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EQUIPOS DE
CONTROL

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Equipos de Control Tecsup
Agosto 2007

INDICE

1. Variadores de velocidad ................................................................... 3
2. Objetivos ............................................................................................. 5
3. Variadores de velocidad mecánicos................................................ 5
3.1. Ruedas dentadas................................................................... 6
3.2. Reductores de velocidad...................................................... 8
4. Otros variadores de velocidad....................................................... 41
4.1. Variadores de velocidad electrónicos .............................. 41
4.2. Variadores de velocidad hidráulicos ............................... 48
4.3. Otros variadores de velocidad mecánicos....................... 50
5. Válvulas de control.......................................................................... 51
5.1. Introducción ........................................................................ 51
5.2. Objetivos .............................................................................. 51
5.3. Componentes de la válvula de control ............................ 52
5.3.1. Cuerpo de la válvula.......................................... 53
5.3.2. Tapa de la válvula .............................................. 55
5.3.3. Servomotores ...................................................... 58
5.3.4. Accesorios............................................................ 59
6. Funcionamiento de las válvulas de control ................................. 67
6.1. Válvulas de compuerta ...................................................... 67
6.2. Válvulas de globo ............................................................... 70
6.3. Válvulas de mariposa......................................................... 72
6.4. Válvulas de macho ............................................................. 74
6.5. Válvulas de bola.................................................................. 77
6.6. Válvulas de aguja................................................................ 79
6.7. Válvulas en ángulo ............................................................. 79
6.8. Válvulas de diafragma ....................................................... 80
6.9. Válvulas en Y....................................................................... 82
6.10. Válvulas de retención (CHECK)....................................... 82
6.11. Válvula de tres vías ............................................................ 84
7. Selección de las válvulas de control .............................................. 85
7.1. Dimensionamiento de la válvula de control................... 87
7.2. Utilización con líquidos ..................................................... 88
7.3. Utilización con gas, vapor y vapor de agua.................... 89
8. Principales actividades de mantenimiento aplicadas a las
válvulas de control .......................................................................... 96
9. Resumen.......................................................................................... 101
10. Glosario para Válvulas de Control.............................................. 107
11. Anexos............................................................................................. 108

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Tecsup Equipos de Control
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1. Variadores de velocidad

En aplicaciones industriales y mineras existen máquinas y/o
estructuras giratorias que son accionadas por motores eléctricos o
algún otro tipo de motor, pero en muchos de los casos se requiere
que la máquina giratoria o impulsada gire a una velocidad
diferente a la que gira el motor impulsor. Para satisfacer dicha
necesidad existen equipos denominados VARIADORES DE
VELOCIDAD los cuales logran que la máquina impulsada gire a
la velocidad requerida. Los variadores de velocidad más
utilizados son:

• Variadores de velocidad mecánicos.
• Variadores de velocidad electrónicos.
• Variadores de velocidad hidráulicos.

Como ya se mencionó el uso de los variadores de velocidad es
muy difundido en casi todos los procesos productivos en
industrias como por ejemplo:

• Equipos de transporte.
• Agitadores.
• Extrusoras.
• Elevadores.
• Textilería, etc.

A manera de ilustración presentamos algunas aplicaciones en las
que encontramos variadores de velocidad.

Reductor de velocidad usado en un agitador horizontal de
líquidos.

Figura 4.1

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Figura 4.2
Reductor de velocidad usado en una máquina extrusora

Figura 4.3

Alimentador de correa para 10 000 t/h de mineral de cobre, con un ancho de correa
de 3,2 m y largo de 13 m. Uno de los mayores alimentadores en el mundo.

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Figura 4.4

Esquema del uso de un variador de velocidad electrónico
para un sistema de elevación.

2. Objetivos

• Identificar los equipos de variación de velocidad utilizados en
aplicaciones industriales.
• Describir el funcionamiento de los variadores de velocidad
utilizados en aplicaciones industriales.
• Seleccionar reductores de velocidad de acuerdo a las
especificaciones de la aplicación.
• Reconocer las principales actividades de mantenimiento
aplicadas a los variadores de velocidad.

3. Variadores de velocidad mecánicos

Son los llamados reductores de velocidad los cuales cumplen su
propósito mediante la adecuada combinación de ruedas dentadas.

Resulta importante entonces hacer un breve repaso de los tipos de
ruedas dentadas antes de estudiar a los reductores de velocidad.

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3.1. Ruedas dentadas

• Rueda dentada cilíndrica de dientes rectos.

Figura 4.5

Figura 4.6 Figura 4.7

Este tipo de rueda cilíndrica de dientes rectos se
caracteriza por:

- Tiene los dientes paralelos al eje de rotación.
- Se utiliza para transmitir movimientos de un eje a otro
eje paralelo.
- Es de fabricación sencilla.

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• Rueda dentada cilíndrica de dientes helicoidales.


Este tipo de rueda se caracteriza por:

- Dientes inclinados respecto al eje de rotación.
- Debido al engrane más gradual que presenta, no son
tan ruidosas como las ruedas de dientes rectos.
- Se pueden utilizar para transmitir movimiento entre
ejes no paralelos.
- Producen cargas de empuje y pares flexionantes.

• Ruedas dentadas cónicas.

Figura 4.10


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Este tipo de rueda se caracteriza por:

- Se emplean para la transmisión de movimiento entre
ejes que se intersecan.
- Los dientes pueden ser rectos o helicoidales.

• Tornillo Sin Fin – Corona

Figura 4.13

Este tipo se caracteriza por:

- Transmiten el movimiento de rotación entre ejes no
paralelos que se intersecan.
- Se emplean cuando las relaciones de transmisión de
los ejes son muy altas.

3.2. Reductores de velocidad

Esta lección describe los reductores de velocidad más
comunes, que incluyen reductores de ejes paralelos y en
línea. También se explican los reductores de engranajes de
ejes en ángulos rectos y verticales.

Como se fabrica una variedad tan amplia de reductores,
esta lección presenta información general sobre tipos
básicos de reductores. Esta descripción de reductores de
velocidad y sus características de construcción aumentará
sus conocimientos sobre su funcionamiento.

¿Por qué usar reductores de velocidad?

Los reductores de velocidad generalmente se utilizan en
plantas industriales para reducir la velocidad entre un
motor y la parte impulsada por el mismo.

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Esta reducción de velocidad en el reductor puede ser
parcial o completa tal como lo muestra la Figura 4.14.
Cuando la reducción es parcial, se emplea otro medio para
reducir la velocidad, frecuentemente transmisiones de
banda en V o transmisiones de cadena. Cuando el
reductor realiza la reducción completa, el eje de entrada
del reductor va acoplado al motor impulsor y el eje de
salida va acoplado directamente a la máquina impulsada.

Los reductores utilizados en plantas industriales varían en
su tamaño, de reductores de potencia menor de un
caballo, de reducción sencilla, a reductores de reducción
múltiple que pesan toneladas, impulsados por motores de
más de cien caballos de fuerza. Generalmente es el
fabricante del equipo, que suministra la máquina, el que
determina el tamaño, tipo y selección del reductor
utilizado con un componente específico de equipo. Si una
planta compra un reductor, la selección del reductor
normalmente está a cargo del ingeniero de la planta.
También es posible consultar al departamento de
mantenimiento para determinar si se desea un reductor
específico.

Reductor
Motor
Máquina
a)

Máquina
Reductor
Motor

b)

Figura 4.14

a) Reducción Completa, b) Reducción Parcial

a) Definiciones de reductores

Antes de comenzar a estudiar la construcción de los
distintos reductores, conviene revisar algunos tér-
minos utilizados para describir las piezas móviles, el
diseño y la selección de reductores.

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Tamaño.- Los reductores se describen en función de
su “tamaño”. A menudo, el tamaño de la unidad es
un indicio de la distancia entre los centros del eje de
entrada y el eje de salida. El sistema de numeración
utilizado para describir el tamaño del reductor es
determinado por el fabricante.

El tamaño real de un reductor es función de su
potencia mecánica nominal y su relación de transmi-
sión. Una potencia nominal alta requiere engranajes
de cara más ancha, mayor distancia entre centros, ejes
y cojinetes más pesados, y una caja más fuerte que
una unidad de potencia nominal baja. Además, una
unidad con una relación de transmisión alta será de
mayor tamaño que una con una relación de
transmisión baja, aunque las potencias nominales sean
iguales.

Potencia Mecánica.- La potencia mecánica nominal de
un reductor, nos indica cuanta potencia mecánica, la
unidad puede transmitir con ciertas condiciones
dadas. Este valor es función de la velocidad y del par
reductor, tal como en el caso de los motores. El valor
del par es determinado por la capacidad mecánica de
los engranajes, el eje, los cojinetes y la caja. La variable
principal es la velocidad. Al bajar la velocidad,
aumenta la potencia y viceversa.

Potencia Térmica.- Un reductor tiene un régimen
térmico que se refiere a la potencia que la unidad
puede transmitir en funcionamiento continuo sin un
aumento excesivo de temperatura. La potencia
térmica nominal puede ser más alta o más baja que la
potencia mecánica nominal.

Capacidad de Sobrecarga.- Principalmente son los
factores de desgaste, que dependen directamente de la
superficie y dureza del diente, los que determinan la
capacidad de sobrecarga continúa. La capacidad de
sobrecarga intermitente es determinada por la
resistencia de los dientes de engranaje. Muchas
unidades de engranaje pueden aceptar cargas
máximas equivalentes al 200 por ciento de la potencia
nominal indicada por el fabricante, si no se producen
por períodos de más de unos pocos minutos en 10
horas de operación. (Esto se basa en las normas de los
fabricantes).

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Factor de Servicio.- El factor de servicio es
determinado por el estado y la cantidad de carga y no
por la capacidad de la unidad. (También es posible
llamarlo factor de servicio de carga.) El factor de
servicio de base estandarizado por AGMA (American
Gear Manufacturers’ Association) es 1,00. Otros facto-
res de servicio son 1,25; 1,50; 1,75; 2,00; 2.25 y 2,50. Los
fabricantes de reductores siguen normas standard al
establecer la potencia y el par nominales de sus
reductores.

El factor de servicio de un reductor de velocidad debe
incluir tres cosas: tipo de motor primario; tipo de
carga y ciclo de trabajo. La potencia básica nominal de
un reductor se basa en un factor de servicio de 1,00.
En una aplicación específica que requiere un factor de
servicio de carga de 1,50, el reductor de engranajes
seleccionado debe ser capaz de transmitir 50% de
potencia más. Por ejemplo, una carga de 20 hp con un
factor de servicio de 1,50 requiere un reductor de
engranajes de 30 hp nominales. Los factores de
servicio se obtienen de tablas de selección y se basan
en una combinación de horas de operación y
rigurosidad de carga.

Relación de Transmisión.- La relación de un reductor
de engranajes es simplemente la relación de la
velocidad de entrada a la velocidad de salida. Se
calcula mediante la fórmula:

RPM de entrada = i
RPM de salida

Una relación de transmisión es un factor que tiene
poco significado por sí mismo. Se la utiliza
principalmente junto con la velocidad de entrada para
determinar el resultado final, es decir, la velocidad de
salida.

Unidades de Reducción Sencilla.- Estas representan
los tipos más simples de disposición de reducción de
engranajes. Hay sólo dos componentes, a saber, el
PIÑON IMPULSOR, cuyo eje se conecta de alguna
forma al motor impulsor, y el ENGRANE
IMPULSADO cuyo eje generalmente es el eje de salida
de la unidad de engranes. Estos dos componentes de
engranes se combinan para formar un tren de
engranes de reducción sencilla (o engranaje de
reducción sencilla).

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Unidades de Reducción Doble.- Básicamente, un
reductor de doble reducción consiste en dos unidades
de reducción sencilla en un mismo alojamiento. La
primera etapa es similar a la disposición de reducción
sencilla y consiste en un piñón impulsor y un engrane
impulsado. El piñón impulsor de segunda etapa, sin
embargo, va montado en el mismo eje que el engrane
impulsado de la primera etapa. Este piñón engrana
con el engrane impulsado de la segunda etapa cuyo
eje pasa a ser entonces el eje de salida de la unidad.

Unidades de Reducción Triple.- Esta disposición se
basa en el mismo principio de las unidades de
reducción sencilla y reducción doble. En este caso, hay
tres juegos de piñón y engranes impulsados y por lo
tanto, tres etapas de reducción.

b) Tipos de reductores

Reductores de Ejes Concéntricos

Los reductores de EJES CONCÉNTRICOS son uno de
los tipos más comunes utilizados en la industria. Tal
vez sepa, además, que también se los llama reductores
EN LÍNEA, MOTORES DE ENGRANAJE y
MOTOREDUCTORES. Es posible utilizar
correctamente cualquiera de estos nombres.

Los reductores concéntricos pueden ser impulsados
por un motor, o por otros medios. Si se trata de un
reductor concéntrico, el motor puede estar montado
en la misma base que el reductor, o montado en una
base atornillada al reductor mismo. Además, algunos
motores tienen montaje INTEGRAL con el
alojamiento del reductor concéntrico (es decir, forman
parte del alojamiento). En la Figura 4.15 se ilustra un
reductor concéntrico. Se los explicará con más detalle
más adelante.

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Figura 4.15

Reductor de ejes concéntricos

Básicamente, los alojamientos de reductores son de
hierro fundido, acero fundido o acero soldado, según
el fabricante. Cada tipo de alojamiento tiene sus
propias ventajas específicas. La mayoría de los
reductores de ejes concéntricos se pueden instalar en
unidades standard, de reducción sencilla hasta
reducción cuádruple. Todos los reductores
concéntricos cuentan con bloques o patas de montaje
en el fondo o base del reductor. Estas patas permiten
el montaje del reductor sobre una máquina u otra
estructura. Es posible montar los reductores con los
ejes en posición horizontal (derechos o girados) o
lateral en un muro. También se los puede montar con
el eje vertical a través de sus montajes normales de
patas. Además, se fabrican soportes con formas
especiales para la mayoría de los reductores, que
permiten montarlos con el eje vertical sobre una
superficie horizontal.

Los montajes verticales deben realizarse con cuidado
como consecuencia de los requerimientos especiales
de los obturadores de aceite. Con los ejes en una
posición horizontal, el nivel del aceite no es lo
suficientemente alto como para que se produzcan
fugas, y los sellos de aceite suministrados son
adecuados.

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La mayoría de los fabricantes de reductores
concéntricos utilizan ENGRANES DE CORTE HE-
LICOIDAL (cortados en ángulo) para sus reductores.
Los engranes se cortan a distintos ángulos y en
distintos PASOS DE DIENTES (distancia entre los
dientes), según su tamaño y ubicación dentro de la
unidad. El uso de engranes helicoidales es común, ya
que los mismos ofrecen una transferencia uniforme y
silenciosa de energía entre los engranajes. Algunos
tipos de reductores, no obstante, utilizan engranes
RECTOS (dentadura recta) y uno o dos utilizan
engranes PLANETARIOS (dispuestos en círculo).

Además de los distintos cojinetes utilizados, cada eje,
de entrada y salida, cuenta con SELLOS DE ACEITE.
Estos sellos de aceite pueden estar colocados por
presión en el alojamiento, o bien insertados en una
cubierta separada y atornillada en su posición en el
extremo del alojamiento. Tal como en el caso de los
cojinetes, el método y los tipos de sellos utilizados son
determinados por los distintos fabricantes. Hay que
tener en cuenta que estos sellos están destinados
solamente a retener el aceite lubricante salpicado en el
alojamiento al operar la unidad. La mayoría de los
sellos suministrados no deben retener un nivel alto de
líquido en el alojamiento. Los sellos de este tipo son
de carácter especial y los fabricantes los suministran
para casos especiales.

Cuando los motores tienen un apoyo independiente al
del alojamiento de un reductor concéntrico,
frecuentemente se dice que el reductor es del tipo
TODO MOTOR. En estos casos, el motor va conectado
al eje de entrada del reductor por medio de un acopla-
miento. En caso de falla del motor, se lo puede retirar
sin afectar al reductor. Cuando se utiliza un montaje
del tipo INTEGRAL, el reductor es del tipo DE
BRIDAS “C” (montaje frontal o posterior) que se
atornilla directamente al lado de entrada del reductor.
Esto generalmente se obtiene mediante una brida
adaptadora de un tipo u otro. En estos reductores, el
eje del motor tiene un engrane montado que engrana
con un engrane interno del alojamiento del reductor.
En la mayoría de los casos, se dice que ésta es la
reducción primaria o primera reducción de la unidad.

Los reductores suministrados para transportadores
inclinados u otros mecanismos de elevación
frecuentemente cuentan con topes de retención o

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embragues unidireccionales. Se los instala en el reduc-
tor para evitarla rotación o movimiento inverso en
caso de falta de energía. Generalmente, se los
reconoce porque hay una parte o extensión alargada
del alojamiento en el eje de entrada o de salida.

