válvula de control y cuerpo de una válvula. Descripción de algunas válvulas utilizadas en la industria. Una válvula de control es un dispositivo capaz de controlar el paso de un fluido, permitiendo pasar solamente la cantidad requerida.

1. 1
Universidad Nacional Autónoma
de México
Facultad de Estudios Superiores
Cuautitlán Campo 1
Ingeniería en Alimentos
Instrumentación y Control
Válvulas automáticas
Profesor: Jesús Herrera Martínez
Integrantes:
 Becerra Chicho Mitzy Alejandra……………,,…….100%
 Beltrán Gonzales Brenda Maritza………………….100%
 Melo Cruz Stephanie………………………………..100%
 Mendoza Pérez Laura Beatriz……………………..100%
 Ortiz Retana Arleth Mitzi………………………...….100%
 Víquez Arteaga Andrea…………………………….100%
Ciclo: 2017-II Grupo: 2851
Fecha de entrega: viernes 2 de junio del 2017

2. 2
ÍNDICE
VÁLVULAS DE CONTROL .................................................................................... 1
CUERPO DE LA VÁLVULA .................................................................................... 2
ESTOPERO ............................................................................................................ 8
VÁLVULAS SAUNDERS......................................................................................... 9
PARTE MOTRIZ O CABEZA DE LA VÁLVULA ................................................... 13
POSICIONADOR .................................................................................................. 19
CARACTERÍSTICA DE UNA VÁLVULA ............................................................... 23
RELACIÓN DE RANGO........................................................................................ 30
SENSIBILIDAD UNITARIA.................................................................................... 31
TIPO ADECUADO DE CARACTERÍSTICA........................................................... 32
FACTOR Cv .......................................................................................................... 34
MEZCLAS DE AGUA Y VAPOR .......................................................................... 37
PARA GASES ....................................................................................................... 40
PARA VAPOR DE AGUA...................................................................................... 41
PARA OTROS VAPORES..................................................................................... 42
SELECCIÓN DE LA VÁLVULA ............................................................................. 43
TABLA No.1 .......................................................................................................... 46

3. 3
Válvulas de control. Una válvula de control es un dispositivo capaz de
controlar el paso de un fluido, permitiendo pasar solamente la cantidad requerida.
La figura 1 es un esquema de una válvula de control operada neumáticamente y
en la que, al aplicarse aire a presión a la cámara superior, a dicha presión
corresponderá una fuerza que actuando sobre el diafragma lo desplazará hacia
abajo junto con el vástago, hasta equilibrarse con la fuerza del resorte. Al mismo
tiempo, el tapón se acercará más al asiento dejando pasar menos cantidad de
fluido.
Figura 1. Esquema de una válvula de control.
De no intervenir otras fuerzas, los desplazamientos del vástago serán
proporcionales a los cambios de presión aplicada. La válvula de la figura 1, se
puede considerar formada por la parte inferior o cuerpo de la válvula y la parte
superior (parte motriz), o cabeza de la válvula, ambas unidas por medio de sus
vástagos correspondientes. Aun cuando la parte motriz más utilizada actualmente
es la neumática, existe la posibilidad de sustituirla por alguna de otro tipo; como,
por ejemplo, una eléctrica cuando se trata de válvulas con determinados tipos de
cuerpo.
Cuerpo de la válvula. La Figura 2 muestra las distintas partes del cuerpo de una
válvula. Con objeto de impedir que el fluido que circula a través de ella escape, el

4. 4
vástago pasa a través de un estopero. Como se ve, existen algunas piezas que no
forman una sola unidad con el cuerpo en sí, como son el asiento sobre el que
descansa el tapón, las piezas que sirven de guía a la parte móvil y algunas otras
piezas metálicas que forman parte del estopero. Dichas piezas, juntas con la parte
móvil, forman lo que se conoce como partes interiores, las cuales con frecuencia
son de distinto material que el cuerpo de la válvula.
El cuerpo representado en la figura 2 es del tipo que puede ser invertido,
lográndose con ello que, al bajar el vástago, la válvula abra en lugar de cerrar.
(Ver figura 3). Para hacer esta inversión habría que intercambiar el estopero y la
tapa inferior del cuerpo, y cambiar el vástago de un extremo a otro del tapón.
Figura 2 Cuerpo de una válvula de control y sus distintas partes.

5. 5
En los cuerpos de un solo tapón (o asiento que para el caso es lo mismo), como
normalmente la presión de entrada es mayor que la de salida, dicha diferencia
crea una fuerza que tiende a levantar el tapón (Figura 1), haciendo que este tome
una posición diferente de la requerida. Con un cuerpo de doble asiento se reduce
al mínimo este efecto, como se ve en la Figura 3 en que la presión de entrada
tiende a mover el tapón superior hacia arriba y el inferior hacia abajo. Sin
embargo, como por razones de montaje el diámetro del tapón superior es mayor
que el inferior, la fuerza originada por la diferencia no queda completamente
eliminada. Las válvulas de doble asiento tienen la desventaja de no producir cierre
hermético.
La dirección del flujo indicada en la Figura 1 tiene la siguiente desventaja: en gran
parte de las aplicaciones a medida que la válvula va cerrando, la caída de presión
a través de ella va aumentando, aumentando también la fuerza que tiende a
mover el tapón. Si el flujo tuviera la dirección opuesta, cuanto el tapón estuviera
cerca del asiento dicha fuerza sería lo suficientemente grande para vencer la
fuerza del resorte y cerrar el tapón de golpe.
Otros tipos de cuerpo son el de forma angular y el de tres vías (Figura 4 y 5
respectivamente). El primero (Figura 4), tiene la particularidad de reducir las
turbulencias producidas por el fluido a su paso por la válvula, y su uso es
recomendable en el caso de líquidos con sólidos en suspensión o líquidos que al
Figura 3 Forma en que se invierte la acción de una válvula de control.

