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Válvulas Reductoras de Presión para Vapor

En una planta usuaria de vapor, normalmente el vapor se genera a presiones elevadas y reducidas localmente para proveer calor para cada usuario de vapor. Normalmente esto se realiza para minimizar el diámetro de la tubería de distribución de vapor y permitir un suministro de vapor con costo mas eficiente.

Reducir la Presión de Vapor

Una forma común de reducir la presión es al reducir el tamaño del pasaje del vapor. Para la reducción mas básica de presión, es posible usar una simple válvula de globo en una posición fija de parcialmente abierta, o al insertar una placa con un orificio en el flujo de vapor. Sin embargo, cualquier fluctuación en el flujo seria acompañado por una fluctuación correspondiente en la presión. Para evitar tales circunstancias, las válvulas reductoras de presión (PRV) pueden ser utilizadas para proveer un control mas preciso de la presión aguas abajo. Automáticamente ajustan la cantidad de apertura de la válvula para permitir que la presión permanezca sin cambio alguno aun cuando el flujo tiene una fluctuación.

Ventajas de las Válvulas Reductoras de Presión

Si bien es posible mantener una presión constante mediante el uso de la combinación de una válvula de control, un censor de presión y un controlador, una válvula reductora de presión ofrece la ventaja de ser capaz de controlar totalmente la presión a través de auto-operación completamente automática, que no requiere ningún tipo de energía motriz. Esto ofrece la ventaja adicional de una acción de respuesta extremadamente rápida, ya que funciona automáticamente censando la presión.

Reducir la Presión de Vapor

Fig. 1 Normalmente los procesos de calentamiento requieren de vapor a presiones mas bajas que la que se distribuye por la caldera. Por lo tanto las válvulas reductoras de presión son utilizadas para reducir la presión de vapor al valor requerido por el proceso.

Tipos de Válvulas Reductoras de Presión para Vapor

El mecanismo que automáticamente ajusta a la presión en las válvulas reductoras, utiliza el equilibrio entre la presión de vapor y el resorte de ajuste. En la actualidad, esto es universal en todas las válvulas reductora de presión que se fabrican. Sin embargo, cuando se trata del mecanismo que determina la cantidad de apertura de la válvula, podemos encontrar dos tipos:

  • Sin piloto, válvula de acción Directa: El resorte de ajuste aplica la fuerza de ajuste directa sobre la válvula principal.
  • válvula Operada por Piloto: El resorte de ajuste aplica la fuerza directamente en la válvula piloto, la cual es mas pequeña y totalmente distinta a la válvula principal.

A continuación una vista general de las características de cada tipo de PRV.

acción Directa (Sin Piloto)

Usada para cargas mas pequeñas donde un control tan exacto de la presión no es requerido.

  • Pros: Compacta, bajo costo, construcción simple.
  • Contras: Mayor caída (variación de la presión de ajuste) que la PRV operada por piloto.

Válvulas Reductoras de Presión para Vapor

Fig. 2 La presión de vapor entregada es regulada por el balance de fuerzas que actúan directamente en la válvula misma: La fuerza inferior se genera por la compresión del resorte de ajuste sobre la fuerza superior de la presión secundaria que actúa sobre la parte inferior del diafragma o fuelles. Nota: Los movimientos en la animación han sido remarcados y reducidos en su velocidad con la intención de demostrar el cierre y la apertura de la válvula.
 

En las válvulas reductoras de presión de acción directa, el porcentaje de apertura se determina directamente por el movimiento del resorte de ajuste. Si el resorte se comprime, crea una fuerza de apertura en la válvula lo que incrementa el flujo. Mientras la presión se forma aguas abajo, la ecualización ocurre al alimentar la presión de aguas abajo a la parte inferior del resorte de ajuste (usualmente en contra del diafragma o de los fuelles) en donde la fuerza superior se balancea contra la compresión del resorte. La fuerza de compresión del resorte que abre la válvula solo esta limitada a permitir la suficiente sensitividad del resorte para ecualizar con los cambios de presión de aguas abajo. El resultado neto es el control de presión simple a través de una pequeña válvula de orificio la cual entrega una baja capacidad de flujo (y en donde un gran flujo puede ocasionar una caída de presión.)

