Esfera Tecnológica

La invención de la presente válvula pertenece a la rama de la ingeniería civil, especialmente en lo referente a acometidas de acueductos domiciliarios y manejo de flujos en redes de conducción de agua, aire o fluidos líquidos para re-direccionamiento y control inverso de flujos con sub-válvula de control de mínimo de flujo de fluidos líquidos.

Estado de la Técnica

Actualmente se conoce el uso de las ventosas para expulsar aire de las redes de conducción de fluidos y evitar altas presiones dentro de las redes. Por otra parte también se conocen las válvulas anti-retorno, también llamadas válvulas uniflujo o válvulas "check" que tienen por objetivo cerrar por completo el paso del fluido en circulación, bien sea fluido gaseoso o líquido en un sentido y dejarlo libre en el sentido contrario. Respecto a estos antecedentes se han creado múltiples dispositivos que dan solución diferente a los problemas de presión y retroceso de fluidos ya sean gaseosos o líquidos, pero no existe una solución para re-direccionamiento de gases, control inverso de flujos, paso selectivo de líquidos de manera automática, cierre de caudal de forma manual, expulsión de aire y protección de equipos de medición de líquidos por desgaste cuando miden gases y no líquidos.

Una solución cercana al re direccionamiento y control de flujo de la presente invención es la patente colombiana con certificado Número 29950 "Válvula para redireccionamiento y control inverso de flujos" cuyo inventor es el mismo solicitante de la presente invención Alfonso Valenzuela Acosta, que propone una solución para seis operaciones en un solo mecanismo con re-direccionamiento y control inverso de flujos, cuya función es la de impedir el paso de aire hacia los equipos de medida que presentan inconsistencias en la lectura del caudal de agua de forma automática, ya que los equipos de medida de flujo no distinguen entre volumen de agua y volumen de aire al realizar el conteo, principalmente en acueductos domiciliarios. La nueva invención es una válvula con sub-válvula que realiza siete operaciones en un solo mecanismo, que además de sello para que el aire no pase, re-direcciona el aire y controla los flujos inversos que ya han pasado por el interior del mecanismo para que no retornen a la red principal, tiene cierre manual del caudal para protección de los equipos de medición de líquido, tiene apertura y cierre automático; tiene particularmente como solución al control de mínimo de flujo de fluidos líquidos un elemento de sub-válvula en un ducto de paso de su estructura, que regula el denominado "mínimo vital" de consumo de agua para un servicio domiciliario. Además de las soluciones existentes para control de flujo, la nueva válvula con sub- válvula reduce el caudal para restringir el paso normal de agua potable en las acometidas domiciliarias en el momento que el operador del servicio lo requiera, permitiendo así, solamente el paso del caudal calculado para diferentes fines y garantizar el "mínimo vital" de consumo para un ser humano.

Esta solución no satisfecha en el estado de la técnica, garantiza un mínimo de flujo de agua denominado "mínimo vital" mediante la configuración de una estructura maciza para condiciones de funcionamiento en acueductos domiciliarios, entregando un promedio de 1.000 litros/hora hasta 1 .300 litros/hora, con una presión máxima de 500kPa hasta 700 kPa en tubería de 12.7mm (1/2"). No obstante, el paso o entrega del caudal de agua por la sub-válvula del mínimo de flujo puede ser modificado reformando las propiedades físicas un resorte auxiliar helicoidal de compresión, sobre la presión en línea de la acometida según sean sus condiciones con accionamiento de la sub-válvula de movimiento axial lateral, de izquierda a derecha y de derecha a izquierda.

Descripción detallada de la invención

La válvula para re-direccionamiento y control inverso de flujos con sub-válvula de control de flujos mínimos de fluidos líquidos tiene siete efectos en un mecanismo conformado por una caja estructural maciza con seis perforaciones con terminación roscada, donde cada una de las perforaciones determina una característica especifica dentro de la fabricación y función interna para el manejo de flujos de gas y líquido.

