Longitudinal, Circular, Angular, Compresión y

Expansión.

ANTECEDENTES TECNICOS

La predicción del futuro de los Dispositivos internos para las válvulas, es un difícil compromiso, solamente disponemos del pasado, como guía.

En la búsqueda por la perfección de control de los procesos, los Dispositivos internos para las válvulas representan un papel muy importante debido a su acción final de control para la dosificación de los fluidos.

Los cambios e innovaciones en todos los campos y afines, de algunos sectores aparentemente no relacionados, repercuten en el desarrollo de los Dispositivos, manteniéndolos en un estado de continua renovación. Estos Dispositivos con sus nuevos diseños, aparecen a un ritmo vertiginoso. La mente inventiva del hombre los ha ideado en numerosas formas especiales, en su intento de superar los distintos desafíos de precisión en el control de los procesos a los que los Dispositivos están expuestos.

En el mercado, gran cantidad de Dispositivos para las válvulas, presentan poca precisión en el control de procesos, debido a su rígido diseño. Esta rigidez mecánica, no le permite a las piezas ajustarse a las condiciones del proceso, o a las desalineaciones que puedan existir. La falla más común es; falta de precisión, deterioro por la erosión y alto torque debido al roce entre las piezas o con el cuerpo de la válvula.

Muchos esfuerzos se han hecho en busca de soluciones para: aumentar la precisión, reducir el deterioro por la erosión, evitar el atascamiento de las piezas, disminuir la baja eficiencia en el control del proceso y eliminar las pérdidas asociadas a la producción. Todo esto crea: desconfianza e inseguridad en las instalaciones y de la inversión.

En el control de los procesos industriales, se requiere que su elemento controlador (Válvulas) mantenga tanto el control óptimo, como la protección de los equipos instalados antes y después de las válvulas. Por lo que los Dispositivos internos de las válvulas, deben ser diseñados para evitar cambios bruscos durante el control del proceso.

Hay muchos procesos que son extremadamente críticos y exigentes en el manejo del volumen del fluido, uno de estos es el petrolero donde las mezclas a controlar deben ser continuamente supervisadas y controladas por equipos de alta precisión. Los sistemas de Levantamiento Artificial con Gas y la Inyección de Diluente requieren un control óptimo del volumen del fluido, para evitar pérdidas en la producción por operar los pozos fuera del punto óptimo de su producción.

La Invención se refiere al diseño de un Dispositivo basado en Movimientos Libres y Articulados: Longitudinal, Circular, Angular, Compresión y Expansión, para el control de procesos por las válvulas.

La invención también se refiere a que el Dispositivo está auto lubricado, para disminuir el torque y evitar atascamiento entre sus componentes.

Adicionalmente, las formas geométricas en los componentes del Dispositivo, crean una zona turbulenta de baja presión, con el propósito de evitar la erosión en el Dispositivo y cuerpo de la válvula, causada por las partículas más pesadas del proceso.

Las piezas del Dispositivo, son las identificadas en la (Fig.01), estas se han diseñado con características mecánicas especiales, para que en los Movimientos Libres y Articulados: Longitudinal, Circular, Angular, Compresión y Expansión, del Dispositivo, estas se acoplen con alta precisión para todo el rango de operación y para que incorporado al cuerpo de las válvulas, se pueda llevar a cabo un control de este tipo.

El Invento fue concebido, para evitar y o disminuir la influencia de las fuerzas del proceso en el movimiento transferido al Dispositivo, por el actuador o volante. Permitiéndole al Dispositivo vencer con el menor esfuerzo las condiciones del proceso, para todo el rango de control y especialmente durante el cierre y apertura de la válvula.

En las válvulas, la zona de mayor erosión, normalmente ocurre donde la velocidad del fluido es más alta. En esa zona se le dio al Dispositivo una forma cóncava, para provocar baja presión. Esta zona de baja presión, hace que las partículas más pesadas viajen por el centro del fluido evitando el deterioro por la erosión.

El movimiento angular del Dispositivo permite que durante el cierre se produzca un sello hermético, sin perder su rango, precisión y control.

Los Movimientos Libres y Articulados entre las piezas del Dispositivo hacen que estas se acoplen con alta precisión. Este acoplamiento reduce al mínimo los defectos que puedan ocurrir por: Ensamblado, Deterioro, Des- Alineación o Reparación.

La fuerza del proceso y la auto lubricación de las piezas, es aprovechada por el Dispositivo para ayudar en la precisión y evitar fugas.

