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VALVULAS
Especificación de válvulas para aplicaciones críticas

La selección eficaz de una válvula de control exige un conocimiento práctico de los tipos de válvulas existentes en el mercado, materiales de fabricación disponibles, además de un profundo conocimiento del proceso y comportamiento del fluido que se requiere controlar. Generalmente en este proceso de selección y especificación, muchas veces no se toman en cuenta todas las consideraciones necesarias para cumplir con las exigencias de la aplicación que podría catalogarse como crítica o severa, lo que luego termina en una operación deficiente de la válvula.

En los diversos procesos productivos podremos encontrar aplicaciones severas o críticas. Estos servicios tienen como denominador común alguna condición de operación especial que les otorga ese grado y pueden estar definidos por: alta temperatura, alta presión, una abrupta caída de presión, fluidos inestables, un servicio altamente abrasivo u otras condiciones que generan fenómenos no deseados en el proceso como presencia de altos niveles de cavitación, sonoridad excesiva superior a los 90 dB, alta corrosión o desgaste interno excesivo. Ante estos tipos de fenómenos se debe optar por la selección de válvulas de características especiales, ya sea provista de internos más resistentes, obturadores especiales, difusores o atenuadores para restringir el ruido, materiales idóneos, válvulas revestidas o procesos de endurecimiento especial; no obstante, se debe considerar que gran parte de estas alternativas, que definitivamente mejoran el rendimiento de la válvula, tan sólo atenúan los problemas en lugar de eliminarlos.

Dentro de los parámetros de selección que se suelen considerar comúnmente para efectos del cálculo y selección están el coeficiente de flujo Cv (Kv), porcentaje de carrera, ratings de presión, fluido, pero también la velocidad del fluido en la entrada y en la salida de la válvula es un factor muy importante, y tal vez el más determinante en el control para procesos críticos o severos; sin embargo, muchas veces no es considerado como factor de diseño para la selección de válvulas. Por ende, para la elección correcta de una válvula de control debe tenerse en cuenta: definición del tipo de válvula a utilizar, correcto dimensionamiento del diámetro de la válvula y tamaño de sus internos, cuidadosa selección de los materiales considerando características de fluido, presión y temperatura, selección del tipo de accesorios para cumplir con los requerimientos del sistema a nivel de actuación y automatización de la válvula, comunicación con la misma y futura capacidad de diagnóstico.

En relación a la velocidad del fluido, si pudiéramos controlar la salida V2 a la velocidad de entrada V1 hasta llegar a un punto de equilibrio en el cual V2 sea igual a V1, estaremos logrando la eliminación de los problemas de Cavitación y Ruidos. Gráficamente, podemos observar este fenómeno en los Gráficos A y B.

Esta es una forma esquemática de mostrar el principio de control que rige las aplicaciones severas o críticas y es el que se debe emplear para la selección correcta, de acuerdo a lo establecido por la norma ISA en su apéndice de selección de válvulas de control para servicios críticos o severos. De esta manera y bajo este principio, quedan definidos los tipos de válvulas de control recomendables para cada aplicación.

Otro factor importante es la selección de materiales de la válvula, ya que para un misma servicio podría aplicar más de un material (generalmente los fabricantes utilizan tablas de materiales recomendados en base a su know-how para recomendar el más idóneo). Inclusive pudiera ser determinante en el estándar de presión ANSI de la válvula, según las características de presión/temperatura de cada material.

En el caso particular de aplicaciones corrosivas este punto puede implicar una reducción bastante significativa en el costo de una válvula, ya sea entre una selección de válvula de una metalurgia baja revestida en algún material no metálico blando como el PTFE, PFA u otro versus una aleación especial como Hastelloy, Titanio, SMO254 u otro. Si bien es cierto ambos funcionan para la aplicación hay una relación costo/vida útil que puede ser proyectado, permitiendo tener más de una alternativa. Por lo demás, las válvulas revestidas hoy en día presentan opción de obturadores caracterizados para control en los diferentes tipos de válvula disponible. En aplicaciones abrasivas, dependiendo de la granulometría del fluido y de su velocidad, también podría aplicar este concepto, existiendo válvulas revestidas en cerámicas o bien fabricadas en materiales metálicos con un endurecimiento en aleaciones especiales que presentan elevados grados de dureza, como el Alloy 6 o 21, entre otros.

Sumado a la recomendación de los diversos proveedores de válvulas para aplicaciones de servicio severo, adicionalmente algunos fabricante hoy en día disponen de algunos software de cálculo, tales como por ejemplo Evalz™, Autosize, NordCalc™, entre otros, que permiten complementar la especificación correcta de una válvula; particularmente, se puede destacar el software Performance! que se ha desarrollado y constantemente actualizado por Flowserve, el cual permite desarrollar cálculo, selección & dimensionamiento de válvulas de control de gran parte del portafolio de válvulas que dispone basado en Norma ANSI/ISA S75.01 y sincronizado a base de datos centralizada externa. Dentro de las prestaciones, destacan la obtención del nivel de ruido, presencia de cavitación y velocidades según las condiciones de operación que se tengan. Además, cuenta con una licencia gratuita de usuario disponible para uso de clientes.

Finalmente, el resultado de un proceso deficiente de dimensionamiento o selección se traduce en una notable disminución en la vida útil de la válvula, aumento de los costos de mantenimiento, necesidad de manejar un stock permanente y dedicado de repuestos en el almacén de planta, detención inesperada del proceso, cuestionamientos a la ingeniería y suministro del proyecto, deterioro de otros equipos aledaños, supervisión y monitoreo constante.

Gráfico A
Gráfico B
El gráfico A muestra cómo un flujo de agua es abruptamente cortado mediante una pendiente. Todo el caudal a la velocidad y presión de arrastre se concentrará en un solo punto produciendo cavitación que generará un desgaste prematuro en el interior de la válvula justo en el punto inferior de la pendiente.

El gráfico B, en cambio, nos muestra cómo controlando “gradualmente” la caída del curso de agua mediante “etapas” el resultado final será que en el punto más bajo de la pendiente la velocidad se encuentra en equilibrio e iguala la velocidad inicial y no excede la presión de vapor (PV).


Por Manuel Muñoz Castillo, Ingeniero de Ventas & Servicios de +LOOP Automatización.
Septiembre 2014
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