Válvulas para fluidos de alta viscosidad

En los procesos industriales en los que intervienen medios de alta viscosidad, como líquidos espesos o pastas, las válvulas se enfrentan a varios retos que afectan a su fiabilidad y eficacia. Por lo tanto, es importante seleccionar cuidadosamente una válvula por sus prestaciones para lograr un control eficaz y preciso del caudal. Este artículo explora los problemas que surgen al utilizar válvulas con medios viscosos y cómo seleccionar válvulas para estos medios.

Índice de contenidos

• Medios viscosos para válvulas
• Selección de la válvula adecuada para fluidos viscosos
• Válvulas para fluidos de alta viscosidad

Medios viscosos para válvulas

Las válvulas que manipulan medios viscosos se enfrentan a varios retos debido a la naturaleza espesa y pegajosa del fluido.

• La mayor fricción y resistencia de los medios viscosos dificultan la apertura y cierre suaves de la válvula. Esto puede provocar tiempos de respuesta más lentos y una menor precisión en el control del flujo.
• Los medios viscosos pueden provocar atascos, con el consiguiente mal funcionamiento de las válvulas y problemas de mantenimiento.
• Las elevadas caídas de presión (causadas por la resistencia que encuentra el fluido espeso al circular por los estrechos pasos y las restricciones dentro de la válvula) a través de la válvula pueden causar pérdidas de energía y disminuir la eficiencia del sistema.

Un diseño adecuado de las válvulas, la selección de materiales y un mantenimiento regular son cruciales para reducir estos problemas y garantizar un rendimiento fiable en aplicaciones con fluidos viscosos.

Selección de la válvula adecuada para fluidos viscosos

Los factores Cv, Kv y de corrección de la viscosidad (Fv) ayudan a elegir el tamaño y tipo de válvula adecuados para medios de alta viscosidad.

• El coeficiente de caudal de una válvula (Cv o Kv) mide su eficacia para permitir el paso del fluido, que depende del tamaño y el tipo de la válvula.
• La viscosidad del fluido es crucial en las caídas de presión para el flujo de fluido semi-turbulento o laminar. La viscosidad del fluido afecta de forma diferente a la caída de presión en los regímenes de flujo laminar y turbulento.
  • En el flujo laminar, una mayor viscosidad provoca un aumento de la pérdida de carga, mientras que en el flujo turbulento, el impacto de la viscosidad es menos significativo.
  • En el flujo turbulento, la mezcla irregular reduce el impacto de la viscosidad, haciendo que la caída de presión dependa menos de la viscosidad y esté más influida por otros factores como el número de Reynolds.
  • Los factores de corrección de la viscosidad (una forma de ajustar el Cv para tener en cuenta el espesor del fluido) se utilizan para dimensionar la válvula con precisión.

Aumentar el tamaño del orificio es una forma de abordar el coeficiente de caudal para fluidos viscosos. Pero puede causar inconvenientes como costes más elevados, mayor retención de partículas (el orificio más grande podría atrapar las partículas presentes en el fluido) y pérdidas de velocidad. Lo ideal es elegir el tipo y tamaño de válvula adecuados para garantizar un caudal suficiente y minimizar otros efectos como las caídas de presión.

Válvulas para fluidos de alta viscosidad

Es crucial tener en cuenta varios parámetros a la hora de seleccionar una válvula para medios altamente viscosos.