6. 6
pasar a través de la válvula se evaporan, al ser sometidos a la más baja presión
de salida. A pesar de la tendencia de la válvula a cerrar de golpe ya mencionada
antes, la dirección usual del flujo es la indicada es la figura, con objeto de obtener
en mayor grado la disminución de turbulencias que se busca.
Figura 4 Cuerpo en forma angular.
La Figura 5 muestra el cuerpo de tres vías diseñado para servicio de “bypass” o de
mezclado. El cuerpo incorpora tres puertos: “C” común; “U” superior y “L” inferior; y
si el flujo entra por “C” se separa en las salidas “U” y “L”. La posición del tapón
determina la proporción de flujo a través de cada uno de estos dos puertos.
Cuando el tapón esta sobre el asiento superior, el flujo entero pasa a través del
puerto “L”; y viceversa, si el tapón esta sobre el asiento inferior, el flujo completo
pasa a través del puerto “U”. Si se usan los puertos “U” y “L” como entradas de
flujo, estas se mezclan y salen a través del puerto “C”.
Esta válvula también tiene la tendencia a cerrar de golpe. Aun cuando la cantidad
máxima de flujo que pueda pasar a través de una válvula depende de las
dimensiones de los asientos, se acostumbra designar los distintos tamaños por
medio de las conexiones a la tubería. En algunos tipos de válvulas hay la

7. 7
posibilidad de cambiar los tapones y asientos normales por otros más pequeños,
que reducen su capacidad al 40%.
Figura 5 Cuerpo de tres vías.
Con el tapón de abertura en V de la figura 2, se puede lograr que a medida que
dicho tapón se mueva, el flujo vaya cambiando gradualmente y con gran precisión
especialmente ya cerca del asiento; y en cambio con el tapón de cierre rápido (ver
figura 7), se puede lograr que con una abertura relativamente pequeña pueda ya
pasar un alto porcentaje del fluido máximo.
La Figura 6 muestra los tapones de tipo parabólico, y tanto estos como los de
abertura en V son adecuados para obtener acción proporcional; mientras que el
cierre rápido es adecuado para acción de dos posiciones. Más adelante se
considerará con más detenimiento la relación que pueda haber entre la posición
del tapón y el valor del flujo. Las válvulas ordinarias, tanto de un solo asiento como
de asiento doble, pueden tener cualquiera de los tres tipos de tapones.

8. 8
Figura 6 Tapones de tipo parabólico a) tapón sencillo b) tapón doble.
Figura 7 Tapones de abertura o cierre rápido a) tapón doble b) tapón sencillo.
Estopero. La Figura 8 muestra los detalles del estopero. La empaquetadura está
formada por varios anillos que rodean al vástago y son sometidos a presión por
medio de una pieza metálica superior. Con objeto de que la presión ofrecida por el
estopero no sea excesiva, puede ser necesario lubricarlo, lo cual se hace por
medio de lubricador o grasera representado en la figura. La pieza metálica que
rodea al vástago y queda frente al lubricador, distribuye el lubricante en forma
adecuada.

9. 9
Figura 8 Detalles del estopero.
Los anillos que forman la empaquetadura pueden ser de asbesto impregnado de
grafito, asbesto impregnado el teflón, asbesto envuelto en una hoja de aleación a
base de aluminio, o bien puede ser puro de teflón. En este último caso no hay
necesidad de usar lubricante.
La pieza que une el cuerpo con la parte motriz o cabeza y que contiene el
estopero, puede ser de tipo especial como se ve en las Figuras 9,10 y 11, y recibe
el nombre de bonete.
Las dos primeras piezas tienen por objeto impedir que la temperatura del fluido
llegue al estopero, ya que esta temperatura es muy baja (Figura 9), o muy alta
(Figura 10).
Figura 9. Bonete de extensión. Impide que llegue a baja temperatura al estopero.

10. 10
La pieza (Figura 11), se usa cuando se desea toda costa impedir que el fluido en
circulación escape, como sucede por ejemplo cuando éste es toxico o muy
costoso. A pesar de la existencia del fuelle que produce cierre hermético, se usa
también estopero, en previsión de que el fuelle pudiera romperse. Entre el fuelle y
el estopero hay una conexión que puede utilizarse en caso de una ruptura del
fuelle, para hacer llegar la presión del fluido a algún dispositivo de alarma.
Válvulas Saunders. La válvula Saunder (Figura 12), es recomendable en aquellas
aplicaciones en que se manejan líquidos viscosos o corrosivos, o que contengan
sólidos en suspensión. Así mismo cuando se desee que la válvula cierre
herméticamente. El vástago en este tipo de válvulas no queda en contacto con el
Figura 10. Bonete de enfriamiento
Figura 11. Bonete de cierre hermético. Impide el escape de
fluidos tóxicos o costosos

11. 11
líquido circulante, y el cierre se obtiene a través de
un diafragma. Debido a la gran superficie de éste, la
fuerza originada por la caída de presión a través de
la válvula es mucho mayor que en el caso de otros
tipos, haciendo que no se pueda fijar con precisión
la posición del diafragma.
Por esta razón, la válvula Saunders es
especialmente apropiada para control de dos
posiciones. Se puede obtener acción proporcional usando un posicionador; y más
adelante se mencionará como funciona éste.
Parte motriz o cabeza de la válvula. Lo que se busca en una parte motriz del tipo
neumático (Figura 13), es que a cada valor de la presión recibida por la válvula
corresponda una posición determinada del vástago. Como se había mencionado
antes, se obtendría este resultado si las únicas fuerzas que intervienen fueran las
originadas por la presión al actuar sobre el diafragma, y por la compresión del
resorte.
Figura 13 La cabeza o parte motriz de una válvula control, mostrando sus partes
principales. (Acción directa)
Figura 12 a. Válvula
automática de tipo
Saunders
Figura 12 b. Válvula
automática de tipo
Saunders

