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Universidad de OrienteNcleo de MonagasIngeniera de SistemasCursos Especiales de GradoAutomatizacin y Control de Procesos IndustrialesInstrumentacin y Control Industrial

Tema 3: Vlvulas de apertura rpidaUnidad IV: Elementos Finales de ControlSeminario: Instrumentacin y Control Industrial

Equipo PLCBr. Via, Mara Jos Br. Hernndez, Leivi ElivelTutor: Ing. Edgar Goncalves

Maturn, Febrero 2016NDICEINTRODUCCIN3MARCO TEORICO41.Qu es una vlvula?42.Vlvulas de apertura rpida42.1Ventajas de las vlvulas de apertura rpida42.2Desventajas de las vlvulas de apertura rpida43.Tipos de vlvulas de apertura rpida53.1Vlvula macho tapn lubricado (MTL)53.2Vlvula de mariposa63.3Vlvula de bola73.4Vlvula de retencin8DISCUSIN9CONCLUSIN11REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS12

INTRODUCCIN

Hoy en da, con la constante evolucin del auge de las tecnologas y el dinamismo inmerso en el mundo, se exige cada vez ms, soluciones rpidas y certeras a los problemas. En el mbito comercial, los clientes por su lado, esperan respuestas inmediatas y de calidad, mientras que, los empresarios, buscan tecnologas que ayuden a satisfacer de manera veloz dichas necesidades. Es por esto, que en la industria, en la produccin en masa, la prdida de un minuto puede significar la disminucin de miles de productos terminados, o si por el contrario, una maquinaria vital de la lnea productiva, no reacciona lo suficientemente rpido, en cuanto al ritmo de la empresa para trabajar, queda obsoleta y es retirada de su mbito.

En concordancia con lo anterior, son muchas las industrias que acuden a la utilizacin de procesos mecnicos o automatizados que les permita el transporte de fluidos o materia prima de manera gil y eficiente, con la finalidad de minimizar la complejidad en las actividades, y a su vez, aumentar la produccin. Aunado a esto, que se evite o reduzca la prdida de los insumos transportados.

En esa instancia, las industrias que trabajan con fluidos y slidos, requieren vlvulas, cuyos mecanismos den una respuesta rpida al comando de su sistema. Es ac, en que sale a relucir las vlvulas de apertura rpida, las cuales pasan de totalmente de cerradas a totalmente abiertas en de vuelta (90), aplicando su caracterstica de flujo de apertura rpida, con la cual se obtiene, el mximo flujo con recorrido mnimo.

En este sentido, a continuacin, se mencionara los datos ms relevantes sobre las vlvulas de apertura rpida, destacando sus ventajas, desventajas y tipos. As mismo, se establecer la relacin del tema en cuestin con la tesis de los investigadores.

MARCO TEORICO

Qu es una vlvula?

Son elementos que mandan o regulan la puesta en marcha, el paro y la direccin, as como la presin o el caudal del fluido enviado por una bomba hidrulica o almacenada en un depsito. Las vlvulas pueden abrir y cerrar, conectar y desconectar, regular, modular o aislar una enorme serie de lquidos, gases o slidos, desde los ms simples hasta los ms corrosivos o txicos.

El caudal es el flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de fluido que circula por una seccin determinada del conducto en la unidad de tiempo.

Vlvulas de apertura rpida

Son aquellas en las que un solo golpe produce el cambio total de su sentido. Generalmente casi todas estas vlvulas pasan de totalmente de cerradas a totalmente abiertas en de vuelta (90).

Poseen como caracterstica un flujo de apertura rpida (Quick Opening Flow Characteristic), la cual, es la caracterstica inherente en la que se obtiene mximo flujo con recorrido mnimo.

Las vlvulas de apertura rpida ms conocidas son macho tapn lubricado, de mariposa, de bola y de retencin.

Ventajas de las vlvulas de apertura rpida

Alta capacidad. Cierre hermtico. Bajo costo. Diseo y funcionamiento sencillos. Poca resistencia a la circulacin.

