14.- Ruidos y fugas

14.1. Ruidos

Después de la polución del aire y del agua, el ruido está a punto de convertirse en la tercera gran amenaza para nuestro entorno. El ruido generado con las válvulas de control contribuye a ese problema.

El origen del ruido en las válvulas de control puede ser debido a tres fuentes:

a) Vibraciones mecánicas

Las vibraciones mecánicas son debidas a la turbulencia creada en el fluido por la válvula. El obturador puede entrar en resonancia con las pulsaciones emitidas y hay que tener una rotura del vástago o de la cola del obturador. Es posible reducir esta clase de ruido, ya sea disminuyendo el juego del guiado del obturador, ya sea cambiando la masa de este último, o a veces, simplemente, modificando el sentido de circulación del fluido

b) Ruido de origen aerodinámico

Este ruido resulta de la transformación de la energía cinética del derrame en energía acústica, después de pasar el fluido por el orificio. La relación de estas dos energías se llama “rendimiento acústico” y depende de la relación de expansión.

c) Ruido de origen hidrodinámico

Es el ruido producido por el derrame de un líquido a través de una válvula y el conjunto de tuberías adyacentes. Esta clase de ruido puede tener tres orígenes: la turbulencia del líquido, la cavitación y la vaporización (flasing). De entre los tres, el ruido de cavitación es el más alarmante, ya que indica que puede producirse un deterioro de la válvula o de la tubería.

Los métodos de cálculo del nivel de presión acústica (NPA) para los diferentes orígenes del ruido y para los distintos tipos de válvulas de control, pueden encontrarse en cualquier manual de cálculo de ruido de los diferentes fabricantes y sería muy extenso incluirlo aquí.

Sí que apuntaremos algún remedio para evitarlos. Para el caso del ruido de origen hidráulico producido por cavitación, lo más aconsejable es tratar de eliminar dicha cavitación. A este respecto, deberíamos intentar llevar la caída de presión a través de la válvula a un valor inferior a la ∆_p crítica o mejor aún a la ∆_p de cavitación incipiente.

A veces, un cambio de sentido del derrame mejora los factores críticos (Ejemplo pasar de “fluido tiende cerrar” a “fluido tiende a abrir”). También es conveniente elegir válvulas que tengan altos coeficientes de recuperación (tanto de caudal crítico como de inicio de cavitación).

Si el ruido es origen aerodinámico, es posible reducir el ruido actuando sobre la propia válvula o externamente a ella:

– Empleo de silenciadores.

– Aumento del espesor de la tubería.

– Colocación aislante acústico.

La acción sobre la propia válvula es lo más preferible pues una vez engendrado, el ruido se propaga por la tubería de salida y puede provocar fuertes vibraciones, susceptibles de deteriorar la tubería y cuantos dispositivos mecánicos situados en el trayecto.

14.2. Fugas

En principio, toda válvula de control tiene un cierto grado de fuga en su posición de cerrada. A efectos prácticos se trata de determinar cuál es el grado de estanqueidad requerido para cada aplicación.

Las fugas pueden ser indeseables por motivos de seguridad, por condiciones de proceso o por el efecto de desgaste que tienen sobre el obturador y asiento. Por tanto, en cada caso deberá especificarse el grado de estanqueidad requerido. Deberá tenerse en cuenta que, normalmente, recién fabricada la válvula cumple con la estanqueidad requerida, pero que esta va progresivamente deteriorándose en el transcurso de su utilización.

Normalmente se define el grado de estanqueidad (valor de fuga permitido) mediante una norma que indica los valores de fuga bajo ciertas condiciones de ensayo definidas, estableciéndose distintos grados de estanqueidad. Una norma de amplio uso es la ANSI que define seis niveles de estanqueidad, de menor a mayor. (Clases).

A título de ejemplo orientativo, en la Tabla IV se indican las fugas de los asientos de las válvulas de control en conformidad con ANSI B16-104-1976 y en general para las válvulas de asiento metal-metal: serán los mostrados en dicha Tabla.

15. Consideraciones de seguridad

Adicionalmente a las prestaciones de control de una válvula, éstas pueden servir como elementos de seguridad del proceso.

Existen dos consideraciones básicas este respecto:

a) La posición a la que debe ir una determinada válvula cuando hay un fallo en el equipo y/o proceso donde está instalada.

b) La posición de seguridad (fail safe) ante un fallo propio de la válvula (ejemplo: fallo de aire en válvula con acturadores neumáticos).

Un ejemplo de ambos casos lo ponemos en las válvulas de combustibles a hornos/calderas donde puede haber enclavamientos que, ante determinadas situaciones, cierren las válvulas (ejemplo, muy baja presión gas combustible) al mismo tiempo que dichas válvulas deben cerrar en caso de fallo de aire motriz (a fallo-cierran).

En algunos casos, en función del fluido que manejan, existen requisitos de seguridad adicionales tales como resistencia al fuego (fire safe), de manera que resistan la acción del fuego preservando la suficiente estanqueidad en posición cerrada.

Otros requisitos de seguridad especiales pueden darse cuando es imperativo que no existan fugas del fluido a través de la empaquetadura. Una solución la constituye el uso de empaquetaduras dotadas de fuelle de estanqueidad. En estas válvulas existe una doble barrera al escape del fluido al exterior. Por una parte está la empaquetadura normal. Si falla ésta el fluido queda contenido en el fuelle. La instalación se complementa con un detector de fluido en el interior de la cavidad del fuelle para dar una alarma de fuga de empaquetadura.

16. Válvulas especiales

Existen aplicaciones donde es necesario seleccionar algún tipo de válvula especial. Es difícil explicar en un trabajo de esta naturaleza las innumerables alternativas que ofrecen los fabricantes. Existen dos áreas que con frecuencia se encuentran los ingenieros que trabajan en plantas piloto, laboratorios de investigación y en procesos donde existen aplicaciones de caudales pequeños y/o altas presiones diferenciales, fluidos criogénicos, etc.

En estos casos, los fabricantes ofrecen alternativas interesantes que normalmente satisfacen las necesidades del ingeniero.

Julio Rivas

Petronor, S.A.