En lo profundo del flujo: explicación de las piezas clave de la válvula de mariposa

Estructura básica de una válvula de mariposa

• Cuerpo de la válvula
• Disco de válvula
• Vástago de válvula
• Asiento de válvula

Cuerpo de válvula de mariposa

El cuerpo de la válvula es la carcasa exterior de una válvula de mariposa. Alberga y soporta todos los componentes internos, se conecta directamente a la tubería y soporta la presión del fluido. Su diseño es fundamental para la resistencia general, el rendimiento del sellado y la fiabilidad a largo plazo.

La estructura del cuerpo de la válvula determina cómo se instala, cuánta carga puede soportar y si se puede usar al final de una tubería. En la práctica, las válvulas de mariposa suelen tener varios estilos de conexión, cada uno adecuado para diferentes aplicaciones. A continuación, se presentan algunos tipos comunes de cuerpos de válvula:

Válvula de mariposa tipo wafer

• Este es el diseño más común y rentable.
• El cuerpo de la válvula no tiene bridas propias; en su lugar, se fija entre dos bridas de tubería mediante pernos pasantes largos. Su perfil delgado la hace ideal para instalaciones compactas o sistemas con presupuestos ajustados.
• Sin embargo, debido a que depende de la fuerza de sujeción de ambos lados, no se puede utilizar como válvula de final de línea y es menos conveniente para el mantenimiento.

Válvula de mariposa de orejeta

• Los cuerpos tipo lug cuentan con orejetas roscadas en ambos lados, lo que permite que la válvula se atornille de forma independiente a las bridas de aguas arriba y aguas abajo mediante pernos cortos.
• Esta estructura permite que la válvula soporte la presión por sí sola, lo que la hace ideal para el servicio de final de línea. Además, facilita el aislamiento durante el mantenimiento.
• Los requisitos adicionales de mecanizado y material aumentan el coste en comparación con los tipos de obleas.

Válvula de mariposa de doble brida

• En este diseño, se integran bridas completas en ambos extremos del cuerpo. La válvula se conecta a la tubería mediante pernos cortos directamente a través de las bridas.
• Esto le da al cuerpo una rigidez y estabilidad mucho mayores, lo que lo convierte en la mejor opción para diámetros grandes, presiones más altas, sistemas propensos a vibraciones, salidas de bombas, transmisión de agua a larga distancia y otras aplicaciones críticas.
• Es más caro que los estilos wafer y lug y requiere espacio de instalación adicional.

Materiales del cuerpo de la válvula

La elección del material del cuerpo depende del medio, la temperatura, la presión y el nivel de corrosión. Los materiales más comunes incluyen:

• Hierro fundido : rentable y con buena resistencia; adecuado para agua, aire y otros medios no corrosivos.
• Hierro dúctil : mayor resistencia y tenacidad que el hierro fundido; ampliamente utilizado en sistemas industriales y municipales.
• Acero al carbono : ideal para servicios de alta temperatura o alta presión.
• Acero inoxidable : excelente resistencia a la corrosión; comúnmente utilizado en aplicaciones químicas, marinas y alimentarias.
• Plásticos (UPVC, CPVC, PP) – Altamente resistentes a productos químicos agresivos; utilizados en sistemas de transferencia de productos químicos y fluidos corrosivos.

Disco de válvula de mariposa

El disco es el corazón de una válvula de mariposa. Generalmente, con forma de placa circular, gira de 0 a 90° dentro del cuerpo de la válvula a través del vástago. Esta rotación controla si el flujo se cierra, se abre completamente o se regula en un punto intermedio.

Funciones clave

• Control de apagado y encendido/apagado:
  Un giro de 90° mueve la válvula de completamente cerrada a completamente abierta.
• Regulación de flujo:
  Al mantener el disco en cualquier ángulo entre 0° y 90°, la válvula puede regular o ajustar el caudal.

Tipos de discos comunes y conceptos de diseño

El diseño del disco tiene un impacto importante en la resistencia al flujo, el rendimiento del sellado, el par de operación y la durabilidad a largo plazo. Los diseños más comunes incluyen:

1. Disco centrado (concéntrico)

Este es el diseño más tradicional y ampliamente utilizado. El disco gira alrededor de una línea central alineada con el cuerpo de la válvula.

Ventajas:

• Estructura simple
• Menor costo
• Sellado suave y confiable

Limitaciones:
Dado que el disco permanece en contacto con el asiento durante todo el ciclo de apertura y cierre, genera una fricción continua. Esto aumenta el par de operación y acelera el desgaste, haciéndolo menos adecuado para estrangulamientos frecuentes.

Aplicaciones típicas:
Suministro general de agua, servicio de aire, HVAC y sistemas de temperatura ambiente de baja presión.

2. Disco doble excéntrico (válvula de mariposa de alto rendimiento)

Para reducir la fricción que se encuentra en los diseños concéntricos, el disco y el vástago están desplazados en dos direcciones.

Ventajas:
Al abrirse la válvula, el disco se separa rápidamente del asiento, lo que reduce considerablemente la fricción y el desgaste. El contacto con el asiento solo se produce en los grados finales de cierre.

Aplicaciones típicas:
Redes de agua municipales, sistemas de media presión y aplicaciones con operación más frecuente.

3. Disco triple excéntrico (válvula de mariposa de triple desplazamiento)

Sobre la base del diseño doblemente excéntrico, se introduce un tercer desplazamiento: la superficie de sellado forma un ángulo cónico en lugar de alinearse con la línea central del cuerpo de la válvula.

Ventajas:
Esta geometría garantiza cero rozamientos durante la apertura y el cierre.
El disco logra el sellado a través de una precisa acción de cuña de metal con metal, lo que lo hace adecuado para condiciones extremas.

