La función reductora de presión es una de las aplicaciones que se puede lograr con una válvula de control hidráulico introduciendo en la línea que despresuriza la cámara de control un piloto normal cerrado y un restrictor en la línea que presuriza la cámara de control.
No es el único tipo de reductora de presión, pero si el más empleado por su confiabilidad y simplicidad. Este tipo de reductora esta compuesta por:
- Válvula de control hidráulico - Piloto normal abierto
- Restrictor
- Válvulas de corte - Filtro
- Líneas y fitting de las líneas piloto
Lo relacionado con la válvula de control hidráulico se trató en el capitulo 4. Los temas relacionados al piloto y la válvula de aguja se trataron en el capítulo 5. Siempre se debe colocar un filtro en la línea de piloto de aguas arriba para evitar que entren partículas que puedan obstruir los elementos de los circuitos:
Es recomendable emplear válvulas de corte en las conexiones de las líneas de aguas arriba y aguas abajo con la línea principal para aislar el sistema piloto cuando sea necesario efectuar las modificaciones o mantenciones requeridas sin intervenir la línea principal. Las líneas y fitinería son normalmente entre 3/8” y 1/2” in. y se emplean en cobre, acero inoxidable o nylon reforzado.
Para el control de la velocidad de cierre y apertura, CLA-VAL dispone de válvulas específicas que se colocan en la línea de admisión de la cámara de control denominadas CV.
Fig. 6.4.
Una opción bastante recomendable es el indicador de posición X101 que permite visualizar localmente la posición del obturador:
Selección
De acuerdo a lo señalado es importante tener claro el cuerpo de la válvula a emplear y el resto de los elementos que conforman la válvula.
La válvula se especifica de acuerdo a las condiciones hidráulicas de trabajo: - flujo máximo y mínimo
- presión de entrada máxima y mínima - presión de salida deseada
Estas permiten determinar el modelo y diámetro más apropiado. Las dos primeras son genéricas para todo tipo de válvula de control hidráulico independiente de su función.
La presión máxima de entrada está relacionada con la presión máxima que puede soportar la estructura, se expresa en al forma habitual como la presión máxima nominal PN10-PN16-PN25-PN40.
La presión mínima de entrada se relaciona con la tensión necesaria para vencer el resorte o diafragma de la válvula de control normalmente en torno a 0.5 bar. Una presión inferior no abre o abre irregularmente la válvula. En aplicaciones
especiales se pueden emplear válvulas de doble cámara y alimentar una línea piloto con presión a la cámara inferior necesitando una presión mínima menor. Otra consideración importantísima es la pérdida de carga mínima de la válvula que se expresa normalmente en forma de gráfico:
O en forma del coeficiente de flujo. Tabla 6.1.
donde
Q: caudal
∆P: caida de presión
La pérdida de carga mínima está determinada por el paso del asiento y la configuración geométrica del cuerpo.
La caída de presión esta limitada en relación a la presión de entrada. Reducir más la presión pone al sistema en riesgo de cavitación. Esta condición de cavitación se aplica a todas las singularidades que producen pérdidas de carga. Localmente existen zonas al interior del cuerpo de la válvula en que se crean presiones inferiores a la presión de vapor del agua a la temperatura a que se encuentra. La cavitación es un fenómeno que genera erosión y en general deterioro de las partes en contacto con el fluido de modo que su ocurrencia es lo que se evita respetando estas restricciones. Para mejorar la razón de reducción se emplean obturadores especiales (Hytrol 100-01KO) y diseños de cuerpos especiales (Hytrol 100-20). Otra opción que debe ser evaluada es emplear más de una válvula en línea cuando la razón de reducción que se requiere es muy alta o el empleo de una placa orificio.
La condición de cavitación también se expresa en forma de gráfico: Fig. 6.7.
Que no es mas que la representación del coeficiente de cavitación: Ecc. 6.1. 5 . 0 2 1 2 = − − = P P P P K V donde P2 : presión de salida P1 : presión de entrada Pv : presión de vapor
Además, CLA-VAL ofrece asesoría especifica para este tema empleando su aplicación CLACAV para predecir el comportamiento bajo un determinado rango de condiciones hidráulicas.
En ocasiones los fabricantes indican una velocidad de flujo máxima m/s que determina para cada diámetro un caudal máximo, esta restricción se relaciona también con la cavitación.
Una restricción operativa importante a considerar es el de la velocidad de cierre de la válvula. Debe tomarse en cuenta que la reacción de la válvula no es instantánea, el cierre y apertura de la válvula dependen de las variaciones en el volumen de la cámara de control. Para diámetros grandes la cámara de control también es grande de modo que la respuesta de la válvula puede ser más lenta. Si las circunstancias lo requieren, en el caso de que las perturbaciones esperadas puedan ser muy rápidas y representen un riesgo de aumento rápido de presión aguas abajo, lo más aconsejable es colocar adicionalmente una válvula de alivio rápido de presión para proteger la instalación.
