La primera parte la puedes leer aquí:
Observaciones a tener en cuenta durante la selección de una válvula reductora de presión
Evidentemente una válvula de control, en este caso reductora de presión, tendrá una serie de requisitos de funcionamiento que debemos de conocer en la fase de proyecto los cuales nos servirán para elegir el modelo más adecuado de válvula. En todo caso se deberá consultar con el fabricante para garantizar que se ha seleccionado convenientemente la válvula para las condiciones de trabajo de la instalación.
Los fabricantes de válvulas como Bermad poseen una magnífica documentación técnica que puede descargarse desde su página web al igual que herramientas muy útiles de cálculo, como el Bermad Sizing que nos ayudará mucho en el proceso de selección de válvulas.
Asimismo también recomiendo que naveguen por la página de válvulas Mistral Ross en la que pueden encontrar útil y abundante información técnica sobre diferentes modelos y usos de válvulas.
Antes de seleccionar una válvula reductora de presión debemos de disponer de los datos necesarios que nos orienten en su selección. Fundamentalmente deberemos de conocer la presión de servicio aguas arriba de la válvula, la presión necesaria aguas abajo así como los caudales circulantes y su variabilidad en el tiempo. Cuantos más precisos sean estos datos con mayor acierto podremos elegir el modelo de válvula para las condiciones de trabajo de la instalación.
Según lo comentado, a la hora de dimensionar una válvula reductora de presión hemos de tener en cuenta fundamentalmente los siguientes aspectos.
Presiones y caudales
Debemos de conocer de la manera más precisa posible estos valores al igual que las variaciones que se puedan producir de caudal aguas abajo de la válvula.
Por ejemplo, si estamos trabajando en una red de riego se considerará la variabilidad de caudales según los turnos de riego, como puede apreciarse en el siguiente gráfico, en el que vemos que el turno 3 es el que mayor caudal demanda, y el siguiente turno, el 4, el que menor caudal necesita. Para estos casos se necesita de una actuación rápida de la válvula.
En una instalación de abastecimiento que suministra agua potable a una zona de apartamentos turísticos o de hoteles, existirá una variabilidad en el consumo de agua según la hora del día, con un mayor consumo a primera hora de la mañana y un menor consumo durante las últimas horas del día, con picos entre medias. Sin embargo, como este consumo es progresivo en el tiempo, la respuesta de la válvula, al contrario que en el caso anterior, será de reacción lenta. Lo vemos en la gráfica siguiente.
Velocidad del agua en la válvula
Debe de ser de 2 a 5 m/s. Con velocidades más altas podrían presentarse problemas de cavitación en la válvula.
Sobre el fenómeno de la cavitación pueden informarse en el post:
Una válvula se posiciona con determinados grados de apertura para mantener la presión de trabajo aguas abajo. Cuando el consumo de agua sea muy bajo, la válvula se encontrará en una posición próxima al cierre. En estos casos la velocidad de circulación del agua a través de la válvula se eleva siendo más acusada cuanta mayor sea la diferencia de presiones. Este es un punto crítico debido a las altas velocidades de circulación del agua, por lo que es muy importante conocer la demanda mínima de caudal en nuestra instalación para prevenir posibles problemas. En el apartado recomendaciones de este artículo se dan soluciones para evitarlos.
El valor de la cavitación se representa por un índice adimensional, σ, que se define matemáticamente como:
σ = (Pb – Pv) / (Pa – Pb) [I]
Siendo Pb la presión aguas abajo de la válvula, Pv la presión de vapor del líquido* y Pa la presión aguas arriba de la válvula. A medida que σ disminuye, los efectos dañinos de la cavitación aumentan.
Las pautas aceptadas son las siguientes:
σ > 1, no hay problema de cavitación
σ de 0,5 a 1, cavitación leve;
σ de 0 a 0,5, cavitación severa.
(*) En el post ¿qué es la cavitación? ¿cómo evitarla?, se explica qué es Pv y los valores que tiene.
Los fabricantes de válvulas informan en sus catálogos y documentos técnicos sobre el riesgo de la cavitación mediante gráficas, señalando la zona de peligro tal y como aparece en la siguiente imagen procedente del fabricante Bermad.
Ratio de reducción
El ratio de reducción, R, es el resultado de dividir la presión aguas arriba (PA) entre la presión aguas abajo en la válvula (PB), de tal forma que:
R = PA / PB
Este ratio es aconsejable que no sobrepase el valor de 3.
En el caso de que se necesite una reducción mayor de presión pueden emplearse válvulas reductoras proporcionales. Veamos a continuación en qué consisten.
Válvulas reductoras proporcionales
Una válvula reductora proporcional es una válvula de doble cámara que no lleva pilotos y funciona realizando un ratio fijo de reducción. Estas válvulas son muy útiles allí donde se necesiten altas reducciones de presión. En estos casos se instala primero la válvula reductora proporcional y a continuación, en el segundo salto de reducción de presión, la válvula reductora pilotada. Esta última se encargará de mantener la presión de consigna fijada aguas abajo.
Supongamos que tenemos que reducir la presión en un punto de la instalación de 20 a 3 bar. Como es una reducción alta (Ratio ≈ 7) se instalaría una válvula proporcional que reduzca de 20 a 7 bar en un primer paso y, tras ésta, una reductora pilotada para el segundo salto de reducción de presión, que será de 7 a 3 bar como se detalla en la imagen siguiente:
Las válvulas reductoras proporcionales son muy apropiadas como defensa contra la cavitación delante de válvulas reductoras pilotadas, como es el caso de la instalación de la imagen de arriba. También son empleadas en válvulas de flotador con una alta presión de entrada (más abajo se muestra en un dibujo). Por otra parte las válvulas reductoras proporcionales son muy útiles allí donde se necesiten altas reducciones de presión sin que importe demasiado la presión de salida como por ejemplo en conducciones por gravedad. La válvula serviría para reducir el timbraje, es decir, las presiones de trabajo necesarias en las tuberías, ahorrando en costes.
