TEMA N 1 FLUJO DE FLUIDOS EN FASE LIQUIDA: Tubos, válvulas y accesorios

Transcripción

1 UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL FRANCISCO DE MIRANDA PROGRAMA DE INGENIERIA QUIMICA APRENDIZAJE DIALOGICO INTERACTIVO OPERACIONES UNITARIAS I TEMA N 1 FLUJO DE FLUIDOS EN FASE LIQUIDA: Tubos, válvulas y accesorios FACILITADOR: Prof. Ing. Mahuli A. González G.

2 UNIDAD I FLUJO DE FLUIDOS EN FASE LIQUIDA Tubos, válvulas y accesorios Las aplicaciones a los procesos químicos incluyen frecuentemente el estado fluido. El fluido se transfiere generalmente de una parte del proceso a otra a través de tuberías y de tubos con sección transversal circular, que existen en una amplia variedad de tamaños, espesor de pared y materiales de construcción. La mayor parte de los problemas de flujo de ingeniería química requieren el uso de ductos cerrados más que el de canales abiertos. El propósito de esta unidad es conocer los términos básicos en el transporte de fluidos. En esta sección se estudiará la diferencia entre tuberías y tubos, así como los diferentes materiales que pueden ser fabricados, las especificaciones de las tuberías y los tubos, las principales funciones de los accesorios, las válvulas, su descripción, funciones y los factores para su selección. El objetivo de esta unidad es familiarizar al estudiante con las definiciones y principales términos asociados a: tuberías, accesorios y válvulas relacionados al transporte de fluido, reconociendo su importancia en la Ingeniería Química. 1.1 Tubería y Tubo Diferencias entre tubería y tubo. Tubería (Pipe): Productos tubulares, que se especifican por su diámetro nominal y espesor de la pared. Son de pared gruesa y rugosa, diámetro relativamente grande, longitud moderada, sus tramos pueden unirse por bridas, soldaduras y conexiones roscadas. Se fabrican por soldadura moldeo ó taladro. Tubo (Tubing o tube): Cualquier conducto que no cumpla con la especificación anterior. Se especifican por el diámetro externo real y el espesor de la pared, paredes delgadas y lisas, en forma de rollos de grandes longitudes, no pueden

3 roscarse sus tramos pueden unirse por medio de bridas y soldadura, se fabrican por obstrucción o laminación en frío. 1.2 Materiales de construcción. Los tubos y tubería se fabrican de muy diversos materiales que comprenden: metales y aleaciones, tales como: hierro colado, hierro dulce, acero al carbono, aleaciones de acero ( Cr, Cr-Ni, Cr-Mo ), metales y aleaciones no férricas Pb, Br, Cr, Cu, Monel ( Ni-Cr-Fe ), Latón ( Cu-Zn ), Admiralty ( Cu-Zn-Sn ); plásticos, madera, cerámica, vidrio, cemento, asbesto-cemento, etc. 1.3 Especificación de tuberías: Diámetro Nominal-Catálogo: Un método para identificar el tamaño de las tuberías fue establecido por ANSI (Instituto Americano de Normas Nacionales. Por convención el tamaño de las tuberías y conexiones están caracterizados en términos de Diámetro Nominal y el Catálogo ó Cédula (Schedule) y se clasifican en función de estos. El diámetro nominal es una expresión estandarizada del diámetro de la tubería y el número de catálogo indica el espesor de la pared. Tuberías de acero comercial con diámetro nominal mayor a 12 pulgadas, el diámetro nominal es igual al diámetro externo real, para tuberías entre 3 y 12 pulgadas, el diámetro nominal es aproximadamente igual al diámetro interno real y para tuberías pequeñas, esto no se cumple. Sin tener en cuenta el espesor de pared el diámetro externo de todas las tuberías correspondientes a un determinado tamaño nominal es el mismo con el fin de intercambiar accesorios. Para un determinado diámetro nominal cuando la cédula disminuye el espesor disminuye y el diámetro interno aumenta. Las tuberías de otros materiales se fabrican con el mismo diámetro externo que las tuberías de acero, con el objeto de poder intercambiar las diversas partes de un sistema de conducción. Estas dimensiones normalizadas de tuberías se les conoce como IPS (Iron Pipe Size) ó NPS (Normal Pipe Size).Tubería de cobre de 4 pulgadas IPS, significa : una tubería de cobre que tiene el diámetro exterior de una tubería de acero normalizada de 4 pulgadas. (Mc Cabe, 1998)