Otros datos que adicionalmente se requieren se relacionan con las conexiones y características del fluido que pudieran ser agresivas con los materiales de la válvula.
Instalación
El esquema de instalación típico es el que muestra a continuación: Fig. 6.8. 3 9 6 4 8 2 10 5 7 1
La opción de colocar un by-pass facilita notablemente la operación y mantención de la válvula de control, otra opción es tener otra válvula de control para alternar su operación.
Las válvulas de corte 3 y 9 permiten aislar la válvula de control en los casos en que se requiera.
La unión de montaje 6 que aquí se sugiere permite realizar las operaciones de montaje y desmontaje de la válvula y el filtro.
El filtro 4 es esencial si existe la posibilidad de que algún sólido se atraviese en la válvula.
La ventosa de aguas abajo 7 debe eliminar el aire que se genera producto de la despresurización que genera la válvula de control y debe quebrar el vació cuando se cierre la válvula de control. Eventualmente se coloca otra ventosa aguas arriba para eliminar el aire que pueda venir en la línea y perturbar el funcionamiento de la válvula de control.
El montaje de la válvula debe realizarse considerando el espacio necesario para la operación y mantención de la válvula. Se debe considerar el acceso fácil a los pilotos. La válvula opera mejor si los accesorios se colocan ha mayor distancia y de preferencia si el conjunto se monta alejado de otras singularidades que perturben el flujo.
La línea debe ser purgada antes de colocar la válvula para eliminar sólidos que pudieran obstruirla.
Se debe respetar el sentido de flujo de la válvula de control. Algunas válvulas de control es preferible instalarlas verticalmente.
Calibración
Lo primero es asegurar un flujo constante en la cañería.
Si sospecha de la presencia de aire en la cámara superior conviene purgarlo lentamente.
Si la válvula posee CV esta debe estar abierta por lo menos 3.5 vueltas inicialmente.
Retire la tapa del piloto y afloje la contratuerca.
Considere siempre el empleo de un manómetro aguas arriba y otro aguas abajo. Gire el tornillo del piloto en el sentido de las manecillas del reloj para aumentar la presión aguas abajo y en sentido inverso para reducirla.
Disminuya el caudal en la línea y verifique la estabilidad de la presión de aguas abajo.
Si la válvula posee CV podrá disminuir la velocidad de cierre o apertura comprimiendo el tornillo de este. Si la válvula presenta un comportamiento oscilatorio, comprimiendo el tornillo podrá amortiguarlo. No conviene una apertura inferior a 0.5 vueltas.
Ajuste la contratuerca del piloto y coloque la tapa.
Para Abrir y Cerrar la Válvula
Este tema es muy importante en caso de emergencias. Asegúrese de conocer la operación y los efectos que tendrán en el sistema sus acciones.
Si se colocan válvulas de corte antes y después de la válvula de control estas pueden ser empleadas para cerrar. Del mismo modo una línea by-pass puede permitir la operación alterna de la válvula cuando se necesite abrir.
Sin embargo, empleando la misma válvula de control es posible abrir o cerrar la línea completamente sin emplear las otras válvulas de la línea principal. Las operaciones siguientes se realizan en el circuito piloto.
Cerrar:
Para cerrar la válvula de control basta cerrar la válvula de corte de aguas abajo de modo que la cámara de control se presurice.
Lo que ocurre es que se comunica la línea de aguas arriba directamente a la cámara de control.
Abrir:
Para abrir la válvula de control se debe despresurizar la cámara de control, primero se debe cerrar la válvula de corte de aguas arriba manteniendo abierta la de aguas abajo. Si la presión de aguas abajo esta sobre el setpoint, esta operación no bastará, será necesario además abrir una válvula de alivio que se incluye la mayoría de las veces y que descarga hacia el ambiente. Al efectuar esta operación es aconsejable cerrar la válvula de corte de aguas abajo también.
Problemas y su Solución.
Válvula no abre:
Presión de entrada insuficiente Caudal inferior al mínimo
Válvula de corte aguas abajo cerrada
Piloto o línea piloto de aguas abajo obstruida Resorte del piloto en mal estado
Guía del resorte del piloto fuera de su lugar
Disco de la válvula CV dañado, corroído o incrustado Válvula no cierra:
Algún material extraño obstruye el cierre del obturador sobre el asiento
Diafragma roto Filtro obstruido
Válvula CV muy cerrada u obstruida Válvula de corte de aguas arriba cerrada Restrictor obstruida
Válvula de control obstruida Flujo Pulsante o Vibración