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Équipe nationale
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Luis Vallenilla est convoqué pour la première fois en sélection le lors d'un match amical contre le Guatelama (victoire 3-0). Le , Il marque son seul but en sélection lors d'un match amical contre le Cameroun (1-1).
Il dispute quatre Copa América : en 1997, 2001, 2004 et 2007. Il atteint les quarts de finale de cette compétition en 2007. Il joue également 31 matchs comptant pour les tours préliminaires de la coupe du monde, lors des éditions 1998, 2002, 2006 et enfin 2010[1].
Au total il compte 77 sélections et 1 but en équipe du Venezuela entre 1996 et 2007[2].