La instalación adecuada de estos topes de retención es
importante. Sus placas de indicaciones generalmente
indican la dirección de rotación. Sin embargo, si se ha
quitado esta placa o si se le ha pintado, es posible que
usted no sepa cuál es la dirección de rotación. Es muy
fácil determinar la rotación haciendo girar el
manguito interno. Sólo gira en una dirección.
También es posible verificar el montaje correcto
haciendo girar el eje de entrada en el reductor.

Figura 4.16

Métodos de retención de cojinetes

Reductores de ejes paralelos

Después de los reductores en línea, el segundo tipo de
reductores utilizados en la industria, en orden de
importancia, es el de reductores DE EJES
PARALELOS. Estos reductores generalmente se
construyen en un alojamiento en forma de caja. Los
alojamientos son de hierro fundido, acero fundido y
acero soldado, tal como los reductores concéntricos.
Frecuentemente, los fabricantes que producen
alojamientos fundidos también producen alojamientos
de acero soldado para modelos especiales que no
forman parte de su gama standard.

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Tal como se ilustra en la Figura 4.17, los reductores de
EJES PARALELOS son de distintos tamaños y formas.

Por su diseño de tipo abierto, generalmente tienen
engranes más grandes y por lo tanto, tienen mayor
capacidad en cuanto a la potencia y al par, y una
variedad más amplia de relaciones de reducción, que
los reductores del tipo concéntrico más compactos.
Por este motivo, los reductores de ejes paralelos son
más versátiles en su uso.

Figura 4.17

Reductores de ejes paralelos

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Los reductores de ejes paralelos se utilizan para el
manejo de materiales a granel, transportadores y otros
equipos. Además, los reductores se utilizan
frecuentemente en grandes hornos secadores de la
industria del cemento, de abonos y otras materias
primas, que requieren el secado o la limpieza en
tambor de los productos. Los reductores de ejes
paralelos pueden tener reducciones sencillas, dobles o
triples, con relaciones de transmisión de hasta 300:1.

Las velocidades de entrada o motrices varían entre
varios cientos y varios miles de RPM. Cuando un
motor de 3600 RPM impulsa un reductor con una
relación de 40:1, la velocidad del eje de salida es de 90
RPM. Las unidades de ejes paralelos están destinadas
a funcionar como reductores de velocidad, y pocas
veces se utilizan como incrementadores de velocidad.

La mayoría de los reductores de ejes paralelos tienen
engranes helicoidales sencillos, aunque en algunos
casos se utilizan engranes rectos. Para reducir el
empuje del eje generado por los engranes helicoidales,
algunos fabricantes utilizan engranes helicoidales do-
bles. Estos están cortados como para que los ángulos
de los dientes formen una configuración en y, sin que
los dientes se encuentren en el centro. Además,
algunos fabricantes de reductores utilizan engranes
bihelicoidales en los que los dientes del engrane se
encuentran en el centro.

Los cojinetes de los reductores de ejes paralelos, al
igual que en el caso de los reductores de ejes
concéntricos, pueden ser cojinetes de bolas de una o
dos hileras, o bien cojinetes de rodillos cónicos. Los
cojinetes generalmente se mantienen en su posición
por una combinación de salientes de retención, anillos
sujetadores y placas de fijación. Pueden estar en el
alojamiento de engranes y en los ejes. Aunque los
cojinetes antifricción son los más utilizados, por su
rendimiento probado y su vida de servicio
prolongada, algunas unidades más antiguas que
siguen en servicio tal vez estén equipadas con
cojinetes colados o guarnecidos con metal blanco.

La lubricación utilizada comúnmente en los
reductores de ejes paralelos es la del tipo de salpica-
dura, pero con limitaciones. En la mayoría de los
casos, las RPM lentas de algunas unidades no
proporcionan aceite suficiente en todos los puntos de

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lubricación. Normalmente se lo complementa con
sistemas de lubricación a presión.

También surgen otros problemas cuando se utiliza
lubricación de salpicadura en los reductores de
engranes paralelos. Uno de estos problemas resulta de
los distintos diámetros de los engranes. Si sólo se
utilizara el engrane más grande para hacer salir aceite
del depósito, sería muy poco el aceite que llegaría a
los ejes de entrada de alta velocidad cuando la unidad
fuera puesta en marcha por primera vez. Por
consiguiente, los dientes de engrane se desgastarían
mucho y se picarían después de un período breve de
funcionamiento. Para superar este inconveniente, la
mayoría de los fabricantes suministran sistemas de
lubricación a presión, o más frecuentemente, una serie
de depósitos secundarios o presas de aceite para
retenerlo a distintos niveles dentro de la caja de
engrane. Esto garantiza la lubricación constante de
todos los engranes, sea cual fuere su posición dentro
de la caja, su velocidad o su altura relativa. Además,
los cojinetes que sustentan al eje también tienen a
veces pequeños depósitos de retención que mantienen
el nivel adecuado de aceite en el cojinete. Esto
garantiza un suministro de aceite para los cojinetes en
todo momento. Al introducirse más aceite salpicado a
los cojinetes, el exceso rebasa el depósito y vuelve al
depósito principal de aceite, tal como lo ilustra la
Figura 4.18.

Otro problema de lubricación se produce a menudo
cuando los reductores de ejes paralelos se acercan a su
NIVEL TÉRMICO NOMINAL. Cuando se genera
calor excesivo dentro del reductor, hay que recurrir a
algún medio para enfriar la unidad, y frecuentemente,
para enfriar también el aceite lubricante. Para enfriar
la unidad, la mayoría de los fabricantes monta un
ventilador en el eje de alta velocidad de la unidad
para que haga atravesar aire por la unidad. Esto
elimina el calor por el método de convección y es muy
eficaz. En casos en los que el nivel térmico nominal
supera la capacidad de enfriamiento del ventilador, el
enfriamiento del aceite lubricante ayuda a enfriar los
engranes y otras piezas. En estos usos, el aceite circula
por acción de un sistema a presión. El aceite sale del
depósito (de ubicación interna o externa en el
reductor), circula a través del intercambiador de calor,
y luego llega a los engranes. En temperaturas frías, se
utiliza un sistema a presión con unidades calefactoras

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en lugar de unidades enfriadoras. Estas aumentan la
temperatura del aceite y contribuyen a calentar el
reductor.

Figura 4.18

Depósito de aceite de cojinetes utilizados
con lubricación de salpicadura

Reductores de ejes en ángulo recto

Los reductores de ejes en ÁNGULO RECTO se
pueden considerar como una combinación de
reductores concéntricos y de ejes paralelos.

Frecuentemente, el reductor de ejes paralelos se
utiliza como base de construcción del reductor en
ángulo recto. En otros casos, el reductor concéntrico
sirve de componente básico, con el agregado de un
cabezal de ángulo recto.

La Figura 4.19 ilustra varios de estos tipos.

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Figura 4.19

Los alojamientos, tal como en el caso de todos los
otros reductores, son de hierro, acero fundido o de
acero soldado, según el fabricante y la aplicación. Los
engranajes utilizados en los ejes intermedios general-
mente son del tipo helicoidal. En los ejes en ángulo
recto (frecuentemente en el eje de entrada) los
engranajes son normalmente del tipo CÓNICO DE

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DENTADURA ESPIRAL (con un diseño curvo de
dentadura).

Se utilizan unos pocos tipos con engranes CÓNICOS
EN ÁNGULO RECTO (con un diseño de dientes
rectos). Al igual que los engranes helicoidales, los
engranes cónicos de dentadura espiral resultan en un
funcionamiento más uniforme y silencioso.

Las transmisiones en ángulo recto normalmente se
utilizan cuando las limitaciones de espacio impiden el
montaje de un motor en un reductor paralelo concén-
trico, que interferiría con otros equipos. Cuando se
utilizan los reductores concéntricos como transmisio-
nes de ángulo recto, se instala un cabezal adicional en
el eje de salida. El eje de salida se acorta, y se monta
un engrane sobre el mismo. Este engrane de salida
engrana con el engrane acuñado al eje en ángulo
recto.

Estos engranes adicionales dan reducción adicional de
engranes a la unidad. En ciertos casos, hay dos ejes de
salida formando una “T”, en lugar de uno.

En los casos en los que el régimen térmico nominal de
la unidad es de importancia crítica (tal como en el
caso de los reductores de ejes paralelos), se agrega un
ventilador de enfriamiento al eje de alta velocidad de
entrada. Es posible instalar también enfriadores de
aceite y bombas para el aceite en caso de necesidad.

Como lo mencionamos anteriormente, los cojinetes
son del tipo de rodillos cónicos o de bolas. La
lubricación es básicamente del tipo de salpicadura,
aunque en caso de necesidad se recurre a la
lubricación por presión.

Reductores de eje vertical

Los reductores de EJE VERTICAL son una
modificación de los reductores del tipo de ángulo
recto.

Sin embargo, en lugar de tener montaje de patas con
un eje de salida horizontal, el alojamiento
generalmente tiene una base plana y el eje de salida
va montado verticalmente (hacia arriba o hacia abajo).
Al igual que los reductores de ángulo recto, la unidad
básica de construcción se asemeja al reductor del tipo

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de ejes paralelos o al reductor del tipo de ejes
concéntricos, tal como se ilustra en la Figura 4.20.

Nótese que en el caso del reductor de ejes
concéntricos, el cabezal de salida está en una posición
vertical y no horizontal como en el caso del reductor
de ángulo recto. No hay nada más que cambie en la
unidad. Cuando se utiliza la construcción del tipo de
ejes paralelos, hay que hacer cambios considerables en
el alojamiento. En realidad, los ejes verticales se
asemejan a un reductor de ejes paralelos o en ángulo
recto parados sobre un costado.

Figura 4.20

Como en los casos anteriores, los engranes del eje
pueden ser del tipo helicoidal, cónico de dentadura
espiral o cónica en ángulo recto. Frecuentemente se
combinan al utilizarse unidades de reducción
múltiple.

Aunque la mayoría de las unidades ilustradas tiene el
eje vertical extendido verticalmente a través de la
parte superior, no hay motivo por el que no se pueda
extender el eje verticalmente a través del fondo del
alojamiento. En el caso del reductor de tipo
concéntrico, el cabezal se colocaría hacía abajo,
mientras que en el caso del reductor del tipo de ejes
paralelos, se debería cortar la parte inferior del
alojamiento como para permitir el paso del eje a

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través del fondo. Al igual que con la transmisión en
ángulo recto, los ejes verticales pueden extenderse en
ambas direcciones formando una configuración en
“T”.

Lo que se ha dicho sobre lubricación, cojinetes,
enfriamiento y otros puntos, en relación a los reducto-
res de ejes paralelos y en ángulo recto, también es
cierto para los reductores de eje vertical. Los
procedimientos de mantenimiento también son de
importancia crítica, por la alineación vertical de los
ejes, similar a la alineación paralela de los ejes en los
reductores paralelos.

Reductores montados en el eje

Los reductores MONTADOS EN LA FLECHA (o EN
EL EJE), al igual que todos los componentes de
transmisión, son producidos por muchos fabricantes
diferentes. La mayoría de los fabricantes producen
varios tipos, además de las unidades montadas en el
eje. Para la construcción de las transmisiones
montadas en el eje se utilizan varios tipos básicos de
diseño de reductores, que incluyen los tipos de ejes
concéntricos y paralelos. El fabricante determina los
tipos de construcción.

Las cajas de engranes son de hierro fundido, acero
forjado o acero soldado. Como consecuencia de su
método de montaje inusual, la mayoría de las
transmisiones montadas en el eje permite que el
motor se apoye directamente sobre la caja del
reductor de una forma u otra. Esto elimina la
necesidad de contar con una base separada para el
motor y permite obtener una unidad completa.
Cuando se monta el motor en el reductor, hay que
analizar la carga sobre el eje para garantizar que los
cojinetes del eje proporcionen apoyo adecuado.

En la Figura 4.21 se ilustran varios tipos de reductores
montados en el eje. La mayoría de los reductores
montados en el eje tiene un eje de salida hueco, que
permite la extensión parcial o total del eje impulsado
a través de la transmisión. El fabricante especifica el
largo mínimo aceptable del eje. Naturalmente, cuanto
más eje soporte a la unidad, mejor será el montaje.
Algunos reductores, como el del tipo concéntrico, sólo
permiten la inserción del eje de montaje hasta la mitad
de la caja del reductor.

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Cuando se utiliza transportadores de tornillo sin fin o
reductores del tipo con bridas, el largo del eje no tiene
crítica.

Figura 4.21

Vista interna de reductores montados en el eje

Los reductores más comunes tienen ejes con un
diseño descentrado en lugar del diseño de eje concén-
trico. En el diseño descentrado, el eje de entrada está
descentrado hacia un costado respecto al eje de salida.
Un buen ejemplo del diseño descentrado sería una
unidad de reducción sencilla. Aun con unidades de
reducción múltiple, se utiliza el diseño descentrado.
Los juegos de engranes de reducción adicionales se
instalan descentrados respecto al eje de entrada como
lo muestra la Figura 4.21. Algunos de los reductores
montados en el eje, de tamaño más grande, que se
asemejan a las unidades standard de ejes paralelos,
utilizan ejes descentrados para una reducción de
engranajes por lo menos.

Para los reductores montados en el eje se utilizan casi
exclusivamente engranes helicoidales. Tal vez haya
uno o dos tipos diferentes, pero éstos no son muy
comunes. El engrane helicoidal proporciona la
transmisión de energía uniforme y silenciosa que se
desea.

Como los reductores montados en el eje van
conectados directamente a la máquina que impulsan,
usualmente no proporcionan la reducción total reque-
rida, tal como las unidades con patas de montaje. Por
lo tanto, son un tipo incompleto de unidad de
reducción y requieren otros medios para llevar a cabo
la reducción total requerida.

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La reducción adicional generalmente se obtiene
mediante transmisiones de banda en V. Por su diseño,
las transmisiones de banda en V son seleccionadas
frecuentemente para ayudar al reductor a producir las
RPM específicas de salida. El tamaño y tipo de las
transmisiones de banda en V depende de la potencia y
las RPM de entrada.

Cuando se utilizan transmisiones de banda en V, se
requieren medios para mantener la tensión adecuada
en las bandas. Si el motor está montado a un costado
del reductor, una base deslizante o agujeros alargados
en la estructura de apoyo proporcionan los medios
necesarios de tensionamiento. Si el motor está unido
al reductor, la tensión apropiada se obtiene mediante
tornillos de ajuste en la placa de base del motor.
Como las bandas en V se utilizan frecuentemente
cerca de otro equipo operativo, es importante instalar
guardas de seguridad para proteger al personal de la
planta contra lesiones.

La mayoría de los reductores montados en el eje están
equipados con un TENSOR DE TORNIQUETE. Este
mecanismo impide la rotación del reductor durante el
funcionamiento, especialmente cuando el motor está
montado directamente en el reductor. En ciertos
casos, el tensor también sirve para mantener la
tensión apropiada de la transmisión por banda en V.

Como alternativa del tensor de torniquete, la mayoría
de los fabricantes de reductores montados en el eje
también ofrecen tensores con RESORTE, Figura 4.22.

Figura 4.22
Tensor con resorte

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Los tensores con resortes se clasifican como
ALIVIADORES DE SOBRECARGA y se les instala en
una posición que desenganche la transmisión de
banda en V cuando se produce sobrecarga. Estos
desenganches de sobrecarga se pueden ajustar como
para que se suelten a cualquier límite de sobrecarga
dentro de cierto rango. Cuando están sobrecargados y
desenganchados, el eje de entrada del reductor se
acerca al motor. Esto afloja las bandas de transmisión,
y permite así que la polea de entrada gire libremente
cono en la Figura 4.23. La mayoría de los dispositivos
de sobrecarga se construyen con terminales eléctricas.
Cuando se produce un sobre-carga y el mecanismo se
desengancha, se envía una señal al operario en un
panel de control. En los grandes sistemas de manejo
de materiales, esta alarma también puede estar
conectada de modo que detenga el equipo que
precede a la unidad.

Figura 4.23

Tensor con resorte en las posiciones
de operación y desenganche

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Algunos reductores montados en el eje se clasifican
como reductores MONTADOS SOBRE BRIDAS o
reductores para TRANSPORTADOR DE TORNILLO
SIN FIN. Estos reductores tienen cajas con agujeros
perforados y roscados o una placa de montaje que se
puede atornillar directamente a la estructura. No se
necesitan tensores que sirvan de sujetadores para
estos reductores, ya que su montaje es rígido.

