Tipos de Válvulas de Cierre

Las válvulas de cierre son dispositivos mecánicos utilizados para iniciar o detener el flujo de líquidos, gases, vapor y otros medios de proceso a través de un sistema de tuberías. Permiten a los operadores aislar tuberías, equipos, tanques, bombas, instrumentos y aparatos durante operación normal, mantenimiento o condiciones de emergencia.

Diferentes tipos de válvulas de cierre utilizan diferentes mecanismos de cierre. Una válvula de bola gira una esfera perforada, una válvula de compuerta eleva o baja una compuerta, una válvula de globo mueve un disco hacia un asiento, y una válvula de mariposa gira un disco circular dentro de la tubería. Cada diseño ofrece diferentes características de operación, opciones de conexión y idoneidad para fluidos particulares.

Las válvulas de cierre se utilizan en fontanería residencial, sistemas municipales de agua, tuberías de gas, plantas químicas, refinerías de petróleo, centrales eléctricas, sistemas HVAC, instalaciones de procesamiento de alimentos y equipos de fabricación. La válvula correcta depende del tamaño de la tubería, presión, temperatura, propiedades del fluido, rendimiento de sellado requerido y frecuencia de operación.

Comprender los principales tipos de válvulas de cierre ayuda a los usuarios a seleccionar una válvula que proporcione un aislamiento confiable sin crear pérdida de presión innecesaria, problemas de mantenimiento o riesgos de seguridad.

¿Cuál es la función de una válvula de cierre?

La función principal de una válvula de cierre es detener el movimiento del fluido a través de una sección de tubería. Cuando la válvula está abierta, el líquido o gas puede continuar hacia el equipo aguas abajo. Cuando la válvula se cierra, su elemento de cierre forma un sello y bloquea el paso del flujo.

En muchos sistemas, se instalan varias válvulas de cierre en diferentes ubicaciones. Una válvula de cierre principal puede aislar el suministro completo de agua, gas o proceso, mientras que válvulas de ramal más pequeñas aíslan áreas, máquinas o aparatos individuales.

Las válvulas de cierre pueden realizar varias funciones importantes:

• Aislamiento de tuberías: Separar una sección de tubería de otra.
• Aislamiento de equipos: Evitar que el fluido entre en bombas, filtros, tanques, calderas o unidades de proceso durante el mantenimiento.
• Parada de emergencia: Detener rápidamente fluidos peligrosos después de una fuga, incendio o falla del equipo.
• Conmutación de procesos: Dirigir el flujo entre líneas de proceso o equipos alternativos.
• Aislamiento de aparatos: Desconectar el agua o gas de un aparato individual sin apagar todo el sistema.
• Protección automática: Cierre en respuesta a un detector, señal de control, pérdida de energía o interbloqueo de seguridad.

Una válvula de cierre generalmente se selecciona para un aislamiento confiable en lugar de una regulación continua del flujo. Algunos tipos de válvulas también pueden estrangular el flujo, pero su idoneidad depende del diseño interno y las condiciones de operación.

Componentes principales de las válvulas de cierre

Aunque la construcción interna varía, la mayoría de las válvulas de cierre industriales contienen un grupo similar de componentes de retención de presión, sellado y operación.

1. Válvula de bola

Una válvula de bola es una de las válvulas de cierre más utilizadas. Contiene un elemento de cierre esférico con un orificio en el centro. Girar la bola 90 grados alinea el orificio con la tubería o mueve la superficie sólida de la bola a través de la trayectoria del flujo.

Cuando la manija está paralela a la tubería, la válvula generalmente está abierta. Cuando la manija está perpendicular a la tubería, normalmente está cerrada. Esta clara indicación de posición es útil en aplicaciones de fontanería, industriales y de emergencia.

Las válvulas de bola proporcionan una operación rápida de cuarto de vuelta y un cierre confiable. Los diseños de paso completo ofrecen un orificio cercano al diámetro interno de la tubería, lo que ayuda a reducir la restricción del flujo cuando la válvula está completamente abierta.

Las aplicaciones comunes de la válvula de bola incluyen:

• Suministros de agua residenciales y comerciales
• Líneas de gas natural y gas combustible
• Sistemas de aire comprimido
• Tuberías de transferencia química
• Aislamiento de bombas y equipos
• Tuberías de petróleo y gas
• Sistemas de proceso automatizados

Los cuerpos de las válvulas de bola pueden estar hechos de latón, PVC, acero al carbono, acero inoxidable o aleaciones especializadas. Están disponibles diseños de dos vías, tres vías y multipuerto para aislamiento, desvío y conmutación de procesos.