4 El número de catálogo indica el espesor de pared y viene dada por la expresión: 1000 donde: P = Presión interna de trabajo ( Kgf / m 2 ) S = Presión que soporta la aleación empleada ( Kgf / m 2 ) Se emplean 10 números de catálogo: 10, , 40, 60, 80, 100, 120, 140 y 160. Para otras aleaciones el espesor de pared puede ser mayor ó menor que el de una tubería de acero, dependiendo de la resistencia que posee la aleación. (Foust, 1980) En la Tabla 1 se muestra la medida nominal de la tubería en pulgadas para cada espesor de tubería o también llamada cedula (Schedule) y se especifica el diámetro exterior, el espesor de la pared y el diámetro interno para cada uno. Es importante resaltar que esta tabla será de mucho uso a lo largo del curso, debido a que en los ejercicios prácticos generalmente se especificará el diámetro nominal de la tubería y su respectivo espesor, siendo necesario conocer el diámetro interno real para realizar todos los cálculos correspondientes a: área de tubería, Numero de Reynolds, etc.

5 Tabla 1. Tuberías comerciales de acero. Fuente: Crane, 1976

6 Por ejemplo, si la tubería tiene un diámetro nominal de 2 pulgadas cedula 40, su diámetro interior es 52.5 mm (ver Tabla 1). Si es necesario conocer el área de la tubería y el régimen de flujo (laminar, en transición o turbulento) a través del Numero de Reynolds se utilizará siempre el diámetro interior de la tubería. En el Tabla 1 se puede observar que para un diámetro nominal específico si aumenta la cedula, aumenta el espesor de la tubería. Considere como diámetro nominal 2 pulgadas, observe el recuadro en rojo y compare la cedula 40 y cedula 80, compruebe que al aumentar el catalogo aumenta el espesor de la pared y por ende disminuye el diámetro interior de la tubería Especificación de tubos: Diámetro Externo-BWG: Para los tubos el tamaño viene dado por el diámetro externo real ó sea el valor nominal corresponde al diámetro externo real dentro de tolerancias pequeña El espesor de pared se indica por el número BWG ( Birminghan Wire Gage ) cuyo intervalo comprende desde 24 (muy delgado) hasta 7 muy grueso (tubos empleados en intercambiadores de calor y conexiones de instrumentos). En la Tabla 2 se muestra datos de los tubos para condensadores e intercambiadores de calor, en ella se especifica para cada Diámetro Externo del tubo en pulgadas los diferentes números de BWG (Espesor del tubo), diámetro interno del tubo, Área de flujo por tubo, superficie por píe lineal, peso por pie lineal. Dicha tabla será de utilidad en el Tema N 4. Intercambiadores de calor de carcaza y tubo.

7 Tabla 2. Datos de tubos para condensadores e intercambiadores de calor. Fuente: Kern, 1999

8 En la Tabla 2 se puede comprobar que a medida que aumenta el BWG disminuye el espesor de la pared y por ende el diámetro interno aumenta 1.4 Tamaño óptimo de la tubería. El tamaño óptimo de tubería, depende del costo de instalación, potencia mantenimiento, y las tuberías y accesorios de repuesto. Los tamaños óptimos en pulgadas son:1 / 2, 3 / 4, 1, 1 ½ (difíciles de conseguir), 2, 3, 4, 6, 8, 10, 12, 14 (difíciles de conseguir), 16, 18 (difíciles de conseguir) 20, 24, 26 y mayores con incremento de 6 pulgadas. (Mc Cabe, 1998) En general, el tamaño mínimo será: Pulgadas Líneas de servicio 1 / 2 Líneas de proceso 1 Conexiones de instrumento y líneas trazadas con vapor No hay limitaciones Cañerías subterráneas (sewer lines) 4 Otros tipos de líneas subterráneas 1 ½ 1.5 Recomendaciones prácticas para instalaciones de tuberías. El buen funcionamiento de una planta puede depender de la instalación en la tubería. Se pueden nombrar como recomendaciones generales. Conducciones paralelas. Evitar codos en ángulo recto. Tomar precauciones para que las conducciones se puedan limpiar con facilidad para lo cual, es necesario instalar gran número de uniones ó bridas. Para facilitar la limpieza colocar cruces y tes, en lugar de codos, con su abertura sobrante cerrada con un tapón. En flujo por gravedad el diámetro debe ser superior al necesario y contener un mínimo de codos. Las válvulas han de mantenerse con el vástago hacia arriba, altura adecuada para poder ser alcanzada por el operador, bien sujetas pero sin tensiones, con suficiente holgura para permitir la expansión térmica de la tubería adyacente y con espacio suficiente para poder abrirla completamente y para reponer la caja prensaestopas.

