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Una válvula reduce el caudal añadiendo resistencia al camino del fluido. El líquido o el gas sólo se mueve porque existe una diferencia de presión entre dos puntos, y una válvula parcialmente cerrada se lleva una parte de esa diferencia. Lo que consume la válvula ya no está disponible para empujar el fluido a través del resto de la línea, por lo que el flujo se estabiliza en un valor más bajo. Ese es todo el mecanismo en una frase.
El detalle útil radica en cuánta presión reclama una válvula, cómo cambia la forma del ajuste a medida que la válvula se mueve y qué sucede con el resto del sistema mientras cae el flujo. Hemos suministrado válvulas y accesorios de acero inoxidable para líneas industriales, hidráulicas y de instrumentos en general durante más de una década, y las preguntas que hacen los clientes sobre la estrangulación siguen un patrón muy familiar. Aquí lo tienes.
¿Qué sucede dentro de una válvula parcialmente cerrada?
La restricción la crea el adorno: una aguja, tapón, disco o bola que se mueve hacia su asiento. Al cerrar la válvula se estrecha el área abierta y se producen dos efectos.
- El fluido se acelera. La continuidad exige que la misma masa pase a través de un área más pequeña, por lo que la velocidad aumenta en la garganta y, según el principio de Bernoulli, la presión estática local disminuye.
- La energía se pierde aguas abajo. El fluido acelerado nunca recupera completamente su presión. Las turbulencias y fricciones resultantes de la restricción convierten la energía mecánica en calor, que el fluido elimina.
Ese segundo efecto es lo que realmente importa. Una válvula no es un tapón que simplemente bloquea una tubería; convierte la energía de presión en una pérdida irreversible. Cuanto mayor sea la pérdida, menor será la diferencia de presión para impulsar el flujo y menor será el caudal.
La caída de presión es la moneda que compra flujo
Trate la presión producida por una bomba, un regulador o un cabezal de gas como un presupuesto. Las tuberías de suministro, los filtros, los intercambiadores de calor, las válvulas y las tuberías de descarga gastan parte del mismo, y lo que queda es lo que realmente mueve el fluido. La estrangulación aumenta la participación de la válvula, el excedente se reduce y el flujo cae hasta que los libros se equilibran nuevamente.
Presión de suministro fija frente a una bomba
Con un regulador de presión o un cabezal de gas aguas arriba, la presión de suministro se mantiene aproximadamente estable al cerrar la válvula. La propia caída de presión de la válvula aumenta, el flujo disminuye y la siguiente ecuación de tamaño describe el resultado.
Con una bomba centrífuga el panorama cambia. La aceleración agrega resistencia y hace que la curva del sistema sea más pronunciada, por lo que el punto de operación se desliza a lo largo de la curva de la bomba hacia una presión de descarga más alta y un flujo más bajo. La válvula dirige la bomba en lugar de actuar sola. Una bomba acelerada muy atrás puede funcionar a la izquierda de su punto de mejor eficiencia, recircular internamente, funcionar más caliente y más ruidosa y desgastar sus sellos antes.
Los números: Cv, Kv y la regla de la raíz cuadrada
La capacidad de la válvula se expresa como un coeficiente de flujo. En unidades estadounidenses, Cv son los galones por minuto de agua a 60 °F que pasan con una caída de un psi a través de la válvula. El equivalente métrico es Kv. Para un líquido:
Q = Cv × √(ΔP / SG)
donde Q es el flujo, ΔP es la caída de presión a través de la válvula y SG es la gravedad específica del líquido. Debido a que Cv depende de la posición de la válvula, la ecuación conlleva ambos efectos a la vez: la apertura cambia Cv y la estrangulación cambia ΔP.
La raíz cuadrada es lo que sorprende a la gente. El flujo no es proporcional a la caída de presión sino a su raíz cuadrada, por lo que en una abertura fija, reducir la caída de presión disponible a un cuarto equivale a la mitad del flujo. Las mismas matemáticas explican por qué un pequeño giro del vástago en una válvula casi cerrada cambia el flujo tan bruscamente: a baja elevación, un cambio fraccionario en el área abierta produce un gran cambio porcentual en Cv.
Características de la válvula: con qué suavidad cae el flujo
Dos válvulas con la misma capacidad en plena apertura pueden comportarse de manera muy diferente en semiabierta. La característica inherente describe cómo el Cv crece con los viajes.
| Viaje del tallo | Recorte lineal | Recorte de igual porcentaje | Borde de apertura rápida |
|---|---|---|---|
| 10% | 10% | 3% | 50% |
| 30% | 30% | 7% | 85% |
| 50% | 50% | 14% | 100% |
| 70% | 70% | 31% | 100% |
| 100% | 100% | 100% | 100% |
Los embellecedores de apertura rápida alcanzan la mayor parte de su capacidad en el primer tercio de su recorrido, lo que se adapta al servicio dentro y fuera del servicio. Los ajustes de igual porcentaje brindan el rango controlable más amplio y son la opción habitual para bucles de control. Los ajustes lineales son adecuados para casos en los que la caída de presión a través de la válvula se mantiene bastante constante.
El comportamiento instalado nunca coincide exactamente con la curva publicada, porque el ΔP a través de la válvula cambia a medida que cambia el flujo, lo cual es una razón más por la que el ajuste de igual porcentaje es tan común en los sistemas de bombas estranguladas.
Al cerrar más se detiene la reducción del flujo.