2. Válvula de compuerta

Una válvula de compuerta controla el flujo elevando o bajando un elemento de cierre en forma de compuerta. Cuando está completamente abierta, la compuerta se levanta fuera del paso del flujo, creando una trayectoria relativamente recta a través de la válvula.

Las válvulas de compuerta se utilizan comúnmente donde la válvula permanece completamente abierta durante largos períodos y debe proporcionar baja resistencia. Normalmente requieren varias vueltas de un volante para moverse entre posiciones abiertas y cerradas.

Las aplicaciones comunes de las válvulas de compuerta incluyen tuberías principales de agua municipales, tuberías de petróleo, sistemas de vapor, plantas de energía y redes de servicios industriales.

Diferentes diseños incluyen válvulas de compuerta de cuña, válvulas de compuerta con asiento resiliente, válvulas de compuerta de losa, válvulas de compuerta de deslizamiento paralelo y válvulas de compuerta de cuchilla. Una válvula de compuerta de cuchilla se utiliza frecuentemente en sistemas que contienen lodos, fangos, pulpa y sólidos.

Una válvula de compuerta generalmente se selecciona para servicio completamente abierto o completamente cerrado. Normalmente no se utiliza para estrangulación continua porque una compuerta parcialmente abierta puede experimentar vibración, erosión y desgaste desigual del asiento.

3. Válvula de Globo

Una válvula de globo utiliza un disco o tapón que se mueve hacia o desde un asiento estacionario. El movimiento lineal permite que el área de flujo cambie gradualmente.

Las válvulas de globo pueden funcionar como válvulas de cierre mientras también proporcionan una regulación efectiva del flujo. Se utilizan ampliamente en sistemas de vapor, líneas de agua de alimentación de calderas, procesos químicos, sistemas de agua de enfriamiento y bucles de control automático.

La válvula generalmente requiere varias vueltas de un volante o movimiento del actuador. Cuando está completamente cerrada, el disco presiona contra el asiento y bloquea el flujo.

Una válvula de globo crea una mayor pérdida de presión que una válvula de bola de puerto completo o una válvula de compuerta porque el fluido debe cambiar de dirección dentro del cuerpo. Sin embargo, su movimiento controlado del disco la hace útil donde se requieren tanto aislamiento como regulación.

4. Válvula de mariposa

Una válvula de mariposa utiliza un disco circular montado en un eje giratorio. Girar el eje 90 grados mueve el disco entre las posiciones abierta y cerrada.

Las válvulas de mariposa son compactas, ligeras y ampliamente utilizadas en tuberías de diámetro mediano y grande. Los estilos de cuerpo comunes incluyen construcción tipo wafer, tipo lug y con bridas.

Las válvulas de mariposa con asiento resiliente se utilizan ampliamente para agua, HVAC, protección contra incendios y sistemas de servicios industriales. Las válvulas de mariposa de alto rendimiento y triple offset se utilizan para presiones más altas, temperaturas elevadas y condiciones de proceso más exigentes.

Están disponibles operación manual con palanca, caja de engranajes, neumática y eléctrica. Las válvulas de mariposa automatizadas se integran comúnmente en plantas de tratamiento de agua, sistemas de refrigeración y redes de control de procesos.

5. Válvula de macho

Una válvula de macho utiliza un macho cilíndrico o cónico con un paso a través de su centro. Girar el macho aproximadamente 90 grados abre o cierra la trayectoria del flujo.

Las válvulas de macho proporcionan una operación rápida de cuarto de vuelta y se utilizan en distribución de gas, procesamiento de petróleo, plantas químicas, sistemas de aguas residuales y líneas de servicios industriales.

Las válvulas de macho lubricadas utilizan un lubricante de sellado entre el macho y el cuerpo. El lubricante reduce la fricción y ayuda a mantener el rendimiento de cierre. Los diseños no lubricados pueden usar manguitos flexibles o revestimientos especializados.

Las válvulas de macho multipuerto pueden dirigir el fluido entre varias conexiones de tubería y se utilizan para servicio de conmutación o desvío.

6. Válvula de aguja

Una válvula de aguja utiliza un vástago largo y cónico que se mueve hacia una pequeña abertura de asiento. El movimiento fino del vástago permite un ajuste preciso de caudales bajos.

Las válvulas de aguja se utilizan comúnmente como pequeñas válvulas de cierre en instrumentación, muestreo, laboratorio, sistemas neumáticos e hidráulicos. Se instalan con frecuencia cerca de manómetros, transmisores y equipos de calibración.