9 1.6 Normas COVENIN de colores de identificación de tuberías. Con el fin de distinguir el tipo de fluido que transporta una tubería rápidamente dentro de una planta y brindarle seguridad al operarlo, se han dictado las normas en cuanto al color, con el cual deben ser pintadas éstas. No es necesario utilizarlos en los diagramas de flujo. A continuación se presentan las tablas A y B con normas estipuladas por COVENIN. TABLA A Nombre del fluido Agua Agua para combatir incendio Vapor Aceite vegetales, animales ó minerales, líquidos combustibles ó inflamables. Gases inertes ó inflamables Ácidos Álcalis Aire Residuos en fermentación y aguas negras Productos fermentables Vacío Color Básico de Identificación Verde Rojo Gris plateado Marrón Amarillo Anaranjado Violeta Azul Negro Gris oscuro Gris claro TABLA B Fluido Color Básico de Identificación Color de los anillos Agua potable Verde Azul Agua Residual Verde Negro Agua condensada Verde Amarillo Agua salada Verde Anaranjado

10 Agua radioactiva Verde Negro y Violeta Aceites vegetales o animales Marrón Dorado Aceites minerales y otros líquidos combustibles Marrón Rosado Ácido concentrado Anaranjado Amarillo Cabeza y cola de destilación Negro Marrón Alcohol etílico en destilerías Marrón Azul Alcohol Desnaturalizado Marrón Verde Productos destilables Marrón Anaranjado Líquido inflamable Marrón Amarillo Gas inerte Amarillo Gris plateado 1.7 Accesorios para tuberías Principales funciones de los accesorios. Se utilizan en las conducciones para: Unir tramos de tuberías; por ejemplo los coples y las tuercas unión (Ver figura 1) Figura 1. Accesorios para unir tramos de tuberías

11 Cambiar la dirección de la línea; por ejemplo codos o tes (Ver Figura 2) Figura 2. Accesorios para cambiar la dirección de una línea Cambiar el diámetro de la línea: por ejemplo reducciones (Ver Figura 3) Figura 3. Accesorios para cambiar el diámetro de una línea Conectar diferentes ramas de la línea; por ejemplo tes, cruces y yes

12 Cerrar el final de la línea; por ejemplo una válvula, brida ciega (Ver Figura 4) Figura 4. Accesorios para cerrar una línea Métodos comunes para unir tramos de tuberías y accesorios. Los métodos para unir tubos y tuberías dependen del material de construcción y el espesor de pared. Tuberías de pared gruesa se conectan con accesorios roscados, bridas ó soldadura y las fabricadas con materiales frágiles como vidrio, carbón ó fundición se unen con bridas ó juntas de enchufe y cordón. Los tubos de pared delgada se unen por soldadura., compresión ó accesorios cónicos; la rosca debilita la pared del tubo y en general los accesorios roscados no son fuertes, por lo tanto el número del catálogo debe duplicarse. Los accesorios roscados están normalizados hasta tuberías de 12 pulgadas, pero debido a la dificultad del roscado y al manejo de tuberías grandes, se emplean muy raramente para tuberías mayores de 3 pulgadas, es decir para tuberías mayores de 2 pulgadas se utilizan bridas ó soldaduras. Las bridas, son dos discos iguales ó anillos metálicos unidos mediante tornillos que comprimen una junta que está situada entre sus caras, se unen por rosca ó soldadura; son el método universalmente adoptado para unir tuberías de grandes diámetros mayores de 50 ó 65 mm; para cerrar una tubería se utiliza una brida ciega, que es una brida sin abertura. Para unir las diferentes piezas de una tubería de acero en procesos donde la presión es elevada, la soldadura ha llegado a ser el método normal, ya que la unión es más fuerte y no debilita la pared de la tubería como los accesorios roscados, de manera que para una