Hay un límite a lo que puede hacer una válvula. A medida que el líquido acelera a través del punto más estrecho justo aguas abajo del asiento, conocido como vena contracta, su presión puede caer por debajo de la presión de vapor del líquido. Se forman burbujas que, cuando colapsan más abajo, golpean la moldura y la pared de la tubería. Eso es cavitación y se anuncia con un ruido metálico y un asiento que se erosiona lentamente.
Si la presión aguas abajo se mantiene por debajo de la presión de vapor, las burbujas nunca colapsan y el fluido sale de la válvula parcialmente vaporizado. Eso es flash y puede arruinar una válvula en semanas. Los gases tienen su propio techo: una vez que la velocidad en la garganta alcanza la velocidad sónica, el flujo se obstruye y reducir aún más la presión aguas abajo no cambia nada. El síntoma es siempre el mismo. Sigues cerrando la válvula, el flujo deja de responder y el ruido aumenta.
Las soluciones habituales son dividir la caída de presión entre dos válvulas en serie, especificar ajustes anticavitación o aumentar la presión aguas abajo.
Hacer coincidir el tipo de válvula con el trabajo
No todas las válvulas están diseñadas para estrangular. Usar una válvula de aislamiento para regular el flujo es uno de los errores más comunes que vemos y generalmente termina con un asiento dañado y una desconcertante pérdida de control.
| Tipo de válvula | Comportamiento de estrangulamiento | Rol típico |
|---|---|---|
| válvula de aguja | Ajuste fino y repetible en un rango de flujo pequeño | Líneas de instrumentos, muestreo, regulación de bajo flujo. |
| válvula de globo | Cambio suave y gradual con buena capacidad de rango | Control y regulación general de caudal. |
| válvula de bola | Pocos cambios hasta que casi cerró, luego abrupto | Aislamiento y servicio dentro/fuera |
| válvula de compuerta | Pobre; La puerta y el asiento pueden dañarse. | Solo aislamiento |
| válvula de mariposa | Moderado y muy dependiente de la posición del disco. | Grandes líneas, regulación general. |
| válvula de retención | No ajustable; responde a la dirección del flujo | Prevenir el flujo inverso |
Válvulas de aguja: la elección natural para la reducción fina
Una aguja cónica que se mueve hacia un asiento pequeño produce un cambio largo y gradual en el área abierta, razón por la cual las válvulas de aguja son la respuesta estándar cuando el flujo debe recortarse con precisión y mantenerse allí: líneas de muestreo, flujos de purga, alimentaciones de analizadores y circuitos de bajo flujo. nuestra guía para aplicaciones de válvulas de aguja portadas donde se ganan su lugar.
Válvula de aguja de hilo femenino de acero inoxidable Para líneas de muestreo y circuitos de bajo flujo, esta válvula de aguja de acero inoxidable ofrece un ajuste fino del flujo y un orificio pulido a espejo para una regulación estable. Ver producto → Válvulas de bola: excelente aislamiento, mala estrangulación
Una válvula de bola está mejor completamente abierta o completamente cerrada. Parcialmente abierto, la trayectoria del flujo es incómoda, el asiento está expuesto a fluidos de alta velocidad y el flujo cambia abruptamente en los últimos grados del recorrido.
Válvula de bola de doble virola de acero inoxidable Cuando el flujo debe abrirse o cerrarse completamente en lugar de estrangularse, esta válvula de bola para instrumentos de alta presión ofrece una construcción de una sola pieza y facilidad de servicio de entrada superior. Ver producto → Poniéndolo a funcionar en circuitos hidráulicos y de instrumentos
En instrumentación, reducir el flujo suele ser un trabajo pequeño y local: aislar un transmisor, ventilar un medidor o recortar el flujo de muestra hacia un analizador. Un colector de dos vías con una válvula de aguja le brinda ese ajuste y cierre positivo en un solo conjunto, lo que mantiene al mínimo la cantidad de juntas y la cantidad de posibles rutas de fuga.
Válvula de aguja del colector de válvula bidireccional de acero inoxidable Para el aislamiento de instrumentación y el ajuste del flujo de muestra, esta válvula de aguja de colector de dos vías combina un ajuste fino con cierre en un solo conjunto. Ver producto → En los circuitos hidráulicos, el principio es el mismo a presiones mucho más altas, donde la erosión es un riesgo real y los revestimientos endurecidos, el generoso espesor de pared y el sellado confiable valen el pequeño costo adicional.
Una lista de verificación práctica para reducir el flujo
- Establece el caudal que necesitas en condiciones normales y mínimas, y la presión disponible en cada extremo del circuito.
- Calcule el Cv o Kv requerido en lugar de adivinar a partir del tamaño de la tubería.
- Dimensione la válvula de modo que el funcionamiento normal esté entre aproximadamente un 20 y un 80 por ciento de apertura, dejando espacio para ajustarse en ambas direcciones.
- Haga coincidir la característica con el circuito: porcentaje igual donde la válvula toma gran parte de la caída de presión, lineal donde no.
- Mantenga separadas las tareas de aislamiento y estrangulación y verifique si hay cavitación o flujo obstruido siempre que ocurra una gran caída de presión en un paso.
La versión corta
Una válvula disminuye el caudal porque le quita presión al fluido y la convierte en calor que nunca se recupera. Cerrar la válvula aumenta su parte de la diferencia de presión disponible y lo que queda ya no es suficiente para mantener el flujo original. La fluidez con la que esto suceda depende del ajuste; lo lejos que puede llegar depende del fluido. Si está dimensionando una válvula para un flujo específico, estaremos encantados de trabajar con usted en los números. Échale un vistazo al soluciones de sistemas de fluidos Nosotros construimos, o simplemente envíenos las condiciones de su línea y permítanos dimensionarla juntos.
