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 condiciones normales de operación, mantenimiento o emergencia.

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

Las válvulas de cierre se utilizan en fontanería residencial, sistemas municipales de agua, gasoductos, 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 funcionamiento.

Comprender los principales tipos de válvulas de cierre ayuda a los usuarios a elegir una válvula que proporcione un aislamiento fiable sin crear pérdidas de presión innecesarias, 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 impedir que el fluido se mueva a través de un tramo de la tubería. Cuando la válvula está abierta, el líquido o gas puede continuar hacia equipos 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 todo el suministro de agua, gas o de proceso, mientras que válvulas de derivación más pequeñas aíslan áreas, máquinas o electrodomésticos individuales.

Las válvulas de cierre pueden desempeñar varias funciones importantes:

• Aislamiento de la tubería: Separar una sección de tubería de otra.
• Aislamiento del equipo: Evitar que el fluido entre en bombas, filtros, tanques, calderas o unidades de proceso durante el mantenimiento.
• Apagado de emergencia: Detener rápidamente fluidos peligrosos tras una fuga, incendio o fallo del equipo.
• Conmutación de procesos: Dirigir el flujo entre líneas de proceso alternativas o equipos de producción.
• Aislamiento de electrodomésticos: Desconectar el agua o el gas de un aparato individual sin apagar todo el sistema.
• Protección automática: Cierre en respuesta a un detector, señal de control, corte de energía o bloqueo de seguridad.

Generalmente se selecciona una válvula de cierre para un aislamiento fiable en lugar de una regulación continua del flujo. Algunos tipos de válvulas también pueden reducir el flujo de aceleración, pero su idoneidad depende del diseño interno y las condiciones de funcionamiento.

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, sellado y funcionamiento de la presión.

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 agujero que atraviesa el centro. Girar la bola 90 grados alinea el diámetro con la tubería o mueve la superficie sólida de la bola a través de la trayectoria del flujo.

Cuando la manilla está paralela a la tubería, la válvula suele estar abierta. Cuando la manilla está perpendicular a la tubería, normalmente se cierra. Esta clara indicación de posición es útil en fontanería, industrias y aplicaciones de emergencia.

Las válvulas de bola proporcionan un funcionamiento rápido de cuartos de vuelta y un cierre fiable. Los diseños de orificio completo ofrecen un diámetro cercano al diámetro interno de la tubería, lo que ayuda a reducir la restricción de flujo cuando la válvula está completamente abierta.

Las aplicaciones comunes de válvula de bola incluyen:

• Suministro de agua residencial y comercial
• Gas natural y líneas de gas combustible
• Sistemas de aire comprimido
• Tuberías de transferencia química
• Aislamiento de bombas y equipos
• Oleoductos y gasoductos
• Sistemas de procesos automatizados

Los cuerpos de las válvulas de bola pueden fabricarse en latón, PVC, acero al carbono, acero inoxidable o aleaciones especializadas. Existen diseños bidireccionales, tres y multipuertos para aislamiento, desviación y conmutación de procesos.

2. Válvula de compuerta

Una válvula de compuerta controla el flujo subiendo o bajando un elemento de cierre en forma de compuerta. Cuando está completamente abierta, la compuerta se levanta fuera del conducto de flujo, creando un camino relativamente recto a través de la válvula.

Las válvulas de compuerta se usan comúnmente cuando la válvula permanece completamente abierta durante largos periodos y debe proporcionar baja resistencia. Normalmente requieren varias vueltas de un volante para moverse entre las posiciones abierta y cerrada.

Las aplicaciones comunes de válvulas de compuerta incluyen tuberías municipales de agua, oleoductos, sistemas de vapor, centrales eléctricas y redes de servicios públicos.

Los diferentes diseños incluyen válvulas de compuerta de cuña, válvulas de compuerta con asiento resiliente, válvulas de compuerta de losa, válvulas de compuerta deslizante paralela y válvulas de compuerta de cuchilla. Una válvula de compuerta de cuchillo se utiliza frecuentemente en sistemas de suspensión (slurry), lodos, pulpa y sólidos.