13 determinada presión pueden emplearse tuberías de menor espesor. Las uniones hechas por soldaduras son herméticas, su principal desventaja es la dificultad para realizar los cambios. Junta de Expansión. Es un dispositivo utilizado para absorber las tensiones originadas por la expansión en tuberías largas sometidas a cambios de temperaturas, se utilizan con empaquetadura, fuelles ó sin empaquetadura. A su vez, amortiguan y reducen los ruidos, las vibraciones y eliminan la tensión. Se utilizan en servicios de inyección de vapor. En la figura 5 se muestra una junta de expansión Figura 5. Junta de expansión Prensaestopa y Cierre Mecánico. Son dispositivos para disminuir las fugas y al mismo tiempo permitir libertad de movimiento. En muchos procesos es necesario que parte del equipo se mueva con relación a otra, sin que existan pérdidas excesivas de fluido en la pieza móvil. Ejemplos de junta de expansión con empaquetadura, tenemos en válvulas donde el vástago entra en el cuerpo de esta y tiene libertad de giro sin dejar salir el fluido, en el árbol de una bomba ó compresor que penetra en la carcasa ó cuando el eje de un agitador atraviesa la pared de un tanque a presión, etc. Ninguno de estos dispositivos evita completamente las fugas; el movimiento de la pieza puede ser de vaivén ó rotatorio, ó ambos a la vez, pequeño ó accidental como el de una junta de expansión con empaquetadura, ó prácticamente continuo como ocurre en una bomba.

14 La caja prensaestopa sirve de cierre a un árbol rotatorio ó longitudinal, es una cámara estacionaria que rodea al eje ó tubería. (Ver Figura 6 b) El cierre mecánico o también llamado sello mecánico, es un cierre rotatorio ó mecánico, el contacto deslizante tiene lugar entre un anillo de grafico y una cara pulimentada de metal generalmente acero al carbono, se utilizan ampliamente en equipos en los cuales se manejan fluidos muy corrosivos. (Ver Figura 6 a) (a) (b) Figura 6. Cierre mecánico (a) y prensaestopa (b) 1.8 Válvulas Definición y Descripción. La válvula es un mecanismo que sirve para regular el flujo de una tubería y esta regulación pude ser desde cero (válvula totalmente cerrada), hasta el flujo total (válvula totalmente abierta), y pasa por todas las posiciones intermedias, entre esos extremos. La válvula está constituida por: El cuerpo, el cual tiene el ducto para el paso del fluido y los asientos. El bonete, que junto con el cuerpo constituyen el armazón general de la válvula, permite el paso del vástago y aloja parte del elemento de cierre cuando la válvula está abierta. El estopero, ó caja de empaque del bonete, sirve para sellar la salida del vástago, por medio de empaques y está formado por el buje de asiento y el bonete. El asiento, es la parte de la válvula que junto con la cuña ó el disco realizan el cierre por el contacto de sus superficies.

15 El vástago es el elemento principal para trasmitir el movimiento al mecanismo de cierre y que junto al volante constituyen las partes móviles de la válvula. (a) (b) Figura 7. Corte longitudinal de una válvula de globo (a) y una válvula de compuerta (b) A Rueda E Nuez de bloqueo H Bonete K Nuez del disco B Tuerca de la rueda F Linterna I Sostén del disco L Cuerpo C Vástago G Empaque J Disco Factores para la selección de una válvula. La selección de las válvulas incluye muchos factores y es preferible tener como referencia un sistema que facilite la selección. Se deben tener en cuenta, como mínimo las siguientes características básicas: tipo de válvula, materiales de construcción, capacidades de presión y temperatura, material de empaquetaduras y juntas, costo y disponibilidad. Tipo de válvula: El tipo de válvula dependerá de la función que debe efectuar sea de cierre (bloqueo), estrangulación ó para impedir el flujo inverso. Estas funciones se deben determinar después de un estudio cuidadoso de las funciones de la unidad y del

