Este documento describe los componentes y características clave de las válvulas de control automático. Explica que las válvulas son los elementos finales de control más utilizados y que su selección depende de factores como la variable a controlar, las características del proceso, el tipo de fluido y las condiciones de operación. También describe los principales tipos de cuerpos de válvulas, actuadores, posicionadores y accesorios, así como consideraciones importantes para el dimensionamiento y pruebas de válvulas.

1. Instrumentación Digital y
Redes Industriales
Características de Válvulas de
Control Automático

2. REGULACIÓN

3. DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN LAZO DE CONTROL
.
ELEMENTO
FINAL DE
CONTROL (EFC)
RTU
ALARMAS
REGISTRADOR
INDICADOR
CONTROLADOR PROCESO
SENSOR O
ELEMENTO
PRIMARIO
TRANSMISOR O
ELEMENTO
SECUNDARIO
PC
(SCADA)
VARIABLE
MEDIDA
VARIABLE
MANIPULADA
SALIDA DE
CONTROL
VARIABLE
CONTROLADA
-
+
DETECTOR DE
ERROR O
COMPARADOR
CABLE,
TELÉFONO
o RF
DISTURBIOS
SET POINT
O VALOR DE
REFERENCIA

4. ELEMENTO FINAL DE CONTROL
Dispositivo que recibe una señal del controlador y efectúa una acción
que actúa directamente sobre el proceso, modificándolo.

5. Válvulas de Control
• Son los elementos finales de control
más usados.
• La teoría de control se desarrolló
teniendo como EFC a las VCA
• Son los elementos que modifican el
proceso.

6. Las VCA están compuestas por 2
partes principales:
- Cuerpo
- Actuador
Opcionalmente, pueden tener:
- Posicionador
- Sensores de posición
- Transductor
- Otros

7. Las VCA se seleccionan por:
• Variable a controlar
• Características del proceso
• Tipo de fluido: líquido, gas o vapor
• Tamaño de tubería
• Presiones, temperatura, gravedad
específica, etc. de la variable de
proceso
• Otros (Ruido, problemas, etc.)

8. • Con los datos indicados, se halla el Cv o Kv
de la válvula y en función de los valores que
cada fabricante tiene, se selecciona la VCA.
• Cv: en gpm
• Kv: en m3/h
• Cv = 1.16 Kv
• Kv = 0.86 Cv

9. Cómo se define el Cv
Es el número de US galones de agua a una
Temperatura de 60 °F, que pasa a través de un
orificio (restricción) con una caída de presión
de 1 psi en 1 minuto.

10. Inherent Flow Characteristics
• Linear
• Equal %
• Quick opening
0
20
40
60
80
100
120
0 20 40 60 80 100 120
% TRAVEL
%
CV
LINEAR
EQUAL PERCENTAGE
QUICK OPENING

11. CARACTERÍSTICAS DE LAS VÁLVULAS DE
CONTROL (VCA)
VARIABLE APLICACIONES CARACTERÍSTICA
PRESIÓN - LÍQUIDOS Y GASES EN GENERAL
- GAS CON RETARDO
CONSIDERABLE ENTRE LA
TOMA DE PRESIÓN Y LA VCA Y
CON ALTA PÉRDIDA DE CARGA
DE LA VCA
ISOPORCENTUAL (%)
(Equal Percentage)
LINEAL
FLUJO
- MARGEN DE CAUDAL AMPLIO
(GRAN CAUDAL)
- MARGEN DE CAUDAL
ESTRECHO Y ALTA PÉRDIDA
DE CARGA DE LA VCA
LINEAL
ISOPORCENTUAL (%)
(Equal Percentage)
NIVEL
- PÉRDIDA DE CARGA
CONSTANTE
- AUMENTO DE LA PÉRDIDA DE
CARGA DE LA VACA CON LA
CARGA DEL SISTEMA
SOBREPASANDO EL DOBLE LA
PÉRDIDA DE CARGA MÍNIMA
DE LA VCA
LINEAL
APERTURA RÁPIDA
(Quick Opening)
TEMPERATURA EN GENERAL
ISOPORCENTUAL (%)
(Equal Percentage)

