¿Qué es una válvula globo? Principio de Funcionamiento, Tipos, Aplicaciones y Mantenimiento
Una válvula globo es una válvula de movimiento lineal utilizada para arrancar, detener y regular el flujo de líquidos, gases o vapor a través de un sistema de tuberías. Controla el flujo moviendo un disco o un enchufe hacia o alejándose de un asiento fijo. A diferencia de una válvula de cuarto de vuelta, una válvula globo normalmente requiere varias vueltas de un volante o actuador para moverse entre las posiciones completamente abierta y completamente cerrada.
Las válvulas globo se utilizan ampliamente en sistemas de vapor, centrales eléctricas, instalaciones de procesamiento químico, redes de agua de refrigeración, sistemas de fuelóleo, líneas de alimentación de calderas y muchas otras aplicaciones industriales. Su trayectoria interna de flujo genera más pérdida de presión que otros tipos de válvulas, pero su capacidad para regular el flujo con precisión las hace valiosas en sistemas donde el rendimiento del control es más importante que la resistencia mínima.
La función principal de una válvula globo es la regulación del flujo. También puede proporcionar un apagado fiable cuando el disco se presiona firmemente contra el asiento. Como el disco se mueve en línea recta en lugar de girar, el área de apertura puede cambiarse gradualmente, permitiendo a los operadores o sistemas de control automatizados ajustar el flujo con mayor precisión.
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¿Cuál es la función principal de una válvula de globo?
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La función principal de una válvula globo es controlar la velocidad del flujo de fluido a través de una tubería. Cuando el vástago de la válvula aleja el disco del asiento, aumenta el área de flujo disponible. Cuando el disco se acerca al asiento, la zona de flujo se reduce y el caudal disminuye.
Este cambio gradual en la apertura hace que una válvula globo sea adecuada para aplicaciones de limitación. Puede colocarse en cualquier lugar entre completamente abierto y totalmente cerrado, permitiendo un ajuste relativamente preciso de las condiciones de flujo, presión o proceso.
Una válvula globo puede desempeñar varias funciones en un sistema industrial:
- Regulación del flujo: Ajuste de la cantidad de líquido, gas o vapor que pasa por la válvula.
- Control de presión: Crear una caída controlada de presión en un proceso o línea de servicios.
- Aislamiento del flujo: Detener el movimiento del fluido presionando el disco firmemente contra el asiento.
- Balanceo de procesos: Regular el flujo entre diferentes ramas de una red de tuberías.
- Control automático: Modulación del flujo cuando está equipada con un actuador neumático, eléctrico o hidráulico.
- Protección del equipo: Limitar el flujo o la presión para ayudar a mantener condiciones de funcionamiento seguras.
Las válvulas globo son especialmente útiles cuando un sistema requiere ajustes frecuentes. Sin embargo, su trayectoria interna de flujo cambia de dirección a medida que el fluido se mueve por el cuerpo, produciendo más turbulencia y pérdida de presión que una válvula de compuerta o una válvula de bola de puerto completo.
¿Cómo funciona una válvula globo?
El principio de funcionamiento de la válvula globo se basa en el movimiento vertical de un disco respecto a un asiento fijo de válvula. El disco está conectado a una potencia, y la potencia se mueve mediante un volante, una caja de cambios o un actuador.
En una válvula globo operada manualmente, girar la rueda gira el mecanismo de la potencia roscada. Dependiendo del diseño de la válvula, el vástago puede subir y bajar visiblemente o moverse hacia dentro. Este movimiento sube o baja el disco.
- Posición totalmente cerrada: El disco se presiona contra el asiento, bloqueando el paso del flujo.
- Apertura inicial: El vástago eleva ligeramente el disco respecto al asiento, creando una pequeña zona de flujo.
- Posición de limitación: El disco se sitúa entre completamente abierto y totalmente cerrado para regular el flujo.
- Posición completamente abierta: El disco se levanta alejándose del asiento, proporcionando la máxima superficie de flujo disponible.
- Operación de cierre: El vástago mueve el disco hacia atrás hacia el asiento hasta que se detiene el flujo de fluido.
