Ver 3ª PARTE
a. Válvulas de control
La selección
de válvulas de control del tipo o tamaño equivocado puede dar como resultado un
pobre rendimiento, severos transitorios, y reparaciones frecuentes. La
selección de válvulas de control apropiadas requiere comprender varios tipos de
válvulas de control y analizar cómo funcionan como parte del sistema en el que
se instalan. Una válvula de control que opera satisfactoriamente en un sistema
puede ser totalmente inadecuada en otro. Cada tipo de válvula tiene
características únicas que dan ventajas o desventajas comparadas con las otras.
Las características de las válvulas de control que describen su rendimiento
hidráulico y que serían considerados en el proceso de selección incluyen:
1.
Características de apertura, es decir, velocidad
contra datos de posición del disco.
2.
Velocidad requerida para abrir completamente y
firmemente el asiento del disco.
3.
Caída de presión en caudal máximo.
4.
Estabilidad del disco en aperturas parciales.
5.
Sensibilidad del movimiento del disco ante
perturbaciones aguas arriba.
6.
Velocidad del cierre de la válvula comparado con
la tasa de inversión de caudal del sistema.
La
estabilidad del disco varía con el caudal, posición del disco, y perturbaciones
aguas arriba y es un factor importante para determinar la vida útil de una
válvula de control. Para la mayoría de las aplicaciones es preferible
dimensionar la válvula de control de forma que el disco esté completamente
abierto y firmemente el asiento trasero en caudales normales. Uno de los peores
errores de diseño es sobredimensionar la válvula de control de forma que quede
localizada justamente aguas abajo desde una perturbación tal como una bomba,
codo, o válvula de control. Si el disco no está completamente abierto, estará
sujeto a severos movimientos que aceleren el desgaste. Para evitar este
problema, puede ser necesario seleccionar una válvula de control que es más
pequeña que el tamaño de la tubería.
La elevación
de la presión transitoria generada en el cierre de una válvula de control es
otra consideración importante. La elevación de la presión es una función de lo
rápido que se cierra el disco de la válvula comparado con lo rápido que el
flujo en el sistema se invierte. La velocidad a la que el flujo en el sistema
se invierte depende del sistema. En sistemas donde tienen lugar rápidas
inversiones, el disco puede cerrar de golpe causando un transitorio de presión.
La velocidad
de cierre de una válvula viene determinada por la masa del disco, las fuerzas
cerrando el disco, y la distancia de desplazamiento desde completamente abierto
a cerrado. Las válvulas de cierre rápido tienen las siguientes propiedades: el
disco (incluyendo todas las partas móviles) es de peso ligero, el cierre es
asistido por resortes, y la carrera completa del disco es corto. Las válvulas
de retención de charnela son las válvulas de cierre más lento debido a que
violan todos estos criterios, es decir, tienen discos pesados, no tienen
resortes, y desplazamientos del disco largos. La válvula de control de tobera
es una de las válvulas de cierre más rápido debido a que el elemento de cierre
es ligero, de resorte cargado, y tiene un recorrido corto. Las válvulas de retención
silenciosas, dúo, puerta doble y horizontal con resortes son similares a las
válvulas de boquilla en sus tiempos de cierre, principalmente debido a la
fuerza de cierre del resorte.
Los sistemas
donde ocurre una rápida inversión de caudal incluyen bombas en paralelo, donde
una bomba para mientras las otras aún están operando, y sistemas que tienen
cámaras de aire o depósitos surge se cierran en la válvula de retención. Para
estos sistemas hay una alta fuente de energía aguas debajo de la válvula de retención
para hacer que el caudal se invierta rápidamente. Cuando el disco está cerca de
su asiento, comienza a restringir el caudal inverso. Esto acumula presión,
acelera el disco, y recorridos en el asiento. Sustituyendo una válvula de retención
de swing de cierre lento por una válvula de retención de acción rápida puede
conseguirse una dramática reducción de las presiones transitorias.
b. Válvulas de aire
Hay tres
tipos de válvulas de aire automáticas: (1) válvulas de aire/vacío, (2) válvulas
de liberación de aire, y (3) válvulas de combinación. La válvula de aire/vacío
está diseñada para liberar aire mientras que la tubería está llena y admite
aire cuando la tubería está siendo drenada. La válvula debe ser lo bastante
grande como pueda admitirse. La válvula debe ser bastante grande como para
admitir y expulsar grandes cantidades de aire en un diferencial de baja
presión. El orificio de salida es generalmente del mismo diámetro que la
tubería de entrada.