16 sistema para los cuales se destina la válvula. Dado que existen diversos tipos de válvula para cada función, también es necesario determinar las condiciones del servicio donde se emplearán las válvulas. Es de importancia primordial conocer las características químicas y físicas de los fluidos, se debe prestar atención: Función de la válvula: Válvula de cierre ó bloqueo ( compuerta, bola, macho, mariposa ) Válvula de estrangulación ( globo, aguja, ángulo, Y, mariposa ) Válvula de retención Tipo de servicio: Líquidos Gases Líquidos con gases Líquidos con sólidos Gases con sólidos Vapores generados instantáneamente por la reducción de la presión del sistema Con corrosión ó sin corrosión Con erosión ó sin erosión Materiales de construcción: Luego de tener la función, el servicio y seleccionar el tipo de válvula, se deben tener en cuenta los materiales de construcción para el servicio que se destine la válvula. Todas las partes de la válvula que están en contacto con el fluido, deben tener la resistencia necesaria para la corrosión. Para seleccionar los materiales adecuados para la corrosión se deben tener en cuenta los materiales recomendados por los fabricantes, si es inadecuada se deben obtener datos mediante pruebas de corrosión en el laboratorio. Entre los materiales de las válvulas disponibles en el mercado para industrias de procesos químicos se encuentran, acero inoxidable, hierro fundido, hierro dúctil, bronce, acero fundido, acero forjado.

17 Capacidades de presión y temperatura: Luego de conocidas las presiones y temperaturas máximas de operación, el ingeniero podrá establecer la capacidad de presión requerida por la válvula y se deben consultar y comparar con las listas de presión y temperatura del fabricante. Materiales de empaquetaduras y juntas: Esta es tan importante como el material de la válvula para un determinado servicio, ya que la selección inadecuada puede ocasionar fugas en la válvula y requerir un paro del sistema para reemplazarla, además si el fluido es tóxico se originan accidentes en el personal y daños a la planta y su forma física debe ser compatible a las características mecánica de la válvula. Se debe consultar la literatura de los fabricantes y las publicaciones técnicas. Entre los materiales de empaque para válvulas en servicios en diversos procesos se tienen: empaquetaduras metálicas flexibles de aluminio, cobre, asbesto, etc Costo y disponibilidad: Luego de seleccionar la válvula, más de un tipo de válvula será adecuada para un trabajo específico, entonces la selección se hará según el costo y la disponibilidad en el mercado Principales tipos de válvulas según su función. Válvulas de cierre ó bloqueo: Estas válvulas presentan un paso directo del flujo, solo abren o cierran. - Válvula de Compuerta: Resistencia mínima al fluido en la tubería. Se utiliza totalmente abierta o cerrada. Accionamiento poco frecuente. Se utiliza para servicio de líquidos limpios (contienen poco o ningún material sólido). Este tipo de válvula supera en número a otros tipos de válvulas en servicio donde se requieren circulación ininterrumpida y poca caída de presión. No se recomiendan para servicios de estrangulación, porque la compuerta y el sello tienden a sufrir erosión rápida, cuando se restringe la circulación y producen turbulencia con la compuerta parcialmente abierta. (Ver Figura 8)

18 Figura 8. Válvula de compuerta - Válvula de Macho: Cierre hermético. Deben estar abiertas o cerradas del todo. Son ideales para manejar corrientes con alto contenido de sólidos, incluso pastas aguadas muy espesas. Dado que el fluido por la válvula es suave e ininterrumpido, hay poca turbulencia dentro de ella y, por tanto, la caída de presión es baja. Son de acción rápida, operación sencilla, espacio mínimo para la instalación, tienen resistencia mínima al flujo. Hay dos tipos principales de válvulas de macho: lubricadas para evitar las fugas entre la superficie del macho y el asiento en el cuerpo y al mismo tiempo reducir la fricción durante la rotación, y las no lubricadas donde el macho tiene un revestimiento que elimina la necesidad de la lubricación. (Ver Figura 9) Figura 9. Válvula de Macho - Válvula de Mariposa: Su uso principal es de cierre y estrangulación de grandes volúmenes de gases y líquidos a baja presión. Su diseño de disco abierto, rectilíneo,

