ES2208574T3 - Valvula hidraulica de mebrana para la regulacion del caudal de fluidos. - Google Patents
Valvula hidraulica de mebrana para la regulacion del caudal de fluidos.Info
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Abstract
La "Válvula hidráulica de membrana perfeccionada, para la regulación del caudal de fluidos" que constituye el objeto de esta Patente, contiene un deflector semicónico (2) con una cara superior abierta y plana (3), de perímetro triangular isósceles y sección equivalente a la de paso de la válvula, estando orientados el semicono (2) y el triángulo (3) hacia la entrada del fluido. La membrana (4) asienta sobre la sección plana (3) presionada por el fluido contenido en la cámara formada por la tapa (5) y la membrana (4); mientras que drenando el fluido de la cámara, la presión de entrada levanta la membrana (4) de su asiento. El cierre o reducción del caudal se produce en el sentido de aguas arriba, y la apertura o aumento de caudal, aguas abajo.
Description
Válvula hidráulica de membrana para la regulación
del caudal de fluidos.
La presente invención se refiere a una válvula
hidráulica de membrana para la regulación del caudal de fluidos, que
ha sido perfeccionada en determinados aspectos estructurales de la
misma, con objeto de conseguir una óptima regulación del caudal de
fluido que pasa a su través. Para ello el correspondiente cuerpo de
válvula contiene un elemento deflector semicónico con su parte
superior determinando una cara plana abierta cuyo perímetro
configura un triángulo isósceles, siendo la sección de éste
aproximadamente equivalente a la de paso de la válvula, según su
diámetro nominal, debido a que el paso de agua a través de la
válvula se realiza por dentro de tal sección triangular. Cuando la
válvula está totalmente abierta, la forma aerodinámica del deflector
semicónico favorece la circulación del fluido, tanto en la zona de
entrada como en la zona de salida, evitando la producción de
turbulencias en el flujo y reduciendo las pérdidas de carga en la
válvula. La válvula incluye además una membrana de configuración
plana en su zona de asiento, adaptándose a los lados de la sección
de salida a fin de conseguir la estanqueidad de su cerramiento
parcial o total.
En el diseño más comúnmente utilizado de las
válvulas hidráulicas de membrana conocidas, la propia membrana
elástica, adopta una configuración de semiesfera o casquete esférico
que, para realizar la función de cierre, asienta sobre una zona con
forma de segmento de circunferencia.
El cierre de la válvula se realiza introduciendo
agua a presión en la cámara formada por la tapa de la válvula y la
propia membrana asegurándose la estanqueidad del cerramiento, en
algunos casos, mediante uno o más muelles dispuestos en dicha
cámara, que comprimen a la membrana contra su asiento, aún cuando
sea baja la presión del fluido.
La apertura de la válvula se realiza drenando el
agua contenida en la cámara, lo que permite a la membrana
deformarse, dejando libre el paso del fluido.
El funcionamiento de la válvula precedentemente
descrito, corresponde a la operación de la misma a todo o nada. Para
su utilización como reguladora, en un proceso conocido se le suele
equipar con pilotos (pequeñas válvulas hidráulicas) que, mediante
sensores que compran la presión del fluido a la salida de la válvula
con la de tarado del piloto, disponen el llenado o vaciado parcial
de la cámara de la válvula, poniéndola en comunicación con la
entrada o el vertido del fluido respectivamente, con lo que la
membrana adopta posiciones intermedias entre las de apertura o
cierre totales.
Sin embargo, el comportamiento de estas válvulas
como reguladoras, solamente es aceptable para un intervalo de
caudales en torno al nominal, ya que cuando circulan caudales
menores que éste no se alcanza la posición de equilibrio de la
membrana, lo cual provoca fuertes oscilaciones en la presión que se
pretende regular, porque la variación de la sección de paso se
produce alternativamente y de forma frecuente, rápida y muy
brusca.
La finalidad de la invención que constituye el
objeto de la esta Patente, consiste en la eliminación de los
problemas de deficiente capacidad de regulación de las válvulas
hidráulicas de membrana conocidas, precedentemente descritos,
mediante un diseño perfeccionado del mecanismo de cierre, que
optimiza sus prestaciones hidráulicas.
El cuerpo de la válvula contiene un elemento
deflector semicónico, con su eje dispuesto en sentido longitudinal,
en cuya parte superior presenta una cara plana abierta y cuyo
perímetro configura un triángulo isósceles de lados rectos o mixtos,
siendo la sección de éste aproximadamente equivalente a la de paso
de la válvula según su diámetro nomina, porque el paso de agua a
través de la válvula se produce por dentro de la sección
triangular.