Los reductores montados en el eje generalmente
utilizan cojinetes de rodillos cónicos como apoyo para
los ejes, debido al empuje generado y al espacio muy
reducido dentro del reductor. Sin embargo, también
se utilizan cojinetes de bolas o una combinación de
cojinetes de bolas y rodillos. El diseño y el fabricante
de la unidad determinan el tipo de cojinete utilizado.
Al igual que en el caso de otros tipos de reductores,
los cojinetes se sujetan mediante anillos de sujeción.
Salientes (en los ejes y la caja) o una combinación de
cualesquiera de éstos. Los sellos del eje normalmente
van apretados contra la caja y se les retiene por
apriete.

Como los reductores montados en el eje son de diseño
compacto, principalmente se utiliza lubricación de
salpicadura para los cojinetes y engranes. Hay
algunos pocos reductores que utilizan sistemas de
circulación, pero no son muy comunes. El
rendimiento nominal de los reductores montados en
el eje se determina sobre la base de los standards
AGMA. Esta clasificación se basa en factores de
servicio similares a las unidades con patas de montaje.
Al final de esta lección se incluye una guía de
referencia de los factores dé servicio para los distintos
componentes de equipo.

Reductores de tornillo sin fin

Los REDUCTORES DE TORNILLO SIN FIN que
ilustra la Figura 4.24 también se utilizan con bastante
frecuencia en plantas industriales. Su diseño y cons-
trucción compactos permiten colocarlos en un espacio
relativamente limitado. La mayoría de los reductores
de tornillo sin fin se utiliza para aplicaciones de
potencia fraccional o muy pequeña. Sin embargo,
también hay muchas industrias que utilizan
reductores de tornillo sin fin impulsados por motores
de gran potencia.

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Figura 4.24

Al igual que la mayoría de los reductores, las cajas de
engranes de los reductores de tornillo sin fin se
fabrican en hierro fundido, acero fundido, y en
algunos casos acero soldado. Además, algunos
fabricantes utilizan un alojamiento de aluminio
fundido. El tipo y estilo de caja de engranaje utilizado
es determinado por el fabricante y el uso dado.

El reductor de tornillo sin fin es compacto como
resultado directo de la colocación del TORNILLO SIN
FIN (engranes de entrada) en su eje y del engrane de
salida impulsado por el tornillo. El tornillo cumple la
misma función que el piñón de alta velocidad en otros
reductores. Obsérvese, en la Figura 4.24, que la
transmisión de fuerza a través del reductor de tornillo
sin fin se realiza en ángulos rectos en todo momento.
Esta transmisión de fuerza en ángulo recto,
combinada con el diseño del tornillo, permite al
reductor funcionar solamente en una dirección. No se
puede producir rotación inversa de esta unidad.

La mayoría de los engranes de tornillo sin fin de
reducción sencilla varían en su relación, de 5:1 a 60:1.
La relación se determina por el número de ROSCAS
del tornillo sin fin y el número de dientes del engrane
impulsado. Generalmente, hay una sola rosca en el
tornillo sin fin. Esta rosca única se cuenta como un

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diente cuando se pone en contacto con el engrane
impulsado. Si el tornillo sin fin tiene más de una rosca
(dos, cuatro, seis u ocho), la relación cambia reflejando
el distinto número de roscas.

La relación se obtiene al dividirse el número de
dientes del engrane por el número de roscas (o
ranuras) en el tornillo sin fin, de la misma forma que
la relación de transmisión de un engrane cilíndrico de
dentadura recta se obtiene al dividirse el número de
dientes del engrane por el número de dientes del
piñón. Por ejemplo, si se utiliza un tornillo sin fin de
rosca sencilla con un engrane de tornillo sin fin con 50
dientes, la relación de transmisión o reducción es de
50:1. Si el tornillo sin fin tiene dos roscas y el número
de dientes del engrane sigue siendo de 50, la
reducción pasa a ser de 50:2 o sea, 25:1.

En los casos en los que se requiere una relación más
alta que la disponible, se utiliza un reductor de
reducción doble. La unidad de reducción doble de
tornillo sin fin opera en forma muy similar a los otros
reductores de reducción doble. Es decir, el eje de
entrada de la segunda reducción es impulsado por el
engrane de salida de la reducción de la primera etapa.

Los materiales de los engranes varían de unidad en
unidad. El tornillo sin fin de entrada generalmente es
de acero, con la rosca desarrollada a partir del eje
mismo. Los dientes son endurecidos y esmerilados, lo
que los hace muy resistentes al desgaste. El engrane
impulsado normalmente es de bronce fundido o de
otro material blando que puede formar el engrane
completo o simplemente el segmento de engrane. El
material más blando se utiliza para permitir el
desgaste provocado por la acción deslizante del
tornillo sin fin sobre los dientes del engrane. Esta
acción deslizante también impide que el reductor
invierta su sentido de rotación. Cuando se utilizan
engranes helicoidales combinados con el reductor de
tornillo sin fin, los engranes helicoidales son de acero.

Los cojinetes utilizados en reductores de tornillo sin
fin generalmente son del tipo de rodillos cónicos,
adecuados para recibir la carga de empuje del tornillo
sin fin y del engrane impulsado. Algunos fabricantes
utilizan cojinetes de bolas en los ejes de entrada, pero
éstos no son muy comunes.

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Normalmente, los reductores de tornillo sin fin se
lubrican por salpicadura. Si el eje de entrada va
montado debajo del engrane impulsado, está en baño
de aceite. Si está por encima del engrane impulsado,
el engrane impulsado suministra suficiente aceite para
lubricar todas las piezas de la caja.

Como el reductor es tan compacto y genera calor
durante el ciclo de funcionamiento, los niveles
térmicos nominales son importantes en los reductores
de tornillo sin fin. Por este motivo, generalmente se
utiliza algún medio para impedir el recalentamiento
de la unidad. El método más fácil de enfriamiento de
la unidad consiste en montar un ventilador en el
extremo más alejado del eje de entrada. Este
ventilador hace pasar aire a través de la caja. Además,
la mayoría de los fabricantes utiliza un diseño de caja
fundida, con aletas situadas de sus superficies
exteriores. Estas aletas sobre funcionan como
radiadores y disipan el calor generado dentro de la
unidad.

Los motores de los reductores de tornillo sin fin
pueden ir montados sobre una base separada y
acoplados al eje de entrada o bien tener montaje
integral con la unidad, en cuyo caso se utiliza un
motor con bridas en “C’’. Las unidades integrales son
muy similares a los reductores del tipo concéntrico
para los que se utilizan cajas integrales del motor.
Frecuentemente, estas unidades integrales incorporan
el engrane helicoidal como reducción primaria, pero
no en todos los casos.

En ocasiones, el engrane de salida tiene un eje hueco
en lugar de un eje sólido, que se extiende más allá del
costado de la caja. En estas aplicaciones, el eje hueco
permite convertir al reductor de tornillo sin fin en
reductor montado en el eje. También se puede utilizar
la unidad con el eje de salida hueco y montada sobre
patas en una estructura. La aplicación específica
determina el tipo de reductor requerido.

En las siguientes figuras mostramos algunas
posibilidades de presentación de los reductores de
tornillo sin fin y corona.

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a)

b)

c)

Figuras 4.25

Presentaciones del reductor de tornillo sin fin – corona:
a) Árbol de entrada y salida sólidos.
b) Árbol de entrada y salida huecos.
c) Árbol de entrada hueco y de salida sólido.

Selección de reductores

Al momento de elegir el tipo de reductor adecuado
para el tipo de aplicación nos encontramos con que
existe diversidad de fabricantes los cuales presentan

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en sus catálogos información detallada sobre sus
productos. Como es de esperar cada fabricante sigue
sus propios procedimientos para el uso de sus
catálogos y selección de sus productos, resulta
entonces muy difícil detallar el procedimiento de
selección de cada fabricante, es por ello que a
continuación sólo damos a conocer los parámetros
generales necesarios para la selección de un reductor:

1. Determinar la relación de transmisión "i"
n1
i=
n2
Donde: n1: RPM de entrada al reductor, n2: RPM
de salida del reductor.

2. Determinar el factor de servicio "fs" de acuerdo a
los siguientes parámetros:

• Aplicación en la industria.
• Utilización diaria.
• Frecuencia de arranque.

Esta información se obtiene en tablas dadas por el
fabricante. A continuación mostramos un ejemplo
con el uso de dos tablas típicas para determinar el
factor de servicio.

Ejemplo: Un reductor de velocidad se utiliza para
accionar una bomba centrífuga de solución ligera
a 200 rpm, de manera que la bomba funciona
nueve horas por día. Determine el factor de
servicio para dicha aplicación si el reductor es
accionado por motor eléctrico.

Solución:

• De la tabla 4.2 determinamos el tipo de carga
para nuestra aplicación, debemos aclarar que
en dicha tabla U significa carga uniforme, M
significa carga moderada y H significa carga
pesada. En nuestro caso:
Tipo de carga: U

• De la tabla 4.1 según la frecuencia diaria de
operación y el tipo de carga obtenemos:
fs = 1,00

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Tabla 4.1

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Factores de servicio

Carga Carga Carga
Duración
uniforme Moderada pesada
Motor primo Horas /día
(U) (M) (H)
Motor eléctrico, Hasta 3h 0,90 1,00 1,50
hidráulico,
neumático o turbina De 3 a 10 h 1,00 1,25 1,75
de vapor
Más de 10h 1,25 1,50 2,00
Motor de Hasta 3h 1,00 1,25 1,75
combustión interna
de mediana potencia De 3 a 10 h 1,25 1,50 2,00

Más de 10h 1,50 1,75 2,25
Motor de Hasta 3h 1,25 1,50 2,00
combustión interna
de alta potencia De 3 a 10 h 1,50 1,75 2,25

Más de 10h 1,75 2,00 2,50

Tabla 4.2

3. Determinar la potencia requerida o el torque
requerido, según de que información
dispongamos con la siguiente relación:

T2 .n2
P=
9550
Donde:

P : Potencia requerida en kW.
T2 : Torque de salida del reductor.
n2 : RPM de salida del reductor.

Ejemplo: Un motoreductor acciona una correa de
transporte de botellas que opera 24h por día. El
torque requerido en el árbol de salida es 200 Nm
a 35 rpm. Determine la potencia requerida.

Solución:

200 * 35
P=
9550

P = 0,73kW

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4. Elegir el tipo y tamaño del reductor que cumpla
con los requerimientos anteriores y que además
cumpla con las condiciones de
montaje/instalación, es decir algunos aspectos
como por ejemplo si los ejes de entrada/salida
deben ser horizontales, verticales, sólidos o
huecos, etc.

5. Verificar si la capacidad mecánica del reductor
elegido satisface los requerimientos de carga, nos
referimos al torque, potencia, fuerzas radiales,
fuerzas axiales y otros parámetros que se pueden
incluir en el catálogo.

Importante: No olvide que el procedimiento
anterior es un procedimiento GENERAL DE
SELECCIÓN que va a tener variantes según el
fabricante, el tipo de reductor, el tamaño del
reductor, la potencia térmica y otros aspectos.
Pero Ud. no se preocupe ya que como se dijo
anteriormente el procedimiento exacto de
selección de cada fabricante es detallado en sus
respectivos catálogos.

c) Ejemplos de selección

Para el siguiente ejemplo hemos utilizado un extracto
de un catálogo del fabricante RENOLD GEARS
(Tablas 4.3 y 4.4) en el cual se tienen especificaciones
de reductores de tornillo y corona de eje montado con
motor incluido.

Una unidad reductora de tornillo y corona con motor
eléctrico incluido (n1= 1 470 rpm) es requerida para
accionar un transportador de mineral no triturado lo
que origina una carga variable moderada. El torque
requerido en la salida del reductor es 3 000 Nm a 50
rpm, operando 10 horas por día.

Seleccione el reductor más apropiado del extracto de
catálogo.

Solución:

1. Determinamos la relación de transmisión.
n1
i=
n2

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1470
i= = 29,4 : 1
50

2. De la tabla 4.1 y 4.2 elegimos el factor de servicio:

fs = 1,25

3. Determinamos la potencia requerida.

T2 .n2
P=
9550
3000.50
P= = 15,70kW
9550

Como se trata de unidades con motor incluido
esta potencia ya nos va a permitir elegir la
potencia del motor, de manera que esta sobrepase
a la requerida y según las tablas la más adecuada
es de 18,5 kW. (Tabla 4.4).

4. De la tabla 4.4 elegimos el reductor que satisface o
que mejor satisface los requerimientos, dicho
motor tiene como código de producto:

PW 830 D 4 P185

5. Verificando en la tabla 4.4 podemos observar que
el torque de salida del reductor seleccionado es
mayor que el requerido por lo tanto es correcta la
selección.

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Tabla 4.3

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Tabla 4.4

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d) Principales actividades de mantenimiento

Es muy poco probable que un reductor requiera
mucho mantenimiento. La mayoría de los reductores
sólo requieren engrase de vez en cuando y control o
cambio del aceite. Entre los pasos importantes de
mantenimiento que hay que tener en cuenta al
verificar el nivel de aceite o engrasar los cojinetes, se
incluye escuchar si ¡a unidad emite ruidos anormales
cerciorarse de que los cojinetes no se recalienten, y
verificar que no haya fugas de aceite. Estas
comprobaciones deben realizarse siempre en forma
segura, sin remover las guardas.

Estas comprobaciones menores de mantenimiento son
muy importantes ya que generalmente eliminan
problemas y averías mayores. Además, las fugas de
aceite constituyen un peligro de incendio y de
seguridad. Si los problemas potenciales se descubren
a tiempo, es posible programar períodos de
mantenimiento para realizar durante horas de poca
producción.

A la hora de trabajar con reductores, es importante
que lea el manual de instrucciones del fabricante antes
de comenzar. Frecuentemente, hay que seguir secuen-
cias específicas de montaje y desmontaje del equipo.
Además, es posible que haya garantías específicas que
exigen que no se trabaje con ciertas piezas. Es mejor
leer el manual de instrucciones durante unos pocos
minutos antes de empezar a trabajar con una unidad,
que descubrir demasiado tarde que se ha cometido un
error.

El cambio de los sellos es una de las tareas más
comunes que hay que cumplir con un reductor. Al
instalar un sello, la caja debe estar limpia, sin rebabas,
y cubierto con una capa de compuesto sellante a lo
largo de sus bordes. El sello debe ser colocado
correctamente en la caja e introducido en el
alojamiento por presión o con un martillo. Si se utiliza
un martillo, hay que colocar un bloque de madera
blanda o un forro blando sobre el sello. Nunca hay
que golpear un sello directamente con un martillo.

Si usted debe desmontar un reductor, verifique
siempre les engranes para ver si hay grietas por fatiga
y zonas desgastadas o picadas. Esto le dará un buen

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indicio de la alineación interna del reductor. En la Fig.
4.8 se ilustran ejemplos de engranajes desgastados.

Al levantar ensambles de flechas, hay que asegurarse
de que se los levanta en los puntos correctos y de que
se han retirado todos los tornillos. Si un conjunto de
flecha no se levanta libremente, generalmente basta
con dar unos pocos golpes suaves con un martillo de
cara blanda.

Al volver a colocar conjuntos de ejes. hay que
asegurarse de que se vuelven a colocar todas bis
lainas retiradas, exactamente en el mismo lugar y en
la misma cantidad. Además, hay que asegurarse de
que los ejes y caja no presente rebabas, muescas u
otras irregularidades superficiales.

También es importante, cuando se trabaja con un
reductor, tener en cuenta las preocupaciones
apropiadas de seguridad y buenos hábitos de trabajo.
Entre ellos, cabe mencionar el uso de las herramientas
apropiadas, dejar las herramientas en lugares desde
donde no se puedan caer, mantener en la zona y todas
las piezas limpias, y poner carteles adecuados en el
equipo para asegurarse de que nadie lo pone en
marcha mientras usted está trabajando en él.

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Figura 4.26

Contacto inadecuado entre engranes

4. Otros variadores de velocidad

4.1. Variadores de velocidad electrónicos

En la parte anterior hemos estudiado a los reductores de
velocidad los cuales servían de “intermediarios” entre el
motor y la máquina impulsada.

Motor Máquin
a

Figura 4.27

Con un reductor la máquina impulsada sólo puede girar a
una sola velocidad de acuerdo a la relación de
transmisión, es decir no había una variación continua de
velocidad en la máquina impulsada.

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Si eliminas el “intermediario” y conectamos directamente
el motor a la máquina impulsada.

Claramente podemos observar que la máquina va a girar a
las mismas rpm que el motor eléctrico impulsor. Por lo
tanto si en tales condiciones deseamos variar las rpm de la
máquina debemos variar las rpm del motor eléctrico, esto
se consigue conectando en la alimentación eléctrica del
motor un variador de velocidad el cual puede variar
continuamente la velocidad del motor eléctrico y por
derecho la velocidad de la máquina.