La caja estructural maciza tiene unos ductos internos que comienzan o terminan en cada una de las seis perforaciones, donde cada ducto varía su diámetro y nivel en su recorrido para cumplir una función. En la parte terminal del recorrido se encuentra una esfera con un resorte que se activa por presión para permitir el paso de líquido, esfera que cuando no recibe presión de líquido se encuentra en un nivel inferior controlando el flujo inverso. De igual manera, la esfera cuando está en su posición de nivel inferior es un bloqueo para el paso de aire que es expulsado por el ducto de expulsión de aire de la parte superior y que se puede complementar con una ventosa conocida.

En la parte intermedia del recorrido esta una sub-válvula que se desliza horizontalmente sobre una guía y un tope, acompañada por un resorte que se comprime para garantizar el flujo al interior de la sub-válvula conforme a la presión ejercida por el flujo de líquido.

Breve Descripción de Figuras

Figura 1 : Muestra la válvula para re direccionamiento y control inverso de flujos con la esfera bloqueando el paso de aire y la sub-valvula reduciendo el flujo de aire.

Figura 2: Muestra la válvula para re direccionamiento y control inverso de flujos con la esfera permitiendo el paso de líquido restringido a un mínimo que el ducto interior de la sub-válvula controla.

Figura 3: Muestra la válvula en un corte en perspectiva de la válvula para re direccionamiento y control inverso de flujos con la sub-válvula sobre su guía tope de desplazamiento y sus componentes.

Figura 4: Muestra la sub-válvula en un corte longitudinal donde se aprecia el ducto reductor de flujo, el tope y la boca rectangular superior de líquido.

Figura 5: Muestra la sub-válvula en un plano frontal con el tope de deslizamiento.

Figura 6: Muestra la sub-válvula en su vista superior donde se observa la boca superior de salida de líquido reducido al mínimo de fluido.

La sub-válvula (23) denominada "mínimo vital" es un elemento de apoyo adicional dentro de la estructura maciza (12) de una la válvula principal de re direccionamiento y control inverso de flujos. Esta sub-válvula (23) tiene un resorte auxiliar helicoidal de compresión (24) asociado axialmente, que sirve como reductor de caudal para restringir el paso normal de agua potable en las acometidas domiciliarias en el momento que el operador del servicio lo requiera, permitiendo así, solamente un paso del caudal calculado. Por ejemplo, con la sub-válvula (23) se puede regular el paso del caudal de agua de máximo de 200 +/- 20 litros en 24 horas; o 6.000 +/- 600 litros cúbicos en 30 días. -13. Este paso se obtiene en condiciones normales de funcionamiento del sistema de acueductos domiciliarios, con un promedio de 1 .200 +/- 100 litros hora, con una presión máxima de 600 kPa en tubería de 1 ,27cm de diámetro (1/2"). No obstante, el paso del caudal de agua por la sub-válvula (23) ser modificado reformando las propiedades físicas del resorte auxiliar helicoidal de compresión (24), sobre la presión en línea de la acometida. La sub-válvula trabaja con un movimiento axial lateral, de izquierda a derecha y de derecha a izquierda.

La sub-válvula (23) tiene forma cilindrica con un tope de final de carrera (25) que permite el paso de flujo de líquido y evita el cierre total de paso de flujo de líquido. Esta sub-válvula (23) trabaja con un movimiento axial asistido a través de un resorte auxiliar helicoidal (24) de compresión en acero inoxidable ubicado en la protuberancia (29). Este resorte auxiliar helicoidal (23) se comprime a mayor presión en línea un máximo de 600 kPa y se expande o retorna gradualmente a su estado original a menor presión en línea de unos 400 kPa o menos kPa; donde la expansión y compresión del resorte auxiliar helicoidal (23) genera un movimiento axial lateral de la sub-válvula (23) de izquierda a derecha y viceversa sobre una guía (26) del ducto inferior lateral izquierdo (4) del cuerpo macizo (12) de la válvula principal.