Normalmente se selecciona una válvula de compuerta para un servicio completamente abierto o totalmente cerrado. Normalmente no se utiliza para el aceleración continua porque una compuerta parcialmente abierta puede experimentar vibraciones, erosión y desgaste desigual de los asientos.

3. Válvula de globo

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

Las válvulas globo pueden funcionar como válvulas de cierre y, al mismo tiempo, proporcionan una regulación eficaz del flujo. Se utilizan ampliamente en sistemas de vapor, líneas de alimentación de calderas, procesos químicos, sistemas de refrigeración y bucles automáticos de control.

La válvula suele requerir varias vueltas de un volante o un movimiento de actuador. Cuando está completamente cerrado, el disco presiona contra el asiento y bloquea el flujo.

Una válvula globo genera más pérdida de presión que una válvula de bola o compuerta de puerto completo porque el fluido debe cambiar de dirección dentro del cuerpo. Sin embargo, su movimiento controlado del disco lo hace útil cuando se requiere tanto aislamiento como limitación.

4. Válvula mariposa

Una válvula 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 mariposa son compactas, ligeras y ampliamente utilizadas en tuberías de diámetro medio y grande. Los estilos de carrocería más comunes incluyen construcción de obleas, asas y bridas.

Las válvulas mariposa con asiento resistente se utilizan ampliamente en sistemas de agua, climatización, protección contra incendios y servicios industriales. Se utilizan válvulas mariposa de alto rendimiento y triple offset para mayor presión, temperaturas elevadas y condiciones de proceso más exigentes.

Hay maneta manual, caja de cambios, y operación neumática y eléctrica. Las válvulas automáticas de mariposa se integran comúnmente en plantas de tratamiento de agua, sistemas de refrigeración y redes de control de procesos.

5. Válvula de tapón

Una válvula tapón utiliza un tapón cilíndrico o cónico con un paso que atraviesa su centro. Girar el tapón aproximadamente 90 grados abre o cierra el camino del flujo.

Las válvulas de tapón permiten un funcionamiento rápido de cuartos 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 tapón lubricadas utilizan un lubricante sellante entre el tapón y el cuerpo. El lubricante reduce la fricción y ayuda a mantener el rendimiento de apagado. Los diseños no lubricados pueden usar mangas flexibles o forros especializados.

Las válvulas de tapón de varios puertos pueden dirigir el fluido entre varias conexiones de tubería y se utilizan para servicio de conmutación o desviación.

6. Válvula aguja

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

Las válvulas de aguja se utilizan comúnmente como pequeñas válvulas de cierre en instrumentación, muestreo, laboratorio, sistemas neumáticos e hidráulicos. Con frecuencia se instalan 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 tubos de pequeño diámetro en lugar de en tuberías de gran tamaño.

7. Válvula de diafragma

Una válvula de diafragma utiliza un diafragma flexible que se desplaza contra un asiento o vertedero dentro del cuerpo de la válvula. El diafragma separa el mecanismo de funcionamiento 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 manualmente o automáticamente. La compatibilidad de materiales es importante porque el diafragma debe resistir la exposición química, la temperatura y las flexiones repetidas.

8. Válvula de pellizco

Una válvula de presión controla el flujo comprimiendo una manga o tubo flexible. Cuando la funda está completamente pinzada, el pasaje de flujo se cierra.

Debido a que el fluido de proceso contacta principalmente con la manga, las válvulas de presión son adecuadas para suspensión de polvo, polvo, gránulos, aguas residuales y medios abrasivos. Se utilizan en minería, cemento, tratamiento de aguas residuales, procesamiento de alimentos y manipulación de materiales a granel.

Las válvulas de presión pueden operarse mecánicamente, neumáticamente o hidráulicamente. El material de la funda se selecciona según la abrasión, compatibilidad química, presión y temperatura.

9. Válvula de cierre del solenoide

Una válvula de cierre por solenoide utiliza una bobina electromagnética para abrir o cerrar el conducto 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 está energizada. Una válvula normalmente abierta permanece abierta sin energía y se cierra cuando está energizada.