La industria que disponga de válvulas con un Dispositivo de este tipo no se arriesga a mermas en la producción, debido a: control del proceso deficiente, fallas inducidas a otros equipos y mantenimiento.

El objetivo de la Invención es proporcionar un Dispositivo que ensamblado en el cuerpo de una válvula, proporciona un control Optimo del procesos, sencillo de mantener, con el cual las ventajas indicadas son aprovechadas.

DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

La Invención será explicada con mas detalles mediante referencia a los dibujos, en los cuales:

1. La (Fig.01), Es una vista en perspectiva de los componentes del Dispositivo acorde con El Invento.

2. La (Fig.02), Muestra una sección longitudinal del acople.

3. La (Fig.03), Muestra una sección longitudinal de la aguja.

4. La (Fig.04), Muestra la sección longitudinal de la base de la aguja.

5. La (Fig.05), Muestra una sección longitudinal del asiento.

6. La (Fig.06), Muestra una sección longitudinal de la base del asiento.

7. La (Fig.07), Muestra el ensamblaje del Dispositivo en el cuerpo de la válvula.

• La (Fig.01), muestra las piezas que componen al Dispositivo, las cuales son nombradas acorde con su función.

• La (Fig.02), comprende el acople, su función es conectar la aguja, con el actuador o volante. Este sirve como pieza transmisora de los movimientos comandados desde el exterior.

• La (Fig.03), comprende la aguja, cuya función reguladora es comandada por los requerimientos del sistema de control, a través del acople. La aguja está sujeta en su posición por la base de la aguja. La aguja ha sido mecanizada para que en conjunto con la base de la aguja se ejecuten Movimientos Libres y Articulados: Longitudinal, Circular, Angular, Compresión y Expansión. La aguja cuenta con un arreglo mecánico cóncavo, el cual produce con el flujo, una zona de baja presión, donde convergen las partículas más pesadas y con ello se disminuye la erosión.

• La (Fig.04), la base de la aguja, esta convierte el movimiento circular de la aguja en movimiento longitudinal. Su mecanizado le permite a la aguja movimientos Circular, Angular, Compresión y Expansión, los cuales son aprovechados por la aguja y el asiento para controlar el proceso.

• La (Fig.05), el asiento es el elemento dinámico de acople con la aguja, en conjunto controlan el proceso. Este cuenta con Movimientos Libres y Articulados: Longitudinal, Circular, Angular, Compresión y Expansión.

• La (Fig.06), la base del asiento, sirve de soporte del asiento. Su mecanizado le permite al asiento Movimientos Libres y Articulados: Longitudinal, Circular y Angular. DESCRIPCION DEL INVENTO

Basado en la necesidad de las Industrias por tener un control Seguro, Preciso, Confiable y Fácil de Mantener, se produjo El Invento aquí descrito.

Esta Invención es el resultado de las experiencias en las diferentes disciplinas de la ingeniería y las pruebas en campo a Dispositivos similares. Su selección se debe a las ventajas de los Movimientos Libres y Articulados, formas geométricas y características de sus piezas, lo que le permite a nuestro Dispositivo cumplir con las exigencias de los Procesos Industriales, que lo diferencian de Dispositivos similares.

El uso combinado de los Movimientos Libres y Articulados: Longitudinal, Circular, Angular, Compresión y Expansión, en las piezas del Dispositivo permiten que este se ajuste a las condiciones de Presión, Flujo, Turbulencia y Erosión del proceso, sin afectar el control, para todo el rango de operación.

Las Formas Geométricas son usadas de acuerdo con el grado de precisión requerido por el proceso, para todo el rango de operación del Dispositivo. También son usadas para evitar deformaciones por la erosión.

El conjunto de piezas usadas en la Invención, para cumplir con los requerimientos funcionales del Dispositivo, se han enumerado de acuerdo con su aplicación secuencial y siguiendo el orden de los movimientos recibidos desde el actuador u/o volante, para el control del proceso. Este conjunto de piezas está formado por:

1. El Acople.

Conecta el actuador u/o volante con la aguja, a la que le transfiere movimientos circulares, para abrir o cerrar.

• Empaquetadura.

Evita fugas y roce metal-metal entre el tope del acople y el cuerpo de la válvula.

Disminuye la demanda de torque al actuador u/o volante.