La forma del disco y el asiento influye en las características del flujo. Un disco convencional con forma de bujía puede proporcionar un buen rendimiento de aceleración, mientras que se utilizan diseños en forma de aguja cuando se requiere un ajuste muy fino del flujo.
Como el disco se mueve contra la fuerza del fluido, el par de funcionamiento puede aumentar cuando la diferencia de presión a través de la válvula es alta. Por tanto, las válvulas globos grandes pueden requerir operadores de engranajes o actuadores motorizados.
¿Por qué se llama válvula globo?
El nombre "válvula globo" proviene del cuerpo redondeado o en forma de globo utilizado en muchos diseños tradicionales. Dentro del cuerpo, una partición separa los conductos de entrada y salida. El asiento de la válvula se encuentra en esta separación, y el disco se mueve perpendicularmente al asiento.
Las válvulas de globo modernas no siempre son perfectamente esféricas. Algunos tienen cuerpos compactos, aerodinámicos o angulares. Sin embargo, el nombre sigue describiendo válvulas que utilizan el mismo principio básico de funcionamiento lineal de disco y asiento.
Componentes principales de una válvula globo
Una válvula globo contiene varios componentes de retención, sellado y funcionamiento de la presión. La construcción exacta varía según el tamaño, la clase de presión, la temperatura y los requisitos de servicio.
| Componente | Función principal |
|---|---|
| Cuerpo de válvulas | Contiene la presión del proceso y forma los conductos internos de flujo. |
| Bonet | Encierra el vástago y proporciona acceso a los componentes internos. |
| Disco o enchufe | Se mueve hacia o alejándose del asiento para controlar el flujo de fluido. |
| Escaño | Proporciona la superficie de sellado contra la que cierra el disco. |
| Tallo | Transfiere el movimiento desde el volante manual o actuador al disco. |
| Embalaje | Evita que el fluido del proceso se filtre alrededor del tallo. |
| Glándula | Comprime el empaquetado del vástago para mantener el rendimiento de sellado. |
| Volante o actuador | Proporciona la fuerza necesaria para mover el vástago y el disco. |
El cuerpo y el capó deben soportar la presión interna y la temperatura. Los materiales del disco, asiento y vástago deben resistir la corrosión, la erosión y el desgaste mecánico. En el servicio de vapor a altas temperaturas, se pueden utilizar superficies de asiento con revestimiento duro para mejorar la durabilidad.
Tipos comunes de válvulas globo
Existen varios tipos de válvulas globos para adaptarse a diferentes configuraciones de tuberías, requisitos de caída de presión y condiciones de mantenimiento.
Válvula globo tipo Z
La válvula globo tipo Z es el diseño tradicional. Sus conexiones de entrada y salida están alineadas en línea recta, pero el camino del flujo interno cambia de dirección a medida que el fluido pasa por la zona del asiento.
Este diseño proporciona una regulación y un cierre efectivos, pero produce una caída de presión relativamente alta debido a los cambios internos en la dirección del flujo.
Válvula globo tipo Y
Una válvula globo de patrón Y posiciona el vástago y el asiento en ángulo respecto a la tubería. Esto crea un flujo más directo y reduce la pérdida de presión en comparación con una válvula convencional tipo Z.
Las válvulas tipo Y se utilizan a menudo en sistemas de alta o alta temperatura donde se desea una resistencia menor. Su cuerpo inclinado también puede ayudar a reducir la erosión en el servicio exigente.
Válvula de globo angular
Una válvula de globo angular cambia la dirección del flujo aproximadamente 90 grados. Combina la función de una válvula globo y un codo de tubería, lo que puede simplificar la disposición de tuberías.
Las válvulas de patrón angular se usan comúnmente cuando la tubería debe cambiar de dirección cerca de la válvula. También pueden ser útiles en servicios que impliquen fluidos de destello o descargas a alta velocidad.
Válvula globo de aguja
Una válvula globo de aguja utiliza un tapón largo y cónico que encaja en una pequeña abertura del asiento. El movimiento estrecho del tapón permite un ajuste muy fino de bajos caudales.