La sub-válvula (23) tiene un ducto reductor de flujo (28) de la mitad de su longitud y una boca rectangular superior (27) de flujo restringido de líquido. La boca rectangular superior (27) de flujo restringido de líquido por donde fluye el caudal restringe el paso del caudal de líquido cuando el resorte axial (24) se comprime y aumenta el paso del caudal de líquido cuando el resorte axial (24) expande o regrese a su estado original; es decir que presenta una relación inversa entre la presión en línea y el caudal: a mayor presión en línea menor caudal y a menor presión en línea mayor caudal de paso; donde el tope (25) confiere el máximo de caudal permitido por la boca (27) totalmente abierta cuando la sub-válvula (23) se desliza hasta el tope (25), y el resorte axial (24) confiere el mínimo de caudal permitido por la boca (27) cuando la sub-válvula (23) se desliza hasta el tope permitido por las presión resorte axial (24) que cierra parcialmente la boca (27) con las paredes del ducto horizontal inferior (4). De acuerdo con la Figura 1 y la figura 2 se observa la caja estructural maciza (12), que en su costado derecho tiene una conexión de entrada de flujos (1 ) y en su costado opuesto la salida de líquido (7) para conexión a un equipo de medida de flujos convencional. De igual manera se observa la tapa (6) del ducto horizontal inferior de paso (4) que soporta la presión de un resorte auxiliar helicoidal de compresión (24), la sub-válvula (23) y su resorte auxiliar helicoidal de compresión (24) asociado axialmente, el mecanismo de selle manual (1 1 ) del segundo ducto vertical de sello (18) y la conexión de una ventosa convencional (13) que se conecta a la salida de aire del primer ducto vertical (14) en su porción superior.

La figura 2 es un corte de la caja estructural maciza (12) que muestra la pared interna (5), las perforaciones, ductos y accesorios característicos para la ejecución de la válvula. En la parte final de los ductos de la válvula se encuentra una esfera de sello interno (8) con su resorte de sello interno (9) que se activa automáticamente por presión de líquido (16) y no por presión de aire (17). El ducto horizontal inferior de paso (4) está en un nivel inferior al ducto horizontal superior de entrada (15) y en nivel inferior al ducto horizontal superior de salida (10) y entre ambos niveles se aloja la esfera (8) cuando se realiza el sello. Se observa que el ducto horizontal inferior de paso (4) es una porción de trayecto por donde se conduce líquido (16) y aire (17) que ha entrado por el ducto horizontal superior de entrada (15); donde el ducto horizontal inferior de paso (4) aloja la sub-válvula (23) y permite su movimiento de izquierda a derecha y viceversa sobre una guía (26). También se observa que el líquido (16) representado por las flechas continuas oscuras fluye en una sola dirección, mientras que el aire (17) representado por las fechas punteadas fluye en dos direcciones como se observa en la figura 1 . El aire (17) retorna por el ducto horizontal inferior de paso (4) por la boca rectangular superior (27) y por el ducto reductor de flujo (28) termina su recorrido en el primer ducto vertical (14) de expulsión de aire en su porción superior para ser expulsado por una ventosa convencional (13) a la atmósfera.

Por su parte, el líquido (16) que entra junto con el aire (17) en el ducto horizontal superior de entrada (15) sigue su recorrido por el ducto horizontal inferior de paso (4), entra en el ducto reductor de flujo (28) de la mitad de longitud de la sub-válvula (23) y continua su recorrido por la boca rectangular superior (27) de flujo restringido de líquido para empujar la esfera de sello (8) y pasar al ducto horizontal superior de salida (10) como se muestra en la figura 2, donde la salida de líquido (7) se conecta al equipo de medida de flujo convencional. El segundo ducto vertical (18) tiene el mecanismo de sello manual (1 1 ) para interrumpir el paso de fluidos cuando se requiera dentro de la red hidráulica. El mecanismo de sello manual (1 1 ) está compuesto por un tornillo de seguridad (2), un émbolo (3), una guía (5) para deslizar el émbolo (3) y unos empaques (19) que sellan el espacio existente entre las paredes internas del mecanismo de sello manual (1 1 ) y el émbolo (3).