Variador
De Motor Máquin
Velocida
d

Figura 4.28

Figura 4.29

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Para entender mejor la forma en que trabajan estos
variadores de velocidad es necesario conocer algunos
aspectos relacionados con los motores eléctricos, en el
siguiente punto vamos a tratar sobre los motores de
inducción de corriente alterna ya que son ampliamente
usados en la industria.

RPM EN UN MOTOR DE INDUCCIÓN
¿De qué dependen las rpm en un motor de inducción?
Cuando alimentamos eléctricamente a un motor de
inducción se produce en el estator un campo magnético el
cual induce en el rotor otro campo magnético originando
que el rotor gire y de esta manera se hace girar a la
máquina impulsada a las mismas rpm del motor eléctrico.
Las rpm a las que gira el motor eléctrico están definidas en
la siguiente fórmula:

120 f
n= P (1-s)

Donde:

n : rpm del motor eléctrico (y por tanto de la
máquina impulsada).
f : frecuencia de suministro al motor en Hz.
p : número de polos en el estator.
s : deslizamiento del motor.

De esta forma pude verse que la velocidad del motor
puede ser variada de tres formas:

Cambiando el número de polos.
Cambiando el deslizamiento.
Cambiando la frecuencia.

Si conocemos poco de motores no te preocupes mucho por
el número de polos ni por el deslizamiento ya que el mejor
método para cambiar la velocidad es variando la
frecuencia de suministro al motor y eso es lo que hace un
variador de velocidad electrónico. VARÍA LA
FRECUENCIA Y COMO CONSECUENCIA VARÍA LAS
RPM.

PRIMERA CONCLUSIÓN: Si variamos la f de suministro
variamos las rpm.

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TORQUE EN UN MOTOR DE INDUCCIÓN
¿Cómo se relacionan el torque de salida de un motor con
las rpm?
Es importante saber que depende el torque en un motor ya
que si bien nuestro objetivo es variar las rpm esto no debe
afectar el torque que acciona a la máquina, impulsado y en
lo posible este torque debe mantenerse constante.

El torque en un motor de inducción depende
eléctricamente de la denominada corriente magnetizante
IM la cual circula por el estator de tal forma que:

Si IM es constante el torque se mantiene constante.
Si IM varía entonces también varía el torque del motor.

El valor de esta corriente IM puede ser calculado mediante
la siguiente expresión:

V
IM =
2πfL

Donde:

V = tensión de alimentación al motor.
F = frecuencia de suministro.
L = inductancia magnetizante del estator.

Si no recuerdas tus conceptos de electricidad NO
IMPORTA, sólo analiza la fórmula donde está IM y de
darás cuenta que si la frecuencia varia entonces afectamos
a la corriente de magnetización IM y como consecuencia
variamos el torque o par motor.

Juntando las dos conclusiones y las dos fórmulas
estudiadas:

120 f V
n= (1-s) IM =
P 2πfL

Llegamos a la conclusión que para variar las rpm del
motor se debe variar la frecuencia sin afectar el par motor
(es decir sin afectar IM) y la única manera de hacerlo es
variando V en la misma proporción que variamos la
frecuencia es decir V/f debe ser constante.

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¿Cómo varía la velocidad un variador electrónico?
De todo lo anterior podemos concluir que un variador
electrónico varía las rpm del motor eléctrico al variar no
sólo la frecuencia de suministro sino también el voltaje de
alimentación al motor es decir manteniendo el mismo
ratio voltaje / frecuencia (V/Hz) y tenga teóricamente la
misma performance como cuando el motor está
funcionando con la alimentación fija desde la red. Analice
las siguientes figuras (Figuras 4.30).

Al motor:
V = 220 V
f= 60 Hz

Del suministro: Motor Máquina
V = 220 v τ = cte
f = 60 Hz
1750
rpm

Figura 4.30

a) Sin variador de velocidad

Al motor:
V = 44 V
f= 12Hz
Variador
Del suministro: De Motor Máquina
Velocidad τ = cte
V = 220 V
f = 60 Hz 350
rpm

Figura 4.30

b) Con variador de velocidad

En la Figura 4.30 b) el variador de velocidad reduce la
frecuencia a la quinta parte y por lo tanto las rpm a la
quinta. Pero a la vez el variador mantiene la relación
Voltaje/Frecuencia constante, la cual mantiene constante
la performance del torque del motor.

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La siguiente es una familia de curvas que nos muestra
como varía el torque nominal del motor en función de las
rpm al variar la frecuencia de suministro.

Figura 4.31

La siguiente es una práctica que nos permite observar que
el control de velocidad tiene como límite máximo aquel
punto en que la tensión de alimentación al motor se iguala
con el de la red. El variador puede seguir subiendo la
frecuencia pero ya no la tensión de suministro.

Figura 4.32

COMPONENTES DE UN VARIADOR DE
VELOCIDAD ELECTRÓNICO
Los componentes de un variador de velocidad electrónico
básicamente son tres, sin contar la interfaz de control.

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Del
suministro Al motor
Rectificador Filtro Inversor

Figura 4.33

Sus componentes en bloque son: Rectificador, Filtro y el
Inversor.

La alimentación del suministro puede ser monofásica o
trifásica la cual al entrar al variador de velocidad:

• Es rectificada de A.C. senoidal a D.C. pulsante en el
rectificador.
• Es linealizada de DC pulsante a D.C. continua en el
filtro.
• Es invertido de D.C. continua a A.C. modulada en el
inversor.

Es decir el motor se alimenta de una corriente alterna de
cada cuadrado obtenido en el inversor mediante un
método conocido como la modulación del ancho de pulso.
(PWM: Pulse Width Modulation) y se muestra en la
Fig.ura 4.34.

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Figura 4.34

Modulación del ancho de pulso

Obsérvese que la corriente que alimenta al motor
permanece con su forma senoidal y es lo que hace que el
motor gire a la misma perfomance de torque que sin el
variador.

4.2. Variadores de velocidad hidráulicos

Son en realidad unidades hidráulicas de bombeo que
aprovechan el comportamiento de un motor hidráulico en
función a la siguiente relación:

Q
n=
Ve

En donde:

n : RPM del motor hidráulico.
Ve : Desplazamiento volumétrico del motor
hidráulico (cm3/rev).
Q : Caudal de alimentación al motor en cm3/min.

Como se puede apreciar en la ecuación anterior la manera
de variar las RPM de un motor hidráulico es variando el
caudal de alimentación o variando su desplazamiento
volumétrico. De esta manera se puede variar también la
velocidad de la máquina impulsada por el motor
hidráulico.

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Q

Máquina
Impulsada

Motor
Hidráulico

Figura 4.35

Lo anteriormente explicado sólo constituye el principio de
cómo se varía la velocidad, pero en sí el variador de
velocidad en un esquema más o menos completo está
constituido por un sistema hidrostático como se muestra a
continuación:

3

1

2
6

4 5

Figura 4.36

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Este sistema es un sistema de bucle cerrado que permite
variar la velocidad del motor y por lo tanto de la máquina
impulsada mediante la variación del caudal de
alimentación al motor.

Entre los principales componentes de un sistema
hidrostático podemos mencionar:

1. La bomba principal de pistones de desplazamiento
variable que envía el caudal necesario hacia al motor
de acuerdo a lo mandado en la válvula de control.
2. La bomba de carga que compensa las pérdidas de
aceite en el bucle cerrado.
3. Las válvulas de recarga, son las válvulas check que
facilitan la compensación de caudal en el bucle.
4. Las válvulas de alivio que limitan la presión máxima
en el bucle.
5. La válvula de lanzadera que descarga el caudal del
bucle hacia el tanque.
6. El motor hidráulico que acciona la máquina
impulsada.

Este sistema hidrostático entrega el caudal necesario al
motor hidráulico de acuerdo al requerimiento de
velocidad.

Entre las principales aplicaciones de estos variadores
hidráulicos las podemos encontrar en mecanismos que
requieran un alto torque de accionamiento como por
ejemplo:

• Mezcladoras de concreto
• Accionamiento de tornamesas de gran carga
• En sistemas de chancadoras.
• Cintas transportadoras
• Control de velocidad en equipo pesado.

4.3. Otros variadores de velocidad mecánicos

Uno de los más sencillos es la polea extensible (Figura
4.37) que se monta en el árbol motor, mientras en el árbol
conducido se instala una polea fija. Mediante la variación
de la distancia entre centros de ambas poleas, se consigue
modificar el diámetro de actuación de la polea extensible
y, en consecuencia, la velocidad del árbol conducido. Para
grandes márgenes de variación (9:1, por ejemplo) se
emplean dos poleas extensibles. Estos variadores emplean
una correa trapecial ancha, de gran resistencia y
flexibilidad.

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Figura 4.37

5. Válvulas de control

5.1. Introducción

La válvula de control es el elemento final del control
automático más usuales y se les encuentra en las plantas
de proceso industriales.

Actúa como una resistencia variable en la línea de proceso;
mediante el cambio de su apertura se modifica la
resistencia al flujo y, en consecuencia el caudal del fluido
de control.

En esta sección se presenta la acción de la válvula de
control (en condición de falla), su dimensionamiento y sus
características.

5.2. Objetivos

Esta unidad de Válvulas de Control tiene por objetivos:

• Identificar los componentes de las válvulas de control.

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• Describir el funcionamiento de las válvulas de control.
• Seleccionar las válvulas de control de acuerdo a las
especificaciones.
• Reconocer las principales actividades de
mantenimiento aplicadas a las válvulas de control.

5.3. Componentes de la válvula de control

Una válvula de control consiste en dos partes principales:
el cuerpo y el actuador (servomotor). El líquido en flujo
pasa por el cuerpo. La función del actuador es responder a
la señal del controlador automático y mover las
guarniciones de la válvula para variar el flujo.

En la Figura 4.38, puede verse una válvula de control
típica. Se compone básicamente del cuerpo y del
servomotor.

Figura 4.38

Válvula de control representativa

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El cuerpo de la válvula contiene en su interior el
obturador y los asientos y está provisto de rosca o de
bridas para conectar la válvula a la tubería. El obturador
es quien realiza la función de control de paso del fluido y
puede actuar en la dirección de su propio eje o bien tener
un movimiento rotativo. Está unido a un vástago que pasa
a través de la tapa del cuerpo y que es accionado por el
servomotor.

5.3.1. Cuerpo de la válvula

El cuerpo de la válvula debe resistir la
temperatura y la presión del fluido sin pérdidas,
tener un tamaño adecuado para el caudal que
debe controlar y ser resistente a la erosión o a la
corrosión producida por el fluido. Según su
acción, los cuerpos de las válvulas se dividen en
válvulas de acción directa, tiene que bajar para
cerrar e inversa cuando tienen que bajar para
abrir. Esta misma división se aplica en los
servomotores, Figura 4.39.

Figura 4.39
Tipos de acciones en las válvulas de control

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Al combinar estas acciones se considera siempre
sin aire sobre su diafragma.

Por ejemplo, en la válvula de la Figura 4.51, el aire
entra por la parte superior del diafragma,
empujando el obturador hacia abajo, luego la
acción es “aire cierra”.

El cuerpo y las conexiones a la tubería (bridadas o
roscadas) están normalizados de acuerdo con las
presiones y temperaturas de trabajo en las normas
DIN y ANSI.

Figura 4.40

Tipos de conexiones del cuerpo de la válvula a la tubería

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Los materiales de construcción son importantes
para el cuerpo y las guarniciones de las válvulas
de control. Las piezas que hacen contacto con el
flujo deben ser compatibles en el aspecto de
resistencia a la corrosión.

Los cuerpos están disponibles hechos con todos
los metales y aleaciones que se puedan “vaciar”.
También se utilizan mucho los plásticos y los
revestimientos.

5.3.2. Tapa de la válvula

La tapa de la válvula de control tiene por objeto
unir el cuerpo al servomotor. A su través desliza
el vástago del obturador accionado por el motor.
Este vástago dispone generalmente de un índice
que señala en una escala la posición de apertura o
de cierre de la válvula.

Según las temperaturas de trabajo de los fluidos y
el grado de estanqueidad deseada existen los
siguientes tipos de tapas:

Tabla 4.5

Temperaturas de trabajo

1. Tapa normal (Figura 4.41a) adecuada para
trabajar a temperaturas del fluido variables
entre 0 y 220 ºC.
2. Tapa con aletas de radiación (Figura 4.41b)
circulares o verticales que puede trabajar
entre – 20 a 450 ºC, recomendándose que por
encima de 350 ºC, la válvula se monta
invertida para facilitar el enfriamiento de la
empaquetadura.
3. Tapa con columnas de extensión (Figura
4.41c). Las columnas son adecuadas cuando el
fluido está a temperaturas muy bajas.

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4. Tapa con fuelle de estanqueidad (Figura 4.41d)
para temperaturas de servicio entre — 20 y 450
ºC.

Figura 4.41

Tipos de tapas

Para que el fluido no se escape a través de la tapa
es necesario disponer una caja de empaquetadura
entre la tapa y el vástago. La empaquetadura ideal
debe ser elástica, tener un bajo coeficiente de
rozamiento, ser químicamente inerte y ser un
aislante eléctrico, con el fin de no formar un
puente galvánico con el vástago que dé lugar a
una corrosión de partes de la válvula. La
empaquetadura que se utiliza normalmente es de
teflón cuya temperatura máxima de servicio es de
220º C. A temperaturas superiores o inferiores a
este valor es necesario o bien emplear otro
material o bien alejar la empaquetadura del
cuerpo de la válvula para que se establezca así un
gradiente de temperaturas entre el fluido y la

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estopada y esta última pueda trabajar
satisfactoriamente.

La caja de empaquetadura de la válvula consiste
en unos anillos de estopada comprimidos por
medio de una tuerca (Figura 4.42a) o bien
mediante una brida de presión regulable con dos
tuercas (Figura 4.42b).

La empaquetadura puede ser apretada
manualmente de modo periódico o bien ser
presionada elásticamente con un muelle apoyado
interiormente en la tapa (Figura 4.42c).

Figura 4.42

Tipos de empaquetaduras

Existen diversos tipos de empaquetaduras según
sean las presiones y temperaturas de trabajo y el
tipo de fluido. En la tabla puede verse una guía de
selección.

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Tabla 4.6

Tipos de empaquetaduras

5.3.3. Servomotores

Los servomotores pueden ser neumáticos,
eléctricos, hidráulicos y digitales, si bien se
emplean generalmente los dos primeros por ser
más simples, de actuación rápida y tener una gran
capacidad de esfuerzo. Puede afirmarse que el
90% de las válvulas utilizadas en la industria son
accionadas neumáticamente.

El servomotor neumático (Figura 4.43) consiste en
un diafragma con resorte que tra-baja (con
algunas excepciones) entre 3 y 15 psi (0,2 – 1 bar),
es decir, que las posiciones extremas de la válvula
corresponden a 3 y 15 psi (0,2 y 1 bar).

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Figura 4.43

Servomotor neumático

5.3.4. Accesorios

La válvula de control puede tener acoplados
diversos tipos de accesorios para realizar
funciones adicionales de control. Entre los mismos
se encuentran los que siguen.

1. Camisa de calefacción

Para los fluidos que exigen una temperatura
mínima de trabajo (superior a la ambiente) por
debajo de la cual se destruyen o se solidifican
haciendo imposible el trabajo normal del
proceso, es necesario disponer de camisas en
el cuerpo o bien incluso en la tapa (tenga o no

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ésta fuelle de estanqueidad) para permitir la
entrada continua de vapor de calefacción.

Las conexiones de la camisa a la tubería de
vapor son usualmente brindadas según
normas DIN o ASA (Figura 4.44).

Figura 4.44

Camisas de calefacción de la válvula

2. Posicionador

Las fuerzas de desequilibrio que actúan en la
válvula de control influyen en la posición del
vástago de la válvula y hacen que el control
sea errático e incluso inestable. Estas fuerzas
son esencialmente las siguientes (Figura 4.45):

a) Fuerza de rozamiento del vástago al
deslizarse a través de la empaquetadura,
variable según que el vástago esté en
movimiento o parado y según el estado de
su superficie.
b) Fuerza estática del fluido sobre el
obturador que depende de la presión
diferencial existente o sea, del grado de
abertura de la válvula y de las presiones
anterior y posterior a la misma.

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Figura 4.45

Fuerzas que actúan en una válvula de control

Estas fuerzas pueden compensarse empleando
el posicionador. Esencialmente es un
controlador proporcional de posición con
punto de consigna procedente del controlador,
variable entre 3 a 15 psi (0,2 – 1 bar) según sea
la señal estándar adoptada.