Estas
válvulas típicamente contienen un flotador, que eleva y cierra el orificio
cuando el cuerpo de la válvula se llena con agua. Una vez la línea se ha
presurizado, este tipo de válvula no puede reabrirse para quitar aire que puede
subsecuentemente acumularse hasta que la presión es negativa, permitiendo que el
flotador caiga. Si la presión es negativa durante un transitorio o durante el
drenaje, el flotador cae y admite aire en la línea. Para estas tuberías de
pared delgada que pueden colapsar bajo vacíos internos, las válvulas de
aire/vacío se dimensionarán para una rotura total de la tubería en la elevación
de la tubería más baja. La válvula de vacío debe suministrar un caudal de aire
igual a la máxima tasa de drenaje del agua de la rotura de la tubería y en una
presión de la tubería interna por encima de la presión de colapso de la
tubería.
El factor
crítico para dimensionar válvulas de aire/vacío es usualmente el caudal de aire
para proteger la tubería de una rotura total de la tubería.
Las válvulas
de liberación de aire contienen un pequeño orificio y están diseñadas para
liberar pequeñas cantidades de aire presurizado que queda atrapado durante el
llenado y que se acumula después del relleno y presurización total. El orificio
pequeño es controlado por un émbolo activado por un flotador en el extremo del
brazo de la palanca. Ya que el aire se acumula en el cuerpo de la válvula, el
flotador cae y abre el orificio. Cuando el aire es expulsado, el flotador se
eleva y cierra el orificio. El dimensionado de las válvulas de liberación de
aire requiere una estimación de la cantidad de aire presurizado que debe ser
expulsado. Esto es determinado por el procedimiento de relleno y cualquier
fuente de aire que pueda ser admitida en la tubería o ser desgasificada del
líquido durante la operación.
La válvula
de combinación es actualmente dos válvulas: una válvula grande que funciona
como válvula aire/vacío y una pequeña que funciona como válvula de liberación
de aire. La instalación puede consistir en una válvula aire/vacío y una válvula
de liberación de aire sondeado en paralelo, o las dos pueden ser alojadas en un
cuerpo de válvula simple. La mayoría de las instalaciones de válvula de aire
requieren válvulas de combinación.
Una
precaución es que la liberación manual de aire debe evitarse debido a que una
operación inapropiada puede ser muy peligrosa. Si el sistema es presurizado con
válvulas de aire manual cerradas, el aire atrapado será presurizado a la
presión total del sistema. Cuando la válvula de aire se abre manualmente, la
liberación del aire presurizado puede causar la rápida aceleración del líquido
y generar serios transitorios cuando el agua decelera cuando golpea la válvula
de aire. Si se instalan válvulas de aire manuales, serán muy pequeñas para que
la tasa de liberación de aire se controle a un nivel seguro.
La localización
de válvulas de aire en un sistema de tuberías depende del perfil de la tubería,
la longitud de tubería, y caudales. Preferiblemente, las tuberías se colocarán
de forma que las válvulas se sitúen en los puntos altos o a intervalos si no
hay puntos altos.
La velocidad
del caudal durante el llenado es importante. Una forma segura de rellenar la
tubería es limitar la tasa de relleno inicial a una velocidad de caudal
promedio de alrededor de 0,3 m/s hasta que la mayoría del aire es liberado y
las válvulas de vacío se cierran. El siguiente paso es impulsar el sistema a
alrededor de 1 m/s, a una presión del sistema baja, para impulsar el aire
restante a una válvula de liberación de aire. Es importante que el sistema no
sea presurizado hasta que se haya retirado el aire. Permitiendo que grandes
cantidades de aire bajo alta presión se acumulen y se muevan a través de la
tubería es probable que se generen transitorios severos.
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