Para la fabricación de la válvula para re-direccionamiento y control inverso de flujos se toma la estructura maciza (12) prismática y se realizan las perforaciones para crear los cinco ductos con sus formas características, creando tres ductos horizontales y dos ductos verticales que varían su diámetro y forma para una función específica. Los ductos internos de la válvula son: un ducto horizontal superior de entrada (15), un ducto horizontal superior de salida (10), un ducto horizontal inferior de paso (4) con una guía (26), un primer ducto vertical (14) de expulsión de aire y segundo ducto vertical de sello (18).

Para la descripción la válvula para re direccionamiento y control inverso de flujos se tomará un flujo de izquierda a derecha del plano como se muestra en la figura 1 y figura y en la figura 2. La entrada de flujos de líquido (16) y entrada de aire (17) comienza en el costado derecho de la válvula, donde los flujos entran por el ducto horizontal superior de entrada (15) que es una perforación que recorre un tercio de la caja estructural maciza (12) de izquierda a derecha. En la presente descripción, el ducto horizontal superior de entrada (15) está ubicado en la mitad superior de la caja estructural maciza (12) y termina al encontrarse con el primer ducto vertical (14).

El primer ducto vertical (14) es perpendicular al ducto horizontal superior de entrada (15) y termina su recorrido hacia arriba en la conexión para expulsión de aire (22) de una ventosa convencional (13) y hacia abajo con el ducto horizontal inferior de paso (4) pasando por la sub-válvula (23) y comprimiendo el resorte auxiliar helicoidal de compresión (24) asociado axialmente para restringir el pase del caudal.

El ducto horizontal inferior de paso (4) está ubicado en la mitad inferior de la caja estructural maciza (12), es decir por debajo del nivel del ducto horizontal superior de entrada (15) y debajo del nivel un ducto horizontal superior de salida (10), teniendo en cuenta que el ducto horizontal superior de entrada (15) está al mismo nivel del ducto horizontal superior de salida (10), pero por encima del nivel del ducto horizontal inferior de paso (4).

El ducto horizontal inferior de paso (4) es perpendicular al primer ducto vertical (14) y comienza con la terminación del primer ducto vertical (14). El ducto horizontal inferior de paso (4) recorre dos terceras partes de la caja estructural maciza (12) y termina con la tapa (6). En la parte media del ducto horizontal inferior de paso (4), perpendicularmente se encuentra el segundo ducto vertical de sello (18), que termina su recorrido hacia arriba con la conexión del mecanismo de sello manual (1 1 ) y en su intermedio perpendicularmente se conecta con el ducto horizontal superior de salida (10), ducto por el que solamente pasa líquido a un equipo de medida de flujos. Debido a que la válvula soporta presiones de flujo de líquidos y gases está construida mediante perforaciones verticales y horizontales en la caja estructural maciza (12), por lo que cada uno de los cinco ductos se construye con una perforación a una determinada profundidad como se observa en la figura 1 , figura 2, y figura 3 que presentan vistas de corte transversales mostrando los ductos.

Se observa que el ducto horizontal superior de entrada (15) mantiene igual diámetro en su recorrido, de igual forma que el ducto horizontal inferior de paso (4). Por otro lado, el primer ducto vertical (14) tiene una porción de mayor diámetro en su parte superior para la expulsión de aire y conexión mediante roscado de una ventosa convencional, y tiene una porción de menor diámetro en la parte inferior donde se conecta con el ducto horizontal inferior de paso (4). El segundo ducto de sello (18) tiene una porción de mayor diámetro en su parte superior que aloja el resorte de sello (9) y la esfera de sello (8), y en su parte inferior tiene una porción de menor diámetro que es un tope para la esfera de sello (8) que se aloja allí. Se observa que el segundo ducto de sello (18) cambia de diámetro en una trayectoria de anillo (20) avellanado que aloja la esfera (8) y realiza el sello cuando no hay presión de líquido. El ducto horizontal superior de salida (10) también cambia de diámetro en una terminación avellanada (21 ) de un aro de menor diámetro que evita que la esfera (8) se salga y que contribuye a la formación de la trayectoria de anillo (20) avellanado del segundo ducto de sello (18).