Desventajas de las vlvulas de apertura rpida

Control deficiente de la circulacin. Se requiere mucha fuerza para accionarla. Produce cavitacin con baja cada de presin. Debe estar abierta o cerrada por completo. La posicin para estrangulacin producir erosin del asiento y del disco.

Tipos de vlvulas de apertura rpida

Vlvula macho tapn lubricado (MTL)

Es una vlvula que consiste en un macho de forma cilndrica o troncocnica con un orificio transversal igual al dimetro interior de la tubera. El macho ajusta el cuerpo de la vlvula y tiene un movimiento de giro de 90. Usa lubricantes para evitar la fuga de fluido y para gas se utiliza grafito. Cuando la presin es muy grande el lubricante es grasa grafitada, la cual fluye por pequeos conductos del cono hacia la superficie. A esta vlvula es necesario que despus de un periodo se desarme, lave, lubrique, arme y ponga nuevamente en servicio debido a que la grasa tiene deterioro con el tiempo. Se utiliza generalmente en el control manual todo-nada de lquidos o gases y en regulacin de caudal.

* La vlvula macho tapn lubricado, es recomendada para: Servicio con apertura total o cierre total. Accionamiento frecuente. Baja cada de presin a travs de la vlvula. Resistencia mnima a la circulacin. Cantidad mnima de fluido atrapado en la tubera.

*Aplicaciones de la vlvula macho tapn lubricado: Servicio general, pastas semilquidas, lquidos, vapores, gases, corrosivos. *Ventajas de la vlvula macho tapn lubricado: Alta capacidad. Bajo costo. Cierre hermtico. Funcionamiento rpido.

*Desventajas de la vlvula macho tapn lubricado: Requiere alta torsin (par) para accionarla. Desgaste del asiento. Cavitacin con baja cada de presin.

Vlvula de mariposa

Se trata de una vlvula para colocar entre bridas que ajustan entre s. El cuerpo est formado por un anillo cilndrico, dentro del cual gira transversalmente un disco circular. La vlvula puede cerrar hermticamente mediante un anillo de goma encastrado en el cuerpo. Un actuador exterior acciona el eje de giro del disco y ejerce su par mximo cuando la vlvula est totalmente abierta (en control todo-nada se consideran 90 y en control continuo 60, a partir de la posicin de cierre, ya que la ltima parte del giro es bastante inestable) siempre que la presin diferencial permanezca constante. En la seleccin de la vlvula es importante considerar las presiones diferenciales correspondientes a las posiciones de completa apertura y de cierre, ya que, se necesita una fuerza grande del actuador para accionar la vlvula en caso de una cada de presin elevada.

Las vlvulas de mariposa se emplean para el control de grandes caudales de fluidos a baja presin. Es muy utilizada para sistemas contra incendio, ya que permanece abierta; de este modo deja pasar el agua, al ser un sistema que no est en movimiento nunca.

* La vlvula de mariposa, es recomendada para: Cuando se necesita resistencia mnima a la circulacin en la tubera. Cuando hay cambios frecuentes en el sentido de la circulacin.

*Aplicaciones de la vlvula de mariposa: Servicio general, lquidos, gases, pastas semilquidas, lquidos con slidos en suspensin.

*Ventajas de la vlvula de mariposa: El diseo del cuerpo se presta para la instalacin de diversos tipos de camisas de asiento. Menos costosa cuando se necesita resistencia a la corrosin. Funcionamiento rpido. La sencillez del diseo permite construirlas con dimetros grandes. Se puede instalar virtualmente en cualquier posicin.