Aunque las válvulas de aguja pueden proporcionar aislamiento, su principal ventaja es el ajuste fino del flujo. Normalmente se utilizan en tuberías de diámetro pequeño en lugar de grandes tuberías de proceso.

7. Válvula de diafragma

Una válvula de diafragma utiliza un diafragma flexible que se mueve contra un asiento o vertedero dentro del cuerpo de la válvula. El diafragma separa el mecanismo de operación del fluido de proceso.

Esta construcción es útil para aplicaciones corrosivas, de alta pureza, higiénicas o sensibles a la contaminación. Las válvulas de diafragma se utilizan en procesamiento químico, tratamiento de agua, producción farmacéutica, fabricación de alimentos y sistemas de semiconductores.

El diafragma puede operarse manual o automáticamente. La compatibilidad de materiales es importante porque el diafragma debe resistir la exposición química, la temperatura y la flexión repetida.

8. Válvula de pellizco

Una válvula de pellizco controla el flujo comprimiendo un manguito o tubo flexible. Cuando el manguito está completamente pellizcado, el paso del flujo se cierra.

Debido a que el fluido de proceso contacta principalmente con el manguito, las válvulas de pellizco son adecuadas para lodos, polvos, gránulos, aguas residuales y medios abrasivos. Se utilizan en minería, cemento, tratamiento de aguas residuales, procesamiento de alimentos y manejo de materiales a granel.

Las válvulas de pellizco pueden operarse mecánica, neumática o hidráulicamente. El material del manguito se selecciona según la abrasión, la compatibilidad química, la presión y la temperatura.

9. Válvula de cierre solenoide

Una válvula de cierre solenoide utiliza una bobina electromagnética para abrir o cerrar el paso del flujo. Recibe una señal eléctrica de un controlador, interruptor, detector o sistema de seguridad.

Las válvulas solenoides se utilizan comúnmente en quemadores de gas, líneas de agua, sistemas de riego, equipos de aire comprimido, sistemas de dosificación y maquinaria automatizada.

Una válvula solenoide normalmente cerrada permanece cerrada sin energía eléctrica y se abre cuando la bobina se energiza. Una válvula normalmente abierta permanece abierta sin energía y se cierra cuando se energiza.

La configuración correcta depende de la posición de seguridad requerida después de una pérdida de energía. Las aplicaciones de gas y combustible utilizan con frecuencia válvulas normalmente cerradas para que el suministro se detenga automáticamente durante una falla eléctrica.

10. Válvula de cierre de emergencia

Una válvula de cierre de emergencia está diseñada para aislar rápidamente fluido peligroso cuando ocurre una condición insegura. Puede usar una bola, mariposa, macho, globo u otro cuerpo de válvula combinado con un actuador de emergencia o mecanismo de disparo.

Las válvulas de cierre de emergencia pueden responder a:

• Detección de gas combustible
• Alarmas de incendio
• Presión alta o baja
• Temperatura alta
• Pérdida de energía eléctrica
• Pérdida de aire de instrumentos
• Comandos de parada de emergencia del operador
• Sistemas de parada de proceso

Los actuadores neumáticos de retorno por resorte se utilizan comúnmente. Durante la operación normal, la presión de aire puede mantener la válvula abierta. Si se pierde el aire de control o la señal de parada, los resortes mueven la válvula a la posición cerrada.

Comparación de Válvulas de Cierre Comunes

Válvulas de Cierre de Agua

Una válvula de cierre de agua controla el suministro de agua a un edificio, habitación, electrodoméstico o accesorio individual. Los tipos comunes de válvulas de agua incluyen válvulas de bola, válvulas de compuerta, válvulas de globo y válvulas de parada.

La válvula principal de cierre de agua a menudo se instala cerca del punto donde el servicio de agua entra a un edificio. Se pueden instalar válvulas locales adicionales cerca de inodoros, lavabos, calentadores de agua, bombas, filtros y sistemas de riego.

Las válvulas de bola se seleccionan comúnmente para sistemas de agua modernos porque proporcionan una operación rápida de cuarto de vuelta e indicación clara de posición. Las válvulas de compuerta también se utilizan en conducciones de agua más grandes y sistemas de distribución.

Los materiales de las válvulas de cierre de agua pueden incluir latón, bronce, PVC, hierro dúctil y acero inoxidable. El material y la clasificación de presión deben ser adecuados para la calidad del agua, la temperatura y la norma de la tubería.