Los vértices del semicono y de la abertura
triangular están orientados hacia la parte de entrada del fluido a
la válvula.
Cuando la válvula está totalmente abierta, la
forma aerodinámica del deflector semicónico favorece la circulación
del fluido, tanto en la zona de entrada como en la de salida,
evitando la producción de turbulencias en el flujo y reduciendo las
pérdidas de carga en la válvula.
La membrana adopta una forma plana en su zona de
asiento, adaptándose a los lados de la sección de salida para
conseguir la estanqueidad de su cerramiento parcial o total; y está
hecha preferentemente con un elastómero suficientemente flexible
para permitir las deformaciones continuadas que requieren su
función, pudiendo incorporar refuerzos interiores si se estiman
necesarios por la presión de servicio de la válvula.
El funcionamiento de la válvula como elemento de
maniobra, en régimen de "todo o nada", es el siguiente:
Cuando la cavidad comprendida entre membrana y la
tapa de la válvula (es decir, su cámara) se llena con fluido a una
presión igual o mayor que la de entrada, se produce el cierre de la
válvula, ya que la membrana se aplica sobre su asiento en la cara
plana del semicono, tapando la abertura triangular.
Por el contrario, cuando se drena totalmente la
cámara de la válvula, se produce su apertura completa ya que la
membrana se deforma dejando libre la totalidad de la sección
triangular de paso, que es equivalente a la de la tubería de salida,
del diámetro nominal de la válvula.
El funcionamiento de la válvula como reguladora
del caudal de fluidos es el siguiente:
En un punto intermedio del proceso de regulación,
la válvula estará parcialmente abierta, la cámara parcialmente llena
de fluido y la membrana deformada con un perfil de doble
curvatura.
Como la presión de entrada es siempre mayor que
la de salida para que el fluido circule en el sentido previsto, la
presión del fluido contenido en la cámara será intermedia entre
ambas, y tenderá a aplicar la membrana contra su asiento, siendo
este esfuerzo tanto mayor cuanto más grande sea la superficie de
actuación, por lo que la zona de la membrana que se aplicará
inicialmente contra su asiento será la correspondiente a la base de
la abertura triangular, y la sección de paso que quedará libre será
la correspondiente al vértice de dicha abertura.
Recíprocamente, la presión de entrada tenderá a
levantar la membrana de su asiento comenzando por la zona de menor
resistencia, es decir, por el vértice de la sección triangular de
salida.
Así pues, la actuación de la válvula en cierre o
reducción de caudal será la de atrás a delante, comenzando por los
caudales mayores; e inversamente, en el proceso de apertura o
aumento de caudal.
La regulación automática de las presiones de
entrada y salida del fluido, que conduce al automatismo en la
actuación de la válvula, se logra mediante tomas de sus valores
respectivos que son captados por un piloto que actúa mediante su
sensor como órgano de control y regulación.
En todo caso, las situaciones de equilibrio
hidrodinámico precedentemente supuestas y descritas, se producen
indistintamente con secciones de paso próximas al vértice extremo de
la cara plana triangular o próximas a su base; es decir, con
caudales de paso de valor inferior al nominal de la válvula, o con
caudales próximos a dicho valor nominal, respectivamente.
De esta manera, la válvula permite un
funcionamiento eficaz como reguladora, en rangos de caudales mucho
más amplios que los de las válvulas convencionales, evitando los
problemas de fluctuación de presiones que estas presentan.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de
realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de
dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter
ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
- Las Figuras 1 a 12 muestran una secuencia en el
proceso de apertura de la válvula, de nada a todo: de ellas,
- Las Figuras 1, 2 y 3 corresponden a la válvula
cerrada.
- Las Figuras 4, 5 y 6 corresponden a la válvula
ligeramente abierta, con sección de paso por el vértice de la
sección triangular de salida.
- Las Figuras 7, 8 y 9 corresponden a la válvula
dando paso a un caudal medio.
- Las Figuras 10, 11 y 12 corresponden a la
válvula totalmente abierta, con la sección de paso equivalente a la
de la tubería de salida.
En cuanto a su representación,
- Las Figuras 1, 4, 7 y 10, son secciones
longitudinales de la válvula, por sendos planos axiales
verticales.
- Las Figuras 2, 5, 8 y 11, son secciones
transversales de la válvula sin tapa por los planos cuyas trazas se
señalan respectivamente como A-A (Figura 1),
B-B (Figura 4), C-C (Figura 7) y
D-D (Figura 10).