2. La Aguja.

Transmite los movimientos del acople, para que en conjunto con el asiento, ejecute su función de control. Ha sido mecanizada para funcionar con precisión micrométrica, en conjunto con el acople y la base, permitiéndole ejecutar Movimientos Libres y Articulados: Longitudinal, Circular, Angular, Compresión y Expansión.

3. La Base de la Aguja.

Usa el movimiento circular de la aguja para transferirle a esta, movimiento longitudinal. Adicionalmente le permite a la aguja movimientos Angular, Compresión y Expansión.

4. Asiento.

A requerimientos de la aguja o del proceso, el asiento, puede ejecutar Movimientos Libres y Articulados: Longitudinal, Circular y Angular.

El asiento, conjuntamente con la aguja, ejecuta su función de control.

• Empaquetadura.

Le permite al asiento los movimientos de Compresión y Expansión.

Evita roce metal-metal y fugas aguas abajo del asiento.

Disminuye las exigencias de torque en el actuador u/o volante.

5. La Base del Asiento.

Soporta el asiento en su sitio y le permite Movimientos Libres y Articulados: Longitudinal, Circular y Angular. También sirve como tope de la fuerza resultante de la presión del proceso y la del cierre del Dispositivo.

• Empaquetadura.

Evita Fugas aguas abajo de la base del asiento.

6. El cuerpo de la Válvula.

Sirve de recinto del Dispositivo.

• Empaquetadura del Cuerpo de la Válvula.

Evita fugas entre la sección cilindrica del acople y el cuerpo de la válvula.

Los movimientos recibidos desde el Sistema de control u/o Operador a través del actuador u/o volante de la válvula, lo ejecutan cada una de las piezas del Dispositivo, mediante sus Movimientos libres y Articulados, necesarios para cumplir con la función reguladora del Dispositivo, según se describe detalladamente a continuación:

1.- El Acople (Fig.02), conecta la aguja, con el actuador u/o volante y sirve como pieza transmisora de los movimientos comandados por el Sistema u/o Operador a través del actuador u/o volante. • Su forma cilindrica es el resultado del maquinado de una pieza metálica, a la cual se le dio la forma que lo caracteriza.

• En el acople, de su lado externo al cuerpo de la válvula, se construyó un orificio, para la instalación de una pieza metálica. Esta pieza sirve de tope a los movimientos del actuador u/o volante, también sirve de protección tanto del Dispositivo, como del actuador u/o volante.

• Al acople, se le construyó un disco, el cual sirve como tope, para evitar que el acople sea expulsado al exterior por la fuerza que se acumula en este, debido a la presión del proceso.

• Entre el tope del acople y el cuerpo de la válvula, se instaló una empaquetadura, para evitar el roce metal-metal, fugas y disminuir el torque.

• Al acople se le mecanizó un arreglo (macho), para articular con la aguja.

2.- La Aguja (Fig.03 transmite los movimientos del acople hasta el asiento. Todos los movimientos del resto de las piezas del Dispositivo son utilizados directa o indirectamente por la aguja para todo el rango de control del proceso. La función reguladora del Dispositivo es ejecutada básicamente por la aguja y el asiento en una conexión macho-hembra de igual geometría.

• La aguja, está construida de una pieza metálica, articulada al acople a través de un arreglo deslizante y roscada a su base.

• A la aguja se le mecanizó en su punto de conexión con el acople un arreglo (hembra), lo que sirve de articulación entre ambos, para transferirle a la aguja los movimientos del acople.

• El cuerpo cilindrico de la aguja, al igual que el resto de la pieza, está mecanizado desde una pieza metálica sólida.

• La sección roscada macho de la aguja sirve como elemento de conexión con el orificio roscado hembra de la base de la aguja. En este punto de conexión, la base de la aguja utiliza el movimiento circular de la aguja, para transferirle movimiento Longitudinal.

• Los Movimientos Libres y Articulados: Longitudinal, Circular, Angular, Compresión y Expansión de la aguja, son usados en la precisión del control del proceso. Estos movimientos, acompañados con: los movimientos del asiento, el vacío que se forma en la punta de la aguja y el efecto de lubricación de las empaquetaduras, permiten que la resistencia al movimiento en el Dispositivo causados por la Presión, el Flujo, la Turbulencias y la Erosión se minimice, haciendo que el Dispositivo mantenga el control preciso para todo el rango de operación y especialmente durante el cierre y apertura de la válvula. • La aguja tiene una sección terminal cónica macho, la cual sirve de acople con la sección terminal cónica hembra del asiento, ambas secciones son de idéntica geometría.