La configuración correcta depende de la posición de seguridad requerida tras una pérdida de energía. Las aplicaciones de gas y combustible utilizan frecuentemente válvulas normalmente cerradas para que el suministro se detenga automáticamente durante un fallo eléctrico.

10. Válvula de cierre de emergencia

Una válvula de cierre de emergencia está diseñada para aislar rápidamente fluidos peligrosos cuando se produce una condición insegura. Puede usar una bola, mariposa, bujón, globo u otro cuerpo de válvulas combinado con un actuador de emergencia o un mecanismo de disparo.

Las válvulas de cierre de emergencia pueden responder a:

• Detección de gases combustibles
• Alarmas de incendio
• Alta o baja presión
• Alta temperatura
• Pérdida de energía eléctrica
• Pérdida de aire de instrumentos
• Órdenes de parada de emergencia del operador
• Sistemas de apagado de procesos

Los actuadores neumáticos de retorno de muelle son comúnmente utilizados. Durante el funcionamiento normal, la presión del aire puede mantener la válvula abierta. Si se pierde el aire de control o la señal de apagado, los muelles 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 tope.

La válvula principal de cierre de agua suele instalarse cerca del punto donde entra el servicio de agua en 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 modernos de agua porque proporcionan un funcionamiento rápido en cuartos de vuelta y una señal clara de posición. Las válvulas de compuerta también se utilizan en tuberías de agua y sistemas de distribución de mayor tamaño.

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 contador de gas, un quemador, una caldera, un horno, un electrodoméstico de cocina o una unidad de proceso.

Las válvulas de bola y tapón se utilizan ampliamente para aislamiento manual de gases porque proporcionan un funcionamiento rápido de cuartos de vuelta. Se utilizan válvulas solenoides y accionadas para el apagado automático.

Una válvula de gas debe ser específicamente adecuada para el tipo de gas, la presión del sistema, la temperatura y el estándar de instalación. La compatibilidad con el asiento, el sello y el lubricante son especialmente importantes.

Las válvulas de cierre de emergencia pueden cerrarse tras recibir una señal de un detector de gases combustibles, alarma de incendios, controlador de quemador o sistema de parada de emergencia.

Válvulas de cierre manuales vs automáticas

Una válvula de cierre manual requiere que el operador gire una manilla, palanca o volante manual. Las válvulas manuales son sencillas y se utilizan ampliamente cuando 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 desplaza a la posición requerida sin operación manual directa.

Las válvulas de cierre automáticas pueden utilizarse para:

• Aislamiento remoto de tuberías
• Secuenciación por lotes y procesos
• Sistemas de seguridad contra gas e incendios
• Sistemas de detección de fugas
• Prevención de inundaciones
• Apagado de emergencia
• Automatización de la edificación e industrial

Los actuadores neumáticos de retorno de muelle y las válvulas solenoides normalmente cerradas se utilizan comúnmente, donde la válvula debe cerrarse tras una pérdida de potencia o señal de control.

Cómo seleccionar válvulas de cierre

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

Factores importantes de selección incluyen:

• Tipo y composición química del fluido
• Presión máxima de funcionamiento
• Temperatura mínima y máxima de funcionamiento
• Tamaño del oleoducto y capacidad de flujo requerida
• Rendimiento de apagado y fugas requerido
• Frecuencia de funcionamiento
• Funcionamiento manual o automático
• Velocidad de cierre requerida
• Carrocería, cierre y materiales del asiento
• Conexiones roscadas, con bridas, soldadas o sanitarias
• Interiores, exteriores, subterráneos o en ambientes corrosivos
• Requisitos de seguridad contra incendios o de emergencia
• Espacio disponible para la instalación
• Códigos, normas y especificaciones de proyectos aplicables

Normalmente se selecciona una válvula de bola cuando se requiere un funcionamiento rápido y un cierre hermético. Se puede seleccionar una válvula de compuerta para tuberías grandes y baja resistencia al flujo. Una válvula de globo es adecuada cuando se necesita tanto aislamiento como regulación controlada.

Las válvulas mariposa suelen seleccionarse para grandes tuberías de agua y climatización debido a su tamaño compacto. Las válvulas de diafragma y de presión se utilizan cuando la limpieza de fluidos, la corrosión o el contenido de sólidos requieren un diseño de cierre especializado.