El posicionador compara la señal de entrada
con la posición del vástago y si ésta no es
correcta (existe una señal de error) envía aire
al servomotor o bien lo elimina en el grado
necesario para que la posición del vástago
corresponda exactamente o bien sea
proporcional a la señal neumática recibida; en
este último caso el posicionador actúa además
como un amplificador, por ejemplo señal de
entrada 3 - 9 psi, señal de salida 3 – 15 psi, es

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decir, la válvula efectuará toda su carrera para
la señal 3 – 9 psi del controlador.

En la Figura 4.46, vemos el funcionamiento de
un posicionador basado en el principio de
equilibrio de movimiento.

Figura 4.46

Posicionador por equilibrio de movimientos

Al aumentar la señal del controlador el fuelle
se expande, abriendo la valvulita del relé del
posicionador, para dar más paso de aire al
servomotor de la válvula, hasta que el
obturador se cierre lo suficiente para
establecer el equilibrio y vuelva a cerrarse el
aire de alimentación. Queda claro que
cualquier otra posición que tomase el
obturador por fuerzas externas modificaría la
posición de la válvula del relé del
posicionador, aumentando la presión en la
campana de la válvula o disminuyéndola
dejando escapar aire a la atmósfera.

En este caso la acción de la válvula es aire
cierra y a mayor señal del posicionador mayor
es le cierre de la válvula; para cambiar la

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acción del posicionador basta dar la vuelta a la
válvula del relé del posicionador, de forma
que se invierta la conexión del aire de
alimentación con el escape a la atmósfera.

En la Figura 4.47, vemos el funcionamiento de
un posicionador por equilibrio de fuerzas.

Figura 4.47

Posicionador por equilibrio de fuerza

Al aumentar la señal del controlador, la barra
pivota sobre el punto de apoyo P, abriendo la
válvula piloto, cerrando el escape y
aumentando la presión en el servomotor de la
válvula; éste cerrará su obturador, tensando el
resorte y, ejerciendo sobre la barra una fuerza
que contrarresta la del fuelle, llegando a una
nueva posición de equilibrio.

El posicionador descrito en las Figuras 4.46 y
4.47, son de simple acción. Existen
posicionadores de doble acción (Figura 4.48)
para actuar sobre cilindros neumáticos o
cámaras de válvula con señales dirigidas a la
parte superior e inferior del pistón o del
diafragma respectivamente.

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Se llega a una posición de equilibrio cuando
estas presiones son iguales. (Nota: ps: presión
de servicio en bar).

Figura 4.48

Posicionador de doble acción

Cuando la señal del controlador es electrónica
o digital, el propio posicionador puede
contener un convertidor para pasar de señal
electrónica o digital a neumática (Figura 4.49).

Figura 4.49

Posicionador electroneumático

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En el posicionador electroneumático el
transductor es del tipo de equilibrio de fuerzas
y varía su presión de salida hasta que la fuerza
producida por el sistema de realimentación
equilibra la fuerza generada por la bobina
electromagnética.

Puede verse en la figura que la bobina está
excitada por la señal de corriente del
controlador y que la señal de salida neumática
es siempre proporcional a la señal electrónica.

3. Volante de accionamiento manual

En los casos en que se exige la máxima
seguridad de funcionamiento de una
instalación y el proceso debe continuar
trabajando independientemente de las averías
que puedan producirse en el bucle de control
es necesario mantener un control de la
apertura de la válvula en condiciones de fallo
de aire.

El volante de accionamiento manual permite
realizar esta función: puede ser superior
(Figura 4.50a) o lateral (Figura 4.50b).

Figura 4.50

Volante de accionamiento manual

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Figura 4.51

Válvula de control neumática automática

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6. Funcionamiento de las válvulas de control

Las válvulas de control pueden ser de varios tipos según sea el
diseño del cuerpo y el movimiento del obturador.

6.1. Válvulas 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 control todo – nada, ya que en posiciones intermedias
tiende a bloquearse. Tiene la ventaja de presentar muy
poca resistencia al flujo de fluido cuando está en posición
de apertura total.

La válvula de compuerta supera en número a los otros
tipos de válvulas en servicios en donde se requieren
circulación ininterrumpida y poca caída de presión. Las
válvulas de compuerta no se recomiendan para servicios
de estrangulación, porque la compuerta y el sello tienden
a sufrir erosión rápida cuando restringen la circulación y
producen turbulencia con la compuerta parcialmente
abierta.

Cuando la válvula está abierta del todo, se eleva por
completo la compuerta fuera del conducto del flujo, por lo
cual el fluido pasa en línea recta por un conducto que
suele tener el mismo diámetro que la tubería.

Las características principales del servicio de las válvulas
de compuerta incluyen: cierre completo sin
estrangulación, operación poco frecuente y mínima
resistencia a la circulación.

Los principales elementos estructurales de la válvula de
compuerta son: volante, vástago, bonete, compuerta,
asientos y cuerpo. Estas válvulas están disponibles con
vástagos de los siguientes tipos:

a) Vástago no elevable, con rosca interna, tiene ventajas
cuando hay poca altura.
b) Vástago elevable con rosca externa que requiere más
espacio libre, pero impide que la rosca esté en contacto
con los fluidos del proceso.
c) Vástago elevable con rosca interna, que expone la
rosca del vástago a los líquidos del proceso; por tanto,
no se debe usar con líquidos corrosivos.

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Están disponibles, en general, los siguientes tipos de
bonetes para válvulas de compuerta:

a) Bonetes con rosca interna o externa para válvulas
pequeñas y servicio a baja presión.
b) Bonetes con unión para válvulas pequeñas donde se
necesita mantenimiento frecuente.
c) Bonetes con brida y atornillados para válvulas grandes
y servicio a presión y temperatura altas.
d) Bonetes con abrazadera en válvulas para presión
moderada, donde se necesita limpieza frecuente.
e) Bonetes sellados de presión para servicio con altas
presiones y temperaturas.
f) Bonetes con sello de pestaña para altas presiones y
temperaturas.
g) Bonetes con cierre de obturador para presión y
temperatura altas.

Los siguientes elementos de control de fluido suelen estar
disponibles para las válvulas de compuerta.

a) Disco macizo o de una sola cuña con asientos de
válvula cónicos, para petróleo, gas, aire, pastas
aguadas y líquidos pesados.
b) Cuñas flexibles (el disco sólo es macizo en el centro y
ambas superficies de asentamiento son flexibles) para
temperaturas y presiones fluctuantes.
c) Disco de cuña dividido (un diseño de bola y asiento en
el cual dos discos espalda con espalda se pueden
ajustar a ambas superficies de asiento, con lo cual cada
disco se mueve con independencia para tener buen
sellado) para gases no condensables, líquidos a
temperaturas normales y fluidos corrosivos, todos a
baja presión.
d) Disco doble (discos paralelos) que funciona
paralelamente a los asientos del cuerpo; los discos se
separan con expansores o cuñas para empujarlos
contra la superficie de asiento. Son para gases no
condensables.

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Figura 4.52

a) Válvula de compuerta con bonete atornillado y vástago elevable.
b) Válvula de compuerta con disco deslizado

Figura 4.53

Variaciones en el mecanismo del vástago en las válvulas de compuerta

Figura 4.54

Variaciones en el bonete en diversos tipos de válvulas de compuerta

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Aunque hay variaciones, la válvula de compuerta, por lo
general, produce menor caída de presión en el sistema que
cualquier otro tipo de válvula.

6.2. Válvulas de globo

Las válvulas de globo se utilizan para cortar o regular el
flujo del líquido y este último es su uso principal. El
cambio de sentido del flujo (dos vueltas en ángulo recto)
en la válvula ocasiona turbulencia y caída de presión. Esta
turbulencia produce menor duración del asiento.

Las principales características de los servicios de las
válvulas de globo incluyen operación frecuente,
estrangulación al grado deseado de cualquier flujo, cierre
positivo para gases y aire, y alta resistencia y caída
tolerable de presión en la línea.

Los principales componentes usuales de una válvula de
globo son: volante, vástago, bonete, asientos, disco y
cuerpo.

Figura 4.55

Válvula de globo con asiento metálico

Por lo general, están disponibles vástagos de los siguientes
tipos:

a) Vástago elevable con rosca interna; no se debe utilizar
en tuberías que manejan material corrosivo porque las
roscas del vástago sólo tienen protección parcial.

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b) Vástago elevable con rosca externa.
c) Vástago deslizable para apertura y cierre rápidos. Hay
disponibles los siguientes tipos de bonetes:
d) Bonetes de rosca interna y externa, para válvulas
pequeñas, cuando existen bajas temperaturas y
presiones.
e) Bonete de unión para válvulas pequeñas, cuando se
requiere desarmarlas con frecuencia.
f) Bonete con brida, atornillado para válvulas grandes y
presiones o temperaturas altas.
g) Bonete sellado a presión para servicio a temperaturas
y presiones.
h) Bonete sellado a presión para servicio a altas
temperaturas y presiones.

Figura 4.56

Discos de diversos tipos para válvulas de globo

Figura 4.57

Válvulas de globo con bonetes roscados y de unión

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6.3. Válvulas de mariposa

Las válvulas de mariposa tienen dos diseños básicos para
el cuerpo.

Figura 4.58

Las válvulas de mariposa son uno de los tipos más
antiguos que se conocen. Son sencillas, ligeras y de bajo
costo. El costo de mantenimiento también es bajo porque
tienen un mínimo de piezas movibles. El uso principal de
las válvulas de mariposa es para servicio de corte y de
estrangulación cuando se manejan grandes volúmenes de
gases y líquidos a presiones relativamente bajas.

El diseño abierto de flujo rectilíneo evita la acumulación
de sólidos y produce baja caída de presión. Su operación
es fácil y rápida con una manija. Es posible moverla desde
la apertura total hasta el cierre total con gran rapidez. La
regulación del flujo se efectúa con un disco de válvula que
sella contra un asiento.

Las principales características de los servicios de las
válvulas de mariposa incluyen apertura total, cierre total o
estrangulación, operación frecuente, cierre positivo para
gases o líquidos y baja caída de presión.

Los principales elementos estructurales de la válvula de
mariposa son el eje (flecha), el disco de control de flujo y el
cuerpo. Hay tres tipos principales de cuerpo:

a) Tipo de disco plano (tipo de oreja). Esta válvula sólo
está sujeta entre dos bridas de tubo con tornillos que
unen las bridas y pasan por agujeros en el cuerpo de la
válvula.
b) Tipo con brida. Esta brida tiene extremos con brida
que se unen con las bridas de los tubos.
c) Tipo de rosca. Esta válvula se atornilla directamente en
el tubo.

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El flujo por la válvula de mariposa se controla con un
disco que tiene más o menos el mismo diámetro que los
tubos que conecta. Un eje o sea, el vástago, pasa a través
de este disco; está apoyado en ambos extremos en el
cuerpo y se sujeta al disco con tornillos o pasadores o
mediante el brochado del extremo superior de la cavidad
del disco para formar un vástago cuadrado. Al girar 900 el
vástago, el disco abre o cierra la válvula.

Para la estrangulación se mueve el disco a una posición
intermedia, en la cual se mantiene por medio de un seguro
o cierre.

Figura 4.59

Los materiales del asiento y del sello establecen las aplicaciones de las
válvulas de mariposa en los procesos.

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Figura 4.60

Las válvulas de mariposa con revestimiento de elastómero
para fluidos de procesos tienen tres configuraciones básicas

6.4. Válvulas de macho

El uso principal de las válvulas de macho, igual que las
válvulas de compuerta, es en servicio de corte y sin
estrangulación. Dado que el flujo por la válvula es suave e
ininterrumpido, hay poca turbulencia dentro de ella y, por
tanto, la caída de presión es baja. Las ventajas principales
de las válvulas de macho son acción rápida, operación
sencilla, espacio mínimo para instalación y cierre
hermético cuando tienen macho cónico.

Hay dos tipos principales de válvulas de macho:
lubricados para evitar las fugas entre la superficie del
macho y el asiento en el cuerpo y reducir la fricción
durante la rotación, y los no lubricados en que el macho
tiene un revestimiento que elimina la necesidad de la
lubricación.

Los principales servicios de las válvulas de macho
incluyen apertura o cierre total sin estrangulación; tienen
mínima resistencia al flujo; son para operación frecuente y

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tienen poca caída de presión. Los componentes básicos
son el cuerpo, el macho y la tapa.

La ventaja de las válvulas con macho lubricado es la
operación rápida. Tienen una gama limitada de
temperatura según sea el lubricante utilizado.

Las ventajas principales de las válvulas con macho no
lubricado son el cierre hermético, operación rápida,
ausencia de problemas de lubricación y amplia gama de
temperaturas.

Hay dos tipos principales de tapas que corresponden a los
bonetes de las válvulas de compuerta y de globo.

Las válvulas de macho se fabrican con muy diversos
materiales como hierro fundido, hierro dúctil, acero
inoxidable, bronce, níquel, latón, PVC y aleaciones
resistentes a la corrosión. Sus tamaños van desde 1/4
hasta 30 in.

Figura 4.61

La válvula de macho no lubricada evita la contaminación de los productos

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Figura 4.62

La válvula de macho lubricada, un solo orificio

Figura 4.63

Válvulas de macho de orificios múltiples de Venturi

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Figura 4.64

Circulación en válvulas de macho de orificios múltiples

6.5. Válvulas de bola

Las válvulas de bola, básicamente, son válvulas de macho
modificadas. Aunque se han utilizado desde hace mucho
tiempo, su empleo estaba limitado debido al asentamiento
de metal contra metal, que no permitía un cierre a prueba
de burbujas. Los adelantos en los plásticos han permitido
sustituir los asientos metálicos con los de plastómeros y
elastómeros modernos.

La válvula de bola está limitada a las temperaturas y
presiones que permite el material del asiento. Cuando está
cerrada, se atrapa algo de líquido entre el asiento y el
orificio de la bola, lo cual es indeseable en muchos casos.

Estas válvulas no están limitadas a un fluido en particular.
Se pueden emplear para vapor, agua, aceite, gas, aire
fluidos corrosivos, pastas aguadas y materiales
pulverizados secos.

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Los principales componentes de estas válvulas son el
cuerpo, el asiento y la bola.

Las válvulas de bola se fabrican con una serie de
materiales: hierro fundido, hierro dúctil, bronce, aluminio,
acero al carbono, acero inoxidable, latón, titanio, circonio
(escrito a veces zirconio), tántalo y muchas aleaciones
resistentes a la corrosión, y también son plásticos. Los
tamaños comunes son de 1/4 hasta 36 in.

Las válvulas de bola, igual que las de macho, pueden ser
de orificios múltiples y se pueden utilizar en lugar de dos
o tres válvulas rectilíneas, lo cual simplifica la tubería y
reduce los costos.

Figura 4.65

Válvulas de bola: orificio completo, reducido y de Venturi.

Figura 4.66

Válvula de bola,orificio completo

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6.6. Válvulas de aguja

Las válvulas de aguja son, básicamente, válvulas de globo
que tienen machos cónicos similares a agujas que ajustan
con precisión en sus asientos. Al abrirlas, el vástago gira y
se mueve hacia fuera. Se puede lograr estrangulación
exacta de volúmenes pequeños debido al orificio variable
que se forma entre el macho cónico y su asiento también
cónico. Por lo general, se utilizan como válvulas para
instrumentos o en sistemas hidráulicos, aunque no para
altas temperaturas.

Los materiales de construcción suelen ser bronce, acero
inoxidable, latón y otras aleaciones. Los extremos suelen
ser roscados y sus tamaños van de 1/8 a 1 in. Por lo
general no se usan materiales de construcción de bajo
precio debido a que el maquinado con tolerancias muy
precisas hace que la mano de obra influya mucho en el
costo.

Figura 4.67

6.7. Válvulas en ángulo

Las válvulas en ángulo son, básicamente, válvulas de
globo que tienen conexiones de entrada y de salida en
ángulo recto. Su empleo principal es para servicio de
estrangulación y presentan menos resistencia al flujo que
las de globo. Al abrirlas, el vástago gira y se mueve hacia
afuera.

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Los componentes de la válvula de ángulo son los mismos
para el vástago, disco y anillos de asiento que en las de
globo. El eje del vástago está alineado con uno de los
extremos.

La forma en ángulo recto del cuerpo elimina el uso de un
codo porque el flujo en el lado de entrada está en ángulo
recto con la del lado de salida. Los materiales de
construcción y tamaños son más o menos los mismos que
para las válvulas de globo: bronce, hierro fundido, hierro,
acero forjado, Monel, acero fundido, acero inoxidable,
PVC, polipropileno, Penton y grafito impermeable.

