¿Qué son las válvulas?

Las válvulas son dispositivos mecánicos que controlan el flujo y la presión dentro de un sistema o proceso. Son componentes esenciales de un sistema de tuberías que transporta líquidos, gases, vapores, lodos, etc.

Hay diferentes tipos de válvulas disponibles: válvulas de compuerta, de globo, de obturador, de bola, de mariposa, de retención, de diafragma, de pellizco, de alivio de presión, de control, etc. Cada uno de estos tipos tiene varios modelos, cada uno con diferentes características y capacidades funcionales. Algunas válvulas son autoaccionadas mientras que otras se accionan manualmente o con un actuador neumático o hidráulico.

Las funciones de las válvulas son:

• Detener e iniciar el flujo
• Reducir o aumentar un flujo
• Controlar la dirección del flujo
• Regulación de un flujo o presión de proceso
• Aliviar un sistema de tuberías de una cierta presión.

Existen muchos diseños, tipos y modelos de válvulas, con una amplia gama de aplicaciones industriales. Todos satisfacen una o más de las funciones identificadas anteriormente. Las válvulas son artículos costosos y es importante especificar una válvula correcta para la función y debe estar construida con el material correcto para el líquido del proceso.

Independientemente del tipo, todas las válvulas tienen las siguientes partes básicas: cuerpo, bonete, internos (elementos internos), actuador y empaquetadura. Las partes básicas de una válvula se ilustran en la imagen de la derecha.

Cuerpo de válvula

El cuerpo de la válvula, a veces llamado carcasa, es el límite principal de una válvula de presión. Sirve como elemento principal de un conjunto de válvula porque es el marco que mantiene unidas todas las piezas.

El cuerpo, el primer límite de presión de una válvula, resiste las cargas de presión del fluido provenientes de las tuberías de conexión. Recibe tuberías de entrada y salida a través de uniones roscadas, atornilladas o soldadas.

Los extremos del cuerpo de la válvula están diseñados para conectar la válvula a la tubería o a la boquilla del equipo mediante diferentes tipos de conexiones finales, como soldadas a tope o con casquillo, roscadas o bridadas.

Los cuerpos de las válvulas están fundidos o forjados en una variedad de formas y cada componente tiene una función específica y está construido con un material adecuado para esa función.

Capó de válvula

La tapa para la abertura del cuerpo es el capó y es el segundo límite más importante de una válvula de presión. Al igual que los cuerpos de válvulas, los bonetes están disponibles en muchos diseños y modelos.

Un capó actúa como cubierta sobre el cuerpo de la válvula y está fundido o forjado del mismo material que el cuerpo. Comúnmente está conectado al cuerpo mediante una unión roscada, atornillada o soldada. Durante la fabricación de la válvula, los componentes internos, como el vástago, el disco, etc., se colocan en el cuerpo y luego se coloca el capó para mantener todas las piezas juntas en el interior.

En todos los casos, la fijación del capó al cuerpo se considera un límite de presión. Esto significa que la junta soldada o los pernos que conectan el capó con la carrocería son piezas que retienen la presión. Los bonetes de válvula, aunque son necesarios para la mayoría de las válvulas, representan un motivo de preocupación. Los bonetes pueden complicar la fabricación de válvulas, aumentar el tamaño de las válvulas, representar una parte importante del costo de las válvulas y son una fuente de posibles fugas.

Ajuste de válvula

Las piezas internas de la válvula extraíbles y reemplazables.que entran en contacto con el medio de flujo se denominan colectivamenteAjuste de válvula. Estas piezas incluyen asiento(s) de válvula, disco, prensaestopas, espaciadores, guías, casquillos y resortes internos. El cuerpo de la válvula, el casquete, la empaquetadura, etc., que también entran en contacto con el medio de flujo, no se consideran accesorios de válvula.

El rendimiento del ajuste de una válvula está determinado por la interfaz del disco y el asiento y la relación de la posición del disco con el asiento. Gracias al ajuste, son posibles movimientos básicos y control de flujo. En los diseños de molduras con movimiento rotacional, el disco se desliza cerca del asiento para producir un cambio en la apertura del flujo. En los diseños de molduras de movimiento lineal, el disco se levanta perpendicularmente desde el asiento de modo que aparece un orificio anular.

Las piezas de los internos de válvulas pueden construirse con diversos materiales debido a las diferentes propiedades necesarias para soportar diferentes fuerzas y condiciones. Los casquillos y prensaestopas no experimentan las mismas fuerzas y condiciones que el disco y los asientos de la válvula.

Las propiedades del medio de flujo, la composición química, la presión, la temperatura, el caudal, la velocidad y la viscosidad son algunas de las consideraciones importantes al seleccionar materiales de acabado adecuados. Los materiales de los internos pueden o no ser el mismo material que el cuerpo o el casquete de la válvula.

Ajuste de válvula API 600 No

Disco de válvula y asiento(s)

Disco

El disco es la pieza que permite, estrangula o detiene el flujo, según su posición. En el caso de una válvula de obturador o de bola, el disco se llama obturador o de bola. El disco es el tercer límite de presión primario más importante. Con la válvula cerrada, se aplica toda la presión del sistema a través del disco y, por esta razón, el disco es un componente relacionado con la presión.