Volviendo al dibujo anterior, tengo que comentaros que al disminuir la presión del agua se libera aire que pueda ir disuelto, de ahí que en los puntos de la instalación donde existan válvulas reductoras de presión sea aconsejable instalar ventosas.
Podéis encontrar información sobre ventosas y su cálculo en los dos artículos siguientes:
Asimismo, siguiendo con la misma imagen, se observa antes de la válvula reductora proporcional otro dispositivo. Se trata de un filtro. Hay muchas impurezas que pueden circular en el agua, sobre todo tras la reparación de una avería. El filtro retiene todas esas partículas que podrían impedir el correcto funcionamiento de las válvulas.
Bien, antes de continuar con el artículo, volvamos un momento a la fórmula [I] y realicemos algunos cálculos.
Vamos a calcular la σ para un salto de presión directo, es decir de 20 bar a 3 bar, sin válvula reductora proporcional por lo tanto. La Pv la establecemos en 0,12 que corresponde a una temperatura del agua de 20ºC. Hagamos números.
σ = (Pb – Pv) / (Pa – Pb) = (3-0,12) / (20 – 3) = 2,88 / 17 = 0,16 (riesgo de cavitación severa)
Considerando ahora la incorporación de la válvula reductora proporcional, vamos a calcular el riesgo para los dos saltos de presión, de 20 a 7 bar y de 7 a 3 bar, es decir, para la instalación vista en la figura:
σ = (7-0,12) / (20 – 7) = 6,88 / 13 = 0,52 (no hay problema de cavitación en el primer salto)
σ = (3-0,12) / (7 – 3) = 2,88 / 4 = 0,72 (no hay problema de cavitación en el segundo salto)
Veis con estos ejemplos por qué no es aconsejable que el ratio de reducción R sobrepase el valor de 3.
En la imagen siguiente apreciamos el uso de una válvula reductora proporcional como solución alternativa a una arqueta de rotura de carga en una conducción por gravedad.
En la siguiente imagen la válvula reductora proporcional evita la cavitación en la válvula de llenado de un depósito. La válvula reductora reduce las altas presiones que hay aguas arriba de la válvula de flotador.
Recomendaciones
En el caso de necesitar una alta reducción de presión y no puedan por problemas de espacio instalarse dos válvulas en serie (la reductora proporcional que hemos visto antes más la pilotada) puede recurrirse a añadir en el accionador de la válvula pilotada una jaula de cavitación. Este dispositivo permite unos ratios de reducción muy altos, de hasta 15:1. En la imagen siguiente se observa el dispositivo, consistente en un cilindro metálico perforado.
Como se trata de una solución delicada debe de consensuarse con el fabricante.
Para reducir altas presiones no se recomienda utilizar dos válvulas reductoras pilotadas en serie, pues pueden entrar en funcionamiento inestable, fenómeno que se conoce como resonancia de presiones. Esta inestabilidad se caracteriza por movimientos cruzados y rápidos de aperturas y cierres de ambas válvulas que aparece y desaparece sin causa aparente.
Si se necesita regular con una alta precisión la presión de la instalación, pueden emplearse solenoides en el circuito de control para calibrar la entrada y la salida de agua en la cámara de la válvula según podemos ver a continuación.
Mediante este montaje la válvula hidráulica se comporta igual que una válvula motorizada, ya que si activamos el solenoide 1 durante un cierto tiempo y luego lo desactivamos penetrará una determinada cantidad de agua en la cámara, y esto supondrá un cierto grado de cierre. Para abrir haremos lo mismo pero accionando el solenoide 2, con lo que se consigue desalojar el agua de la cámara de la válvula. La válvula de aguja 3 controla la velocidad de cierre y la 4 la velocidad de apertura. Combinando la activación de los solenoides 1 y 2 se posicionará la válvula en el valor de apertura deseado.
Este tipo de válvula con control de posicionamiento puede ser manejada manualmente por control remoto o bien realizar el control mediante un programador que recibe información de transductores de presión, medidores de caudal, etc. y posiciona la válvula según los datos recibidos.
En válvulas reductoras de presión con altas reducciones de presión y/o bajos caudales se recomienda el uso de cierre con uves invertidas. Consiste en una pieza que se monta debajo del disco de cierre de algunos modelos de válvulas, como se aprecia en el siguiente dibujo.
Este dispositivo 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 válvula.
Las válvulas equipadas con este cierre tienen una respuesta más precisa, reducen los ruidos y vibraciones, permite un rango de flujos más 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 operar con caudales muy bajos, de esta manera nos podríamos ahorrar la siguiente combinación de elementos:
La selección de una válvula reductora de presión requiere, como hemos visto, de unos datos previos que nos orienten hacia esa selección. Cuanto más precisos sean los datos, con mayor garantía se seleccionará el modelo de válvula adecuado dentro de la gama que nos ofrezca el fabricante. Fundamentalmente nos interesará conocer, con la mayor precisión posible, la presión de trabajo de la instalación y los caudales circulantes.
Debemos de tener siempre un contacto directo con el fabricante o con el distribuidor de válvulas para que nos oriente en la selección, ya que disponen de las herramientas de cálculo así como del personal técnico especializado que nos ayude en este proceso.
Por último incido siempre en la importancia de los trabajos de mantenimiento y en no descuidar estos trabajos para mantener siempre la instalación en unas buenas condiciones de funcionamiento.