12. ISA Equation, Liquid - Cv
q = gpm
N1 = 1.0
Fp = 1.0 (no reducers)
Gf = sp. gravity
P1 = inlet pressure, psia
P2 = outlet pressure, psia
Cv = valve flow coefficient (dimensionless)
C
q
N F
G
P P
v
p
f


1 1 2

14. PRESSURE
P1
P2
Pvc

15. Flashing
PRESSURE
P1
P2
CRITICAL
Pv

16. PRESSURE
P1
P2
CRITICAL
Pv
CAVITACION

17. Difusor
17
De una o dos etapas.
La capacidad no se limita.
Adecuado cuando la relación Dp/p1 es muy alta
Hecho a medida para cada caso.

18. Control Valve Sizing

19. • Los tipos de cuerpo más usados
son:
• Globo
• Mariposa
• Excéntrica
• Pinch
• Bola (cierre rápido)
• Compuerta (hermeticidad)

20. Válvulas de control

22. Válvula de 3 vías
• Aplicaciones:
unidades de rechazo
de petróleo crudo,
retorno de fluidos en
proceso, etc.

23. • Eccentric plug

24. TIPOS DE VÁLVULAS
24

25. Tipos de válvulas: por aplicación
• Manual
tipo de accionamiento: palanca, caja reductora, otro.
• Automática on-off
tipo de actuador: neumático SE o DE, eléctrico, otro.
• Control
tipo de actuador: neumático SE o DE, eléctrico, otro.
tipo de posicionador: inteligente, electronico o neumático.
• Otros
seguridad, alivio - Autooperada (reguladora) – retención - multi
vias - trampas – válvula de muestreo - etc.
25

26. Tipos de válvulas: por construcción
26
Mariposa – 2 y
3 excentricidad
Segmentada
Plug Excentrico
Bola Top Entry
Globo

27. COMPONENTES BÁSICOS
27

28. Componentes básicos
28
•Posicionador
•Neumático, Eléctro-Neumático, Electrónico
•Actuador
•Neumático, Eléctrico, Especial
•Doble efecto X Simple efecto
•Bonete
•Empaquetadura
•Cuerpo
•Asiento, Obturador, Vástago/Eje
TRIM

29. Conexiones
• Union por Rosca
– Extremos roscados
• Wafer
– Entre bridas
• Wafer Lugged
– Sobre bridas
• Brida Abulonada
– Cara plana, cara con resalto, junta tipo anillo.
• Solda
– Encastrada, a tope
• Otras
– Tri-clamp, etc.
29

30. Wafer
30

31. Lugged
31

32. Bridada
32

33. Soldada
33

34. Los actuadores pueden ser:
• Manuales (no es VCA)
• Neumáticos (control modulante)
• Eléctrico (control on/off, modulante)
• Hidráulico (cierre de emergencia)
• Una combinación de 2 de ellos

35. Selección de una VCA
• Variable a controlar
• Tamaño de tubería
• Flujo instantáneo (Máx, Mín, promedio)
• Presión de entrada (Máxima y Mínima)
• Presión de salida (Máxima y Mínima)
• Caída de presión (bajo condiciones normales de
operación)
• Temperatura de Operación (Máxima y Mínima)
• Pesión Crítica (Pc)
• Tipo de fluido: líquido, gas o vapor
• Gravedad Específica (Sp-Gr) o densidad del fluido

36. • Características del fluido: corrosivo, abrasivo,
etc.
• Caída de presión (presión diferencial) a través
de la VCA en condiciones de shutoff
• Viscosidad del fluido
• Condiciones especiales del fluido: enfriamiento,
condensación, etc.
• Máximo nivel de ruido permitido (en dB)
• Existencia de flashing o cavitación (si es
conocido)
• Servicio: control continuo (Throttling) u on/off
• Tipo de cuerpo: Globo, mariposa, etc.
• Obturador: balanceado o desbalanceado