Las válvulas de aguja se utilizan frecuentemente en líneas de instrumentación, sistemas de muestreo, conexiones de manómetros y equipos de laboratorio. Generalmente están pensados para tuberías de menor tamaño y caudales relativamente bajos.
Válvula de globo sellada con fuelle
Una válvula de globo sellada con fuelle utiliza un fuelle metálico flexible alrededor del vástago. El fuelle forma un límite de presión y reduce la posibilidad de fuga de fluido a través de la zona de empaquetado del vástago.
Este diseño es útil para fluidos peligrosos, tóxicos, radiactivos, de alta pureza o sensibles al medio ambiente. La válvula puede seguir conteniendo un empaquetado secundario como sello de respaldo.
Válvula de globo de sellado de presión
Una válvula globo de sellado de presión utiliza presión interna para mejorar el sellado entre la carrocería y el capó. A medida que aumenta la presión del sistema, el mecanismo de sellado de presión se vuelve más compacto.
La construcción con sellado de presión es común en aplicaciones de centrales eléctricas de alta y alta temperatura, incluyendo sistemas principales de vapor y de alimentación de calderas.
Aplicaciones típicas de válvula globo
Las válvulas globo se utilizan en sistemas donde el flujo debe controlarse con frecuencia o precisión. Su combinación de capacidad de limitación y rendimiento de apagado los hace adecuados para muchos servicios industriales.
- Sistemas de vapor: Las válvulas globo controlan el flujo de vapor hacia equipos de proceso, intercambiadores de calor y auxiliares de turbina.
- Sistemas de alimentación de agua de caldera: Las válvulas globales de alta presión regulan la entrada de agua en calderas y generadores de vapor.
- Sistemas de agua de refrigeración: Equilibran y controlan el flujo de agua a través de equipos y ramas del sistema.
- Sistemas de fuelóleo: Las válvulas globo regulan el suministro de combustible a quemadores y calentadores de proceso.
- Procesamiento químico: Las válvulas de globo resistentes a la corrosión controlan ácidos, disolventes y otros productos químicos de proceso.
- Sistemas de aire comprimido: Regulan el flujo de aire y proporcionan aislamiento para equipos aguas abajo.
- Sistemas hidráulicos: Las válvulas tipo globo y aguja controlan el flujo hidráulico del fluido.
- Bucles de control automáticos: Las válvulas de globo accionadas sirven como válvulas de control para la regulación de flujo, presión, temperatura y nivel.
Ventajas de una válvula globo
Las válvulas globo ofrecen varios beneficios importantes en aplicaciones que requieren ajuste de flujo.
- Buen rendimiento de limitación: El disco puede posicionarse gradualmente para controlar el flujo.
- Regulación precisa: La relación entre el movimiento del tallo y el área de flujo permite un ajuste predecible.
- Cierre fiable: Las superficies de asiento bien mantenidas pueden proporcionar un aislamiento efectivo.
- Movimiento corto del disco: El disco requiere menos recorrido que la compuerta en una válvula de compuerta.
- Adecuado para automatización: Los actuadores neumáticos o eléctricos pueden proporcionar un posicionamiento preciso.
- Acabado reemplazable: Muchos diseños permiten reparar o reemplazar los componentes del disco, asiento y potencia.
- Amplia gama de servicio: Existen válvulas globo disponibles para sistemas de agua a baja presión y servicio de vapor a alta presión.
Limitaciones de las válvulas globo
La principal desventaja de una válvula globo es su caída de presión relativamente alta. El fluido debe cambiar de dirección dentro del cuerpo de válvulas y pasar por una abertura restringida del asiento. Esto genera turbulencias y pérdida de energía.
Las válvulas globo también suelen ser más pesadas y caras que otras de tamaño nominal similar. Su funcionamiento de varias vueltas es más lento que el de cuarto de vuelta de una válvula de bola o de mariposa.
Una alta presión diferencial puede aumentar la fuerza necesaria para mover el disco. Por tanto, las válvulas grandes pueden necesitar una caja de cambios o un actuador motorizado. Una dirección incorrecta del flujo también puede dificultar el funcionamiento y afectar al desgaste del asiento.