Válvulas de cierre de gas

Una válvula de cierre de gas aísla gas natural, GLP, gas combustible o gas industrial. Puede instalarse cerca de un medidor de gas, quemador, caldera, horno, electrodoméstico de cocina o unidad de proceso.

Las válvulas de bola y de macho se usan ampliamente para el aislamiento manual de gas porque proporcionan una operación rápida de cuarto de vuelta. Las válvulas de solenoide y accionadas se utilizan para el cierre automático.

Una válvula de gas debe ser específicamente adecuada para el tipo de gas, la presión del sistema, la temperatura y la norma de instalación. La compatibilidad del asiento, sello y lubricante es especialmente importante.

Las válvulas de cierre de emergencia de gas pueden cerrarse después de recibir una señal de un detector de gas combustible, alarma de incendio, controlador de quemador o sistema de parada de emergencia.

Válvulas de cierre manuales vs. automáticas

Una válvula de cierre manual requiere que un operador gire una manija, palanca o volante. Las válvulas manuales son simples y se usan ampliamente donde hay acceso local.

Una válvula de cierre automática utiliza un actuador eléctrico, neumático o hidráulico. Recibe una señal de un sistema de control y se mueve a la posición requerida sin operación manual directa.

Las válvulas de cierre automáticas pueden usarse para:

• Aislamiento remoto de tuberías
• Secuenciación de lotes y procesos
• Sistemas de seguridad de gas e incendio
• Sistemas de detección de fugas
• Prevención de inundaciones
• Parada de emergencia
• Automatización de edificios e industrial

Los actuadores neumáticos de retorno por resorte y las válvulas de solenoide normalmente cerradas se usan comúnmente donde la válvula debe cerrarse después de una pérdida de energía o señal de control.

Cómo seleccionar válvulas de cierre

La selección correcta de la válvula de cierre requiere la evaluación de todo el sistema de tuberías. El tamaño nominal de la tubería por sí solo no es suficiente para determinar la válvula correcta.

Los factores de selección importantes incluyen:

• Tipo y composición química del fluido
• Presión máxima de operación
• Temperatura de operación mínima y máxima
• Tamaño de la tubería y capacidad de flujo requerida
• Rendimiento de cierre y fuga requerido
• Frecuencia de operación
• Operación manual o automática
• Velocidad de cierre requerida
• Materiales del cuerpo, obturador y asiento
• Conexiones roscadas, bridadas, soldadas o sanitarias
• Ambiente interior, exterior, subterráneo o corrosivo
• Requisitos de seguridad contra incendios o parada de emergencia
• Espacio de instalación disponible
• Códigos, normas y especificaciones del proyecto aplicables

Una válvula de bola se selecciona comúnmente donde se requiere operación rápida y cierre hermético. Una válvula de compuerta puede seleccionarse para tuberías grandes y baja resistencia al flujo. Una válvula de globo es apropiada donde se necesitan tanto aislamiento como regulación controlada.

Las válvulas de mariposa se seleccionan a menudo para tuberías grandes de agua y HVAC debido a su tamaño compacto. Las válvulas de diafragma y de pellizco se usan donde la limpieza del fluido, la corrosión o el contenido de sólidos requieren un diseño de cierre especializado.

Instalación de válvulas de cierre

La instalación correcta de la válvula de cierre ayuda a mantener el rendimiento de sellado, la integridad de presión y la operación confiable.

Antes de la instalación, la válvula y la tubería deben inspeccionarse para detectar suciedad, óxido, residuos de soldadura y material extraño. La contaminación puede dañar asientos, discos, bolas y superficies de sellado.

Deben seguirse las flechas de dirección del flujo cuando la válvula tiene una dirección preferida. Aunque muchas válvulas de bola son bidireccionales, las de globo, retención, solenoide y especializadas pueden requerir una orientación específica.

Las conexiones roscadas no deben apretarse en exceso. Las válvulas bridadas deben alinearse con la tubería, y los pernos deben apretarse uniformemente. Las válvulas soldadas requieren procedimientos que protejan asientos, sellos y actuadores del calor excesivo.

Las manijas y volantes manuales deben tener suficiente espacio libre para una operación completa. Las válvulas accionadas requieren espacio para el actuador, accesorios de control y mantenimiento futuro.

Después de la instalación, la válvula debe operarse a lo largo de su recorrido completo y probarse para detectar fugas en el cuerpo, vástago, brida y juntas de conexión.

Pruebas y mantenimiento de válvulas de cierre

La inspección rutinaria ayuda a garantizar que las válvulas de cierre operen correctamente cuando se requiere aislamiento. Una válvula que permanece abierta durante mucho tiempo puede volverse difícil de operar debido a corrosión, depósitos o desgaste mecánico.