12. 12
Teniendo en cuenta que el rango usual de presión es de 3 a 15 lb/ pulg2
, en la
mayoría de las partes motrices se seleccionan el área del diafragma y la constante
del resorte de tal manera, que un cambio de presión de 12 lb/pulg2
; produzca un
desplazamiento total del vástago igual al total de la carrera. Este resultado se
podría obtener con diferentes combinaciones de diafragma y resorte; y sin
embargo, mientras más grandes fueran el área del diafragma y
la constante del resorte, mayores serían las dos fuerzas
mencionadas y menor, comparada con ellas, cualquiera otra
fuerza que pudiera intervenir en el funcionamiento de la válvula.
Así pues, la influencia que dicha fuerza tendría sobre la
posición del vástago sería menor. Por esta razón lo usual es
que el área del diafragma y la constante del resorte sean
relativamente grandes.
Las fuerzas que generalmente influyen en la posición del
vástago además de las correspondientes a la presión del
aire y el resorte, son la fuerza originada por la fricción entre el vástago y el
estopero, y la fuerza debida a la caída de presión a través de la válvula. La
primera de ellas actúa siempre en dirección opuesta a aquella en la cual tiende a
moverse el vástago; así pues, para que este empiece a moverse, a partir de cierta
posición, la presión del aire tendría que tomar dos valores diferentes según la
dirección del movimiento. La relación entre la presión del aire y la posición del
vástago no estaría representada entonces por una solo línea sino por dos (Ver
Figura 14), correspondientes a las dos direcciones del movimiento. Este fenómeno
se conoce como histéresis. La parte motriz que se ha estado considerando en
acción directa. Cuando la presión aumenta, el vástago baja. Existe, por otra parte,
la de acción inversa, en la cual baja. Existe, por otra parte, la de acción inversa, en
la cual el vástago sube (Figura 14).
En el caso de que estos dos tipos se usaran en conjunto con un cuerpo que
pudiera ser invertido, se podrían obtener las combinaciones indicadas en la Figura
Figura 14. La parte motriz o
cabeza de la válvula de
acción inversa

13. 13
15. En los casos a y d se necesitaría aire para cerrar; en los casos b y c, aire para
abrir. El tipo de acción adecuado se seleccionaría teniendo en cuenta la posición
de seguridad que convendría que la válvula tomara, en caso de faltar presión de
aire.
Por ejemplo, si el proceso requiriera que al aumentar la variable controlada la
válvula cerrara, este resultado podría obtenerse con la válvula de la Figura 15a y
un controlador de acción directa, o bien con la Figura 15b y un controlador de
acción inversa. Sin embargo, al faltar la presión de aire, el resorte haría que
quedara la primera válvula abierta y la segunda cerrada.
En el punto que se une el vástago de la parte motriz con el cuerpo de la válvula
hay un disco que indica sobre una pequeña escala posición que tiene el tapón.
Dicha escala puede ser desplazada verticalmente con objeto de obtener
indicaciones correctas. Cuando la válvula está completamente cerrada, se tiene un
punto de referencia para fijar la posición de la escala mencionada.
Una vez seleccionados el diafragma y el resorte, no es posible alterar la relación
entre los cambios de presión de aire y los desplazamientos del vástago, pues la
parte motriz no tiene ningún dispositivo para ello, es decir, no tiene ajuste de span.
Figura 15. Combinaciones posibles con cabezas y cuerpos de
válvulas del tipo de inversión

14. 14
En cambio, si hay un ajuste de cero o, en otras palabras, es posible modificar la
posición del vástago que corresponda a una presión de aire determinada. Ello se
obtendría moviendo el tornillo de ajuste, lo cual daría mayor o menor compresión
al resorte. En algunos casos convendría hacer este ajuste con la válvula ya
instalada, con objeto de contrarrestar el efecto de la caída de presión a través de
ella; por ejemplo, en la válvula de la Figura 15c, si se supone que la dirección del
flujo es tal que la caída de presión tiende a abrir la válvula, sería necesario, para
que al aplicar una presión de aire de 3 libras/ pulgada2 la válvula quedara cerrada,
que el resorte, tuviera una compresión mayor que la ordinaria.
Posicionador: En algunas aplicaciones la parte móvil de la válvula queda sujeta
no solo en la influencia de las fuerzas correspondientes a la presión de aire y al
resorte, sino también a otras fuerzas que pueden tener un valor apreciable. En tal
caso la posición del tapón no podría ser fijada son precisión. Una manera de
resolver este problema consiste en usar un posicionador.
Cuando de usa un posicionador, la presión del controlador no es recibida por la
válvula, sino por el posicionador; y este recibe a la vez, una indicación de la
posición de la válvula, y hace una comparación de las señales recibidas. Si no hay
correspondencia entre ellas, envía a la válvula la presión de aire necesaria para
que la haya, es decir, para que la válvula tome la posición que debe corresponder
a la presión que está enviando el controlador. Por ejemplo, suponiendo que una
válvula necesita aire, para cerrar y que la presión enviada por el controlador fuera
de 9 libras/pulgada 2, la válvula debería tomar una posición del 50%. Si la caída
de presión del fluido a través de ella fuera excesiva y tendiera a abrirla, esta se
apartaría de la posición mencionada y volvería a ella solo si la presión de aire que
recibiera fuera superior a 9 libras/pulgada2. El posicionador se encargaría de
producir dicho aumento de presión, hasta hacer que la válvula volviera a quedar
con una abertura del 50%. La presión de salida del posicionador podría ser todo lo
alto que fuera necesario, dependiendo esto claro está, de la presión de aire que se
le suministrara.