Figura 4.68

La válvula en ángulo es una configuración
especial del cuerpo de globo

6.8. Válvulas de diafragma

Las válvulas de diafragma se utilizan en servicios para
corte y estrangulación y desempeñan una serie de
servicios importantes para el control de líquidos. En las
válvulas de diafragma, éste aísla el líquido que se maneja,
del mecanismo de operación. Los líquidos no pueden
tener contacto con las piezas de trabajo en donde
ocasionarían corrosión y fallas en servicio.

Cuando se abre la válvula, se eleva el diafragma fuera de
la trayectoria de flujo y el líquido tiene un flujo suave y sin
obstrucciones. Cuando se cierra la válvula, el diafragma
asienta con rigidez contra un vertedero o zona circular en
el fondo de la válvula.

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Las aplicaciones principales de las válvulas de diafragma
son para bajas presiones y con pastas aguadas que
obstruirían o corroerían las piezas funcionales de la mayor
parte de otros tipos de válvulas.

Los componentes principales son el cuerpo, el bonete y el
diafragma flexible. Los dos tipos generales de cuerpos son
el rectilíneo y el de vertedero o Saunders.

Los extremos de la válvula pueden ser roscados, con
brida, soldados a tope, con soldadura de enchufe o con
roscas macho higiénicas. Los tamaños normales son entre
¼ y 24 in.

Figura 4.69

Válvula de diafragma

Figura 4.70

Válvula de diafragma tipo sumidero
(Patente de Saunders)

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6.9. Válvulas en Y

Las válvulas en Y, que son una modificación de las
válvulas de globo, tienen el conducto rectilíneo de una
válvula de compuerta. El orificio para el asiento está a un
ángulo de unos 45º con el sentido de flujo. Por tanto se
obtiene una trayectoria más lisa, similar a la de la válvula
de compuerta y hay menor caída de presión que en la
válvula de globo convencional; además, tiene buena
capacidad para estrangulación.

Los componentes de la válvula en Y son vástago, disco y
anillo de asiento, como en las válvulas de globo. Los
materiales con que se fabrican y sus tamaños son más o
menos los mismos que en las de globo. Cualquier
especificación de válvula de globo se puede satisfacer con
la válvula en Y.

Figura 4.71

Válvula de globo con cuerpo en Y
y bonete con sello de diafragma

6.10. Válvulas de retención (CHECK)

La válvula de retención de bisagra (columpio) abre con la
presión en la tubería pues el flujo en sentido normal hará
que el disco oscile y se separe del asiento. Se cierra cuando
se reduce la presión y llega a cero; en este caso, el disco
queda sujeto contra el anillo de asiento por su propio peso
o por pesos externos conectados a un eje que pasa a través
del cuerpo.

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La válvula de retención de bisagra se utiliza con bajas
velocidades de fluido con inversiones de flujo poco
frecuentes; en algunos sistemas se utilizan en combinación
con válvulas de compuerta. Las principales características
de estas válvulas de retención son mínima resistencia al
flujo, servicios de baja velocidad y con cambios de
dirección poco frecuentes.

Los componentes principales de estas válvulas son el
cuerpo, disco, pasador oscilante y tapa. Hay dos tipos
principales de cuerpos: en Y y rectilíneos.

Las válvulas de retención de bisagra se fabrican con una
amplia gama de materiales: bronce, hierro, hierro fundido,
acero forjado, Monel, acero fundido y acero inoxidable.
Los extremos pueden ser de rosca, con brida o soldados.

La válvula de retención de disco inclinable es similar a la
de bisagra. Hay baja resistencia al flujo debido a su diseño
rectilíneo. Estas válvulas consisten en una cubierta
cilíndrica que tiene un disco pivotado (inclinable o
giratorio). El disco se separa con facilidad del asiento para
abrir la válvula. Los topes para el disco, integrados al
cuerpo sirven para colocar éste y obtener un flujo óptimo
cuando está abierto. Cuando se reduce el flujo, el disco
empieza a cerrar porque se inclina a un ángulo creciente
con la trayectoria de flujo. Esta válvula de retención tiene
poca caída de presión a baja velocidad y mayor caída de
presión a alta velocidad.

Los componentes principales de la válvula de disco
inclinado son el disco, el eje (varilla) de pivoteo y el
cuerpo.


La válvula de retención Las válvulas de retención de
de bisagra impide la bola no suelen tener
inversión de la problema de servicio.
circulación.

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Válvulas de retención de bisagra Válvulas de retención de
y de elevación bisagra y rectilínea

6.11. Válvula de tres vías

Se utilizan para controles proporcionales y aplicaciones de
mezcla o derivaciones de fluidos.

Una válvula distribuidora se utiliza cuando se desea
fraccionar un caudal en dos, variando la proporción entre
ambos. Una válvula mezcladora se utiliza cuando se desea
mezclar dos fluidos en una proporción determinada.

Funcionalmente, una válvula de tres vías equivale a dos
válvulas iguales pero de acciones opuestas.

Figura 4.76

Válvula de tres vías

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7. Selección de las válvulas de control

La selección de la válvula de control adecuada para cualquier
aplicación empieza con la definición de la función de la válvula.
Si, por ejemplo, es una válvula con control para abrir y cerrar,
entonces lo principal es la sencillez y la confiabilidad. Si se
requiere modulación muy rápida y precisa, como en el
respiradero contra borboteo de un compresor, entonces se
necesita una válvula de alta calidad, que tenga el vástago y el
macho alineados con precisión y que tengan ubicador de alto
rendimiento y quizá, también relevadores amplificadores.

Definir bien el fluido. Incluye conocer las presiones, temperaturas
y volúmenes de flujo nominales así como la viscosidad, densidad,
propiedad corrosiva, etc., del fluido. Para los líquidos es necesario
conocer su presión de vapor para determinar si habrá cavitación y
vaporización instantánea. Las desviaciones de las condiciones
nominales de funcionamiento pueden ser de consecuencias. Un
aumento breve pero grande en la temperatura puede producir
serios daños en algunos tipos de juntas y empaquetaduras.

El tamaño de válvula requerido se puede determinar con los
métodos establecidos para cálculo.

Los proveedores son buena fuente de información y
asesoramiento, pero no se debe esperar que acepten toda la
responsabilidad en las decisiones. La selección de un proveedor
puede ser tan sólo aceptar sus normas de fabricación o puede
incluir un estudio minucioso. Los factores que se deben tener en
cuenta incluyen:

a) Precio de la válvula.
b) Capacidad del fabricante (instalaciones y capacidad,
experiencia en el mismo tipo de problemas, departamento de
ingeniería).
c) Servicios que ofrece. Preventa: ingeniería, información;
postventa: resolución de problemas, localización de talleres
especializados.
d) Solidez financiera y reputación del fabricante.

El empleo de las válvulas de control significa que el proceso tiene
algún tipo de sistema automático de control. Puede ser por nivel,
flujo, temperatura, presión o de otra índole. Suele incluir los
componentes típicos de un sistema de control con
retroalimentación de bucle cerrado que son sensor (detector),
transmisor, controlador, válvula de controlador y el proceso en sí.
La selección de la válvula de control requiere el conocimiento de
todos estos factores, en especial del proceso.

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Una válvula seleccionada como óptima para un sistema con
control por nivel, quizá no sea la mejor para un sistema de control
de flujo. Además, la mejor válvula para un sistema de control de
flujo no lo será en un sistema en que se utiliza un elemento
primario distinto para la medición del flujo.

Cuando no hay aire a presión en el actuador neumático, la
válvula puede estar cerrada o abierta. Estas posiciones alternadas
se logran al invertir el anillo de asiento y el macho o al invertir la
posición del resorte del actuador de debajo a encima del
diafragma (Figura 4.77).

Una preocupación del diseñador es seleccionar válvulas con
protección contra fallas, si hay problemas con el aire para
instrumentos. En principio, una válvula falla sin peligro si la
temperatura y presión del proceso no aumentan una vez que dejó
de funcionar la válvula.

Por ejemplo, las válvulas de control del combustible para los
quemadores de caldera deben cerrar en caso de falla. Al mismo
tiempo, la alimentación a los tubos de la caldera (en la mayor
parte de los casos) debe quedar abierta para evitar
sobrecalentamiento de, los tubos del hogar. La válvula de control
de alimentación para columnas de fraccionamiento suelen cerrar
en caso dé falla. Las de suministro de vapor al rehervidor se
cierran. Las válvulas de salida del tambor de reflujo y las de
descarga de la bomba de reflujo se deben quedar abiertas. Las
válvulas de control en tuberías con flujo mínimo en los tubos de
descarga de bombas centrífugas, tubos de derivación de
compresores y tubos de derivación de máquinas alternativas se
quedan en caso de falla.

Los reactores se protegen en condiciones controladas y la válvula
de control de alimentación suele cerrar cuando falla. Por lo
general, el diseñador de un sistema debe consultar con los
ingenieros de proceso, de instrumentos y de equipo para decidir
las posiciones de falla sin peligro de las válvulas de control a fin
de tener los procedimientos correctos para cierre y corte.

a) Tipos principales de válvulas de control.
b) Características de los machos de las válvulas.
c) Requisito de seguridad.

Enseguida se verá un ejemplo para ilustrar la forma de elegir la
acción de las válvulas de control; éste es el proceso que se
muestra en la Figura 4.77, en él la temperatura a la que sale el
fluido bajo proceso se controla mediante el manejo del flujo de
vapor al intercambiador de calor. La pregunta es: ¿cómo se desea
que opere la válvula de vapor cuando falla el suministro de aire

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que le llega? Como se explicó anteriormente, se desea que la
válvula de vapor se mueva a la posición más segura; al parecer,
ésta puede ser aquella con la que se detiene el flujo de vapor, es
decir, no se desea flujo de vapor cuando se opera en condiciones
inseguras, lo cual significa que se debe especificar una válvula
cerrada en falla. Al tomar tal decisión, no se tomó en cuenta el
efecto de no calentar el líquido en proceso al cerrar la válvula; en
algunas ocasiones puede que no exista problema alguno, sin
embargo, en otras se debe tomar en cuenta. Considérese, por
ejemplo, el caso en que se mantiene la temperatura de un cierto
polímero con el vapor; si se cierra la válvula de vapor, la
temperatura desciende y el polímero se solidifica en el
intercambiador; en este ejemplo, la decisión puede ser que con la
válvula abierta en falla se logra la condición más segura.

Figura 4.77

Circuitos de control para intercambiador de calor

Es importante notar que en el ejemplo sólo se tomó en cuenta la
condición de seguridad en el intercambiador, que no es
necesariamente la más segura en la operación completa; es decir,
se debe considerar la planta completa en lugar de una sola pieza
del equipo; debe prever el efecto en el intercambiador de calor, así
como en cualquier otro equipo del que provienen o al cual van el
vapor y el fluido que se procesa. En resumen, se debe tomar en
cuenta la seguridad en la planta entera.

7.1. Dimensionamiento de la válvula de control

El dimensionamiento de la válvula de control es el
procedimiento mediante el cual se calcula el coeficiente de
flujo de la válvula, CV; el “método CV“ tiene bastante
aceptación entre los fabricantes de válvulas; lo utilizó por
primera vez la Masoneilan International Inc. en 1944.

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Cuando ya se calcule el CV requerido y se conozca el tipo
de válvula que se va a utilizar, se puede obtener el tamaño
de la válvula con base en el catálogo del fabricante.

El coeficiente CV se define como “la cantidad de agua en
galones U.S. que fluye por minuto a través de una válvula
completamente abierta, con una caída de presión de 1 psi
en la sección transversal de la válvula.”

Por ejemplo, a través de una válvula con coeficiente
máximo de 25 deben pasar 25 gpm de agua, cuando se
abre completamente y la caída de presión es de 1 psi.

A pesar de que todos los fabricantes utilizan el método CV
para dimensionamiento de válvulas, las ecuaciones para
calcular CV presentan algunas diferencias de un fabricante
a otro. La mejor manera de proceder es elegir el fabricante
y utilizar las ecuaciones que recomienda.

En esta sección se presentan las ecuaciones de dos
fabricantes, Masoneilan y Fisher Controls, para mostrar las
diferencias entre sus ecuaciones y métodos. Las mayores
diferencias se presentan en las ecuaciones para
dimensionar las válvulas utilizadas con fluidos que se
comprimen (gas, vapor o vapor de agua).

Los dos fabricantes mencionados no son, de ninguna
manera, los únicos, en la tabla 1 del anexo se dan los
nombres y direcciones de algunos otros, ésta no es
exhaustiva, pero proporciona al lector los nombres de
cierta cantidad de compañías que se dedican a la
fabricación de válvulas de control.

Se eligió a Masoneilan y Fisher Controls porque sus
ecuaciones y métodos son típicos en la industria.

7.2. Utilización con líquidos

La ecuación básica para dimensionar una válvula de
control que se utiliza con líquidos es la misma para todos
los fabricantes:

∆P
q = CV (1)
Gf

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O se despeja CV:

Gf
CV = q (2)
∆P

Donde:

q = Flujo de líquido, en gpm U.S.
∆P = P1 — P2 caída de presión en la sección de la
válvula, en psi.
P1 = Presión de entrada a la válvula (corriente
arriba), en psi.
P2 = Presión de salida de la válvula (corriente
abajo), en psi.
Gf = Gravedad específica del líquido a la
temperatura en que fluye, para agua = 1 a 60 ºF.

Algunas veces las unidades de flujo se dan en lbm/hr, en
estos casos las ecuaciones (1) y (2) se pueden escribir como
sigue:

W = 500 CV G f ∆P (3)

W
y CV = (4)
500 G f ∆P

Donde:

W = Flujo del líquido, en lbm/hr.
La ecuación (3) se desarrolla directamente a
partir de la ecuación (1).

7.3. Utilización con gas, vapor y vapor de agua

Las diferencias más importantes entre fabricantes se
encuentran en las ecuaciones de dimensionamiento para
fluidos compresibles, y surgen a raíz del modo en que se
expresa o considera el fenómeno de flujo crítico en las
ecuaciones.

El flujo crítico es la condición que se presenta cuando el
flujo no es función de la raíz cuadrada de la caída de
presión en la sección de la válvula, sino únicamente de la
presión de entrada a la válvula. Este fenómeno ocurre
después de que el fluido alcanza la velocidad del sonido
en la vena contracta; cuando el fluido se encuentra en la
condición del flujo crítico, los decrementos o incrementos

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en la presión de salida de la válvula no afectan al flujo,
sino únicamente a los cambios en la presión de entrada.

Ahora se verán los métodos que utilizan los dos
fabricantes que se mencionaron, para definir la condición
de flujo crítico y dimensionar las válvulas de control que
se usan con fluidos compresibles.

Masoneilan propone el siguiente sistema de ecuaciones:

Flujo volumétrico de gas

Q GT
CV = (5)
836 C f P ( y − 0,148 y 3 )
1

Flujo de gas por peso

W
CV = (6)
2,8 C f P G f ( y − 0,148 y 3 )
1

Vapor de agua

W (1 + 0,0007 TSH )
CV = (7)
1,83 C f P1 G f ( y − 0,148 y 3 )

Donde:

Q= Tasa de flujo de gas en scfh; las condiciones
estándar son de 14,7 psia y 60 ºF.
G= Gravedad específica del gas a 14,7 psia y 60ºF
(aire = 1,0); para los gases perfectos es la
relación entre el peso molecular del gas y el
peso molecular del aire (29).
Gf = Gravedad específica del gas a la temperatura
del flujo, Gf = G (520 / T).
T= Temperatura en ºR.
Cf = Factor de flujo crítico, el valor numérico de este
factor va de 0,6 a 0,95. En la tabla 2 del anexo se
muestra este factor para diferentes tipos de
válvulas.
P1 = presión de entrada a la válvula en psia.

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P2 = Presión de salida de la válvula en psia.
∆P = P1 – P 2.
W= Tasa de flujo, en lb/hr.
TSH = Grados de sobrecalentamiento, en ºF.

El término y se utiliza para expresar la condición crítica o
subcrítica del flujo y se define como:

1,63 ∆P
y= (8)
Cf P1

Valor máximo de y = 1,5

Con este valor y — 0,148y3 =1,0

Por tanto, cuando y alcanza un valor de 1,5 se tiene la
condición de flujo crítico.

A partir de esta ecuación se ve fácilmente, que cuando el
término y — 0,148y3 = 1,0 el flujo está en función única-
mente de la presión de entrada P1.

Es importante tener en cuenta, que cuando el flujo es
mucho menor que el crítico.

y – 0,148 y3 ≈ y

Se cancela el factor Cf (no se necesita) y la ecuación (5) se
deriva fácilmente de la ecuación (2).

Lo interesante es que todas estas fórmulas de
dimensionamiento se derivan de la definición original de
CV, ecuación (2), y la única particularidad de las fórmulas
para gas es el factor de corrección Cf y la función de
compresibilidad (y – 0,148y3) que se requieren para
describir el fenómeno de flujo crítico. De manera
semejante, la ecuación (6) se deriva fácilmente de la
ecuación (5).