Un programa de mantenimiento típico puede incluir:

• Verificar el cuerpo y las conexiones para detectar fugas
• Inspección del área de sellado del vástago o eje
• Confirmación de operación manual suave
• Monitorear los cambios en el par de operación
• Prueba de actuadores neumáticos y eléctricos
• Verificación de interruptores de posición abierta y cerrada
• Prueba de señales de parada de emergencia
• Inspección de asientos y elementos de cierre por desgaste
• Limpieza de depósitos internos
• Reemplazo de empaquetadura, sellos o juntas desgastados
• Registrar el historial de inspección y mantenimiento

Una válvula que se vuelve difícil de operar no debe forzarse con una manija de extensión. El aumento de la fuerza de operación puede indicar corrosión, depósitos, daño en el asiento, problemas en el vástago o presión atrapada.

Preguntas frecuentes

¿Cuáles son los principales tipos de válvulas de cierre?

Los tipos comunes incluyen válvulas de bola, compuerta, globo, mariposa, macho, aguja, diafragma, pellizco, solenoide y de cierre de emergencia.

¿Qué válvula de cierre es mejor para agua?

Las válvulas de bola se usan ampliamente para el aislamiento de agua en edificios y equipos. Las válvulas de compuerta son comunes en tuberías principales de agua más grandes, mientras que las válvulas de mariposa se usan con frecuencia en tuberías grandes de tratamiento de agua y HVAC.

¿Qué válvula de cierre se usa para gas?

Las válvulas de bola y de macho se usan comúnmente para el aislamiento manual de gas. Las válvulas de solenoide y accionadas se usan para el cierre automático o de emergencia de gas.

¿Qué es una válvula de cierre principal?

Una válvula de cierre principal aísla el suministro primario que ingresa a un edificio, instalación o sistema de proceso. Cerrarla detiene el flujo hacia las ramas aguas abajo.

¿Qué es una válvula de cierre automática?

Una válvula de cierre automática utiliza un actuador eléctrico, neumático o hidráulico y se cierra después de recibir una señal de un controlador, detector o sistema de seguridad.

¿Qué es una válvula de cierre de emergencia?

Una válvula de cierre de emergencia aísla rápidamente fluido peligroso después de una fuga, incendio, falla del equipo o comando de parada.

¿Cómo puedo saber si una válvula de bola de cierre está abierta?

En la mayoría de las válvulas de bola manuales, la válvula está abierta cuando la manija está paralela a la tubería y cerrada cuando la manija está perpendicular a la tubería.

¿Pueden las válvulas de cierre regular el flujo?

Algunas válvulas de cierre, especialmente las de globo, aguja, bola con puerto en V y mariposa de control, pueden regular el flujo. Las válvulas de aislamiento estándar normalmente están destinadas para operación completamente abierta o completamente cerrada.

¿Cómo se debe seleccionar una válvula de cierre?

La selección debe considerar el tipo de fluido, la presión, la temperatura, el tamaño de la tubería, los materiales, el estilo de conexión, los requisitos de fuga, la frecuencia de operación y la operación manual o automática.

Conclusión

Las válvulas de cierre son componentes esenciales utilizados para aislar agua, gas, vapor, productos químicos y otros medios de proceso. Permiten que las tuberías y los equipos se operen, mantengan y protejan de manera segura.

Las válvulas de bola proporcionan un aislamiento rápido de cuarto de vuelta, las válvulas de compuerta proporcionan una vía de flujo de baja resistencia, y las válvulas de globo combinan el aislamiento con la regulación del flujo. Las válvulas de mariposa ofrecen una construcción compacta para tuberías más grandes, mientras que las válvulas de macho proporcionan conmutación y cierre rápidos.

Las válvulas de aguja se utilizan en líneas de instrumentación pequeñas, las válvulas de diafragma sirven para fluidos limpios o corrosivos, y las válvulas de pinza manejan medios con lodos y sólidos. Las válvulas solenoides y de cierre de emergencia proporcionan protección automática cuando ocurren condiciones inseguras.

La selección correcta depende del medio, la presión, la temperatura, el tamaño de la tubería, los materiales, el método de conexión y la función de operación requerida. La instalación y el mantenimiento son igualmente importantes porque una válvula de cierre debe permanecer confiable siempre que se requiera aislamiento.

Cuando se seleccionan, instalan y mantienen correctamente, las válvulas de cierre proporcionan un aislamiento de flujo confiable en sistemas de tuberías residenciales, comerciales e industriales.