37. • Acción del plug (tapón u obturador): push down
to open o push down to close
• Conexiones y clase: Roscadas (NPT, NPS, M20,
etc.), soldables, bridadas ANSI, DIN, JIS,
sanitarias, etc. (2” ANSI 150 FF, 1 ½” ANSI
1500 RTJ, 6” ANSI 300 RF, DN 50 DIN PN 20,
DN 40 DIN PN 250, DN 150 DIN PN 50, etc.)
• Tamaño del obturador
• Material del cuerpo: ASTM A216 grado WCC,
ASTM A217 grado WC9, ASTM A351 grado
CG8M, etc.
• Material del obturador: acero inoxidable 316,
acero inoxidable 17-4PH, Monel, Hastelloy, etc.

38. • Material del asiento: Metálico (o duro: acero
inoxidable, monel, hastelloy, etc.) o elastomérico
(o blando: Viton, teflon, BunaN, nylon, etc.)
• Material de los empaques: Buna N, Viton (FKM),
teflon (PTFE), nylon, polietileno de alta densidad
(HDPE), etc.
• Clase de hermeticidad (máxima fuga permitida
por el asiento, según estándar ANSI/FCI 70-2-
1991): Clase I a VI
• Característica del Obturador: Lineal,
Isoporcentual, apertura rápida, etc.
• Estándares de prueba de la válvula (ISA, API,
EN, etc.): Hermeticidad, ruido, materiales, etc.

39. ACTUADORES
• Tipo: neumático, eléctrico, hidráulico, etc.
• Alimentación (aire, gas, tensión AC monofásica
o trifásica, tensión DC, etc.)
• Señal de entrada: neumática (3 – 15 psig, 6 – 30
psig, etc.), eléctrica (4 – 20 mA, 10 – 50 mA, 1 –
5 VDC, on/off, etc.), digital, etc.
• Acción: directa o reversa
• Posición de la válvula por falla: abierta, cerrada
o última posición antes de la falla
• Tamaño del actuador (torque y empuje)
• Opciones: Clasificación de área peligrosa, NEMA
o IP, comunicación digital, registro de datos,etc.

40. POSICIONADORES
• Tipo: neumático, electo-neumático, eléctrico
analógico o digital
• Alimentación (aire, gas, tensión AC monofásica,
tensión DC, etc.)
• Señal de entrada: neumática (3 – 15 psig, 6 – 30
psig, etc.), eléctrica (4 – 20 mA, 10 – 50 mA, 1 –
5 VDC, on/off, etc.), digital, etc.
• Retroalimentación de posición
• Opciones: Clasificación de área peligrosa, NEMA
o IP, comunicación digital, registro de datos,
transductores de presión y temperatura, etc.

41. ACCESORIOS
• Manubrio (Handwheel)
• Regulador de presión de suministro de aire/gas
• Convertidor I/P (4 – 20 mA / 3 – 15 psi)
• Limit switches
• Booster
• Válvulas solenoide
• Software y accesorios para configuración de
actuador o posicionador
• Software de diagnóstico
• Protocolo de comunicación

42. Algunos criterios a seguir en
válvulas de control:
• Dimensionamiento de la válvula
(cálculo de Cv): ANSI/ISA-75.01-
1985 (R1995)
• Pruebas de hermeticidad de
válvulas: ANSI/ISA-75.19.01-2001.
• Consideraciones de cavitación: ISA-
RP75.23-1995

43. • Por ejemplo, si se cambia de
actuador, deberíamos asegurarnos
que el nuevo actuador posibilite un
cierre completo de la válvula, a
través de pruebas hidrostáticas de
la válvula (hermeticidad).

44. Bombas dosificadoras
• Sirven para inyectar químicos en
procesos químicos y operaciones
petroleras.
• Generan bajos flujos a alta presión.
• Tienen pistones accionados neumática
o eléctricamente.

46. Enlaces
• https://es.khanacademy.org/science/physic
s/fluids/density-and-pressure/v/specific-
gravity.
• https://www.youtube.com/watch?v=9P46c
C-xmiQ
• https://www.youtube.com/watch?v=2OC8
WRrDCek (bridas)