Válvula globo vs. válvula de compuerta
Las válvulas globo y las válvulas de compuerta son ambas válvulas de movimiento lineal, pero están diseñadas para propósitos diferentes.
Una válvula globo utiliza un disco que se mueve perpendicularmente al asiento y es muy adecuado para el acelerador. Una válvula de compuerta utiliza una compuerta plana o en forma de cuña que se mueve dentro o fuera del camino del flujo. Las válvulas de compuerta están diseñadas principalmente para un servicio completamente abierto o totalmente cerrado.
Cuando está completamente abierta, una válvula de compuerta suele generar menos pérdida de presión porque la compuerta se desconecta del camino de flujo. Una válvula globo genera más resistencia porque el fluido debe pasar por un asiento interno y cambiar de dirección.
Generalmente se prefiere una válvula globo cuando se requiere una regulación frecuente del flujo. A menudo se prefiere una válvula de compuerta para aislamiento de tuberías donde es importante una baja resistencia de flujo.
Válvula de globo vs. válvula de bola
Una válvula de bola utiliza un cierre esférico giratorio y normalmente se abre o cierra con un giro de 90 grados. Es compacto, rápido y capaz de proporcionar un cierre hermético con una pérdida de presión relativamente baja.
Una válvula globo utiliza un disco lineal y requiere múltiples vueltas o movimiento de actuador. Es más lento de operar, pero proporciona un mejor control en aplicaciones de limitación.
Una válvula de bola se selecciona habitualmente para aislamiento rápido. Comúnmente se selecciona una válvula globo para el ajuste del flujo, la reducción de presión y el control automático del proceso. Las válvulas de bola en V también pueden regular el flujo, pero las válvulas de control de globo convencionales siguen siendo ampliamente utilizadas cuando se requiere una modulación precisa y estable.
Dirección de flujo de la válvula globo
Muchas válvulas de globo tienen una dirección de flujo preferida marcada por una flecha en el cuerpo de válvulas. La dirección correcta depende del diseño de la válvula, su aplicación y las recomendaciones del fabricante.
En muchas válvulas de globo convencionales, el fluido entra por debajo del disco y sale por encima del asiento. Esta disposición puede facilitar el cierre y ayudar a evitar que la válvula se cierre de golpe. También puede permitir cierto mantenimiento de empaquetado de vástago bajo condiciones específicas de aislamiento.
En ciertas aplicaciones de alta o alta temperatura, el flujo puede disponerse sobre el disco. Esto puede usar la presión del proceso para ayudar al cierre, pero puede aumentar la fuerza necesaria para abrir la válvula.
Como la dirección correcta varía, los instaladores siempre deben seguir la flecha de flujo y las instrucciones del fabricante en lugar de fiarse solo de la práctica general.
Cómo seleccionar una válvula globo
Saber cómo seleccionar una válvula de globo requiere comprender las condiciones del proceso, los requisitos de control y las limitaciones de instalación. Seleccionar solo por tamaño de tubería puede resultar en una pérdida excesiva de presión, control inestable o desgaste interno prematuro.
Factores importantes de selección incluyen:
- Tamaño del oleoducto y capacidad de flujo requerida
- Presión máxima de funcionamiento
- Temperatura mínima y máxima de funcionamiento
- Tipo de fluido y composición química
- Precisión requerida en el control del flujo
- Caída de presión esperada a través de la válvula
- Presencia de sólidos, tapajuntas o cavitación
- Clase requerida de fugas o de cierre
- Materiales de carrocería, asiento, disco y potencia
- Funcionamiento manual o accionado
- Conexiones con brida, roscado o soldado
- Diseño de sellado de capó y tallo
- Códigos industriales aplicables y especificaciones de proyectos
El tamaño de la válvula debe basarse en los cálculos de caudal y caída de presión requeridos, en lugar de solo en el diámetro de la tubería. Una válvula de control globo sobredimensionada puede operar cerca del asiento durante la mayor parte de su vida útil, causando un control inestable y una erosión acelerada. Una válvula de tamaño inferior puede no proporcionar suficiente caudal cuando está completamente abierta.