A continuación, se presentan los siete efectos de la válvula para re direccionamiento y control inverso de flujos: Cuando se ejecuta la invención válvula para re direccionamiento y control inverso de flujos de manera manual se ejecuta el primer efecto:

1 . Cierre de caudal de flujos con el émbolo (3) que se ejecuta cuando se atornilla el tornillo de seguridad (2) para que el émbolo (3) se deslice por la guía (5) y empuje la esfera de sello (8) a su posición de sellado sobre la trayectoria de anillo (20).

Cuando se ejecuta la invención de manera automática se ejecutan seis efectos a saber:

2. Direccionamiento de aire (17) a la válvula de escape de aire o ventosa convencional (13).

3. Sello para que los flujos de aire (17) no pasen al equipo de medida de flujos por la válvula de taponamiento para que el aire no se escape.

4. Detención de los flujos inversos cuando la esfera (8) está a un nivel inferior del ducto horizontal superior de salida (10).

5. Evita que entre aire (17) a los ductos hidráulicos para que la red hidráulica no colapse

6. Protección de equipos de medida por deterioro, debido a que cuentan aire cuya velocidad es veintinueve veces mayor que la del agua.

7. Control y reductor de caudal para restringir el paso de agua potable en las

acometidas domiciliarias para garantizar el flujo mínimo o "mínimo vital" con la sub- válvula (23)

La válvula para re direccionamiento y control inverso de flujos de siete efectos libera un alto caudal de aire mientras la tubería se está llenando, evitando así el paso de aire por los equipos de medida. En condiciones de presiones negativas, es decir, en vacío la válvula se abre introduciendo aire atmosférico a la mínima depresión en la red hidráulica, evita de esta manera que la acometida sufra daños por aplastamiento y cuando pasa el líquido a los equipos de medida se realiza cierre automático para flujos inversos. La válvula para re direccionamiento y control inverso de flujos se deben instalar en una red de conducción hidráulica horizontalmente como se muestra en la figura 2 porque es su forma técnica para el correcto funcionamiento de expulsión y accesos de aire, además el ducto horizontal superior de entrada (15) debe estar al mismo nivel del ducto horizontal superior de salida (10) y por encima del nivel del ducto horizontal inferior de paso (4) para que la esfera (8) selle automáticamente.

Cuando los fluidos han recorrido el ducto horizontal superior de entrada (15) pasan al primer ducto vertical (14) de expulsión de aire (17) los fluidos continúan el recorrido hasta el ducto horizontal inferior de paso (4), al llegar al final del ducto horizontal inferior de paso (4) los fluidos encuentran la sub-válvula (23) y en la parte superior la esfera de sello (8) presionada por el resorte de sello (9). El aire (17) es expulsado por el primer ducto vertical (14) como se muestra en la figura 2 por medio de una conexión de una ventosa convencional (13). Cuando la ventosa convencional (13) hace sobre presión por flujo de líquido (16), la nueva válvula para re direccionamiento y control inverso de flujos abre el paso de la esfera sello (8), retrae el resorte de sello (9) y dejar pasar el fluido de líquido (16) al ducto horizontal superior de salida (10) como se muestra en la figura 2.

Con la configuración del resorte (9) y la esfera de sello (8) en el segundo ducto vertical de sello (18) se crea la presión entre 0,5000 kg/m2 a 0,650 kg/m2 necesaria para realizar el cierre y cuando el líquido (16) ha pasado al ducto horizontal superior de salida (10), la esfera de sello (8) está en un nivel inferior por debajo del ducto horizontal superior de salida (10), es decir que la sobrepresión del líquido (16) se detiene, el líquido del flujo se devuelve y la esfera de sello (8) baja de nuevo para efectuar el cierre y evitar el flujo inverso.