*Desventajas de la vlvula de mariposa: Alta torsin para accionarla Capacidad limitada para cada de presin Propensa a la cavitacin

Vlvula de bola

Esta vlvula es pequea y tiene bajo coste, por lo cual es muy utilizada en la industria. El cuerpo de la vlvula tiene una cavidad interna esfrica que alberga un obturador en forma de esfera o de bola (de ah su nombre). La bola tiene un corte adecuado (usualmente en V) que gira transversalmente accionada por un actuador exterior. El cierre estanco y la deslizabilidad se logran con un aro de tefln incorporado al cuerpo contra el cual asienta la bola cuando la vlvula est cerrada. En posicin de apertura total, la vlvula equivale aproximadamente en tamao a 75% del tamao de la tubera. La vlvula de bola se emplea principalmente en el control de caudal de fluidos negros, o bien en fluidos con gran porcentaje de slidos en suspensin. Puede ser de muchos materiales, generalmente de bronce cromado y en menor caso de acero inoxidable.

*Recomendada para: Para servicio de conduccin y corte, sin estrangulacin. Cuando se requiere apertura rpida. Para temperaturas moderadas. Cuando se necesita resistencia mnima a la circulacin.*Aplicaciones de la vlvula de bola: Servicio general, altas temperaturas, pastas semilquidas.

*Ventajas de la vlvula de bola: Bajo costo. Alta capacidad. Corte bidireccional. Circulacin en lnea recta. Pocas fugas. Se limpia por si sola. Poco mantenimiento. No requiere lubricacin. Tamao compacto. Cierre hermtico con baja torsin (par).

*Desventajas de la vlvula de bola: Caractersticas deficientes para estrangulacin. Alta torsin para accionarla. Susceptible al desgaste de sellos o empaquetaduras. Propensa a la cavitacin.

Vlvula de retencin

Tambin conocidas como anti-retorno, de reflujo, de charnela, de aleta, o de pie, sirven para impedir el flujo inverso en la lnea una vez que ha parado la bomba o, posiblemente, en el caso de que se produzcan fugas. Las vlvulas de retencin en la lnea de salida desempean un valioso cometido al prevenir las contrapresiones sbitas y el consiguiente riesgo de golpe de ariete y la fractura de tubos.

Las variantes de las vlvulas de retencin, de uso general, incluyen un vstago roscado que mantiene cerrada la vlvula y un nivel exterior que indica si est cerrada o abierta.

*Recomendada para: Cuando hay cambios frecuentes de circulacin en la tubera. Para uso con vlvulas de globo y angulares. Para uso cuando la cada de presin a travs de la vlvula no es problema.

Aplicaciones de la vlvula de retencin: tuberas para vapor de agua, aire, gas, agua y vapores con altas velocidades de circulacin.

Ventajas de la vlvula de retencin: Recorrido mnimo del disco a la posicin de apertura total. Accin rpida.

DISCUSIN

Hoy en da, las grandes industrias se han visto en la necesidad de tener que implementar distintos mecanismo y sistemas de control que le permitan poseer un mayor control en las diversas variables (presin, nivel, flujo, entre otros) presentes en un instrumento o maquinaria de forma automatizada. Puesto que cada vez son mayores las empresas que hacen grandes inversiones de su presupuesto a fin de modernizar o mecanizar las distintas etapas de produccin, reduciendo de manera significativa la intervencin del hombre para llevar a cabalidad cualquier fase de fabricacin, lo que trae como consecuencia la necesidad de tener que implementar sistemas novedosos y efectivos, que permitan poder vigilar a tiempo real el funcionamiento dichas etapas a fin de reducir fallas, errores y riesgos para el personal que labora en la empresa por medio del control de las variables.

El diseo de un sistema para la supervisin y control automatizado del proceso de mezclado y empaquetado de especias, no est aislado de esta necesidad, ya que para el desarrollo de un prototipo optimizado que permita generar soluciones efectivas referentes a dichas fases de produccin, ser necesario la aplicacin de vlvulas de apertura rpida, que permitan dar una respuesta inmediata en cuanto al paso o no de las especias a travs de las tuberas, conectadas desde los silos hasta los dispensadores, desde los dispensadores hasta las tolvas, desde la tolvas hasta la mezcladora y desde la mezcladora hasta la empaquetadora. En la planta a disear, todo estar cerrado hermticamente y toda la materia ser transportada por medio de ductos, con la finalidad de evitar que los mismos se contaminen con elementos externos.

