Válvula de mariposa triple excéntrica: ventajas de diseño y principio de funcionamiento

Fuente: https://www.youtube.com/watch?v=sYbehFeAHKc

En las válvulas de mariposa concéntricas, el disco y la superficie de sellado se comprimen y frotan constantemente, lo que provoca un rápido desgaste y dificultad para abrir y cerrar. La válvula de mariposa excéntrica simple reduce este aplastamiento mediante un desplazamiento axial, pero sigue produciéndose fricción.

La válvula de mariposa doble excéntrica agrega otro desplazamiento en la dirección radial, lo que permite que el disco se desenganche rápidamente de la superficie de sellado, reduciendo significativamente el desgaste, aunque se requiere un cierre preciso.

Para eliminar por completo la fricción, se desarrolló la válvula de mariposa de triple excéntrica. Con un tercer desplazamiento, garantiza que el disco y la superficie de sellado estén completamente libres de contacto durante el funcionamiento, lo que mejora significativamente el rendimiento de sellado y extiende la vida útil.

Animación de válvula de mariposa triple excéntrica

Principio de funcionamiento de la válvula de mariposa triple excéntrica

Los tres desplazamientos en una válvula triple excéntrica son: desplazamiento del eje, desplazamiento del centro de la esfera y desplazamiento de la superficie de sellado.

Desplazamiento 1: La línea central del vástago de la válvula está desplazada respecto de la línea central del asiento de la válvula por una cierta distancia, lo que garantiza la integridad de la superficie de sellado.

Desplazamiento 2: La línea central del vástago de la válvula está desplazada respecto de la línea central del cuerpo de la válvula, lo que reduce la fricción entre los componentes de sellado durante la apertura y el cierre.

Desplazamiento 3: La línea central del cuerpo de la válvula está desplazada con respecto a la línea central de la superficie de sellado cónica del asiento de la válvula en un cierto ángulo, lo que permite que el anillo de sellado de la válvula de mariposa y el asiento de la válvula se desacoplen o entren en contacto rápidamente durante la apertura y el cierre, lo que garantiza que no haya fricción ni compresión entre los componentes de sellado.

Gracias al tercer ángulo de desfase, el disco de la mariposa no hace contacto con la superficie de sellado del cuerpo de la válvula durante la apertura y el cierre, lo que evita el desgaste por raspaduras y minimiza el par necesario para operar la válvula. Este ángulo de desfase también crea un sello superficial en forma de cuña, lo que mejora el rendimiento de la válvula de mariposa en condiciones de altas diferencias de presión.

Diseño de válvula de mariposa triple excéntrica

La característica más notable de la válvula de mariposa de triple excéntrica es su funcionamiento sin interferencias, lo que significa que no se producen raspaduras ni desgaste durante la apertura y el cierre. Por lo tanto, el diseño de los tres desplazamientos es crucial. El primer desplazamiento está relacionado con las dimensiones estructurales del cuerpo de la válvula y el diámetro del vástago de la válvula. El segundo y el tercer desplazamiento son parámetros clave que garantizan que no haya interferencias durante el funcionamiento.

1. Cuando se aumenta el segundo desplazamiento, se amplía el espacio entre el disco de mariposa y la superficie de sellado del cuerpo de la válvula, lo que permite que el disco se desacople más fácilmente. Sin embargo, este diseño crea un par desequilibrado mayor, lo que aumenta el par de operación general. Por lo tanto, al tiempo que se garantiza que el disco se desacople rápidamente de la superficie de sellado del cuerpo de la válvula, el segundo desplazamiento debe mantenerse lo más pequeño posible.

2. Si el ángulo del tercer desfase es demasiado grande, el anillo de sellado del disco de mariposa experimentará fuerzas desiguales, lo que reducirá el rendimiento en condiciones de diferenciales de alta presión. Por el contrario, si el ángulo es demasiado pequeño, pueden producirse interferencias y raspaduras, lo que afectará el rendimiento del sellado y acortará la vida útil. Por ejemplo, Vanessa, un reconocido fabricante internacional de válvulas de mariposa de triple excéntrica de Italia, diseña el tercer ángulo de desfase para que esté entre 10° y 12°.

Par de sellado de válvula de mariposa triple excéntrica

Los pares de sellado de las válvulas de mariposa triple excéntricas comúnmente incluyen sellos duros de metal, sellos blandos no metálicos, sellos multicapa y sellos elásticos.

La elección del par de juntas depende principalmente de las propiedades del medio, la temperatura y la clase de fuga requerida. Generalmente, cuando la temperatura no supera los 200 °C, el medio está limpio sin partículas abrasivas y se requiere un cierre hermético, se puede utilizar una junta blanda no metálica .

En los casos en que la temperatura es más alta o el medio es abrasivo, se recomienda un sello duro de metal . Cuando se utiliza un sello duro de metal, la superficie de sellado del cuerpo de la válvula debe someterse a un tratamiento de endurecimiento, como soldadura por recubrimiento o pulverización de aleaciones duras sobre la superficie de sellado del cuerpo de la válvula, para aumentar la dureza de la superficie y mejorar la resistencia al desgaste.