15. 15
La presión que el posicionador envía a la válvula necesaria para obtener la
posición deseada, independientemente de los valores que pueden tener las demás
fuerzas que actúan sobre la parte móvil, incluyendo la fuerza del resorte. Así pues,
cuando se usa un posicionador, el resorte de la válvula deja de tener importancia,
en inclusive puede ser suprimido. Su único efecto consistirá en hacer retroceder la
parte móvil cuando la presión que previene del posicionador disminuye, o bien
contrarrestar el efecto de la presión del fluido (aire para abrir). En ciertos casos
podrá convenir usar resortes más fuertes (6-30 libras /pulg2.), para obtener mayor
magnitud en el efecto mencionado. El posicionador deberá ser capaz, desde
luego, de suministrar una presión mayor de 30 libras/pulg2.). En aquellos casos
que se usara una parte motriz sin resorte, habría que sustituirlo con una presión
de aire fija, que actuaría contra la presión del posicionador. Es posible utilizar una
parte motriz sin resorte, sin usar al mismo tiempo un posicionador, cuando se trata
de obtener un control de dos posiciones. En este caso el valor de la contrapresión
aplicada debe estar comprendido entre 3 y 15 libras/pulg2., para tener la
seguridad de que, al pasar la presión del controlador de uno a otro de estos
valores, la válvula pase de una a otra de sus dos posiciones extremas.
Además de ellos ya mencionados, pueden obtenerse otros resultados útiles con el
uso del posicionador, tales como disponer de mayor potencia y mayor rapidez de
respuesta. Así mismo, es posible utilizar dos válvulas de control de tal manera que
una funcione cuando la presión del control varié entre 3 y 9 libras/pulg2., y la otra
varié entre 9 y 15 libras/pulg2., aun que habría que utilizar un posicionador para
cada válvula, con rangos de 3 a 9 y 9 a 15 libras/pulg2., respectivamente.
Decir que el rango de un posicionador es de 3 a 9 libras/pulg2. Significa que al
recibir 3 libras/pulg2, hará que la válvula tome una de sus posiciones extremas, y
al recibir 9 libras/pulg2., hará que tome la otra, independientemente de que el
rango del resorte de la válvula fuera de 3 a 9, 9 a 15, 3 a 15 o 6 a 30 libras/pulg2.,
o de que no hubiera resorte. rangos usuales de los posicionadores son de 3 a 9, 9
a 15, 3 a 15 y 6 a 30 libras/pulg2.El posicionador funciona bajo el principio del

16. 16
equilibrio de fuerzas, es decir, las dos señales recibidas por el (presión del
controlador y posición de la válvula), son transformadas en fuerzas para poder ser
compradas. Cuando hubiera alguna diferencia entre dichas fuerzas,
automáticamente se modificaría la posición de la válvula, en la dirección necesaria
para reestablecer el equilibrio.
La Figura 16 representa esquemáticamente la forma en la que funciona el
posicionador. Con la válvula de “by-pass” puesta en posicionador (POSITIONER),
la presión de la salida del instrumento es aplicada a los fuelles; y a medida que
esta aumenta, los fuelles hacen girar la palanca angular sobre un rodamiento
flexionante sin fricción, con lo que el relevador piloto incrementa la presión de
salida del posicionador a la válvula de control. El movimiento del vástago de la
válvula resultante es transmitido a través del eslabón de separación y palancas del
posicionador al resorte de balance de fuerzas, cargándolo hasta que la tensión del
resorte en la palanca angular balancea la fuerza de la oposición de los fuelles.
Cuando estas dos fuerzas están en balance, el sistema está en equilibrio con el
relevador piloto regulando la presión de salida para mantener este equilibrio, hasta
que ocurra un nuevo cambio en la presión de salida del instrumento. La Figura 17
muestra detalles de la construcción del posicionador.
Figura 16. Representación esquemática y funcionamiento de un posicionador

17. 17
Figura 17. Detalles de construcción de un posicionador.
Por medio de tres manómetros se obtiene indicación de la presión de
alimentación, presión de salida del controlador y presión de salida del
posicionador.
Característica de una válvula. La característica de una válvula, la forma en que
va cambiando el valor del flujo a medida que el tapón de la válvula se mueve a lo
largo de su carrera, puede indicarse por medio de una gráfica; y la gráfica de la
Figura 18 corresponde a una válvula de característica lineal.
Figura 18. Características lineales de una válvula.

18. 18
Tanto la abertura de la válvula como el flujo están expresados como porcentajes
de los valores máximos correspondientes; y se supone que la caída de presión a
través de la válvula se ha mantenido constante mientras el tapón se mueve de
extremo a extremo se su carrera. Por esta razón, se dice que la gráfica representa
la característica inherente de la válvula.
La Figura 19 representa la característica inherente de una válvula de apertura
rápida; y como se puede apreciar, con solo una abertura de 30% el flujo tiene un
valor igual al 75% del máximo.
Figura 19. Características inherentes de una válvula de abertura rápida.
Aparentemente, una válvula de característica inherente lineal sería ideal para
utilizarse en un sistema de control con acción proporcional, ya que las variaciones
sufridas por el flujo, que vendría ser la variable manipulada, serian proporcionales
a los de desplazamientos de tapón, estos proporcionales a los cambios de presión
de aire controlado y estos, a su vez, a los cambios sufridos por la variable
controlada.
Sin embargo, hay algunas razones para preferir en muchos casos, una válvula con
una característica diferente, como se verá a continuación:
La característica lineal que se ha considerado es una característica inherente, es
decir, se obtiene cuando la caída de presión a través de la válvula es la misma
para los distintos valores de la abertura. En algunas aplicaciones se cumple esta
condición, como sucede en el caso representado en la figura 20, en la que se

19. 19
supone que el líquido contenido en el tanque, cuyo nivel se mantiene constante,
recibe calor mediante la inyección de vapor. Si la presión de entrada de este fuera
fija, la caída de presión a través de la válvula seria constante, independiente de la
abertura.
Figura 20. Representación esquemática de un proceso con caída de presión
constante a través de la válvula de control.
Sin embargo, en muchas aplicaciones no se cumple la condición anterior; y es
muy frecuente el caso en que la caída de presión aumenta a medida que la válvula
va cerrando, como ocurre cuando está conectada con otras resistencias en serie.
En esas condiciones, la línea que representa la relación entre abertura de la
válvula y flujo, sufre una deformación.
Supongamos, por ejemplo, que en cierto caso la diferencia de presiones a través
de la válvula y otras resistencias necesarias para producir el flujo se mantiene
constantemente igual a 80 libras/pulgadas2
, y que el 50% de dicha diferencia
constituye la caída de presión a través de la válvula estando está completamente
abierta, y que en esas condiciones el flujo es de 100 litros por minuto.
Si la válvula tuviera características inherentes lineales, la recta representada en la
figura 21 daría la relación entre la abertura y el flujo, siempre y cuando la caída de
presión a través de la válvula se mantuviera constante, o sea igual a 40
libras/pulgadas2
. En tal caso, con 50% de abertura se obtendrían 50 litros por
minuto.