Nivel de contaminantes

Es crucial evaluar primero el nivel de contaminantes en el fluido antes de seleccionar un tipo de válvula. Una válvula de estrangulamiento es adecuada para fluidos viscosos contaminados. La jerarquía para la idoneidad de las válvulas según el nivel de contaminantes en el medio es la siguiente:

• Alto: Una válvula de estrangulamiento es muy adecuada para fluidos viscosos contaminados. Las válvulas de estrangulamiento están diseñadas para manipular fluidos altamente contaminados y pueden gestionar eficazmente la erosión causada por dichos fluidos. Controlan el caudal de los fluidos en las tuberías, especialmente en la industria del petróleo y el gas, y son lo bastante robustos para soportar altas presiones y temperaturas.
• Medio: Las válvulas de diafragma son adecuadas para fluidos con un nivel medio de contaminantes. Estas válvulas se utilizan para estrangular y controlar el caudal de fluido. Proporcionan un mejor cierre que las válvulas de compuerta y suelen utilizarse en aplicaciones en las que es necesario regular el caudal y minimizar las fugas.
• Bajo:
  • Válvulas de bola: Las válvulas de bola son las preferidas para controlar fluidos viscosos en operaciones industriales y de petróleo y gas debido a sus excelentes coeficientes de caudal y mínimas caídas de presión. Tienen trayectorias de flujo suaves y características de estanquidad fiables durante toda su vida útil, con caídas de presión que se producen entre la bola y el asiento.
  • Válvulas de diafragma: Las válvulas de diafragma tienen buenos coeficientes de caudal, pero son inferiores a las válvulas de bola. Estas válvulas limitan la contaminación y la acumulación de partículas alrededor del cuerpo de la válvula, por lo que son habituales en aplicaciones de fluidos de gran pureza. Ofrecen cierre rápido, accionamiento preciso y limpieza.
  • Válvula de mariposa: Las válvulas de mariposa son adecuadas para fluidos poco contaminantes y suelen utilizarse en tuberías de gran diámetro. Regulan el fluido que circula por una sección de la tubería y tienen una estructura sencilla, lo que las hace rentables.

Factor de recuperación de presión y parpadeo

Los fluidos de alta viscosidad tienen una mayor resistencia al flujo y, por lo tanto, experimentan una importante caída de presión al pasar por una válvula. Cuando un fluido atraviesa una válvula, su presión disminuye en la vena contracta (el punto de máxima constricción) y luego se recupera aguas abajo (Figura 2). El factor de recuperación de presión mide el potencial de recuperación de presión tras el paso del fluido por una válvula (Figura 3).

Un factor de recuperación de presión elevado indica que la presión se recupera significativamente, lo que podría provocar cavitación y parpadeo si la presión cae por debajo de la presión de vapor del fluido.

• El diseño y el estilo de la válvula pueden afectar a su factor de recuperación de presión. Por ejemplo, las válvulas de globo y de ángulo suelen tener factores de recuperación más elevados que las válvulas de compuerta o de bola. Esto se debe a que estas válvulas tienen una mayor caída de presión y trayectorias de flujo más turbulentas que las válvulas de globo y de ángulo.
• Las válvulas de globo distribuyen mejor las pérdidas de presión que las de mariposa. Las válvulas de globo tienen múltiples puntos de constricción que distribuyen uniformemente las caídas de presión de un sistema. Por otro lado, las válvulas de mariposa experimentan caídas de presión en puntos de constricción limitados entre el cuerpo de la válvula y el disco, lo que provoca una menor recuperación de presión y las hace inadecuadas para el transporte de fluidos viscosos con límites de presión de vapor más bajos.

Precisión

La precisión en el caudal de las válvulas significa ajustar el caudal, la presión o la dirección del fluido con gran exactitud, hasta incrementos muy pequeños, para cumplir requisitos o normas específicos. Los procesos de flujo de alta precisión requieren válvulas automatizadas que respondan eficazmente a las condiciones de flujo. Las electroválvulas funcionan bien en procesos de flujo de fluidos que requieren los más altos niveles de precisión. Las electroválvulas coaxiales (figura 1) están diseñadas para manipular medios viscosos y contaminados, incluso a altas presiones o temperaturas. Los orificios de entrada y salida son opuestos, lo que crea una trayectoria de flujo casi lineal. Lea nuestro artículo sobre la viscosidad de los fluidos para obtener más detalles.