Aplicaciones típicas:
Alta temperatura, alta presión, medios corrosivos, fluidos abrasivos y otros entornos de servicio severos donde se requiere una fuga cercana a cero.

Vástago de válvula de mariposa

El vástago es uno de los componentes de transmisión más críticos de una válvula de mariposa. Conecta el actuador o volante al disco y proporciona el par que lo hace girar.

Dependiendo de los requisitos de diseño, los vástagos normalmente se fabrican en dos configuraciones: de una pieza y de dos piezas.

Vástago de una pieza

En un diseño de una sola pieza, el vástago recorre todo el disco y forma una estructura integrada con él.

Ventajas:

• Alta resistencia estructural
• Transmisión de par más estable
• Mayor durabilidad bajo cargas elevadas

Este diseño se utiliza comúnmente en válvulas que requieren mayor confiabilidad y mayor capacidad de torque.

Vástago de dos piezas

Un vástago de dos piezas está formado por secciones superior e inferior que se conectan al disco mediante pasadores, tornillos o un mecanismo de sujeción sin pasar completamente a través del disco.

Ventajas:

• Menor costo de fabricación
• Estructura más simple
• Adecuado para tamaños pequeños y medianos y aplicaciones de baja presión.

Limitaciones:
La interfaz de conexión puede aflojarse o desgastarse con el tiempo, lo que la hace inadecuada para condiciones de servicio severas o de alto torque.

Asiento de válvula de mariposa

El asiento es el elemento de sellado clave dentro de una válvula de mariposa. Instalado como un anillo de sellado circular a lo largo de la pared interior del cuerpo de la válvula, forma la superficie contra la que presiona el disco cuando la válvula está cerrada. Este contacto hermético bloquea el paso del flujo y evita fugas.

Los asientos de válvulas de mariposa generalmente se dividen en dos categorías principales:

• Asientos blandos (EPDM, NBR, PTFE):
  Estos se basan en la elasticidad y la deformación del material para lograr un sellado hermético y sin fugas.
• Asientos de metal:
  Se utiliza principalmente en diseños de triple desplazamiento, donde un contacto cónico tipo cuña proporciona un rendimiento de sellado a alta temperatura y alta presión.

Tipos de instalación de asientos

La forma en que se monta el asiento dentro de la carrocería afecta no solo el rendimiento del sellado, sino también la facilidad de mantenimiento. Los métodos de instalación más comunes incluyen:

1. Asiento insertado/a presión

El asiento se presiona mecánicamente en una ranura dentro del cuerpo de la válvula.
Esta es la estructura más utilizada porque ofrece un buen rendimiento de sellado y facilita el reemplazo durante el mantenimiento.

2. Asiento adherido

El asiento se fija a la carrocería mediante adhesivos.
Si bien la estructura es más simple y los costos de fabricación pueden ser menores, el reemplazo del asiento se vuelve más difícil.

3. Asiento totalmente forrado/integrado

Común en válvulas de mariposa completamente revestidas de PTFE o fluoroplástico.
Se moldea o reviste una capa completa de PTFE (o polímero similar) a lo largo de la superficie interna del cuerpo de la válvula, que sirve tanto como revestimiento del camino de flujo como asiento de sellado.
Este diseño ofrece una resistencia a la corrosión excepcional para medios químicos agresivos.

4. Diseño de asiento reemplazable

El asiento está construido como un módulo separado que se puede quitar y colocar de forma independiente.
Esto hace que el mantenimiento sea mucho más fácil, reduce el tiempo de inactividad y ayuda a prolongar la vida útil general de la válvula, lo que resulta especialmente valioso en sistemas con medios abrasivos o corrosivos.

Actuadores de válvulas de mariposa

El actuador es el mecanismo que abre, cierra o modula la válvula de mariposa. Según la aplicación y el nivel de automatización requerido, las válvulas de mariposa pueden equiparse con varios tipos de actuadores:

1. Actuadores manuales

La opción más básica y económica.
El accionamiento manual se realiza a través de una manija de palanca o de una caja de cambios accionada por engranajes.
Las palancas ofrecen un control rápido de encendido y apagado para tamaños pequeños, mientras que las cajas de engranajes proporcionan una ventaja mecánica, lo que hace más fácil operar válvulas más grandes sin energía externa.
Son simples, confiables y de bajo costo.

2. Actuadores neumáticos

Los actuadores neumáticos, alimentados por aire comprimido, ofrecen una respuesta rápida y son ideales para ciclos frecuentes.
Están disponibles en versiones de retorno por resorte (de acción simple) y de acción doble.
Debido a su alta velocidad y seguridad intrínseca, se utilizan ampliamente en el tratamiento de agua, sistemas de procesos industriales y aplicaciones de apagado de emergencia.

3. Actuadores eléctricos

Impulsados ​​por un motor eléctrico, estos actuadores proporcionan un funcionamiento estable y controlado y son capaces de una modulación precisa.
Se utilizan comúnmente donde no hay suministro de aire disponible o donde la automatización y el control fino son esenciales, como en HVAC, sistemas de construcción y entornos limpios.

4. Actuadores hidráulicos

Las unidades hidráulicas generan un torque muy alto utilizando aceite hidráulico presurizado, lo que las hace adecuadas para condiciones de servicio de gran diámetro, alta presión o trabajo pesado.
Se encuentran a menudo en centrales eléctricas, redes de distribución de agua y sistemas industriales que requieren gran fuerza y ​​un funcionamiento robusto.

Reflexiones finales

El rendimiento de una válvula de mariposa se define por la eficacia con la que cada componente (cuerpo, disco, vástago y asiento) funciona en conjunto. Comprender la estructura y la función de cada pieza es esencial para elegir la válvula adecuada para su proyecto.

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