Introducción a las válvulas selladas con fuelle

Válvulas con sello(s) de fuelle(s)

Las fugas en varios puntos de las tuberías que se encuentran en las plantas químicas generan emisiones. Todos estos puntos de fuga pueden detectarse utilizando diversos métodos e instrumentos y el ingeniero de la planta debe tomar nota de ellos. Los puntos de fuga críticos incluyen juntas de empaquetadura con bridas y empaquetaduras de válvula/bomba, etc. Hoy en día, la industria de procesos químicos se está orientando hacia una tecnología más segura para una mejor protección ambiental y se ha convertido en responsabilidad de cada ingeniero de procesos diseñar plantas que limiten el daño al medio ambiente a través de la prevención de fugas de cualquier producto químico tóxico.

Fuga del prensaestopas o prensaestopas de la válvulaNormalmente es una preocupación para el ingeniero de mantenimiento o de planta. Esta fuga significa:
a) Pérdida de material b) Contaminación a la atmósfera c) Peligroso para los empleados de la planta.

Por ejemplo, tomemos el caso de una fuga de vapor a través del prensaestopas de la válvula. A 150 PSI, un espacio libre de solo 0,001 ″ a través del casquillo significará una fuga a razón de 25 lb/hora. Esto equivale a una pérdida de 1,2 dólares por turno de ocho horas, o 1.100 dólares al año. Del mismo modo, una pequeña gota de 0,4 mm de diámetro por segundo provoca un desperdicio de unos 200 litros al año de costoso aceite o disolvente. Esta fuga se puede reducir considerablemente utilizando la válvula de sellado de fuelle. Este artículo considerará ahora la construcción y operación del sello de fuelle.

Construcción de fuelle

El cartucho de fuelle está soldado tanto al casquete de la válvula como al vástago de la válvula. El cartucho de fuelle tiene varias circunvoluciones y estas circunvoluciones se comprimen o expanden dependiendo del movimiento del vástago de la válvula. (Científicamente hablando, el fuelle se comprime cuando la válvula está en posición abierta y se expande cuando la válvula está en posición cerrada). Es importante instalar correctamente los cuerpos de las válvulas. El fuelle se puede sellar a las válvulas de dos maneras diferentes. En primer lugar, el fuelle se puede soldar al vástago de la válvula en la parte superior y al cuerpo de la válvula en la parte inferior. En este caso, el fluido del proceso está contenido dentro del fuelle o, en el segundo método, el fuelle está soldado al vástago de la válvula en la parte inferior y al cuerpo en la parte superior. En este caso, el fluido de proceso está contenido en la región anular entre el casquete de la válvula y el fuelle (desde el exterior).

El fuelle es un componente crítico y forma el corazón de las válvulas de sello de fuelle. Para evitar cualquier torsión del fuelle, la válvula debe tener un vástago con movimiento únicamente lineal. Esto se puede lograr usando una tuerca de manguito en la parte del yugo del capó de la válvula. Se coloca un volante en la tuerca de manguito que transfiere efectivamente un movimiento giratorio del volante a un movimiento lineal en el vástago de la válvula.

Tipos de fuelle

Existen dos tipos principales de fuelle: el fuelle forjado y el fuelle soldado. Los fuelles de tipo formado se fabrican enrollando una lámina plana (lámina de pared delgada) en un tubo que luego se suelda por fusión longitudinalmente. A continuación, este tubo se transforma mecánica o hidrostáticamente en un fuelle con pliegues redondeados y muy espaciados. El fuelle tipo hoja soldada se fabrica soldando placas de metal delgado en forma de arandelas, tanto en la circunferencia interior como en la exterior de las placas en forma de arandelas. Un fuelle de hoja soldado tiene más pliegues por unidad de longitud en comparación con los fuelles forjados. Así, para la misma longitud de carrera, los fuelles forjados son dos o tres veces más largos que sus homólogos de hojas soldadas.