19 evita cualquier acumulación de sólidos; la caída de presión es muy pequeña. Apertura total, cierre total o estrangulación, operación frecuente, cierre positivo para gases o líquidos. (Ver Figura 10) Figura 10. Válvula de Mariposa - Válvula de Bola: No hay obstrucción al flujo. Se utilizan para líquidos viscosos y pastas aguadas. Cierre positivo. Se utiliza totalmente abierta o cerrada. No manejan fluidos que se polimerizan o se sedimentan, ya que pueden dañar los asientos y acumularse detrás de la bola. Son básicamente válvulas de macho modificadas. Son rápidas para operarlas, de mantenimiento fácil, no requieren lubricación, producen cierre hermético con baja torsión y su caída de presión es función del tamaño del orificio. 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. (Ver Figura 11) Figura 11. Válvula de bola

20 Válvulas de estrangulación: Estas válvulas tiene un cambio en la dirección del flujo, pueden estar en posiciones intermedias llámese abierta a la mitad, ¾ abierta, esto genera mayor caída de presión que las válvulas de cierre o bloqueo. - Válvula de Globo: Son para uso frecuente. Cierre positivo. El asiento suele estar paralelo con el sentido del flujo, producen resistencia y caída de presión considerable. Se utilizan para cortar o regular el flujo del líquido y este último es su uso principal. El cambio del sentido del flujo (dos vueltas en ángulo recto) en la válvula ocasiona turbulencia y caída de presión. Esta turbulencia produce menor duración del asiento. Alta resistencia y caída tolerable de presión en la línea. (Ver Figura 12) Figura 12. Válvula de Globo - Válvula de Aguja: Estas válvulas son básicamente, válvulas de globo que tienen un macho cónico similar a una aguja, que ajusta con precisión en sus asientos. Se puede tener estrangulación exacta de volúmenes pequeños porque el orificio formado entre el macho cónico y el asiento cónico se puede variar a intervalos pequeños y precisos. (Ver Figura 13)

21 Figura 13. Válvula de aguja - Válvulas en Y: Las válvulas en Y son válvulas de globo que permiten el paso rectilíneo y sin obstrucción igual que las válvulas de compuerta. La ventaja es una menor caída de presión en esta válvula que en la de globo convencional. Tienen buena capacidad para estrangulación. (Ver Figura 14) Figura 14. Válvula en Y - Válvula de Ángulo: Son en esencia, iguales que las válvulas de globo. La diferencia principal es que el flujo del fluido en la válvula de ángulo hace un giro de 90. Su empleo principal es para servicio de estrangulación y presenta menos resistencia al flujo que las de globo. (Ver Figura 15) Figura 15. Válvula de ángulo - Válvula de Diafragma: Se utilizan en servicios para corte y estrangulación y desempeñan una serie de servicios importantes para el control de líquidos. Las

22 aplicaciones principales son para bajas presiones y con pastas aguadas que obstruirían o corroerían las piezas funcionales de la mayor parte de otros tipos de válvulas. No requieren empaquetaduras en el vástago. Su vida útil dependerá de las presiones, temperatura y la frecuencia de las aperturas y cierres. (Ver Figura 16) Figura 16. Válvula de diafragma - Válvula de Mariposa: (Igual a la anterior). - Válvula de Retención (Check): Son integrales y se destinan para impedir la inversión de flujo en una tubería. La presión del fluido circulante abre la válvula; el peso del mecanismo de retención y cualquier inversión en el flujo la cierran. Hay diferentes tipos de válvulas de retención y su selección depende de la temperatura, caída de presión que producen y la limpieza del fluido. (Ver Figura 17) Figura 17. Válvula de retención

23 - 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 las válvulas de compuerta. Sus características principales son: mínima resistencia al flujo, servicios de baja velocidad y con cambios de dirección poco frecuentes. - Válvula horizontal de retención: Requieren caídas de presión mas o menos grandes. Incluyen cambios frecuentes de dirección, mayor resistencia al flujo y prevención de flujo inverso. Su construcción interna es similar a la de las válvulas de globo. Se utilizan con válvulas de globo y ángulo. - Válvula de retención de bola: Están limitadas a tamaños pequeños y para servicio con materiales viscosos o que producen depósitos. - Válvula de retención de mariposa: Son muy similares a las válvulas de mariposa y muchas veces se utilizan en combinación con ellas. Sus características principales de servicio son mínima resistencia al flujo, cambios frecuentes de dirección y para uso en tuberías equipadas con válvulas de mariposa. Válvulas Especiales: - Válvula de Purga: Son válvulas de globo modificadas y su uso principal es en servicio de vapor a alta presión para purgar la caldera cada cierto tiempo a fin de mantener una concentración satisfactoria. (Ver Figura 18) Figura 18. Válvula de purga - Válvula de Desahogo: Es una válvula automática para desahogo que funciona con la presión estática en el lado de corriente arriba. La válvula se abre en proporción al

