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Cómo funcionan las válvulas hidráulicas - Los diferentes tipos de válvulas

Las válvulas son herramientas que dirigen, controlan o regulan el flujo de un fluido.

Pueden permitir o interrumpir el flujo, regular el caudal o la presión y su cuerpo tiene puertos de entrada y salida, en cuyo interior hay un elemento móvil para la regulación o interrupción del flujo.

Desde los albores de la civilización, los seres humanos utilizaban válvulas primitivas, ya que se establecían durante largos periodos en un lugar en vez de vivir como cazadores-recolectores. El suministro de agua era esencial para la nutrición y el riego, lo que permitía la supervivencia de las pequeñas ciudades. Hace 7.000 años, en Jericó (Israel), el agua solía almacenarse en pozos para ser acto seguido distribuida mediante sencillos sistemas primitivos de abastecimiento. Las antiguas civilizaciones se hicieron prósperas gracias a su capacidad de gestionar los recursos hídricos hasta que los antiguos griegos inventaron las primeras válvulas verdaderas.

Las primeras válvulas de bronce, tanto las de tipo tapón como las de compuerta, se fabricaron con procedimientos metalúrgicos y se dotaron de dispositivos mecánicos.

Vitruvio hizo referencia en sus escritos sobre algunas válvulas griegas que resultan parecidas a las modernas válvulas de mariposa. Incluso Hero mencionó y describió en su escrito "Milliarion" una válvula de cabeza de caballo, que tenía la misma función que una válvula de bola moderna.

En la época romana se aumentó el uso de válvulas y grifos en la red de agua para reducir el desperdicio de agua tras la construcción de nuevos acueductos, y el impresionante desarrollo de la metalurgia. Los romanos empleaban válvulas de tapón cilíndricas, o esporádicamente cónicas, cuyo cuerpo y macho se fabricaban mediante fundición.

Con la decadencia del Imperio Romano y con los bárbaros asolando las ciudades, durante la Edad Media fueron los monasterios los lugares donde se mantuvo viva este tipo de tecnología.

En este vídeo vamos a explicar los tipos de válvulas más famosos y su funcionamiento.

Desde hace más de diez años, la empresa Jaes suministra repuestos industriales y ofrece todo tipo de válvulas de los principales fabricantes.

Hay muchos tipos de válvulas y varios criterios de clasificación:

La primera manera de clasificar una válvula es por su forma; de hecho, la válvula suele tomar el nombre de la forma externa del obturador o de cómo se mueve.
El obturador es la parte principal de la válvula y sirve para iniciar, detener o regular el flujo. Por ejemplo, la válvula de bola recibe el nombre del obturador en forma de esfera. La válvula de globo, por contra, recibe su nombre de la forma externa, mientras que la válvula de compuerta lo recibe del movimiento del obturador hacia arriba y hacia abajo, como una compuerta propiamente dicha.

El segundo método es por el tipo de accionamiento. Para accionar una válvula se necesita una fuerza que puede ser manual mediante una palanca o un volante, o derivada de actuadores, por ejemplo
- electromagnético (con un solenoide);
- electromecánico (con un motor eléctrico);
- neumático (mediante un cilindro neumático);
- hidráulico (mediante un cilindro hidráulico)
- termostático (la dilatación térmica hace que el obturador se mueva).
En este método de clasificación también hay que tener en cuenta si son válvulas de movimiento rotativo o lineal. Las válvulas rotativas necesitan un cuarto de vuelta del obturador para iniciar o detener completamente el flujo, por lo que se denominan válvulas de acción rápida; algunos ejemplos son las válvulas de bola y las de mariposa.
En las válvulas de movimiento lineal, el obturador se levanta y baja para iniciar, regular o detener el flujo; algunos ejemplos son las válvulas de compuerta y las de globo.

El tercer método de clasificación es por tipo de aplicación. Las válvulas pueden actuar como
- válvula de cierre (para detener e iniciar el flujo);
- válvula de control (para ajustes intermedios del caudal o la presión de un fluido)
- válvula de alivio de aire (para eliminar el exceso de aire)
- válvula de seguridad (para permitir la fuga de fluido en condiciones de sobrepresión)
- válvula de retención (para permitir el flujo sólo en una dirección).

Veamos ahora varios tipos de válvulas.
Si te interesa el tipo de válvula que estás viendo y quieres saber más, haz clic en el enlace superior derecho para ver un vídeo sobre ella.

Válvula de bola.
Es una válvula de movimiento rotativo de acción rápida con un tapón en forma de esfera con un orificio pasante.
El orificio gira hasta quedar alineado con la entrada y la salida del cuerpo para iniciar el flujo, y vuelve a girar en posición perpendicular para detenerlo.
Las válvulas de bola son adecuadas sólo para iniciar y detener el flujo.

