Continuando con la emisión de esta serie de boletines, nos ocuparemos ahora de estos dos temas propuestos. Recalcando que no pretendemos hacer un manual o un texto de estudio en lenguaje coloquial, sino compartir experiencias y observaciones que generalmente se pasan por alto, por falta o por exceso de información de calidad presente en el mercado.
Por ser una característica estructural, alteraremos un poco el orden de los subtemas poniendo en primer lugar el Kv (Cv).
El Kv (Cv), o coeficiente de flujo
Una sencilla definición, que nos da una idea práctica y útil para el día a día, es: “El Kv es el caudal que puede pasar por una válvula completamente abierta, produciendo una pérdida hidráulica de 1 bar”. Teniendo en cuenta que el Cv, es lo mismo conceptualmente, pero como resultado de la aplicación al sistema de unidades inglesas, gpm y PSI, y para no dejar cabos sueltos, dejaremos escrito las equivalencias.
Kv = 0,865Cv ó viceversa Cv = 1,156Kv
Pero creo que amerita unas palabras respecto a la utilidad del concepto y sus valores. Este concepto para efectos de las válvulas fue creado como un punto de comparación; debido a que una válvula tiene muchas posiciones de acuerdo a su recorrido de apertura o cierre, por ejemplo, en las válvulas de mariposa existen tablas con coeficientes de flujo para diferentes grados de apertura. Pero para las válvulas hidráulicas este parámetro se lo toma para la válvula totalmente abierta, por lo que nos puede servir de punto de comparación de diferentes tipos y marcas de válvulas como argumento de selección; partiendo de que, a mayor Kv, significará mejor diseño hidrodinámico de la válvula, por tanto, mejor manejo de la cavitación, ventaja cuando la válvula debe trabajar completamente abierta, etc.
En definitiva, cuando hemos determinado qué tipo de válvula utilizar, esto a su vez nos servirá para el cálculo de pérdidas, saber las capacidades de reducción de la válvula sin llegar a un estado de cavitación destructiva, etc. Y tener la seguridad de que el sistema va a responder al régimen de flujo-presión que le sometamos sin sorpresas que lamentar. Esto se aclarará mejor al ver lo que pasa con ciertos casos de reducción de presión.
Cabe recalcar que, por ser una característica resultado de su construcción, no hay mucho que hacer, si ya se eligió la válvula, más que ajustar el sistema a las limitaciones de la escogida.
Así que debemos utilizar las tablas de las distintas fábricas donde nos dan, los valores de Kv, Cv y longitud equivalente, para el cálculo de las pérdidas. Son confiables las reconocidas y que tienen acreditaciones ISO, por ejemplo; ya que tienen auditorias continuas de procesos, de sus laboratorios y de la documentación técnica que emiten.
En caso de dudas o peritajes, no queda más que hacer las respectivas pruebas en laboratorio o en el propio montaje, con instrumentos de medición confiables.
Reducción de presión
Una de las aplicaciones más utilizadas en válvulas hidráulicas es la reducción de presión, teniendo su correspondencia con el diseño clásico, con los tanques rompe-presión (TRP); pero cabe anotar las respectivas diferencias, para tenerlas presentes, durante la etapa de diseño:
- El TRP reduce la presión a cero, las VRP no, tienen su límite de acuerdo a su construcción y aditamentos con los que esté equipada. Por tanto, no se puede simplemente reemplazar uno a uno estos elementos, si queremos una aproximación se puede decir que, con tres válvulas se puede reemplazar dos rompe-presiones.
- El TRP, necesita un control a su nivel y demás valvulería, por lo que, en cuanto a costo, no hay mayores diferencias.
- El TRP, mantiene un flujo expuesto, ya que fácilmente se pueden violar sus seguridades. En la VRP, el flujo es cerrado y más complicado de ser vulnerada ya que de hacerlo, los intrusos pueden exponerse a explosiones de tubería o de la instalación.