Fisher Controls define dos nuevos coeficientes para el
dimensionamiento de las válvulas que se utilizan con
fluidos compresibles: el coeficiente Cg, que se relaciona
con la capacidad de flujo de la válvula; y el coeficiente C1,
que se define como Cg/Cv, el cual proporciona una
indicación de las capacidades de recuperación de la
válvula. El último coeficiente, C1, depende en mucho del
tipo de válvula y sus valores generalmente están entre 33

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y 38. La ecuación de Fisher para dimensionar válvulas
para fluidos compresibles se conoce como Ecuación
Universal para dimensionamiento de gases, y se expresa
de dos formas:

La condición de flujo crítico se indica mediante el término
seno, cuyo argumento se debe limitar a /2 en la ecuación
(9) ó 90º en la ecuación (10); con estos dos valores límite se
indica el flujo crítico. En la tabla 3 del anexo se muestran
los valores para Cg y C1.
Qscfh
Cg = (9)
520  59,64  ∆P 
P sen 
1  
 
GT  C1  P 
1
rad

Qscfh
o Cg = (10)
520  3417  ∆P 
P sen 
1  C   
GT  1  P 
1
rad

A partir de la ecuación (2) se pueden obtener las
ecuaciones (9) y (10) para la condición de flujo subcrítico.
La siguiente aproximación es verdadera sólo bastante
abajo del flujo crítico:

 59,64 ∆P  59,64 ∆P
sen   ≈
 C1
 P  rad
1  C1 P1

El término seno se utiliza para describir el fenómeno de
flujo crítico.

Es interesante notar la semejanza entre los dos fabricantes,
ambos utilizan dos coeficientes para dimensionar válvulas
de control para fluidos compresibles; uno de los
coeficientes se relaciona con la capacidad de flujo de la
válvula (Cv para Masoneilan y Cg para Fisher Controls);
el otro coeficiente (Cf para Masoneilan y C1 para Fisher
Controls), depende del tipo de válvula. Masoneilan utiliza
el término (y – 0,148y3) para indicar el flujo crítico;
mientras que Fisher utiliza el término seno; ambos
términos son empíricos y el hecho de que sean diferentes
no es significante.

Antes de concluir esta sección sobre dimensionamiento de
válvulas de control es necesario mencionar algunos otros

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puntos importantes. El dimensionamiento de la válvula
mediante el cálculo de Cv se debe hacer de manera tal
que, cuando la válvula se abra completamente, el flujo que
pase sea más del que se requiere en condiciones normales
de operación; es decir, debe haber algo de sobrediseño en
la válvula para el caso en que se requiera más flujo. Los
individuos o las compañías tienen diferentes formas de
proceder acerca del sobrediseño en capacidad de la
válvula; en cualquier caso, si se decide sobrediseñar la
válvula en un factor de 2 veces el flujo que se requiere, el
flujo de sobrediseño se expresa mediante:

qdiseño = 2,0 qrequerido

Si una válvula se abre alrededor del 3 % cuando controla
una variable bajo condiciones normales de operación, esa
válvula en particular está sobrediseñada; y, de manera
similar, si la válvula se abre cerca de un 97%, entonces está
subdimensionada. En cualquiera de los dos casos, si la
válvula se abre o se cierra casi completamente, es difícil
obtener menos o más flujo en caso de que se requiera.

El ajuste de rango es un término que está en relación con
la capacidad de la válvula. El ajuste de rango, R, de una
válvula se define como la relación del flujo máximo que se
puede controlar contra el flujo mínimo que se puede
controlar:

q máximo que se puede controlar
R= (11)
q mínimo que se puede controlar

La definición de flujo máximo o mínimo que se puede
controlar es muy subjetiva, algunas personas prefieren
definir el flujo que se puede controlar entre el 10% Y 90%
de abertura de la válvula; mientras que otras lo definen
entre el 5 y 95%; no existe regla fija o estándar para esta
definición. En la mayoría de las válvulas de control el
ajuste de rango es limitado y, generalmente, varía entre 20
y 50. Es deseable tener un ajuste de rango grande (del
orden de 100 mayores), de manera que la válvula tenga un
efecto significativo sobre el flujo.

Ejemplo 1. Se debe dimensionar una válvula de control
que será utilizada con gas; el flujo nominal es de 25000
lbm/hr; la presión de entrada de 250 psia; y la caída de
presión de diseño de 100 psi. La gravedad específica del
gas es de 0.4 con una temperatura de flujo de 1500F y peso

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molecular de 12. Se debe utilizar una válvula de
acoplamiento.

Para utilizar la ecuación (6) de Masoneilan, se debe
obtener el factor Cf. De la tabla para factor de flujo crítico
(ver anexo), se tiene que, para la válvula de acoplamiento,
Cf = 0,92; entonces al usar la ecuación (8) se tiene:

1,63 ∆P 1,63 100
y= = = 1,12
Cf P1 0,92 250

El flujo de diseño es:

Wdiseño = 2Wnominal = 50000 lbm/hr

W
y CV =
2,8 C f P1 G f ( y − 0,148 y 3 )

50000
CV =
2,8 (0,92) (250) 0,4 (1,12 − 0,148 (1,12) 3 )

CV = 134,6

Si se utiliza la ecuación de Fisher Controls para válvulas,
se debe determinar el coeficiente C1 y calcular el índice
flujo en scfh; de la tabla para coeficientes de capacidad de
flujo de la válvula (ver anexo) se tiene que para la válvula
de acoplamiento C1= 35, el flujo volumétrico estándar es:

 50000 
Qscfh =   (379,4)
123
= 1580833
1 12 3
 4 4
2 scf 14.7 psia
. @
lb mol lb mol 60 º F
hr

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De la ecuación (10) se tiene entonces:

Qscfh
Cg =
520  3417  ∆P 
P seno 
1  
 
GT  C1  P 
1
grad

1580833
Cg =
520  3417  100 
(250) seno   
0,4(610)  35  250  grad

Cg = 4917 5

El coeficiente Cg se puede convertir al equivalente CV,
para compararlo con el coeficiente CV de Masoneilan, con
base en la definición de C1, se obtiene:

Cg
C1 =
CV

Entonces:

Cg 4917,5
CV = = = 140,5
CV 35

Por lo tanto, es notorio que con ambos métodos se llega a
resultados similares: para Masoneilan CV =134,6 y para
Fisher Controls CV = 140,5

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8. Principales actividades de mantenimiento aplicadas a las
válvulas de control

Hay que comprobar que la válvula está fabricada con las
especificaciones requeridas, lo que significa que el comprador
debe inspeccionar la válvula terminada. Las especificaciones y
requisitos varían mucho. Los costos de inspección se pueden
controlar si se ajustan sus requisitos a las necesidades reales. Si se
requiere una aleación específica se debe comprobar, mediante
pruebas, que fue la utilizada.

Los pequeños detalles pueden ser importantes; un error al grabar
la placa de identificación podría ocasionar serios problemas.

En muchas plantas se verifican las válvulas tan pronto como se
reciben de la fábrica. Este grado de esfuerzo parecería ser
excesivo, pero se debe comparar con el costo de descubrir un
problema, durante el arranque, con un sistema con un líquido
peligroso. En primer lugar, se verifican todos los aspectos visibles
contra las especificaciones. Después, se prueba el funcionamiento
de la válvula. Los registros de problemas encontrados, ajustes
efectuados y números de serie es valiosa información para iniciar
un programa de mantenimiento y para información del control de
calidad al fabricante.

El siguiente problema es instalar cada válvula en su sitio
correspondiente. Dos válvulas pueden parecer iguales, perro
difieren en muchos detalles importantes. Es fácil encontrar la
diferencia entre aire para abrirla y aire para cerrarla, pero se
pueden pasar por alto los detalles de la aleación o la
empaquetadura hasta que ocurra una falla.

Se debe proveer espacio para mantenimiento durante el diseño, la
construcción y para las modificaciones. Si es difícil alcanzar una
válvula o trabajar en ella, el mantenimiento será costoso o no se
hará. Cuando hay un cambio considerable en la inercia del fluido
(como en el flujo en una válvula en ángulo o si hay un cambio
grande en la velocidad) se pueden producir considerables fuerzas
de reacción. Cuando el proceso lo permita, la válvula debe estar
entre uno y tres pies encima del piso o de la plataforma y no debe
existir obstrucción cuando menos en un lado.

Las válvulas grandes necesitan medidas especiales para su
manejo, como grúas, montacargas y monorrieles.

Los esfuerzos excesivos en el cuerpo de la válvula pueden
permitir fugas, evitar el funcionamiento correcto de las piezas
movibles e incluso rotura del cuerpo o la brida. La causa más
factible de los esfuerzos excesivos es la tubería mal alineada. Las

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válvulas grandes y pesadas necesitan soportes para reducir
esfuerzos y facilitar el desmontaje y la instalación.
Para las válvulas pequeñas se necesita que la tubería esté
soportada para protegerlas. Los soportes, de preferencia, deben
ser parte del edificio o estar en el piso, no en el equipo.

Algunos accesorios, como equipos para aire (filtros y reguladores
para los actuadores) o las válvulas de solenoide, se pueden
montar en la válvula o cerca de ella. Cada método tiene buenas
razones, pero se evitarán confusiones si se aplica un criterio
uniforme para todo el proyecto. En cualquier instalación es
importante poder desmontar e instalar sin doblar tubos o soportes
metálicos ni desconectar gran número de conductores eléctricos.

En alguna época, las válvulas de control se instalaban en un
múltiple con válvulas de corte y derivación para permitir el
control manual si fallaba el automático. El sistema actual en las
plantas de procesos químicos es eliminar el múltiple y aceptar el
riesgo de un paro no programado.

Algunas de las razones son:

a) Falta de personal para el control manual.
b) Procesos que no se pueden controlar manualmente.
c) La confiabilidad de las válvulas modernas.
d) El costo de los múltiples.
e) Espacio requerido para el múltiple.
f) Mejor ingeniería, que significa menos fallas.
g) Los mecanismos de paro interconectados eliminan las
incertidumbres en cuanto a trayectorias paralelas de flujo.

El mantenimiento extenso de las válvulas de una tubería, aunque
esté fuera de servicio, sólo se hace en circunstancias inusitadas. El
grado de reparaciones con las válvulas instaladas está limitado
por su diseño. Es mucho más conveniente desmontar una válvula
con bridas e instalar una de repuesto, que intentar repararla
instalada, aunque el diseño de la válvula permita hacer ciertas
reparaciones sin desmontarla. A veces, a las válvulas grandes se
les puede dar servicio cuando están instaladas, pues puede ser
difícil desmontarlas para llevarlas al taller.

Las válvulas que se pueden reparar sin desmontarlas, para
corregir problemas con el asentamiento e instalar nuevos discos o
sellos de asiento, son las de compuerta, globo, retención, macho,
bola de entrada superior y diafragma. Hay que desmontar la
mayor parte de las válvulas de bola y de mariposa para tener
acceso a los sellos de la bola y de los asientos.

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Para reacondicionar las válvulas con sellos de PTFE, se instalan
sellos nuevos y también bola o macho nuevos si están gastados o
corroídos. Pero esto no dará resultado si el cuerpo también está
corroído en la zona del asiento si la camisa. El diafragma de las
válvulas de diafragma, por lo general, se puede reemplazar sin
desmontarlas de la tubería.

El mantenimiento de las válvulas de compuerta metálica, globo y
retención consiste en la rectificación de los asientos y discos.

La reparación de las válvulas de bola incluye instalar nuevos
sellos de asiento, bola y vástago nuevos si es necesario así como
empaquetaduras, juntas, tornillos y tuercas nuevos. Por lo
general, se requiere muy poca rectificación de los componentes de
las válvulas de bola.

En las válvulas de macho no lubricadas se requiere reemplazar la
camisa de PTFE, la empaquetadura, juntas y, quizá, el macho. Las
condiciones del cuerpo debajo de la camisa no siempre son muy
importantes y en muchos casos, no se rectifica la cavidad del
cuerpo.

Para reparar las válvulas de mariposa se reemplazan el vástago, el
disco y la camisa que suelen ser la razón para reparar. No siempre
se necesitan discos nuevos, pero sí hay que cambiar todos los
sellos anulares o empaquetaduras junto con el vástago y los bujes
del vástago si están gastados.

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CORRECTO INCORRECTO
1
Use una llave en la conexión hexagonal
cerca de la unión. Esto da soporte a la
válvula y evita posibles daños.

2
Al instalar una válvula, téngala en la
posición cerrada. Así está más rígida y es
menos fácil que se tuerza.

3 Use buenos soportes, bandas de
expansión o uniones. No obligue a la
válvula a soportar el peso, pandeo o
expansión de la tubería.

4 El enroscado excesivo puede dejar el
reborde del tubo contra el asiento de la
válvula. Además de dañar la válvula,
esto no permite una buena unión.

5 El compuesto para roscas en los extremos
de la válvula significa que tarde o
temprano habrá arenilla. Ponga el
compuesto en las roscas del tubo.

6
El tubo viejo para una instalación nueva
o modificada se puede usar si el tubo está
limpio. La mugre

7
Esta acción de palanca inutilizará una
unión roscada. Una palanca corta y unos
golpecitos con un martillo son más
eficaces y no torcerán la válvula.

8 Si la válvula tiene fugas, no trate de
cerrarlas por la fuerza. Esto inutiliza más
válvulas que cualquier otra cosa. Trate de
eliminar las obstrucciones con líquido.

9 Las válvulas de compuerta y los grifos se
pueden rayar si se usan para
estrangulación. Use válvulas de globo o
de ángulo, que dan un flujo equilibrado.

10 Las automáticas de corte y retención o de
retención por elevación, se instalan
verticales. El disco y el pistón deben
tener caída satisfactoria por gravedad.

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La facilidad del mantenimiento se inicia desde la fase de diseño.
Si se especifica la válvula correcta, fabricada con los materiales
adecuados y está bien instalada con espacio para acceso, los
problemas deberán ser mínimos. En situaciones en que hay
corrosión severa, hay que comprobar que se utilice la aleación
especificada. Hay que tener piezas de repuesto.

Un taller bien equipado tendrá un banco de trabajo con todo lo
necesario y algún aparato para levantar y empacar válvulas
pesadas. También necesita sujetadores para equipo grande y para
que no se caigan las cosas. También se necesitan mangueras para
aire, reguladores y cierta cantidad de tubería y accesorios, que
incluyan conectores rápidos para mangueras.

La forma más fácil de saber si ha cerrado una válvula, es verificar
si hay fugas con la aplicación de aire a una presión moderada en
la entrada y escuchar en la salida si hay escapes. Para ello, se
puede utilizar un juego de bridas especiales taladradas para el
conector de la manguera y ranuradas para poder utilizarlas en
bridas de válvulas de diversos tamaños.

Se deben llevar buenos registros de las especificaciones de cada
válvula. Además, los registros de costos y del trabajo de
mantenimiento ayudan a justificar cambios para reducir el
mantenimiento y mejorar la confiabilidad.

Para cualquier diagnóstico, lo primero es aplicar el sentido común
y la técnica más importante es un análisis lógico, paso a paso de
todos los síntomas y la información. Con mucha frecuencia hay la
tentación de suponer que si hubo algo que corrigió el problema,
también servirá esta vez.

La seguridad requiere que todo el personal siempre esté
pendiente de cualquier posible riesgo. Antes de empezar a retirar
una válvula del servicio hay que comprobar que se han
descargado la presión y los líquidos y, si se requiere, que se haya
lavado el sistema. A pesar de estas precauciones, hay que estar
preparado para un escape de fluidos cuando se aflojan los
accesorios. La válvula puede requerir limpieza y
descontaminación adicionales según el tipo de riesgo.

Al volver a instalar la válvula, hay que comprobar el suministro
de aire y el funcionamiento correcto de la válvula.

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9. Resumen

Las válvulas de control no son más que reguladores de flujo
(comportándose como un orificio de área continuamente
variable).

Dentro del bucle de control automático, tiene tanta importancia
como el elemento primario, el transmisor y el controlador.

Características básicas de las válvulas

1. Tipo de válvula

El tipo de válvula depende de la función que debe efectuar,
sea de cierre (bloqueo), estrangulación o para impedir el flujo
inverso. Es de importancia primordial conocer las
características químicas y físicas de los fluidos de trabajo, de
acuerdo a estos tenemos:

a) Función de la válvula:

- Válvula de cierre de bloqueo.
- Válvula de estrangulación.
- Válvula de retención.

b) Tipo de servicio:

- Líquidos.
- Gases.
- Líquidos y gases.
- Líquidos y sólidos.
- Gases y sólidos.
- Vapores generados instantáneamente por la
reducción en la presión del sistema.