- Las Figuras 3, 6, 9 y 12, son vistas en planta
convencional de la válvula sin tapa, y con la membrana cortada por
el plano de su cara superior.
Para mostrar con claridad la naturaleza y el
alcance de la aplicación ventajosa de la "Válvula hidráulica de
membrana perfeccionada, para la regulación del caudal de fluidos"
que constituye el objeto de la invención, se describen seguidamente
su estructura y su funcionamiento, haciendo referencia a los dibujos
que, por representar una realización preferente de dicho objeto, con
carácter informativo, deben considerarse en su sentido más amplio y
no como limitadores de la aplicación y el contenido de la
invención.
Su cuerpo (1) contiene un elemento deflector
semicónico (2), con su eje paralelo al longitudinal de la válvula,
presentando en la parte superior de dicho elemento (2) una cara
abierta plana (3) cuyo perímetro configura un triángulo isósceles de
sección aproximadamente equivalente a la de paso de la válvula según
su diámetro nominal, para facilitar la circulación del fluido cuando
la válvula está totalmente abierta, ya que el flujo pasa a través de
la sección triangular.
El vértice del semicono (2) y por tanto el
vértice extremo de la abertura triangular (3), están orientados
hacia la parte de entrada del fluido a la válvula.
La membrana elástica (4) adopta una forma plana
en su zona de asiento, adaptándose a los lados de la sección de paso
triangular para conseguir la estanqueidad de su cerramiento parcial
o total, presionada contra su asiento por el fluido contenido en la
cámara formada por la tapa (5) y la membrana (4).
La apertura de la válvula se produce drenando el
fluido de dicha cámara, con lo que la presión de entrada del fluido
empuja a la membrana (4) separándola de su asiento y facilitando su
salida por la sección de paso triangular del deflector semicónico
(2).
Como consecuencia de su diseño, la actuación de
la válvula en cierre o reducción de caudal será de atrás a delante
(aguas arriba), comenzando por los caudales mayores; e inversamente
(aguas abajo) en el proceso de apertura o aumento de caudal.
La válvula presenta en su cuerpo sendos orificios
que sirven como conexión para la utilización de pilotos u otros
accesorios. Dichos orificios están situados en la parte de entrada
(6) y salida (7), así como en la cámara (8). Cuando se utiliza la
válvula como reguladora automática, dichos orificios se conectan de
manera adecuada al piloto regulador.
Claims (3)
1. Válvula hidráulica de membrana, para la
regulación del caudal de fluidos, que incluyendo un cuerpo de
válvula (1) con una membrana elástica (4) mediante la que se
establece la apertura, cierre o paso parcial para el fluido a través
del cuerpo de válvula, se caracteriza porque dicho cuerpo (1)
de la válvula incluye un elemento deflector semicónico (2), con su
eje paralelo al eje longitudinal de la válvula, presentando en la
parte superior de dicho deflector una cara abierta plana
determinante de una abertura de paso del fluido, cuyo perímetro
configura un triángulo isósceles de sección aproximadamente
equivalente a la de paso de la válvula según su diámetro nominal, en
orden a facilitar la circulación del fluido cuando la válvula está
totalmente abierta; habiéndose previsto que el vértice del deflector
semicónico (2) y por lo tanto el vértice extremo de la abertura
triangular (3), estén orientados hacia la parte de entrada del
fluido a la válvula.
2. Válvula hidráulica de membrana, para la
regulación del caudal de fluidos, según la Reivindicación 1ª,
caracterizada porque la membrana elástica (4) adopta una
forma plana en su zona de asiento, adaptándose a los lados de la
sección de la abertura triangular de paso de fluido, para conseguir
la estanqueidad de su cerramiento parcial o total, quedando
presionada dicha membrana elástica (4) contra su asiento por el
fluido contenido en la cámara formada por una tapa superior (5) del
cuerpo (1) y la propia membrana elástica (4); con la particularidad
de que la apertura de la válvula se produce drenando el fluido de
dicha cámara, con lo que la presión de entrada del fluido empuja a
la membrana (4) separándola de su asiento y facilitando su salida a
través de la abertura triangular (3) del deflector semicónico
(2).
3. Válvula hidráulica de membrana, para la
regulación del caudal de fluidos, según las Reivindicaciones
anteriores, caracterizada porque, la actuación de la válvula
en cierre o reducción de caudal se realiza aguas arriba, comenzando
por los caudales mayores; y aguas abajo en el proceso de apertura o
aumento de caudal.
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