20. 20
Figura 21. Comportamiento de una válvula con característica inherente lineal para
distintas condiciones.
Sin embargo, al reducir la válvula su abertura el flujo tendría que disminuir, y la
caída de presión a través de la tubería y demás resistencias también disminuiría,
haciendo que la caída de presión a través de la válvula fuera de más de 40
libras/pulgadas2
. Por consiguiente, el flujo seria mayor que el que corresponde a
40 libras/pulgadas2
, y 50% de abertura, o sea mayor que 50 litros/minuto. En la
representación gráfica se obtendría el punto B, que quedaría a la derecha del
punto A.
Como lo mismo ocurriría para otras aberturas de la válvula, el conjunto de todos
los puntos obtenidos en esta forma, o sea la línea B, daría la relación que en
realidad habría entre la abertura de la válvula y el flujo. Dicha línea representaría
la característica afectiva de la válvula, en la aplicación específica considerada.
Mientras menor fuera la caída de presión a través de la válvula a 100% de
abertura, comparada con la caída de presión a través de todo el sistema de flujo,
mayor seria la deformación sufrida por la línea recta. En la figura 21 la curva C se
obtendría cuando la caída de presión a través de la válvula fuera igual al 20% de
la caída de presión total.

21. 21
Según lo anterior, aun cuando la característica inherente de la válvula fuera lineal,
la característica efectiva, que es la que tiene importancia en las aplicaciones,
podría no serlo. La manera de obtener una característica efectiva lineal, o
aproximadamente lineal, consistiría en usar una válvula que tuviera una
característica inherente como la representada por la línea A en la figura 22, la que
al deformarse podría dar en una determinada aplicación, una línea característica
semejante a la línea B.
Figura 22. Características de una válvula que podría tener una característica
prácticamente lineal.
La característica de igual porcentaje corresponde a una línea semejante a la A de
la figura 22; y en este tipo de característica (ver figura 23), cuando el tapón sufre
un desplazamiento con un valor determinado, el cambio sufrido por el flujo que
había antes del desplazamiento.
Figura 23. Característica de igual porcentaje.

22. 22
Por ejemplo, cuando el tapón sufriera un desplazamiento del 10% de su carrera, el
flujo sufriría un aumento del 48%, independientemente de que el tapón pasara,
también por ejemplo, del 40% al 50% de abertura, o del 80% al 90%.
Esta relación entre abertura y flujo tiene la particularidad de que al ser
representada por medio de un gráfico semi-logarítmico da lugar a una línea recta
(Figura 24)
Figura 24. Relación entre la abertura y flujo de una válvula de igual porcentaje, al
ser representada en un gráfico semi-logarítmico.
En realidad, existe una infinidad de líneas que dan características de igual
porcentaje; y en la figura 25 están representadas dos de ellas. Si una válvula se
ajustara exactamente a este comportamiento teórico, a 0% de abertura debería
haber ya cierto flujo, el cual sería diferente para las distintas líneas. La forma usual
de diferenciar una de otra consiste en mencionar la relación que hay entre el flujo
mínimo y el máximo.
Normalmente una válvula no se ajusta al comportamiento teórico a lo largo de toda
su carrera. Por ejemplo, una válvula de un solo asiento con característica de igual
porcentaje y con una relación de flujos de 1:30, al cerrar completamente, aun

23. 23
cuando permitiera que hubiera cierto flujo, este sería mucho menor que el 3.33%
del flujo máximo. Esto querría decir que al acercarse el tapón a la posición de 0%
de abertura la línea característica real apartaría de la teórica, aproximadamente
como se indica en la figura 25.
.Figura 25. Característica de una válvula que no cierra completamente
Relación de rango. Se acostumbra definir como relación de rango de una válvula
(RANGEABILITY) a la relación entre el flujo máximo controlable y el flujo mínimo
controlable también. Precisando más, se podría decir que los dos flujos
mencionados serian aquellos que no corresponderían a los extremos de la zona
dentro de la cual se mantuviera una característica particular. Por ejemplo, en el
caso de la figura 25 la curva se desvía muy poco de la línea recta al principio de la
carrera, y se podría decir que la relación de rango de las válvulas seria de 50 y 30,
respectivamente. En cambio, en un caso como el de la figura 26 la relación de
rango seria aproximadamente igual a 90/15 = 6.
Figura 26. Válvula con relación de rango de 6.

24. 24
La definición de relación de rango es aplicable también a las válvulas de
característica lineal.
Sensibilidad unitaria. Otro concepto relacionado con la característica de una
válvula, utilizado a veces, es el de sensibilidad unitaria: es el cambio sufrido por el
flujo que había antes del cambio, cuando el tapón sufre un desplazamiento del 1%
de su carrera; y su valor guarda cierta correspondencia con la relación de flujos.
Por ejemplo, en una válvula de igual porcentaje con relación de flujos de 1:50, la
sensibilidad unitaria sería igual a 4 a lo largo de toda su carrera. En cambio, en
una válvula de característica lineal la sensibilidad unitaria seria grande al principio
de la carrera y pequeña al final.
Los tapones de tipo contorneado se usan en válvulas de igual porcentaje de
dimensiones pequeñas o intermedias, o en válvulas de característica lineal, y les
corresponde generalmente una relación de rango igual a 30. En válvulas de igual
porcentaje con mayor relación de rango (50). O de gran tamaño, se acostumbra
usar tapones de abertura en V.
Tipo adecuado de característica. Aun cuando para todas las aplicaciones
hubiera siempre una válvula que tomara una característica efectiva lineal, no
siempre seria dicha característica la más adecuada. La característica adecuada
quedaría determinada por las peculiaridades del proceso por controlar y por los
valores que se deseara obtener para la variable controlada.
Cuando el proceso requiera banda proporcional angosta (10% o menos), la
característica de la válvula tendría poca importancia, ya que cualquiera que este
fuera, a un cambio pequeño de la variable correspondería un cambio
relativamente grande del flujo. Tampoco tendría importancia el tipo de
característica en aquellos casos en que, aun cuando la banda proporcional fuera
ancha, los cambios de carga fueran muy pequeños, y, además, no hubiera
necesidad de estar modificando la posición del punto de ajuste. En tal caso la