2. Materiales de construcción

- Capacidad de presión y temperatura.
- Material de empaquetaduras y juntas.
- Costo y disponibilidad.
- Normas de la industria.

Los servomotores hidráulicos consisten en una bomba de
accionamiento eléctrico que suministra fluido hidráulico a una
servoválvula. La señal del instrumento de control actúa sobre
la servoválvula que dirige el fluido hidráulico a los dos lados
del pistón actuador hasta conseguir, mediante una
retroalimentación, la posición exacta de la válvula. Se
caracterizan por ser extremadamente rápidos, potentes y

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suaves, si bien su coste es elevado, por lo que sólo se emplean
cuando los servomotores neumáticos no pueden cumplir con
las especificaciones de servicio.

Los posicionadores no sólo compensan los rozamientos en el
movimiento del obturador sino que también son útiles para
reducir el tiempo de transmisión de la señal en el bucle de
control; tienen un volumen de entrada muy pequeño y una
gran capacidad de caudal de aire. Su empleo es muy
conveniente en el control de temperatura donde interesa
reducir al máximo la histéresis y el tiempo de reacción del
bucle.

Con la utilización de los posicionadores se tiende a minimizar
los efectos de:

a) Retardo en los accionadores de gran capacidad.
b) Fricción del vástago debida a cajas de empaque justas.
c) Fricción debida a fluidos viscosos o pegajosos.
d) Cambios de presión en la línea de proceso.

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Tipos de válvulas de control

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3. Selección de válvulas

Podemos agrupar para fines de selección las válvulas de la
siguiente manera:

1. De corte y paso:

- Válvulas de compuerta.
- Válvulas de macho.
- Válvulas de bola.

2. De estrangulación:

- Válvula de globo
- Válvula de mariposa.
- Válvula de diafragma.
- Válvula de compresión.

3. Prevención de flujo:

- Válvulas de retención (check).

Criterio para la selección de válvulas

- Tipo de válvula.
- Consideraciones de la presión.
- Fluido de trabajo.
- Límites de temperatura.
- Capacidad de cierre.
- Material de las empaquetaduras.
- Tamaño de la válvula.
- Cavitación.
- Ruido excesivo.
- Actuador.
- Instalación.

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Gama de Capacidad Capacidad Materiales de
Tipo Servicio
tamaño, in presión, psi temperatura, ºF construcción
Globo ½ a 30 Hasta 2 500 Hasta 1 000 Bronce, hierro, Estrangulación y
acero, acero cierre con líquidos
inoxidable, limpios.
aleaciones
especiales.
Angulo 1/8 a 10 Hasta 2 500 Hasta 1 000 Bronce, hierro, Estrangulación y
acero, acero cierre para líquidos
inoxidable, limpios, material
aleaciones viscoso o pastas
especiales. aguadas.
Compuerta ½ a 48 Hasta 2 500 Hasta 1 800 Bronce, hierro, Cierre
(mayores en acero, acero (estrangulación
ángulos tipos) inoxidable, limitada), líquidos
aleaciones limpios y pastas
especiales. aguadas.
Mariposa 2 hasta 2 ft o Hasta 2 000 Hasta 2 000 Materiales para Estrangulación
más (caída (temperaturas más fundir o maquinar. (cierre sólo con
limitada de bajas si tiene camisas Las camisas pueden asientos o tipos
presión) o asientos blandos) ser de plástico, especiales), líquidos
caucho o cerámica. limpios y pastas
aguadas.
Macho Hasta 30 Hasta 5 000 Hasta 600 Hierro, acero, acero Cierre
inoxidable y (estrangulación en
diversas aleaciones. algunos tipos).
Disponibles con
camisa completa de
caucho plástico.
Bola 1/8 a 42 Hasta 10 000 Criogénica hasta 1 Hierro, acero, acero Estrangulación y
000 inoxidable y cierre, líquidos
diversas aleaciones limpios, materiales
especiales para viscosos y pasta
aplicaciones aguadas.
nucleares.
Disponibles con
camisa completa de
caucho plástico.
Desahogo ½ hasta 6 Hasta 10 000 Criogénica hasta 1 Hierro, bronce, Limitación de
(entrada) 000 acero, acero presión.
inoxidable, acero al
níquel y aleaciones
especiales.
Aguja 1/8 a 1 Hasta 10 000 Criogénica hasta 500 Bronce, hierro, Estrangulación
acero, acero suave y cierre con
inoxidable. líquidos limpios.
Retención 1/8 a 24 Hasta 10 000 Hasta 1 200 Bronce, hierro, Evitar circulación
acero, acero inversa (los tipos
inoxidable, especiales evitan
aleaciones exceso de
especiales. circulación)

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4. Mantenimiento

La empaquetadura normal suele ser de aros de teflón, de
sección en Y, comprimidos con un resorte con la ventaja de
que el teflón es autolubricante y no necesita engrase. Cuando
el fluido y las condiciones de servicio no permiten el empleo
aislado del teflón se utiliza grafito en forma de filamento,
laminado y cinta.

El grafito sustituyó al amianto que fue dejado de utilizar por
cuestiones de salud humana. El grafito tiene un coeficiente de
dilatación semejante al metal del vástago, de modo que el
choque térmico no es un problema. Su coeficiente de
rozamiento es del orden de 7 a 10 veces mayor que el del
teflón, por lo que siempre que sea posible debe emplearse
éste. No debe permitirse que se inicie una fuga porque es
difícil solucionarla después. El grafito en presencia de
humedad puede dar lugar a una severa corrosión galvánica
del vástago, con lo que pueden presentarse fugas cuando el
vástago empieza a moverse.

En los casos en que el fluido es tan tóxico que debe impedirse
su fuga a través de la estopada y por alguna razón no pueden
emplearse los fuelles de estanqueidad, se utilizan
empaquetaduras dobles con dos collarines de lubricación.

Las empaquetaduras con engrase están dejando de utilizarse
por precisar de una válvula de engrase que periódicamente
debe apretarse.

La corrosión no es lo único que debe preocupar, porque la
cavitación en el cuerpo y las guarniciones puede producir
muchos daños. Por lo general ocurre junto con una gran caída
de presión, aunque en realidad puede suceder cuando casi se
llega a la presión de vapor del fluido dentro del cuerpo. Esto
puede tener lugar en el punto de máxima velocidad del fluido
cerca del asiento de la válvula. En los sistemas con bombas, en
los que se debe evitar la cavitación en las bombas y la caída de
presión en la válvula es pequeña, la cavitación no suele ser
problema.

Por lo general, las guarniciones o componentes interinos de la
válvula se hacen con material más resistente a la corrosión y
más duro que el del cuerpo. Esto minimiza la cavitación en el
asiento, permite construir con tolerancias más precisas para
reducir fugas por el asiento y ayuda a guiar el vástago.

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10. Glosario para Válvulas de Control

Actuador. Parte de una válvula reguladora que convierte la mantener un volumen menor a la cantidad de flujo en espacio
energía térmica, eléctrica o de un fluido en energía mecánica libre porque su funcionamiento inherente en esta gama es de
para abrir o cerrar la válvula. apertura y cierre.
Anchura de banda. Gama de frecuencias dentro de la cual es Fugas (escurrimiento). Cantidad de fluido que pasa por una
exacto el funcionamiento de un componente y abarca por lo válvula cuando está cerrada. Se suele expresar en unidades de
general desde cero hasta alguna frecuencia de corte. volumen y tiempo con presión diferencial y temperatura dadas.
Banda muerta. Gama específica de valores en la cual se puede Ganancia de bucle. Cambio en la variable controlada en relación
alterar una señal de entrada sin cambio en la señal de salida. con un cambio en el punto de referencia.
Banda proporcional. Cambio en la entrada, requerido para Guarniciones de apertura rápida. Combinación de macho y
producir un cambio de gama total en la salida, debido a la asiento que permite la mayoría de la capacidad de flujo en la
acción de control proporcional. primera parte del recorrido del vástago.
Bucle. Serie de etapas que forman una trayectoria cerrada. Guarniciones de porcentaje igual. Los recorridos iguales del
Bucle abierto. El bucle está abierto cuando se conmuta al macho producen cambios de porcentaje igual en el coeficiente de
controlador asociado para control manual. flujo.
Bucle cerrado. Trayectoria para señal que consiste en una Guarniciones de válvulas. Componentes internos de una válvula
trayectoria de avance, una trayectoria de retroalimentación y expuestos al fluido del flujo.
un punto sumador, todos conectados para formar un circuito Histéresis. En un proceso cíclico, la histéresis es la falla en seguir
cerrado. la misma trayectoria en sentidos de avance y retroceso.
Bucle de control. Control formado por cierto número de Límite de velocidad. Limite que no puede exceder el régimen de
aparatos, cada uno de los cuales actúa como sistema in- cambio de una variable especificada.
dividual de transferencia, unidos entre sí para formar una Macho. Parte de una válvula de globo o de macho que cierra el
red. orificio para detener el flujo. A veces se le llama tapón.
Capacidad de cierre. Relación entre el flujo máximo y el Reducción. Relación entre el flujo máximo normal y el flujo
mínimo dentro de la cual se mantienen todas las caracte- mínimo controlable.
rísticas de flujo dentro de los límites prescritos.
Reforzador. Reforzador de volumen que incrementa la velocidad
Característica lineal. Las mismas distancias de movimiento de la válvula al aumentar el volumen de aire en un actuador. Un
del macho producen cambios iguales en el coeficiente de reforzador de presión es un relevador multiplicador que amplifica
flujo. proporcionalmente una señal neumática.
Coeficiente de flujo. CV. Número de galones por minuto de Regulador. Un bucle completo de control integrado con sensor,
agua a 600F que circuLarán por una válvula con una caída de controlador y válvula.
presión de 1 psi.
Señales de gama dividida. Señal común del controlador que
Controlador. Define y mide el error entre el punto de re- envía órdenes a dos o más válvulas de control en secuencia.
ferencia (valor deseado) y el valor real de la variable del
Ubicador. Ubicador neumático del tipo de servo; recibe aire para
proceso, y envía una señal correctora al elemento de control
señal y para potencia. Funciona con el actuador para hacer que las
final, que es la válvula de control.
piezas movibles de una válvula sigan con precisión la señal de
Control en cascada. Varios controladores conectados en serie, salida del controlador.
en que la salida de uno o más controladores maestros se
Válvula de control. Válvula que regula el flujo o la presión de un
convierte en el punto de graduación de los esclavos o
fluido que influye en algún proceso controlado. Suelen funcionar
secundarios.
con señales remotas desde actuadores eléctricos, neumáticos,
Distorsión. Error sistemático o desplazamiento del valor electrohidráulicos, etc.
medido u observado en relación con el real.
Válvula de control digital. Produce CV, digitales exactos en
Elemento de control final. Elemento en un sistema de control respuesta a señales digitales, por lo general en trayectorias
que hace variar al componente de control. múltiples de flujo.
Elemento detector. Aparato que puede medir la variable del Válvula piloto. Válvula para controlar el paso de un fluido
proceso que se va a controlar, como la presión, nivel o auxiliar utilizado para amplificar la potencia de un controlador en
temperatura. un sistema grande. Es más una válvula pequeña que requiere poca
Elevación del vástago. Recorrido del vástago de la válvula al potencia y se utiliza para accionar una válvula más grande.
accionaria.
Flujo en espacio libre. Cantidad finita de flujo cuando la
válvula apenas empieza a abrir. La válvula no puede

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11. Anexos

Jamesbury Corporation 640 Lincoln Street
Worcester, MA 01605

Jenkins Brothers 101 Merritt Seven
Norwalk, CO 06851

Jordan Valve 407 Blade Street
Cincinnati, OH 45216

Crane Company 300 Park Avenue
New York, NY 10022

DeZurik 250 Riverside Avenue, North
Sartell, MN 56377

Fisher Controls Company P.O. Box 190
Marshalltown, lA 50158

Masoneilan International 63 Nahatan Street
Norwood, MA 02062

Honeywell 1100 Virginia Drive
Fort Washington, PA 19034

Copes-Vulcan, Inc. Martin and Rice Avenues
Lake City, PA 14623

Valtek P.O. Box 2200
Sprinville, UT 84663

The Duriron Company, Inc. 1978 Foreman Drive
Cookeville, TN 38501

Cashco, Inc. P.C. Box A
Ellsworth, KS 67439

The Foxboro Company Foxboro, MA 02035

Tabla 1

Fabricantes de Válvulas de Control

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Agosto 2007

Tabla 2

Factor de flujo crítico, Cf, con abertura completa

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Agosto 2007

Tabla 2

Factor de flujo crítico, Cf, con abertura completa (continuación)

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Agosto 2007

Tabla 3

Coeficientes de capacidad de flujo de la válvula, Cg y C1

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Agosto 2007

Tabla 3

Coeficientes de capacidad de flujo de la válvula, Cg y C1 (continuación)

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Agosto 2007

Tabla 4

Presiones y Temperaturas críticas

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Material de empaque Presentación Se utiliza para Temperatura
Envoltura espiral. Listones delgados de hoja
Flexible, mecánico Vástago de válvula Hasta 450 ºF
de babbit blando
Envoltura espiral. Listones delgados de hoja
Empaquetaduras metálicas Válvulas para aceite caliente,
de aluminio anodizado flojas en torno a Hasta 1 000 ºF
flexibles (aluminio) válvulas para difenilo.
núcleo pequeño de asbesto puro y seco.
Empaquetaduras metálicas Hoja de cobre recocido floja en torno a un Válvulas para aceite caliente,
Hasta 1 000 ºF
flexibles (cobre) núcleo pequeño de asbesto puro y seco. válvulas para difenilo.
Asbesto puro de fibra larga y
Grafito y aglutinante para asbesto de fibras
grafito lubricante fino (no Gran elasticidad. Hasta 750 ºF
largas.
metálico).
Hilo de asbesto trenzado cerrado;
camisa superior reforzada con
Carretes, anillos troquelados Válvulas para alta temperatura. Hasta 1 200 ºF
alambre de inconel, núcleo de
asbesto de fibras largas.
Hilo de asbesto puro con inserto
Temperatura de
de alambre de inconel en torno a Vástagos de válvula para aire,
Carretes, anillos troquelados estopero hasta 1 200
un núcleo elástico de asbesto vapor, aceite mineral
ºF
impregnado con grafito.
Asbesto canadiense de fibras Válvulas para vapor a alta y
Carretes, anillos troquelados Hasta 500 ºF
largas torcidas. baja presión.
Asbesto, grafito y aglutinante a
Carretes, anillos troquelados Válvulas de cierre
prueba de aceite
Eje de válvulas para servicio
TFE macizo, trenzado Bobina, carrete, anillo
muy corrosivo.
Vástagos de válvula en servicio
Asbesto trenzado con
Bobina, carrete, anillo con productos químicos o -100 ºF a 600 ºF
impregnación completa con TFE
disolventes.
Asbesto trenzado con inserto de
alambre de alta calidad sobre un Vástagos de válvula para vapor,
Bobina, carrete Hasta 1 200 ºF
número flojo de grafito y aire, aceite mineral.
asbesto.
Asbesto trenzado con inserto de Vástago de acero inoxidable de
alambre de alta calidad sobre un Bobina, carrete válvulas para aire, vapor y Hasta 1 200 ºF
número flojo de grafito. agua.
Hilo de asbesto canadiense de
fibras largas trenzado, con cada Válvulas para vapor, aire, gases
Bobina, carrete Hasta 550 ºF
cabo impregnado con lubricante y productos químicos suaves.
resistente al calor.
Hilo de asbesto canadiense de
fibras largas, cada cabo tratado
con aglutinante sintético a Bobina, carrete Válvulas para refinerías. Hasta 750 ºF
prueba de aceite e impregnado
con grafito seco.
Asbesto blanco con trenzado y
sobretrenzado con inserto de Vástagos de válvulas para
Bobina, carrete Hasta 750 ºF
alambre impregnado con vapor, aire, gas, ácido cresílico.
lubricante resistente al calor.
Hilo de asbesto blanco trenzado
Bobina, carrete Vástagos de válvulas. -100 ºF a 600 ºF
con suspensoide de TFE.
Trenzado de hilo multifilamento Vástagos de válvulas para
Bobina, carrete -12 ºF a 500 ºF
de TFE blanqueado. líquidos muy corrosivos.
Hilo multifilamento de TFE Vástagos de válvulas para
trenzado impregnado con Bobina, carrete productos químicos, -120 ºF a 600 ºF
suspensoide de TFE. disolventes, gases corrosivos.
Camisa de asbesto trenzada Vástagos de válvulas para
sobre núcleo plástico de asbesto, Bobina, carrete vapor supercalentado, gases Hasta 850 ºF
grafito y elastómeros. calientes.

Tabla 5
Empaquetaduras

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