La compatibilidad de materiales también es esencial. El acero al carbono puede ser adecuado para el servicio general de vapor y agua, mientras que el acero inoxidable o aleaciones especiales pueden ser necesarios para productos químicos corrosivos. El acabado de remate duro puede seleccionarse para aplicaciones a alta temperatura, alta presión o erosivas.
Para fluidos peligrosos, una válvula globo sellada con fuelle puede reducir las emisiones fugitivas. Para vapor a alta presión, un capó con sellado puede ofrecer mejor sellado que un capó convencional con tornillos.
Requisitos de instalación de la válvula globo
La instalación correcta es esencial para un rendimiento fiable de la válvula globo. Antes de la instalación, la válvula y la tubería deben inspeccionarse para detectar suciedad, escoria de soldadura, óxido y materiales extraños. Los restos pueden dañar las superficies de los asientos o quedar atrapados entre el disco y el asiento.
La flecha de dirección de flujo en el cuerpo debe comprobarse antes de instalar la válvula. Una orientación incorrecta puede aumentar la fuerza operativa, crear un control inestable o reducir la vida útil.
La válvula debe instalarse sin usarla para corregir la desalineación de la tubería. Un esfuerzo excesivo en la tubería puede deformar el cuerpo, afectar el movimiento del vástago y causar fugas en las articulaciones con brida o en el cuerpo.
Los tornillos de la brida deben apretarse de forma uniforme. Las válvulas roscadas no deben estar demasiado apretadas, y se deben emplear procedimientos adecuados para válvulas soldadas para evitar que el calor excesivo dañe el empaque, los asientos o los componentes internos.
Las válvulas globo suelen instalarse con el vástago vertical y el volante por encima del cuerpo. Esta orientación proporciona un acceso cómodo y ayuda a evitar que los restos del proceso se acumulen alrededor del vástago y el capó. Otras orientaciones pueden ser aceptables si el fabricante la aproba.
Se debe proporcionar espacio suficiente para la operación del volante manual, el movimiento del actuador y la retirada del capó. Las válvulas grandes o accionadas pueden requerir soporte independiente para evitar una carga mecánica excesiva sobre la tubería.
Mantenimiento de válvulas globo
El mantenimiento regular de la válvula globo ayuda a preservar el rendimiento del cierre, reducir fugas en el vástago y evitar un funcionamiento difícil. La frecuencia de inspección depende de la gravedad del servicio, los ciclos de funcionamiento, el fluido de proceso y la importancia de la válvula.
Un programa de mantenimiento típico puede incluir:
- Comprobar la carrocería, el capó y las bridas para detectar fugas
- Inspección del área de empaquetado del tallo
- Monitorización de la fuerza de funcionamiento del volante manual o actuador
- Comprobar el vástago para detectar corrosión, doblado o daños en la rosca
- Inspección del disco y del asiento para detectar erosión o marcas
- Limpieza de depósitos de conductos de flujo internos
- Ajuste o sustitución del empaquetado del vástago
- Reemplazo de juntas y sellos dañados
- Prueba del desplazamiento del actuador y la posición de la válvula
- Registro de resultados de inspección e historial de mantenimiento
A veces se puede corregir una pequeña fuga ajustando cuidadosamente la glándula de empaquetamiento. Se debe evitar un apretón excesivo porque puede aumentar la fricción del tallo y dañar el aplastamiento.
La fuga interna a través de una válvula cerrada suele indicar superficies de asiento dañadas, restos atrapados o un recorrido incompleto del disco. Puede que la válvula necesite ser desmontada para que el disco y el asiento puedan ser limpiados, reparados o reemplazados.
Problemas comunes de válvula globo
Fugas internas en el asiento
La fuga interna ocurre cuando el fluido sigue pasando por una válvula completamente cerrada. Las causas comunes incluyen daños en las superficies del asiento, erosión, corrosión, escombros atrapados y un disco mal alineado.