24 aumento en relación con la presión de apertura y su empleo principal es en servicio con líquidos. - Válvula de Seguridad: Es para desahogo automático de la presión y la acciona la presión estática en el lado de corriente arriba. La válvula se abre o dispara con gran rapidez y se utiliza principalmente en servicios de vapor de agua y gases o vapores. (Ver Figura 19) Figura 19. Válvula de seguridad - Válvula de Pie: Es un tipo especial de válvulas de retención horizontal, que se utiliza en el tubo de succión de una bomba de suministro para evitar flujo inverso y pérdida de succión y contaminación del líquido en el depósito, su principal desventaja consiste en que aumenta la resistencia en la succión de la bomba y reduce la carga de succión neta disponible (NPSH)d. (Ver Figura 20) Figura 20. Válvula de pie

25 - Válvula de Control: Regula la alimentación de material o energía a un proceso, ajustando la abertura a través de la cual el material fluye, comportándose como un orificio variable en una línea. En sistemas automáticos de control la señal de salida del controlador actúa sobre la válvula a través de un actuador, el cual provee la potencia mecánica necesaria para operar la válvula de control, el actuador puede ser neumático, eléctrico, hidráulico o manual. Entre los tipos más comunes de cuerpos de válvulas y sus aplicaciones se pueden mencionar: globo, tres vías, ángulo, mariposa, bola, etc. (Ver Figura 21) Figura 21. Válvula de control - Trampa de vapor: Es un dispositivo, que se instala en la salida de todas las unidades de calentamiento como rehervidores, intercambiadores, etc.; que permite eliminar condensado, aire y otros gases no condensables, además de prevenir pérdidas de vapor. (Ver Figura 22) Figura 22. Trampa de vapor

26 - Eliminación de condensado: El condensado debe pasar siempre, rápido y completamente a través de la trampa para vapor para obtener un mejor aprovechamiento de la energía térmica del vapor. - Eliminación de aire y otros gases no condensables: El aire y los gases disminuyen el coeficiente de transferencia de calor. Además, se debe tener presente que el O 2 y el CO 2 causan corrosión. - Prevención de pérdidas de vapor: No deben permitir el paso de vapor sino hasta que éste ceda la mayor parte de energía que contiene, también las pérdidas de vapor deben ser mínimas mientras la trampa libera vapor condensado, aire y gases incondensables.

27 Tabla 3. CARACTERÍSTICAS GENERALES PARA LA SELECCIÓN DE VÁLVULAS Tipo Gama de tamaño(pulg) Máxima presión(psi) Máxima temperatura( F) Material de construcción Retención 1/8-24 Hasta Hasta 1200 Aleaciones especiales, acero inoxidable, acero, bronce, hierro Bola 1/8-42 Hasta Hasta 1000 criogénica Hierro, acero, latón, bronce, acero inoxidable; plásticos y aleaciones especiales Aguja 1/8-1 Hasta Hasta 500 criogénica Globo 1/2-30 Hasta 2500 Hasta 1000 Compuerta 1/2-48 Hasta 2500 Hasta 1800 Angulo 1/8-10 Hasta 2500 Hasta 1000 Mariposa Hasta 2000 Hasta 2000 Macho Hasta 30 Hasta 5000 Hasta 600 Bronce, acero, hierro, acero inoxidable Aleaciones especiales, acero inoxidable, acero, bronce, hierro Aleaciones especiales, acero inoxidable, acero, bronce, hierro Aleaciones especiales, acero inoxidable, acero, bronce, hierro Materiales para fundir o maquinar.camisas de plástico, caucho o cerámica. Hierro, latón, acero, acero inoxidable, bronce; plásticos y diversas aleaciones. Disponibles con camisas completas de caucho o plástico

28