Operadas por Piloto

Usadas para cargas de flujo mayores en donde se requiere un mayor control de presión

  • Pros: Mayor control de presión, respuesta rápida al cambio de flujo, puede ser usada para un mayor rango de flujos en comparación de los tipos de acción directa.
  • Contras: De mayor tamaño, con un precio mas elevado.

Válvulas Reductoras de Presión para Vapor

Fig. 3 La presión entregada es regulada en una manera similar a las PRV de acción directa, sin embargo de manera indirecta a través de una válvula piloto. Al actuar la válvula piloto, provee del flujo de apertura a la válvula principal la cual puede suministrar de flujos significantemente mayores que la válvula piloto. La válvula piloto es a su ves ecualizada por la presión secundaria, la cual controla correspondientemente el flujo de apertura a la válvula principal. Nota: Los movimientos en la animación han sido remarcados y reducidos en su velocidad con la intención de demostrar el cierre y la apertura de la válvula.
 

En las válvulas reductoras de presión operadas por piloto, se utiliza una válvula piloto para cargar un pistón o diafragma el cual incrementa la fuerza inferior utilizada para abrir la válvula principal. Esto permite una mayor capacidad de flujo con una menor diferencia en la presión (caída). La apertura y el cierre de la válvula piloto se controla por el balance de las fuerzas del resorte de ajuste y la presión secundaria de igual manera en la que opera la válvula de acción directa. Sin embargo, en una PRV operada por piloto, esta apertura y cierre de la válvula piloto entrega la presión a la válvula pistón principal o diafragma. Es este flujo de presión del piloto el que genera la presión que es amplificada por el área del pistón o diafragma para permitir la apertura de una válvula de mayor tamaño, lo cual provee la capacidad para flujos de mayor tamaño.

Debido a que la fuerza de bajada se amplifica a través del uso del diafragma o pistón, un cambio menor en la apertura de la válvula piloto puede resultar en un gran cambio el flujo y presión aguas abajo a través de la válvula principal. Como resultado, se requiere de pequeños ajustes en la fuerza del resorte del piloto para obtener respuesta rápida sobre un gran rango de flujos de vapor. Mayores flujos de vapor, rápida respuesta, y un control de presión mas estable representan las ventajas de este tipo de válvula por sobre las del tipo de acción directa.

Conclusiones

De las características presentadas en la parte superior, se puede observar que el funcionamiento y las aplicaciones de las PRV de acción directa difieren substancialmente de las PRV operadas por piloto.

En resumen:

  • Las válvulas de acción directa son usadas cuando las cargas son pequeñas y se acepte alguna caída de presión. Generalmente se utilizan en servicios de carga ligera.
  • Las válvulas reductoras de presión operadas por piloto pueden responder inmediatamente a cualquier cambio en las condiciones de flujo mientras mantienen estable la presión secundaria en donde se requiere de un control preciso de presión. Generalmente están diseñadas para aplicaciones con cargas mayores.

Aplicaciones Típicas en una Planta Usuaria de Vapor:

  • Aplicaciones con cargas pequeñas tales como esterilizadores, unidades de calentamiento, humidificadores, y equipos pequeños de proceso podrían usar típicamente PRV de acción Directa para la reducción de presión.
  • En el caso de flujos mayores, tales como tuberías de distribución, las cargas podrían variar de gran manera dependiendo del estado operacional del equipo receptor. Tales variaciones de carga y capacidad podrían representar las razones para el uso de una PRV operada por piloto para la reducción de presión.
  • Además, la cantidad de vapor utilizado por algunos equipos durante el arranque pueden diferir significativamente de la cantidad necesaria durante la operación normal. Tales variaciones también pueden requerir el uso de una PRV operada por piloto para la reducción de la presión.