25. 25
válvula funcionaria siempre con la misma abertura aproximada, apartándose poco
de ella.
En el caso general, o sea cuando la banda proporcional no pudiera ser angosta y,
además, se presentarán cambios de carga relativamente grandes, habría distintas
posibilidades, determinadas por la naturaleza del proceso. En algunos procesos se
podría obtener buen control con una
Válvula de característica efectiva lineal, utilizando cierta amplitud de banda
proporcional, independientemente del valor que tuvieran la carga y el punto de
ajuste; esto significaría que cierto cambio de la variable originaria siempre el
mismo cambio de flujo, o en otras palabras, que la relación entre el cambio de flujo
o en otras palabras, que la relación entre el cambio de flujo y el cambio de variable
seria constante. Estas condiciones son adecuadas para control de procesos de
una sola capacitancia o para control de flujo.
En cambio, hay procesos para los cuales convendría que la relación entre el
cambio de flujo y el cambio de variable disminuyera cuando la carga (y por
consiguiente el flujo), fuera pequeña. Este resultado se podría obtener con una
válvula que tuviera una característica efectiva del tipo de la línea A, sin necesidad
de hacer que la banda proporcional aumentara de amplitud al disminuir la carga y
el flujo. En general, los procesos de capacitancia múltiple son de este tipo.
Por último, podría presentarse el caso de procesos en que la carga no sufriera
cambios de consideración, pero si hubiera cambios frecuentes en el punto de
ajuste. En tales condiciones podría suceder que se obtuviera buen control con
relación constante entre cambio de flujo y cambio de variable, o que dicha relación
como ocurre con frecuencia, tuviera que ser más baja cuando el punto de ajuste
disminuyera. En el primer caso convendría usar una característica del tipo B y en
el segundo una del tipo A.

26. 26
Se ha estado suponiendo que la escala del instrumento es uniforme; pero
tratándose de escalas que tuvieran divisiones pequeñas al principio y grandes al
final, podría ser necesario modificar las conclusiones del párrafo anterior, es decir,
en el primer caso considerado podría convenir una característica efectiva del tipo
C, y en el segundo del tipo B.
Como se deduce de lo dicho anteriormente, la característica inherente utilizada en
la mayoría de las aplicaciones es la de igual porcentaje, teniendo en cuenta, como
ya se vio, que una característica inherente tiende a dar característica efectiva de
otra forma, y además que en muchos procesos conviene tener una característica
efectiva del tipo A.
Factor Cv. El flujo máximo que puede haber a través de una válvula determinada,
o sea el flujo a 100% de abertura, depende de la diferencia que haya entre la
presión de entrada y la presión de salida, y de las características del fluido que
está circulando. Así pues, para tener una idea de la capacidad de una válvula, es
necesario considerar como referencia cierta diferencia de presiones y un fluido
determinado. Cuando la diferencia de presiones es de una libra por pulgada
cuadrada y el fluido que circula es agua, se acostumbra considerar el fluido
obtenido, expresado en galones por minuto, como una indicación de la capacidad
de la válvula. Cuando se conoce el factor Cv de una válvula se puede predecir el
flujo que habría cuando las condiciones fueran diferentes de las mencionadas; o
bien, conociendo estas condiciones determinar el valor adecuado de Cv. Con este
objeto se utilizan las fórmulas que se muestran a continuación:
Para líquidos:

27. 27
Cuando la temperatura del flujo es inferior a 350 ºF, no hay necesidad de hacer
corrección por temperatura, es decir en la formula anterior se puede usar el peso
específico a 60ºF y el flujo en galones por minuto a 60 ºF, es necesario usar el
peso específico correspondiente a la temperatura de flujo, y medir el flujo en
galones por minuto a dicha temperatura.
Ejemplo: Determinar el factor Cv necesario cuando se conoce lo siguiente:
Cuando la viscosidad del líquido es mayor que 100 (SAYBOLT SECONDS
UNIVERSAL), o bien 20 centistokes, hay que utilizar un factor de corrección: es
decir, cuando se trata de calcular el coeficiente Cv adecuado a ciertas condiciones
de flujo, hay que multiplicar por dicho factor el Cv que se obtiene usando la
formula ordinaria.
El factor de corrección se obtiene usando una gráfica, obteniendo antes el valor de
R por medio de la siguiente igualdad:
En esta igualdad Cv es el valor obtenido usando la gráfica ordinaria para los
líquidos.
Cuando la viscosidad se conoce en unidades SSU, hay que expresarla en
centistokes usando las formulas siguientes:

28. 28
Si la viscosidad es igual o mayor que 200 SSU, se puede calcular directamente el
valor de R con la siguiente Formula aproximada:
Ejemplo: Determinar el valor Cv adecuado, cuando se tienen los siguientes datos:
Figura 27. Determinación del factor de corrección a
partir de R

29. 29
Factor de corrección= 1.3
Cv adecuado= 1.3 X 18.3= 23.8
Mezclas de agua y vapor. Cuando a través de una válvula pasa agua a una
temperatura igual o cercana a la de saturación, parte del agua vaporiza debido a la
caída de presión, dando a la salida una mezcla de agua y vapor. En tal caso la
válvula debe tener cierto factor Cv mínimo, es decir, la caída de presión utilizada,
junto con las fórmulas para líquidos, para determinar dicho Cv mínimo, no debe
pasar de cierto valor máximo.
El valor máximo mencionado depende de los valores de la temperatura y presión
de entrada y se calcula en la siguiente forma:
Cuando la temperatura de entrada esta más de 5 ºF debajo de la temperatura de
saturación:
Cuando la temperatura de entrada esta menos de 5 ºF debajo de la temperatura
de Saturación:
= Máxima caída de presión permisible en lbs/in2.
P1= Presión absoluta de entrada (lbs/in2)
Ps= Presión absoluta de saturación (lbs/in2) correspondiente a la temperatura de
entrada.
Ejemplo 1. Determinar el factor Cv adecuado cuando se tienen los siguientes
datos:

30. 30
La presión absoluta de entrada es igual a 100 + 14 o sea, 114 lbs/in2. De acuerdo
con la tabla 1, la temperatura correspondiente a dicha presión, o sea la
temperatura de saturación, es de 337.4 ºF. Esta temperatura excede a la entrada
en más de 5 ºF. La presión Ps que corresponde a 300 ºF, temperatura de entrada,
es igual a 67 lbs/in2. Según dicha tabla:
Como la caída de presión asignada a la válvula no sobrepasa este valor, se puede
usar para calcular Cv:
Ejemplo No.2. Determinar el factor Cv adecuado, cuando se tienen los siguientes
datos:
La temperatura de saturación correspondiente a 180 lbs/in2
, es igual a 373.1 ºF.
Como excede a la temperatura de entrada en menos de 5 ºF.
Como la presión asignada a la válvula sobrepasa este valor, no debe usarse para
calcular Cv.