Instalación de la válvula de cierre

La instalación correcta de la válvula de cierre ayuda a mantener el rendimiento del sellado, la integridad de la presión y un funcionamiento fiable.

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

Se deben seguir las flechas de dirección de flujo cuando la válvula tenga una dirección preferida. Aunque muchas válvulas de bola son bidireccionales, las válvulas de globo, de comprobación, solenoides y especializadas pueden requerir una orientación específica.

Las conexiones roscadas no deben estar sobreapretadas. Las válvulas con brida deben estar alineadas con la tubería y los tornillos deben estar apretados de forma uniforme. Las válvulas soldadas requieren procedimientos que protejan los asientos, sellos y actuadores del calor excesivo.

Las manillas y volantes manuales deben tener suficiente espacio libre para su funcionamiento completo. Las válvulas accionadas requieren espacio para el actuador, los accesorios de control y el mantenimiento futuro.

Tras la instalación, la válvula debe operarse durante todo su recorrido y comprobar para detectar fugas en el cuerpo, el vástago, la brida y las juntas de conexión.

Pruebas y mantenimiento de válvulas de cierre

La inspección rutinaria ayuda a garantizar que las válvulas de cierre funcionen 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:

• Comprobando la carrocería y las conexiones para detectar fugas
• Inspección del área de sellado del vástago o del eje
• Confirmando operación manual suave
• Monitorización de los cambios en el par de funcionamiento
• Prueba de actuadores neumáticos y eléctricos
• Verificación de interruptores de posición abierta y cerrada
• Prueba de señales de apagado de emergencia
• Inspección de asientos y elementos de cierre para detectar desgaste
• Limpieza de depósitos internos
• Reemplazo de rellenos desgastados, sellos o juntas
• Registro del historial de inspección y mantenimiento

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

Preguntas frecuentes

¿Cuáles son los principales tipos de válvulas de corte?

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

¿Qué válvula de cierre es la mejor para el agua?

Las válvulas de bola se utilizan ampliamente para aislar agua en edificios y equipos. Las válvulas de compuerta son comunes en tuberías de agua más grandes, mientras que las válvulas mariposa se utilizan frecuentemente en tuberías grandes de tratamiento de agua y HVAC.

¿Qué válvula de cierre se usa para gas?

Las válvulas de bola y tapón se utilizan comúnmente para aislamiento manual de gases. Las válvulas solenoides y accionadas se utilizan para el apagado automático o de emergencia del gas.

¿Qué es una válvula de cierre principal?

Una válvula de cierre principal aísla el suministro primario que entra en un edificio, instalación o sistema de proceso. Al cerrarla, el flujo hacia las ramas aguas abajo detiene el flujo hacia abajo.

¿Qué es una válvula de cierre automática?

Una válvula de cierre automático utiliza un actuador eléctrico, neumático o hidráulico y se cierra tras 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 fluidos peligrosos tras una fuga, incendio, fallo del equipo o orden de apagado.

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

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

¿Pueden las válvulas de cierre regular el caudal?

Algunas válvulas de cierre, especialmente las de globo, aguja, bola en V y válvulas de control mariposa, pueden regular el flujo. Las válvulas de aislamiento estándar están normalmente diseñadas para funcionamiento completamente abierto o totalmente cerrado.

¿Cómo debería seleccionarse una válvula de cierre?

La selección debe tener en cuenta el tipo de fluido, presión, temperatura, tamaño de la tubería, materiales, estilo de conexión, requisitos de fuga, frecuencia de funcionamiento y 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 los oleoductos y equipos se operen, mantengan y protejan de forma segura.

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

Las válvulas de aguja se utilizan en líneas de instrumentación pequeñas, las válvulas de diafragma sirven fluidos limpios o corrosivos, y las válvulas de pinzada manejan suspensión y medios que contienen sólidos. Las válvulas de cierre solenoides y de emergencia proporcionan protección automática cuando se producen 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 operativa requerida. La instalación y el mantenimiento son igualmente importantes porque una válvula de cierre debe mantenerse fiable siempre que sea necesario aislar.

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