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Criterios para la elección de una válvula hidráulica de diafragma

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  • Criterios elección válvula hidráulica diafragma
    Sección de una válvula de doble cámara cortesía BERMAD.

Sobre el blog

Miguel Angel Monge Redondo
Ingeniero Técnico Agrícola por la UPM. Autor del libro: Diseño agronómico e hidráulico de riegos agrícolas a presión. Nominado mejor Blog y Post premios iAgua 2018
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Esta es la última entrada sobre válvulas hidráulicas. Revisaremos los criterios de selección y veremos algunos datos interesantes para decidir qué tipo de válvula emplear según los requerimientos de la instalación.

En el mercado de las válvulas de riego existen fundamentalmente los siguientes tipos, representados en la siguiente imagen.

La diferencia entre los diversos tipos de válvulas de cámara simple se encuentra en la manera en que se produce el cierre:

  • En las válvulas de asiento plano el diafragma es de forma cilíndrica y el cierre se produce cuando este cilindro se apoya en el orificio de entrada.
  • En las válvulas de manguito en línea el diafragma tiene forma cilíndrica y el cierre se produce cuando este cilindro de goma aprieta contra un núcleo central.
  • En las válvulas de asiento central el cierre se produce por el apoyo del diafragma contra un nervio central.

Comparativa de las características de las válvulas de asiento plano, de manguito en línea y las de asiento central    

El diafragma de las válvulas de asiento plano, en posición de cierre, está equilibrado y por tanto el reparto de fuerzas sobre el mismo es simétrico. No existen deformaciones visibles con el tiempo.

En las válvulas de manguito en línea y las de asiento central el diafragma está desequilibrado en posición de cierre. Sufre deformaciones en el lado de aguas abajo, tanto mayores cuando mayor es la presión aguas arriba.

Puesto que la deformación depende de la presión, las válvulas de asiento central necesitan diafragmas diferentes para cada presión nominal.

En las válvulas de asiento plano, el desplazamiento del diafragma es directamente proporcional al grado de apertura. En las de asiento central y las de manguito en línea, la apertura tiene una forma irregular, por tanto presentan un peor comportamiento cuando deben regular el caudal o la presión.

Debido a lo comentado en el punto anterior, no es posible instalar en las mismas un indicador de posición que es un elemento que incorpora un interruptor fin de carrera o un transductor de posición de manera que podamos conocer a distancia el grado de apertura del diafragma de la válvula.

Comparativa de las válvulas de cámara simple y de cámara doble    

Ambos tipos de válvulas tienen ventajas e inconvenientes cuando las comparamos, por lo que entender estas diferencias nos ayudará a seleccionar un tipo u otro.

Otros factores a tener en cuenta a la hora de seleccionar válvulas hidráulicas de diafragma

En válvulas que sólo se vayan a emplear para abrir y cerrar se deberá elegir aquélla que para el mismo caudal produzca una menor pérdida de carga.

Para válvulas reguladoras la pérdida de carga no tiene la misma relevancia. Las válvulas de asiento central son las que menos pérdida de carga producen, sin embargo son las menos ventajosas para regular.

La precisión en la regulación es muy buena en las válvulas de cámara doble y buena regulación en las de asiento plano.

Cuando se maniobra con altos caudales y bajas secciones de apertura de válvula, la cavitación puede suponer un problema en las válvulas reguladoras. Sin embargo este hecho no tiene importancia en válvulas de apertura y cierre. Las más resistentes a la cavitación son las de doble cámara y manguito en línea.

Gráficas de pérdida de carga

Los fabricantes ensayan en bancos de pruebas propios o bien en bancos ajenos sus válvulas para determinar la pérdida de presión que produce una familia determinada de válvulas para una gama de caudales circulantes. Las gráficas obtenidas se incluyen en la documentación técnica de sus productos para que el proyectista pueda por un lado seleccionar el modelo más adecuado a las condiciones de uso de la instalación y por el otro determinar con exactitud la pérdida de presión que provoca una determinada válvula en la red. A continuación se muestran dos modelos de gráficas de pérdidas de carga: la primera para una familia de válvulas de cámara simple y la segunda para una familia de cámara doble. Normalmente se selecciona una válvula para una pérdida de carga máxima de unos 2 a 4 mca, valores que se encuentran en la zona media de las gráficas.

Recomendaciones finales    

Seleccionar una válvula por debajo de su tamaño adecuado conlleva:

  1. Reducir el caudal deseado.
  2. Provocar la vaporización de los líquidos a la salida de la válvula y daños por cavitación.
  3. Ocasionar una pérdida importante de carga en la instalación.
  4. Disminuir la presión de salida.

Sobredimensionar una válvula conlleva:

1. Aumentar el coste de la instalación.

Para válvulas reguladoras:

2. Provocar un caudal variable o incluso un control irregular del caudal a causa de una diferencia de presión insuficiente.

3. Reducir la duración de vida de ciertas válvulas a causa de las oscilaciones en las partes internas debido a la inestabilidad de las presiones diferenciales.

Una válvula de abrir-cerrar debe de producir la menor pérdida de carga posible, ya que su función es la de aislar un tramo o una parte de la conducción para realizar operaciones de reparación o de mantenimiento y por tanto, no es necesario que produzca una pérdida de presión en la instalación.

Una válvula hidráulica de regulación necesita una pérdida de carga para poder operar correctamente, es decir, precisa de un diferencial de presión mínimo entre aguas arriba y aguas abajo para que el actuador trabaje correctamente.

Sobre la fotografía de portada

Sección de una válvula de doble cámara cortesía BERMAD. Puede observarse la pieza en U invertida debajo del disco de cierre. Esta pieza cambia la relación grado de apertura/caudal y hace que la válvula tenga una mayor abertura para un mismo caudal, variando, por tanto, la ley de cierre de la misma.

Las válvulas equipadas con este cierre tienen una respuesta más precisa cuando regulan bajos caudales, se reducen los ruidos y las vibraciones, permite un rango de flujos muy amplio con reducciones de presión relativamente elevadas. En muchos casos ahorra la instalación de una válvula de menor tamaño en paralelo que se requeriría para caudales muy pequeños.

Su uso es muy recomendable en válvulas reductoras de presión con altas reducciones de presión y/o bajos caudales, también en válvulas que descargan a la atmósfera, como las de alivio, y en aplicaciones de mantenimiento de niveles en depósitos con flotadores regulables.

Las válvulas equipadas con este dispositivo tienen una mayor pérdida de carga, por tanto no son recomendables en aquellas aplicaciones donde se requiera una mínima pérdida de presión.

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