31. 31
Para gases: Cuando la caída de presión es menor que la mitad de la presión
absoluta de entrada:
Cuando la caída de presión es igual o mayor que la mitad de la presión absoluta
de entrada:
Ejemplo: Determinar el factor Cv adecuado teniendo los siguientes datos.
Δ Flujo máximo = 800 ft3
/h a 14.7 lbs/pulg2
y 60°F
Peso especifico0 0.8 a 60°F
Temperatura de flujo0 700°F
Caida de presión= 20 lbs/pulg2
Presion de entrada= 100 lbs/pulg2
manometricas
Presion atmosférica= 14.7 lbs/pulg2

32. 32
Para vapor de agua:
Cuando la caída de presión es menor que la mitad de la presión absoluta de
entrada;
Cuando la caída de presión es igual o mayor que la mitad de la presión absoluta
de entrada:
Donde:
W= Libra de vapor por hora
P= Caída de presión a flujo máximo lbs/pulg2
P1= Presión absoluta de entrada a flujo máximo lbs/pulg2
P2= Presión absoluta de salida a flujo máximo lbs/pulg2
K= 1+ (0.0007 X °F de sobrecalentamiento)
Ejemplo:
Determinar el factor Cv adecuado, teniendo los siguientes datos:
Flujo máximo= 30 000 lbs/h
Presión de entrada= 140 lbs/pulg2
absolutas
Temperatura de entrada= 430 °F
Caída de presión= 30 lbs/pulg2
La temperatura de saturación correspondiente a 140 lbs/pulg2
es igual según la
tabla No1, a 353°F. Asi pues, hay = 430 -353= 77°F de sobrecalentamiento.

33. 33
Para otros vapores. Cuando la caída de presión es menor que la mitad de la
presión absoluta de entrada:
Dónde:
W= Libras de vapor por hora
ΔP= Caída de presión a flujo máximo, lbs/pulg2
V1= Volumen especifico a la presión de entrada, pies3
/lb
V2= Volumen especifico a la presión de salida, pies3
/lb
P1= Presión absoluta de entrada, lbs/pulg2
P2= Presión absoluta de salida, lbs/pulg2
Cuando la caída de presión es mayor que la mitad de la presión absoluta, se usa
la misma fórmula anterior, pero sustituyendo ΔP por P1/2, y tomando para V2 el
valor que corresponde a la mitad de la presión absoluta de entrada.
Selección de la válvula: Según lo mencionado anteriormente, una vez que se ha
fijado el flujo máximo y se ha seleccionado la caída de presión que conviene que
haya a través de la válvula cuando existe dicho flujo, queda determinado el valor
que conviene tener para el coeficiente CV. El flujo máximo quedara dado por las
necesidades del proceso. Generalmente se considera un flujo máximo igual al
máximo requerido por el proceso, aumentado aproximadamente en un 25%, para
evitar que la válvula funcione muy cerca del 100% de abertura, y, sin embargo,
conviene cerciorarse de que no se ha aplicado con anterioridad ningún otro factor
de seguridad, pues ello daría lugar a que la válvula resultara demasiado grande.
Podría suceder que la caída de presión a través de la válvula quedara también
determinada por las características del proceso, como ocurriría, por ejemplo, en el
caso de la figura 23. Sin embargo, en muchos casos puede ser selecciona

34. 34
arbitrariamente, dentro de ciertos límites, como sucede cuando la válvula está
conectada en serie con otras resistencias; y en tal caso dicha caída determina el
tamaño de la válvula.
Se podría reducir al mínimo la caída de presión a flujo máximo, a través de la
válvula, haciendo que esta sea suficientemente grande, puesto que ello se
traduciría en un ahorro de energía. Sin embargo, lo usual es que el flujo necesario
para controlar un proceso sea menor que el máximo, es decir, que la válvula deba
funcionar normalmente menor de 100% de abertura. Si la válvula fuera muy
grande, tendría que cerrar emaciado para producir la reducción de flujo necesaria.
El efecto mencionado se puede aprecia con mayor claridad si se considera la
característica efectiva de la válvula. La Figura 21 representa, la deformación que
sufre la característica inherente (línea A), e una válvula. La línea B se obtendría
cuando la caída de presión a través de la válvula, a flujo máximo, fuera iguala al
50% de la caída a través de todo el sistema. La línea C se obtendría cuando fuera
igual al 20%, es decir, con una válvula más grande. Suponiendo que en cierto
momento el flujo tuviera que quedar reducido al 50% del máximo, la válvula
debería tomar una abertura de 39%en el caso B y 25% en el caso C.
Cuando una válvula funciona demasiado cerrada se produce un desgaste anormal
en los tapones y asientos; y además generalmente se pierde exactitud en el
control puesto qye la sensibilidad unitaria aumenta, es decir, a cierto movimiento
del tapón corresponde a un cambio de flujo demasiado grande, como se muestra
en la línea C. Sin embargo, anteriormente se mencionó ciertos tipos de
características efectivas pueden ser adecuados a determinados procesos, y
fácilmente se ve que partiendo de cierta característica inherente (lineal o de igual
porcentaje) y teniendo en cuenta las particularidades del sistema de flujo
considerado, sería posible obtener aproximadamente, en muchos casos, la
característica efectiva deseada. Para ello habría que seleccionar de manera
adecuada el valor de la caída de presión a través de la válvula a flujo máximo.