• Tanto el rango de operación, como la precisión, están directamente relacionados con el tamaño de la figura geométrica cónica de la sección terminal de la aguja. Si se aumenta el diámetro se aumenta el rango. La precisión se mantiene con el movimiento micrométrico de la aguja.

• La punta de la aguja, termina en una Sección Cóncava, la cual crea una zona de baja presión, a donde las partículas mas pesadas del fluido convergen, disminuyendo la erosión en el asiento y el cuerpo de la válvula.

3.- La Base de la Aguja (Fig.04), es una pieza cilindrica hueca, en forma de sombrero. Está atornillada al cuerpo de la válvula. Su función es transmitirle a la aguja movimientos Longitudinal, Angular, Compresión y Expansión a través de la conexión roscada que los unen.

• Está construido de plancha y cilindro metálico, soldados.

• La base de la aguja tiene un orificio roscado hembra, el cual se usa como punto de conexión con la sección roscada macho de la aguja. En este punto de conexión, la base de la aguja le transfiere a la aguja movimiento Longitudinal. La base de la aguja, le proporciona a la aguja Movimientos Libres y Articulados: Longitudinal, Angular, Compresión y Expansión. La precisión se puede variar, con el número de hilos de la rosca.

• En la parte cilindrica se construyeron orificios, para el paso del fluido hacia el asiento.

• 4.- El Asiento (Fig.05). es una pieza cilindrica en forma de hongo. En su parte superior se construyó un tope metálico. En el centro se perforó un hueco cónico para conectarse con la aguja y termina en un hueco cilindrico. Sirve como elemento final de acople de la aguja. El asiento es una pieza dinámica, que puede ejecutar a requerimientos de la aguja Movimientos Libres y Articulados: Longitudinal, Circular, Angular, Compresión y Expansión.

• Está construido de una pieza metálica, sólida y cilindrica.

• El tope metálico del asiento sujeta el asiento en su base, lo que evita que la fuerza causada por la presión, lo arrastre aguas abajo de la base. El tope le permite al asiento girar y mantenerlo en posición perpendicular, para facilitar el acople con la aguja. • El acople asiento/aguja se logra con la construcción de caras de idéntica geometría hembra/macho entre ambos componentes.

• Tanto el rango de operación, como la precisión, están directamente relacionados con la figura geométrica cónica del hueco. Si se aumenta el diámetro, se aumenta el rango. La precisión se puede variar, con el número de hilos de la rosca.

• Entre el tope del asiento y la base del asiento, se instaló una empaquetadura, la cual:

A. - Evita fugas aguas abajo del tope del asiento.

B. - Evita el roce metal-metal entre el tope y la base del asiento.

C- Permite Movimientos Angular, Compresión y Expansión del asiento.

D. - Absorbe fuerzas longitudinales que puedan ocurrir por des-calibración de la válvula, evitando daños al Dispositivo, actuador u/o volante.

E. - Evitar atascamiento metálico entre la aguja y el asiento.

F. - Disminuir el torque durante el cierre de la válvula.

5. - La Base del Asiento (Fig.06), esta sirve como soporte del asiento. Tiene forma de disco. Su función es la de mantener el asiento en su sitio.

• Está construida de una plancha metálica, suficientemente fuerte, como para soportar las fuerzas perpendiculares a su cara, causadas por la presión del proceso y de la aguja al cierre.

• Cuenta con orificios para fijarla con tornillos al cuerpo de la válvula.

• En el cuerpo de la válvula se construyo un orificio para el asiento el cual le permitirle al asiento Movimientos Libres y Articulados: Longitudinal, Circular y Angular.

• Con la empaquetadura instalada entre la base para el asiento y el cuerpo de la válvula, se evita fugas aguas abajo de la base y permitir los Movimientos Libres y Articulados: Compresión y Expansión.

6. - El cuerpo de la válvula (Fig.071 sirve de recinto para el Dispositivo. Tiene puerto de entrada y salida y un orificio adicional para el acople.

• La construcción del cuerpo de la válvula normalmente es metálica, acorde con las normas y requerimientos del proceso.

• Entre el acople y el cuerpo de la válvula, se instalaron empaquetaduras, para evitar fuga del proceso.

Dependiendo de los requerimientos u/o características del proceso, el invento puede ser ajustado a sus necesidades, manteniendo su concepto básico de movimientos y piezas, ajustados a los requerimientos del proceso.