Válvula Larner-Johnson

Una válvula Larner-Johnson es un mecanismo utilizado en presas y bombeo de agua para controlar el flujo de agua a través de tuberías de gran diámetro. Esta válvula es adecuada para manejar flujos de alta velocidad con mínima turbulencia, incluso cuando está parcialmente abierta, y la fuerza de accionamiento puede ser proporcionada por el propio flujo de agua que controla. Fue fabricada a principios del siglo XX por la empresa Larner-Johnson en Estados Unidos. Actualmente, Blackhall Engineering Ltd. sigue fabricándolas en el Reino Unido. Se han construido válvulas de hasta 6,4 m (21 pies ) de diámetro, capaces de controlar una altura hidráulica de 300 m (1000 pies) . ^{[ 1 ]}  

En 2009, Blackhall Engineering suministró cuatro válvulas Larner-Johnson de 60 pulgadas de diámetro al Departamento de Protección Ambiental de la Ciudad de Nueva York para el embalse de Ashokan, en el norte del estado de Nueva York . Cada válvula tiene capacidad para un caudal de 19  metros cúbicos por segundo, lo que equivale a 19  toneladas de agua por segundo. Las válvulas controlan el flujo de agua desde el embalse de Ashokan hacia el acueducto de Catskill, que llega hasta la ciudad de Nueva York.

La válvula se encuentra alojada en una sección abombada de la tubería de presión . El mecanismo de la válvula forma un cuerpo cilíndrico dentro de esta tubería, por donde fluye el agua. Esta sección aguas abajo del cuerpo de la válvula es cónica y puede moverse axialmente. Al moverse aguas abajo, sella contra una superficie cónica en la salida de la válvula, interrumpiendo el flujo. Una vez cerrada, la presión del agua de suministro mantiene la válvula en esa posición, lo que garantiza un buen sellado.

La válvula se acciona hidráulicamente, mediante la presión del flujo que controla. Se utiliza un servomecanismo para generar las grandes fuerzas necesarias para estas enormes válvulas, obteniendo la energía de la propia presión del agua. Si bien la presión dentro de la tubería no puede aumentarse por encima de la de suministro, sí puede disminuirse. La sección transversal de la tubería en la parte inferior (aguas abajo) de la válvula se reduce en comparación con la sección superior. Según el principio de Bernoulli , esto aumenta la velocidad del flujo de agua, reduciendo así la presión. ^{[ i ]} Si se libera presión de agua a través de una válvula de drenaje, obviamente esto también reducirá su presión.

Internamente, el cuerpo fijo de la válvula tiene forma cilíndrica, con la parte móvil en su interior a modo de pistón. La válvula cónica forma parte de este pistón. El pistón es de doble efecto y divide el cuerpo interno de la válvula en dos, con presión de agua en ambos lados. La parte superior del pistón es más grande, con el diámetro total del pistón, y recibe agua a través de una válvula de estrangulación, que normalmente se ajusta y se deja en su posición. La parte inferior del pistón es un espacio anular que rodea el cuerpo móvil de la válvula y se mantiene a la presión de agua más baja (de Bernoulli). La punta de la válvula cónica contiene una pequeña válvula piloto que conecta la cámara superior de la válvula con el desagüe situado debajo de la misma. Esta válvula piloto se controla mecánicamente desde fuera de la cámara de la válvula y es el principal mecanismo de control de su posición.

Cuando la presión del agua aumenta en la cámara superior, a través de la válvula de estrangulamiento, esta se desplaza hacia abajo y se cierra contra el asiento. Dado que el área del pistón en este lado es mayor, la presión supera fácilmente el área más pequeña ^{[ ii ]} del pistón anular inferior.

Si se abre la válvula piloto, el agua drena de la cámara superior y su presión disminuye. El caudal de la válvula piloto siempre es mayor que el del llenado a través de la válvula de estrangulamiento. La presión en la cámara anular empuja ahora el pistón hacia arriba, levantando el cuerpo de la válvula del asiento cónico y abriéndola.

En posiciones intermedias, la presión en ambas cámaras se equilibra y la válvula permanece parcialmente abierta. Esto depende del tamaño del pistón, la reducción de presión aguas abajo y los flujos a través de las dos válvulas de control. La válvula piloto proporciona un control proporcional sobre el caudal de la válvula principal, con una apertura controlada, lenta y gradual.

Si la válvula piloto está cerrada, la presión aumenta en la cámara superior, superando la presión y la fuerza más bajas en la cámara de salida. La válvula se cierra de nuevo a la fuerza. ^{[ 2 ]}

Las enormes fuerzas que intervienen en una válvula de este tipo pueden causar problemas en muchos otros tipos de válvulas. En la válvula Larner-Johnson, una gran ventaja es que estas fuerzas siempre están equilibradas y actúan únicamente dentro del cuerpo de la válvula, no sobre sus actuadores. Esto evita la deformación y proporciona una gran fiabilidad. ^{[ 3 ]}

• Foto de una válvula Larner-Johnson