35. 35
En la mayoría de las aplicaciones conviene tener una característica efectiva del
tipo A o B de la Figura 25, como regla general conviene la caída de presión a
través de la válvula sea aproximadamente igual al 50% de la caída total y nunca
menor al 30%.
Cuando no se tenga el valor de la caída total, pero se conozca la presión e
entrada, se puede considerar a la caída de presión a través de la válvula igual al
50% de la presión de entrada. El procedimiento para seleccionar las dimensiones
de una válvula de control consiste, pues, en seleccionar la caída de presión a
través de la válvula, a flujo máximo; calcular el valor del coeficiente Cv y buscar
una válvula que tenga ese coeficiente. En muchos casos dicha válvula no existiría
y se decide entre el tamaño inmediato inferior o el inmediato superior, volviendo a
considerar, en uno u otro caso, el comportamiento de cada válvula en conjunto
con el sistema de flujo.
En algunos casos puede convenir cambios en el sistema como tubería o bomba.
Como regla general, las dimensiones de las conexiones de la válvula resultan
menores que las de la tubería; y si no es así conviene hacer revisión del problema.
Además de la capacidad y del tipo de característica, la selección de una válvula
incluye los números de asientos, forma de los tapones, material del que está
hecho el cuerpo, tipo de empaquetadura, características de la parte motriz entre
otras.
Tabla 1. Propiedades a presión de 14.7 lb/in2
P T V P T V P T V
5 162.2 73.6 75 307.6 5.8 146 356.3 3.1
6 170.1 62 76 308.5 5.7 147 356.8 3.1
7 176.8 53.7 77 309.4 5.7 148 357.4 3
8 182.9 47.4 78 310.3 5.6 149 357.9 3

36. 36
9 188.3 42.4 79 311.2 5.5 150 358.4 3
10 193.2 38.4 80 312 5.5 152 359.5 3
11 197.7 35.4 81 312.9 5.4 154 360.5 2.9
12 202 32.4 82 313.7 5.3 156 361.5 2.9
13 205.9 30.1 83 314.6 5.3 158 362.5 2.9
14 209.6 28.1 84 315.4 5.2 160 363.5 2.8
14.7 212 26.8 85 316.2 5.2 162 364.5 2.8
15 213 26.3 86 317.1 5.1 164 365.5 2.8
16 216.3 24.8 87 317.9 5.1 166 366.5 2.7
17 219.4 23.4 88 318.7 5 168 367.4 2.7
18 222.4 22.2 89 319.5 4.9 170 368.4 2.7
19 225.2 21.1 90 320.5 4.9 172 369.3 2.6
20 228 20.1 91 321.1 4.8 174 370.3 2.6
21 230.6 19.2 92 321.8 4.8 176 371.2 2.6
22 233.1 18.4 93 322.6 4.7 178 372.1 2.6
23 235.5 17.6 94 323.4 4.7 180 373.1 2.5
24 237.8 16.9 95 324.1 4.6 182 374 2.5
25 240.1 16.3 96 324.9 4.6 184 374.9 2.5
26 242.2 15.7 97 325.6 4.6 186 375.7 2.5
27 244.4 15.1 98 326.3 4.5 190 377.5 2.4
28 246.4 14.7 99 327.1 4.5 192 378.4 2.4
29 248.4 14.2 100 327.8 4.4 194 379.2 2.4
30 250.3 13.7 101 328.5 4.4 196 380.1 2.3
31 252.2 13.3 102 329.2 4.3 198 380.9 2.3

37. 37
32 254 12.9 103 330 4.3 200 381.8 2.3
33 255.8 12.6 104 330.7 4.3 205 382.9 2.2
34 257.6 12.2 105 331.4 4.2 210 385.9 2.2
35 259.3 11.9 106 332 4.2 215 387.9 2.1
36 260.9 11.6 107 332.7 4.2 220 389.9 2.1
37 262.6 11.3 108 333.4 4.1 225 391.8 2
38 264.2 11 109 334.1 4.1 230 393.7 2
39 265.7 10.8 110 334.8 4 235 395.5 2
40 267.2 10.5 111 335.4 4 240 397.4 1.9
41 268.7 10.3 112 336.1 4 245 399.2 1.9
42 270.2 10 113 336.8 3.9 250 401 1.8
43 271.6 9.8 114 337.4 3.9 255 402.7 1.8
44 273 9.6 115 338.1 3.9 260 404.4 1.8
45 274.4 9.4 116 338.7 3.8 265 406.1 1.7
46 275.8 9.2 117 339.4 3.8 270 407.8 1.7
47 277.1 9 118 340 3.8 275 409.4 1.7
48 278.4 8.8 119 340.6 3.8 280 411 1.6
49 279.7 8.7 120 341.2 3.7 285 412.6 1.6
50 281 8.5 121 341.9 3.7 290 414.2 1.6
51 282.3 8.4 122 342.5 3.7 295 415.8 1.6
52 283.5 8.2 123 343.1 3.6 300 417.3 1.5
53 284.7 8 124 343.7 3.6 310 420.3 1.5
54 285.9 7.9 125 344.3 3.6 320 423.3 1.4
55 287.1 7.8 126 344.9 3.6 330 426.2 1.4

38. 38
56 288.2 7.7 127 345.5 3.5 340 429 1.4
57 289.4 7.5 128 346.1 3.5 350 431.7 1.3
58 290.5 7.4 129 346.7 3.5 360 434.4 1.3
59 291.6 7.3 130 347.3 3.5 370 437 1.3
60 292.7 7.2 131 347.9 3.4 380 439.6 1.2
61 293.8 7.1 132 348.5 3.4 390 442.1 1.2
62 294.8 6.9 133 349.1 3.4 400 444.6 1.2
63 295.9 6.8 134 349.6 3.4 410 447 1.1
64 296.9 6.7 135 350.2 3.3 420 449.4 1.1
65 298 6.7 136 350.8 3.3 430 451.7 1.1
66 299 6.6 137 351.3 3.3 440 454 1.1
67 300 6.5 138 351.9 3.3 450 456.3 1
68 301 6.4 139 352.5 3.2 460 458.5 1
69 302 6.3 140 353 3.2 470 460.7 1
70 302.9 6.2 141 353.6 3.2 480 462.8 1
71 303.9 6.1 142 354.1 3.2 490 464.9 0.9
72 304.8 6 143 354.7 3.2 500 467 0.9
73 305.8 6 144 355.2 3.1
74 306.7 5.9 145 355.8 3.1