Los discos suelen estar forjados y, en algunos diseños, tienen una superficie dura para proporcionar buenas propiedades de desgaste. La mayoría de las válvulas se denominan según el diseño de sus discos.

Asiento(s)

El asiento o los anillos de sello proporcionan la superficie de asiento para el disco. Una válvula puede tener uno o más asientos. En el caso de una válvula de globo o de retención oscilante, suele haber un asiento, que forma un sello con el disco para detener el flujo. En el caso de una válvula de compuerta, existen dos asientos; uno en el lado de aguas arriba y el otro en el lado de aguas abajo. Un disco de válvula de compuerta tiene dos superficies de asiento que entran en contacto con los asientos de la válvula para formar un sello para detener el flujo.

Para mejorar la resistencia al desgaste de los anillos de sellado, la superficie a menudo se endurece soldando y luego mecanizando la superficie de contacto del anillo de sellado. Es necesario un fino acabado superficial del área de asiento para un buen sellado cuando la válvula está cerrada. Los anillos de sello generalmente no se consideran partes límite de presión porque el cuerpo tiene un espesor de pared suficiente para soportar la presión de diseño sin depender del espesor de los anillos de sello.

Vástago de válvula

El vástago de la válvula proporciona el movimiento necesario al disco, obturador o bola para abrir o cerrar la válvula, y es responsable del posicionamiento adecuado del disco. Está conectado por un extremo al volante de la válvula, al actuador o a la palanca y por el otro al disco de la válvula. En las válvulas de compuerta o de globo, se necesita un movimiento lineal del disco para abrir o cerrar la válvula, mientras que en las válvulas de obturador, de bola y de mariposa, el disco se gira para abrir o cerrar la válvula.

Los vástagos suelen estar forjados y conectados al disco mediante roscas u otras técnicas. Para evitar fugas, en la zona de la junta es necesario un fino acabado superficial del vástago.

Hay cinco tipos de vástagos de válvula:

• Vástago ascendente con tornillo exterior y yugo
  El exterior del vástago está roscado, mientras que la parte del vástago en la válvula es lisa. Las roscas del vástago están aisladas del medio de flujo mediante la empaquetadura del vástago. Hay dos estilos diferentes de estos diseños disponibles; uno con el volante unido al vástago, para que puedan subir juntos, y el otro con un manguito roscado que hace que el vástago suba a través del volante. Este tipo de válvula se indica con “O. S. e Y.” Es un diseño común para válvulas NPS 2 y mayores.
• Vástago ascendente con tornillo interior
  La parte roscada del vástago está dentro del cuerpo de la válvula y el vástago se empaqueta a lo largo de la sección lisa que está expuesta a la atmósfera exterior. En este caso, las roscas del vástago están en contacto con el medio de flujo. Cuando se gira, el vástago y el volante se elevan juntos para abrir la válvula.
• Vástago no ascendente con tornillo interior
  La parte roscada del vástago está dentro de la válvula y no sube. El disco de la válvula se desplaza a lo largo del vástago, como una tuerca si se gira el vástago. Las roscas del vástago están expuestas al medio de flujo y, como tales, están sujetas al impacto. Es por eso que este modelo se utiliza cuando el espacio es limitado para permitir el movimiento lineal y el medio de flujo no causa erosión, corrosión o abrasión del material del vástago.
• Vástago deslizante
  Este vástago de válvula no gira ni gira. Se desliza dentro y fuera de la válvula para abrir o cerrar la válvula. Este diseño se utiliza en válvulas de apertura rápida con palanca accionadas manualmente. También se utiliza en válvulas de control accionadas por cilindros hidráulicos o neumáticos.
• Vástago rotatorio
  Este es un modelo comúnmente utilizado en válvulas de bola, tapón y mariposa. Un movimiento de un cuarto de vuelta del vástago abre o cierra la válvula.

En el menú principal “Válvulas” encontrará algunos enlaces a imágenes detalladas (grandes) de válvulas de vástago ascendente y no ascendente.

Empaquetadura del vástago de la válvula

Para un sellado confiable entre el vástago y el casquete, se necesita una junta. Esto se denomina empaquetadura y está equipado, por ejemplo, con los siguientes componentes:

• Seguidor del prensaestopas, un manguito que comprime la empaquetadura, mediante un prensaestopas dentro del llamado prensaestopas.
• Glándula, una especie de casquillo, que comprime el embalaje dentro del prensaestopas.
• Prensaestopas, cámara en la que se comprime la empaquetadura.
• Empaquetadura, disponible en varios materiales, como Teflon®, material elastomérico, material fibroso, etc.
• Un asiento trasero es una disposición de asientos dentro del capó. Proporciona un sello entre el vástago y el casquete y evita que se acumule presión en el sistema contra el empaque de la válvula, cuando la válvula está completamente abierta. Los asientos traseros se utilizan a menudo en válvulas de compuerta y de globo.