Ahora enumeraremos, aspectos importantes del uso de válvulas reductoras de presión, VRP:
- Las VRP son válvulas hidráulicas de funcionamiento continuo, es decir automáticas, teniendo como elemento de automatización a un piloto hidráulico, un circuito de solenoides y controlador, circuitos hidromecánicos o la excepción de la reductora proporcional que por si misma realiza el trabajo.
- La presión objetivo se la toma aguas abajo de la misma, por tanto, el conjunto siempre buscará compensar en más o en menos la presión que sienta en ese punto, por tanto, si el caudal se reduce hasta llegar a cero, la válvula se cerrará completamente; y el caso contrario, si se incrementa indiscriminadamente, por rotura o abuso, esta se abrirá totalmente para tratar de compensar la caída de presión. Por lo que habrá que tener en cuenta este aspecto, al evaluar la seguridad del sistema.
- Para que se pueda tener presión regulada aguas abajo de la VRP, se necesita un tiempo de reacción. Cuando se trata de una válvula expuesta a una curva de consumo urbano, generalmente no hay problema, se da el tiempo suficiente. Pero cuando se trata de conducciones o las válvulas están expuestas a cierres violentos de otros elementos, arranques no controlados de bombas; el tiempo de reacción suele ser muy largo y pueden darse sobrepresiones aguas abajo, por lo que suele ser necesario el uso de válvulas de alivio rápido, para absorber ese efecto y darle tiempo a la VRP de llegar a su punto de seteo y mantener la seguridad sobre la línea diseñada con una presión nominal acorde a dicho seteo. El alivio rápido se seteará unos pocos metros más alto del punto de la VRP; dependiendo de la calidad de los pilotos, en los buenos se puede llegar hasta a unos 3 metros de diferencia. Esto se muestra en el siguiente gráfico.
- Otra precaución necesaria es el uso de una válvula de aire aguas bajo de la VRP, esto debido a que el flujo pasa de una zona de alta presión donde las burbujas están comprimidas, a uno de baja presión donde se expandirán ocasionando las molestias conocidas.
- Como se ve en el gráfico 1, la instalación ideal dispone de dos válvulas de aislamiento, cuando generalmente se suele colocar una sola, aguas arriba, esto nos sirve para realizar el seteo del piloto, sin tener que llenar y poner a funcionar todo el tramo controlado por la válvula, simplemente cerrando parcialmente la de aislamiento aguas abajo, para simular un llenado local y que la válvula regule la presión condicionada a la acción del piloto. Esto debido a que la regulación es independiente del caudal.
- Las VRP, actúan sobre un circuito cerrado o un subramal de una línea de conducción, es decir sin otra entrada no regulada. Sí se pueden tener dos entradas en un sector, pero con VRPs reguladas lo más coordinadamente posible una con otra, lo que más o menos equivaldría a reductoras en paralelo, configuración que se usa cuando se quiere cubrir amplios rangos de caudales y en especial no se quiere perder el control de reducción de presión a caudales bajos. Como se ve en el gráfico 2.
- Pero algunas fábricas usan como buena alternativa para el mismo efecto el V-port o U-port, junto con pilotos adecuados a las condiciones de flujo y presión. Los siguientes gráficos ilustran todas las ventajas de este método.
- Siendo el caudal de prueba, tan bajo como para manejarse con una válvula de 1”, la alternativa es más económica y eficiente. Y si completamos el circuito con el piloto adecuado (#2PB), vemos en el gráfico que alcanzamos una excelente precisión.
- La característica principal del sistema así manejado, es que al tener un caudal bajo, este pasa por los vértices del V-port, obligando a la válvula a abrirse un poco más para el efecto, al contrario que en su ausencia, la apertura es en todo el perímetro del asiento de la válvula y por su velocidad de reacción, no llega a estabilizarse.
La reducción en serie, merece un capítulo aparte. Por tanto, lo completaremos en el siguiente boletín.