Válvula de tapón.
Es una válvula de movimiento rotativo, que funciona de la misma manera que la válvula de bola, aunque el obturador es cilíndrico o cónico. Gracias a su forma, las válvulas de tapón pueden tener más de dos puertos, dividiendo el flujo en tantos puertos como tenga la válvula.
Válvula de mariposa.
Es una válvula de movimiento rotativo con un disco como obturador, que gira 1/4 de vuelta. Al girar, el obturador inicia y detiene el flujo, pero también es eficaz para regularlo.
Las válvulas de mariposa son adecuadas para grandes caudales de líquido o gas a baja presión.

Válvula de compuerta.
Es una válvula de movimiento lineal con un obturador que puede ser incluso rectangular. Recibe el nombre del obturador que se mueve hacia arriba y hacia abajo, iniciando y deteniendo el flujo, como una puerta de garaje propiamente dicha.
Este tipo de válvula no es adecuada para regular el caudal porque está sometida a vibraciones cuando está abierta.

Válvula de globo.
Es una válvula de movimiento lineal con un obturador que presiona verticalmente sobre el asiento, ejerciendo una gran fuerza de cierre. Se utiliza para detener, iniciar y regular el flujo de un fluido.
El vástago puede estar en ángulo recto, también llamado "flujo recto" o "patrón T", o inclinado, que se denomina "patrón Y", donde el flujo está menos desviado.

Válvula de aguja.
Está diseñada para realizar ajustes finos en el flujo.
Funciona igual que la válvula de globo, pero tiene un tapón en forma de aguja que presiona verticalmente sobre el asiento, por lo que la cantidad de flujo es más precisa.

Válvula de diafragma.
Es una válvula de movimiento lineal, con un diafragma que puede subir o bajar para iniciar o detener el flujo.
Dado que sólo el interior de la válvula y el diafragma están expuestos al flujo, es adecuada para fluidos corrosivos, peligrosos o que no puedan ser contaminados.

Válvula de pellizco.
Consiste en un manguito de goma y un mecanismo de pellizco para detener el flujo. Se utiliza para detener, iniciar y regular el flujo de un fluido y es especialmente adecuada para lodos o líquidos con residuos.
El manguito de goma es la única parte expuesta al fluido, por lo que la válvula de pellizco también es adecuada para fluidos corrosivos, peligrosos o que no se pueden contaminar.

Válvulas de alivio y seguridad.
Estas válvulas están diseñadas para evitar daños en los dispositivos, eliminando la posible sobrepresión.
La válvula de alivio se abre gradualmente cuando la presión es demasiado alta, disminuyendo hasta el nivel ideal, mientras que la válvula de seguridad se abre completamente y se cierra herméticamente tan pronto como se establece de nuevo la presión normal.

Válvula de retención también llamada "válvula antirretorno".
Este tipo de válvula está diseñada para evitar la inversión del flujo. La válvula se activa directamente por la presión del flujo, mientras que cualquier inversión del flujo cerrará la válvula. Existen varios modelos de este tipo, como la válvula antirretorno de oscilación, la válvula antirretorno de disco y la válvula antirretorno de bola.
Entre todos estos modelos de válvulas de retención hay un tipo especial llamado válvula Tesla. Se trata de una válvula de geometría fija, lo que significa que no tiene partes móviles. De hecho, gracias a varios cambios de dirección crea movimientos del fluido, que lo hacen fluir en una sola dirección.

Uno de los datos más importantes para identificar una válvula es su coeficiente de caudal.

El coeficiente de caudal (con el símbolo Kv) describe el flujo de agua entre 5° C y 40° C. Se expresa en "metros cúbicos por hora" (m3/h) y mide el volumen que pasa por una válvula con una presión diferencial (es decir, la diferencia entre la presión de entrada y la de salida) de 1 bar.
El sistema americano expresa el coeficiente Cv, que se describe como el caudal de agua a 60° F en "galones americanos por minuto" (gpm) con una presión diferencial de 1 psi.
El coeficiente de flujo Kv es igual a 0,865 Cv (1 Kv = 0,865 Cv).

Utilizando este coeficiente se puede

- medir la válvula a partir del caudal y la pérdida de carga
Kv = Q / √ΔP

- calcular el caudal de la válvula a partir de la diferencia de presión
Q = Kv x √ΔP

- calcular la pérdida de carga a través de la válvula a partir del caudal y del coeficiente de caudal Kv
ΔP = (Q / Kv)2

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