Según se informa, los fuelles forjados mecánicamente fallan en puntos aleatorios, mientras que la hoja soldada generalmente falla en una soldadura o cerca de ella. Para garantizar una penetración completa de los extremos del fuelle y la soldadura del collar final, es aconsejable fabricar mediante soldadura por microplasma.

Diseño de fuelle

El diseño de fuelle de múltiples capas se prefiere para manejar fluidos a mayor presión (generalmente dos o tres capas de la pared metálica). Un fuelle de dos capas puede aumentar su presión nominal entre un 80% y un 100% en comparación con un fuelle de una sola capa del mismo espesor. Alternativamente, si se utiliza un fuelle de una sola capa de un espesor equivalente a una clasificación de presión de un fuelle de dos capas, se reduce la longitud de la carrera. Por lo tanto, un diseño de fuelle de varias capas ofrece una clara ventaja sobre un fuelle de una sola capa. Está claro que el fuelle está sujeto a fatiga del metal y esta fatiga puede inducir fallas en la soldadura. La vida a fatiga del fuelle se ve afectada por el material de construcción, la técnica de fabricación, la longitud y la frecuencia de la carrera, además de los parámetros habituales como la temperatura y la presión del fluido.

Materiales de fuelle

El material de fuelle de acero inoxidable más popular es el AISI 316Ti, que contiene titanio para soportar altas temperaturas. Alternativamente, Inconel 600 o Inconel 625 mejoran la resistencia a la fatiga y la corrosión en comparación con los fuelles de acero inoxidable. De manera similar, Hastalloy C-276 ofrece mayor resistencia a la corrosión y a la fatiga que el Inconel 625. La resistencia a la fatiga se puede mejorar utilizando un sistema de fuelle múltiple y reduciendo la longitud de la carrera; esto puede aumentar significativamente la vida útil del fuelle.

Opciones de válvula

Los tipos de válvulas más comunes que se instalan con sellos de fuelle son los diseños de compuerta y globo (consulte la Figura 1). Estos son muy adecuados para usar con fuelles debido a su construcción interna y al movimiento axial del vástago de la válvula.
Según la información disponible, parece que las válvulas con sello de fuelle actuales varían en tamaño desde 3 mm NB hasta 650 mm NB. Las clasificaciones de presión están disponibles desde ANSI 150# hasta 2500#. Las opciones de materiales para las válvulas incluyen acero al carbono, acero inoxidable y aleaciones exóticas.

Aplicaciones

Medios de transferencia de calor: el aceite caliente se usa comúnmente en industrias como las de fibras sintéticas/POY (Partially Oriented Yarn). Sin embargo, siempre existe riesgo de incendio debido al derrame de aceite caliente sobre productos químicos altamente inflamables. Aquí, las válvulas de fuelle pueden detener la fuga.

Vacío/ultra alto vacío: algunas aplicaciones requieren una bomba de vacío para extraer continuamente aire de una tubería. Cualquier válvula convencional instalada en la tubería puede permitir que entre aire externo a la tubería a través del prensaestopas de la válvula. Por lo tanto, la válvula con fuelle es la única solución para evitar que el aire pase a través del prensaestopas.
Fluidos altamente peligrosos: para medios como cloro (ver Figura 2), hidrógeno, amoníaco y fosgeno, la válvula con sello de fuelle es un diseño ideal ya que se eliminan totalmente las fugas a través del casquillo.
Planta nuclear, planta de agua pesada: en los casos en los que se deben evitar las fugas de radiación en todo momento, la válvula de fuelle es la mejor opción.
Fluidos costosos: en algunas aplicaciones es necesario evitar fugas simplemente por el alto coste del fluido. En este caso, una evaluación económica suele favorecer el uso de válvulas con fuelle.
Normas medioambientales: en todo el mundo, las normas relativas a las emisiones y al medio ambiente son cada día más estrictas. Por lo tanto, puede resultar difícil para las empresas expandirse dentro de las instalaciones existentes. Con el uso de válvulas de fuelle, la expansión sin condiciones ambientales adicionales
el daño es posible.