Un aspecto importante de la vida útil de una válvula es el conjunto de sellado. Casi todas las válvulas, como las estándar de bola, globo, compuerta, obturador y mariposa, tienen su conjunto de sellado basado en la fuerza de corte, la fricción y el desgarro.

Por lo tanto, el empaque de la válvula debe realizarse correctamente para evitar daños al vástago y pérdida de fluido o gas. Cuando una empaquetadura está demasiado floja, la válvula tendrá fugas. Si el empaque está demasiado apretado, afectará el movimiento y posibles daños al vástago.

Consejo de mantenimiento: 1. Cómo instalar un prensaestopas

Consejo de mantenimiento: 2. Cómo instalar un prensaestopas

Yugo de válvula y tuerca de yugo

Yugo

Un yugo conecta el cuerpo de la válvula o el casquete con el mecanismo de accionamiento. La parte superior del yugo sostiene una tuerca del yugo, una tuerca del vástago o un buje del yugo y el vástago de la válvula pasa a través de ella. Un yugo generalmente tiene aberturas para permitir el acceso al prensaestopas, a los enlaces del actuador, etc. Estructuralmente, un yugo debe ser lo suficientemente fuerte para soportar fuerzas, momentos y torsión desarrollados por el actuador.

Tuerca de yugo

Una tuerca de yugo es una tuerca con rosca interna y se coloca en la parte superior de un yugo por donde pasa el vástago. En una válvula de compuerta, por ejemplo, se gira la tuerca del yugo y el vástago se desplaza hacia arriba o hacia abajo. En el caso de las válvulas de Globo, la tuerca está fija y el vástago gira a través de ella.

Actuador de válvula

Las válvulas operadas manualmente generalmente están equipadas con un volante unido al vástago de la válvula o a la tuerca del yugo que se gira en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario para cerrar o abrir una válvula. De esta forma se abren y cierran las válvulas de globo y de compuerta.

Las válvulas de cuarto de vuelta operadas manualmente, como las de bola, tapón o mariposa, tienen una palanca para accionar la válvula.

Hay aplicaciones en las que no es posible o deseable accionar la válvula manualmente mediante un volante o una palanca. Estas aplicaciones incluyen:

• Válvulas grandes que deben operarse contra alta presión hidrostática.
• Las válvulas deben operarse desde una ubicación remota.
• Cuando el tiempo para abrir, cerrar, acelerar o controlar manualmente la válvula es mayor que el requerido por los criterios de diseño del sistema.

Estas válvulas suelen estar equipadas con un actuador.
Un actuador en la definición más amplia es un dispositivo que produce un movimiento lineal y giratorio de una fuente de energía bajo la acción de una fuente de control.

Los actuadores básicos se utilizan para abrir o cerrar completamente una válvula. Los actuadores para controlar o regular válvulas reciben una señal de posicionamiento para moverse a cualquier posición intermedia. Hay muchos tipos diferentes de actuadores, pero los siguientes son algunos de los actuadores de válvulas más utilizados:

• Actuadores de engranajes
• Actuadores de motores eléctricos
• Actuadores neumáticos
• Actuadores hidráulicos
• Actuadores solenoides

Para más información sobre Actuadores ver Menú principal “Válvulas”-Actuadores de válvula-

Clasificación de válvulas

Las siguientes son algunas de las clasificaciones de válvulas comúnmente utilizadas, basadas en el movimiento mecánico:

• Válvulas de movimiento lineal. Las válvulas en las que el miembro de cierre, como en las válvulas de retención de compuerta, globo, diafragma, pellizco y de elevación, se mueve en línea recta para permitir, detener o estrangular el flujo.
• Válvulas de movimiento giratorio. Cuando el miembro de cierre de la válvula se desplaza a lo largo de una trayectoria angular o circular, como en las válvulas de mariposa, de bola, de obturador, excéntricas y de retención oscilantes, las válvulas se denominan válvulas de movimiento giratorio.
• Válvulas de cuarto de vuelta. Algunas válvulas de movimiento giratorio requieren un movimiento de aproximadamente un cuarto de vuelta, de 0 a 90°, del vástago para abrirse completamente desde una posición completamente cerrada o viceversa.

Clasificación de válvulas según el movimiento.

Calificaciones de clase

Las clasificaciones de presión y temperatura de las válvulas se designan mediante números de clase. ASME B16.34, Válvulas con extremo bridado, roscado y soldado es uno de los estándares de válvulas más utilizados. Define tres tipos de clases: estándar, especial y limitada. ASME B16.34 cubre válvulas Clase 150, 300, 400, 600, 900, 1500, 2500 y 4500.

Resumen

En esta página se define una serie de información básica sobre válvulas.

Como habrás visto en el Menú principal “Válvulas”, también puedes encontrar información sobre varias válvulas que se utilizan con frecuencia en la industria petroquímica y química.
Puede darle una idea y una buena comprensión de las diferencias entre los distintos tipos de válvulas y de cómo estas diferencias afectan el funcionamiento de la válvula. Ayudará a una aplicación adecuada de cada tipo de válvula durante el diseño y al uso adecuado de cada tipo de válvula durante la operación.