Régimen de Flujo y Válvulas de Control: Conceptos y Aplicaciones en Procesos Industriales

Conceptos Básicos del Régimen de Flujo

1. Definición de Régimen de Flujo

El régimen de flujo se refiere a la cantidad de fluido que se mueve en un punto durante un período específico. Se puede expresar en unidades como galones por minuto (gal/min) o metros cúbicos por hora (m³/h).

2. Relación entre el Cambio de Velocidad y el Régimen de Flujo

El cambio de velocidad de un fluido está directamente relacionado con el régimen de flujo, según la ecuación: Q = V x A, donde:

• Q: Régimen de flujo
• V: Velocidad del fluido
• A: Área seccional del tubo

Esta ecuación demuestra que el régimen de flujo es directamente proporcional a la velocidad del fluido y al área de la sección transversal del tubo. Por lo tanto, a mayor velocidad y mayor diámetro del tubo, mayor será el régimen de flujo.

3. Flujo Laminar vs. Flujo Turbulento en Procesos Continuos

En un proceso continuo, no es recomendable trabajar con un flujo turbulento. Esto se debe a que el flujo turbulento se caracteriza por ser menos viscoso y tener una velocidad elevada, lo que puede generar inestabilidad en el proceso.

Por otro lado, es recomendable trabajar con un flujo laminar. El flujo laminar es más viscoso, tiene una velocidad baja y su movimiento es ordenado y generalmente estacionario, lo que favorece la estabilidad y el control en procesos continuos.

4. Factores que Influyen en la Pérdida de Carga

El comportamiento de un fluido, en lo que respecta a la pérdida de carga, depende de si el flujo es laminar o turbulento. Los factores que influyen son:

• Velocidad del fluido
• Diámetro del tubo
• Viscosidad del fluido

Estos factores se relacionan en la ecuación del número de Reynolds, que se utiliza para predecir el tipo de flujo.

Válvulas de Control

5. Definición de Válvula de Control según la Norma ISA

Según la norma ISA, una válvula de control es un dispositivo que responde automáticamente a los cambios frecuentes en el lazo de control. Puede obturar a ciclos muy frecuentes, desde varias veces al día hasta varias veces por minuto.

6. Válvulas On/Off vs. Válvulas de Control

No es recomendable usar una válvula on/off como válvula de control. Las válvulas on/off están diseñadas para servicio liviano o intermitente y se operan manualmente. Las válvulas de control, en cambio, deben ser resistentes para proporcionar una operación confiable y consistente.

7. Identificación de Fallas y Cambio de Acción en una Válvula de Bola

En una válvula de control de bola con cuerpo partido e I/P, la condición de falla y el cambio de acción se pueden identificar mediante:

• Verificar si el elemento de paso de flujo queda en la última posición.
• Verificar la señal de corriente a la entrada del I/P.
• Medir la presión.
• Cortar la señal de control.

8. Sistema Aleta-Tobera en Sistemas de Control Neumáticos

El sistema aleta-tobera es un amplificador de señal de movimientos. Convierte el movimiento mecánico en una señal neumática. Una presión de suministro estándar se suministra a través de una restricción en la tobera. Si la lengüeta se mueve para restringir el flujo de aire a través de la tobera, la ganancia o sensibilidad es muy alta.

9. Función del Relé Neumático en un I/P Análogo

El relé neumático convierte los cambios en la presión de salida en la aleta-tobera en cambios correspondientes a la presión de suministro de alta capacidad.

10. Uso de I/P Análogo y Electrónico en Procesos Continuos

Un I/P análogo se puede usar en una válvula de retroalimentación para casos de emergencia. Un I/P electrónico se utiliza para tener un mayor control dentro de un proceso. Si el posicionador es electrónico, el I/P análogo provee la alimentación.

Tipos de Válvulas y sus Aplicaciones

1. Categorías de Válvulas de Bola

Las válvulas de bola se dividen en tres categorías principales:

• Segmento de bola parcial de ranura en V
• Bola Venturi
• Obturador giratorio

2. Válvula de Bola Completa o Bola de Venturi

A una válvula de bola completa también se le llama bola de Venturi. Su principal característica es la baja caída de presión, ya que la bola se adecúa al segmento de la línea, minimizando la caída de presión.

3. Aplicaciones Típicas de las Válvulas de Control de Bola

Las válvulas de control de bola se utilizan típicamente en la transmisión y distribución de gas, y en otras aplicaciones que requieren alta capacidad.

4. Uso de Válvulas de Mariposa de Alta Performance en Procesos Corrosivos

Sí, una válvula de mariposa de alta performance se podría usar en un proceso corrosivo, ya sea en una aplicación modulante u on/off. Estas válvulas trabajan en un ángulo de 90 grados, lo que evita que se queden sedimentos estacionados en el obturador y proporciona un cierre hermético.

5. Características y Aplicaciones de las Válvulas de Mariposa

Las principales características de las válvulas de mariposa son el cierre hermético y la resistencia. Se usan en diferentes servicios cuando el punto a considerar es la economía y el cierre hermético no es un requerimiento crítico. Existen diferentes diseños, como:

• Válvula de mariposa para trabajo pesado
• Válvula de disco giratorio
• Diseño estándar
• Válvula revestida
• Alta capacidad
• Válvula de alto performance (para aplicaciones que necesitan un cierre hermético)

6. Características de las Prensas Estopas en Válvulas de Control

Las prensas estopas de las válvulas de control deben poseer las siguientes características:

• Material inerte a reacciones químicas.
• Soportar las temperaturas del proceso.
• Bajo coeficiente de roce.

Al poner en servicio una válvula nueva, se debe verificar el apriete de la prensa estopa.

7. Funcionamiento de una Válvula de Globo con Internos Desbalanceados

En una válvula de globo con internos desbalanceados, se genera una presión ascendente en el obturador. Esto provoca que el actuador necesite más fuerza para mover el obturador, requiriendo un actuador más grande. Sin embargo, también proporciona un cierre más hermético.

8. Función y Tipos de Jaulas en Válvulas de Globo

Las jaulas en una válvula de globo cumplen varias funciones:

• Ayudan a la linealidad del obturador y al control positivo de los internos.
• Caracterizan el flujo dependiendo de las ventanas de la jaula.
• Afirman la prensa estopa.

Existen tres tipos principales de jaulas:

• Jaula lineal
• Apertura rápida
• Isoporcentual

9. Selección de Válvula para un Proceso Específico

Se tiene un proceso con las siguientes características:

• Flujo en la línea.
• Presión interna de 70 psi.
• Temperatura de 80 °C.
• Válvula de globo instalada.

a) ¿Es la válvula más adecuada para el proceso señalado?

No, la válvula de globo no es la más adecuada, ya que tiene un alto costo. Las condiciones del proceso permiten instalar otra válvula que cumpla con los requerimientos y funcione correctamente a un menor costo.

b) ¿Qué tipo de jaula se debe instalar?

Dependerá de la característica de flujo deseada (lineal, apertura rápida o isoporcentual).

c) ¿Los internos deben ser balanceados o desbalanceados?

Dependerá de la fuerza del actuador disponible y del nivel de hermeticidad requerido en el cierre.