Además de los puntos de diseño mencionados anteriormente, el diseño de la válvula de mariposa triple excéntrica también debe considerar el impacto del medio fluido en la estructura de la válvula. Por ejemplo, para el polvo de carbón, se requiere protección contra el polvo para el vástago de la válvula; para el oxígeno, se debe abordar la descarga estática de las piezas internas; para los requisitos de seguridad contra incendios, es necesario un sello doble blando y duro. Además, el vástago de la válvula debe estar diseñado para evitar que se reviente debido a la presión interna. Durante el proceso de diseño, es esencial tener en cuenta las condiciones reales del proceso y el entorno de trabajo tanto como sea posible para garantizar que el producto final sea seguro, confiable y adecuado para las necesidades del usuario.

Ventajas de las válvulas de mariposa triple excéntricas

• Excelente rendimiento de sellado : el sellado de una válvula de mariposa triple excéntrica se logra mediante la compresión entre las superficies de sellado de la válvula. Cuanto mayor sea el par de cierre, mayor será el nivel de sellado, lo que hace posible la "fuga cero".
• Fricción cero : el diseño reduce la fricción durante la apertura y el cierre de la válvula, lo que extiende significativamente la vida útil de la válvula.
• Alta capacidad de flujo : debido a las ventajas de la estructura triple excéntrica, el diámetro de flujo de la válvula es mayor, lo que proporciona un mayor caudal.
• Diseño sin zona muerta : con una fricción mínima entre el disco y el asiento de la válvula, la válvula puede comenzar a regular el flujo casi desde una apertura de 0 grados hasta 90 grados. Su relación de control es más del doble que la de una válvula de mariposa estándar, y la relación de control máxima supera los 100:1.
• Resistencia a altas temperaturas y presiones : Las válvulas de mariposa selladas con metal y triple excéntricas pueden funcionar en un amplio rango de temperaturas y presiones, generalmente de -196 °C a 650 °C, y de PN10 a PN160 (ANSI CL 150 a CL1500).
• Larga vida útil : El sellado metal-metal de la válvula de mariposa triple excéntrica proporciona una excelente resistencia al desgaste, manteniendo su forma durante largos períodos de funcionamiento. Además, el asiento de la válvula y el anillo de sellado se desenganchan sin fricción en el momento de la apertura, lo que da como resultado una vida útil extremadamente larga.
• Rendimiento ajustable : el grado de apertura y cierre de la válvula de mariposa triple excéntrica se puede ajustar según sea necesario, lo que la hace adecuada para diversas tuberías industriales.

Desventajas de las válvulas de mariposa triple excéntricas

• Estructura de disco de válvula grueso : el disco de la válvula es relativamente grueso, lo que genera una mayor resistencia al flujo, lo que lo hace inadecuado para tuberías de diámetro pequeño por debajo de DN200.
• Impacto en el sellado en tuberías normalmente abiertas : En tuberías normalmente abiertas, la superficie de sellado del asiento de la válvula está expuesta directamente al flujo del medio, lo que puede desgastar el anillo de sellado laminado duro multicapa en el disco de la válvula con el tiempo, lo que afecta el rendimiento del sellado.
• Potencial de fugas en flujo inverso : la estructura triple excéntrica depende del par del actuador para presionar el disco de la válvula contra el asiento de la válvula y lograr el sellado. En el estado de flujo directo, cuanto mayor sea la presión del medio, más hermético será el sellado. Sin embargo, en el flujo inverso, a medida que aumenta la presión del medio, la presión de contacto entre el disco de la válvula y el asiento de la válvula puede llegar a ser menor que la presión del medio, lo que genera fugas.
• Mayor costo : debido a su estructura más compleja en comparación con las válvulas de mariposa doblemente excéntricas, las válvulas de mariposa triplemente excéntricas tienden a ser más caras.

Aplicaciones de las válvulas de mariposa triple excéntricas

Industria petroquímica : Las válvulas de mariposa triple excéntricas se utilizan ampliamente en sistemas de tuberías en las industrias petrolera y química, para cortar y regular gases y líquidos.

Industria de tratamiento de agua : Estas válvulas se pueden aplicar en áreas como tratamiento de agua municipal y aguas residuales, para regular y filtrar la calidad del agua.

Industria alimentaria : Las válvulas de mariposa triple excéntricas se utilizan comúnmente en la industria alimentaria, como en la producción de cerveza y bebidas, para controlar el flujo y la presión durante el proceso de fabricación.

Industria de protección ambiental : También son ampliamente utilizados en el sector ambiental, para controlar las emisiones en procesos como el tratamiento de gases de escape y la gestión de residuos sólidos.

Gracias a su diseño sin fricción, su rendimiento de sellado superior y su capacidad para soportar condiciones extremas, las válvulas de mariposa de triple excéntrica se han convertido en la opción preferida en muchas industrias. Si bien son relativamente costosas, su larga vida útil y su funcionamiento eficiente las convierten en la mejor opción para condiciones de trabajo complejas.

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