cm²)0.5ó (m³/h)/
(kg/cm²)0.5.
Otro coeficiente para representar el comportamiento
hidráulico de la válvula, es el denominado coeficiente de
descarga Cd, definido por Tullis como:
El coeficiente de descarga es adimensional.

14. Toma un valor nulo cuando la válvula está cerrada y cuando se
encuentra totalmente abierta toma un valor que depende de la
pérdida a válvula abierta hv,0.
Si la pérdida a válvula abierta es nula hv,0= 0, el coeficiente
tomará el valor de la unidad (es el caso ideal).
La relación entre Cd y el coeficiente adimensional de
pérdidas k viene dada por la expresión:
Los catálogos de características de las válvulas incluyen
información sobre el coeficiente de caudal Kv, también se indica el
coeficiente a válvula abierta Kv,0 y la variación del cociente
(Kv/Kv, o) con el grado de apertura de la válvula θ.

15. •El cociente (Kv/Kv,o) es igual al cociente de caudales (Q/Q,o) siempre
que se mantenga la pérdida de carga. Evidentemente el caudal que
atraviesa la válvula depende no sólo de la propia válvula, sino también del
resto de la instalación y su característica resistente.
•Algunos fabricantes denominan al cociente (Kv/Kv,o) como factor de
caudal Cd (o en ocasiones Cv), (es importante no confundir estos
coeficientes con otros coeficientes de igual nomenclatura).