Destacando que, la implementacin de estos dispositivos se aplicar a fin de automatizar el proceso de supervisin del sistema, por medio de la seleccin de los dispositivos ms eficientes pero rentables para el productor agrcola venezolano, y en donde se espera que el mismo proporcione:1. Control del paso de especias a travs de las tuberas de la planta.2. Una respuesta rpida en la apertura o cerrado de la vlvula.

De lo anterior se desprender que uno de los dispositivos ms relacionados con la propuesta de los investigadores, ser la vlvula de bola, ya que esta ofrece beneficios requeridos en el diseo de la planta, entre los cuales adems de la apertura rpida, se limpia a s misma, lo cual sera necesario para evitar el atascamiento de materia prima y a su vez, el auto mantenimiento de las vlvulas.En internet, se encontr una vlvula de bola que se adapta a estas necesidades, llamado modelo SAT3, creado por la empresa Penta S.R.L. de Italia, la cual, mediante la introduccin de dos anillos (llamados rascadores) dentro y fuera de los asientos, se ocupan de:

Limpiar la superficie de la bola durante la maniobra

Proteger los asientos de la accin abrasiva de las partculas slidas que contienen el fluido

Evitar la penetracin de dichas partculas slidas entre el asiento y la bola ya que provocaran el bloqueo de la vlvula.

Reducir la cantidad de suciedad que puede depositarse en la cavidad del cuerpo de la vlvula.

Como toda la produccin PENTA las vlvulas de la serie SAT estn diseadas para ser equipadas con asientos metlicos en PENTAFITE permitiendo la realizacin de vlvulas de bola de estanqueidad metlica con prdida cero, para servicios con temperaturas de ejercicio continuo de hasta 700C.

Las particulares caractersticas elasto-plsticas del material de los asientos PENTAFITE y la construccin completamente atornillada facilitan las intervenciones de mantenimiento ya que no requieren ninguna tarea de adaptacin entre el asiento de repuesto y las bolas.

CONCLUSIN

Las vlvulas de apertura rpida, constituyen una herramienta muy importante en la rama de la Instrumentacin y el Control, ya permiten controlar el paso de lquidos, semilquidos o solidos a travs de una tubera. Sin ellas, no existiese el transporte sencillo y rpido de ningn tipo de material a travs de un ducto en las industrias. Existen cuatro tipos de vlvulas de apertura rpida: macho de tapo lubricado, mariposa, de bola y de retencin, cuya caracterstica principal es dar una respuesta rpida a la solicitud del sistema, sobre cuando dar paso o no a un material determinado. Cada una posee sus particularidades, con las cuales ofrecen utilidad para procesos especficos. Elegir uno, significa establecer qu tipo de proceso se va a llevar a cabo, y en funcin de esto, seleccionar aquel que sea ms ideal para dicho procedimiento.

Las vlvulas de apertura rpida, tiene en especial utilidad cuando se desea aplicar un mecanismo de respuesta rpida en cuanto al transporte de fluidos o materiales por tuberas, en la que se reconozcan dos estados: abierto o cerrado, a los cuales se llegue con un giro de 90. Adems, cuando se busca, obtener el mximo flujo con recorrido mnimo, estos son los instrumentos ideales. Hoy en da, las industrias que buscan estos beneficios, las utilizan e implementan en sus instalaciones de manera numerosa.

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

1Caroli, Enrique. Vlvulas: Instrumentacin y Control. Extrado el 28 de febrero de 2016 desde: http://www.monografias.com/trabajos11/valvus/valvus.shtml

2Annimo. Instrumentacin industrial. [Articulo digital]. Extrado el 28 de febrero de 2016 desde: http://instrumentandriccarlen.blogspot.com/2008/03/obturador-de-valvulas-de-apertura.html

3Annimo. Vlvulas. Extrado el 28 de febrero de 2016 desde: http://html.rincondelvago.com/valvulas_1.html

4Autor desconocido. La vlvula de control. Extrado el 28 de febrero de 2016 desde: http://www.herrera.unt.edu.ar/controldeprocesos/Tema_3/tp3c.pdf