El funcionamiento continuado con superficies de asientos dañadas puede agravar las fugas. Dependiendo del diseño de la válvula, el asiento puede necesitar ser recubrido, mecanizado o reemplazado.
Fuga de empaquetamiento del vástago
Las fugas alrededor del vástago pueden deberse a un empaquetado desgastado, un ajuste incorrecto del prensaestopas, corrosión del vástago o ciclos de funcionamiento excesivos. El embalaje debe ajustarse o reemplazarse según los procedimientos de mantenimiento aprobados.
Operación difícil
Una válvula globo puede volverse difícil de abrir o cerrar debido a roscas dañadas en el vástago, empaquetado demasiado apretado, corrosión, depósitos internos o presión diferencial excesiva. Aplicar una fuerza excesiva puede dañar el volante manual, el vástago o el actuador.
Erosión de discos y asientos
El flujo a alta velocidad a través de una válvula parcialmente abierta puede erosionar el disco y el asiento. La cavitación, el destello y las partículas abrasivas pueden acelerar este daño. Un tamaño adecuado de las válvulas, los materiales de acabado y el diseño de control de flujo pueden reducir la erosión.
Caída de presión excesiva
Todas las válvulas globo generan cierta pérdida de presión, pero una válvula de tamaño incorrecto o un patrón de cuerpo inadecuado puede producir más resistencia de la esperada. Los cálculos de flujo deben revisarse cuando la caída de presión afecta al rendimiento del sistema.
Preguntas frecuentes
¿Para qué se usa una válvula de globo?
Una válvula globo se utiliza principalmente para regular el flujo de fluidos. También puede proporcionar cierre en sistemas de vapor, agua, gas, combustible y tuberías químicas.
¿Es adecuada una válvula globo para el acelerador?
Sí. Las válvulas globo son de los tipos de válvulas más comunes para el acelerador porque el disco puede posicionarse gradualmente respecto al asiento.
¿Se puede usar una válvula de globo para aislamiento?
Sí. Una válvula globo puede detener el flujo cuando el disco está completamente asentado. Sin embargo, una válvula de bola o compuerta puede proporcionar menor pérdida de presión en aplicaciones utilizadas principalmente para aislamiento.
¿Por qué una válvula globo tiene una caída de presión tan alta?
El camino interno del flujo obliga al fluido a cambiar de dirección y pasar por una abertura restringida del asiento. Esto genera turbulencia y mayor resistencia.
¿Cuál es la diferencia entre una válvula globo y una válvula de compuerta?
Una válvula globo está diseñada para la regulación del flujo y el cierre controlado. Una válvula de compuerta está diseñada principalmente para servicio completamente abierto o totalmente cerrado con menor resistencia al flujo.
¿Cuál es la dirección correcta de flujo para una válvula de globo?
La dirección correcta depende del diseño de la válvula y de las condiciones de servicio. Los instaladores deben seguir la flecha de flujo en la carrocería y las instrucciones del fabricante.
¿Se puede automatizar una válvula globo?
Sí. Las válvulas globo pueden equiparse con actuadores neumáticos, eléctricos o hidráulicos. Las válvulas de globo accionadas se utilizan ampliamente como válvulas de control de procesos.
¿Qué es una válvula de globo sellada con fuelle?
Una válvula globo sellada con fuelle utiliza un fuelle metálico flexible para reducir las fugas alrededor del vástago. A menudo se selecciona para fluidos peligrosos o sensibles al medio ambiente.
Conclusión
Una válvula globo es una válvula de movimiento lineal utilizada principalmente para regular el flujo de líquidos, gases y vapor. Funciona moviendo un disco hacia o alejándose de un asiento fijo, permitiendo ajustar gradualmente el área de flujo.
Las válvulas globo son valoradas por su rendimiento de aceleración, control preciso y cierre fiable. Se utilizan ampliamente en sistemas de vapor, líneas de alimentación de calderas, procesos químicos, redes de agua de refrigeración y bucles automáticos de control.
Existen diferentes patrones de cuerpo disponibles para distintas aplicaciones. Las válvulas tipo Z proporcionan un rendimiento tradicional de aceleración, las válvulas tipo Y reducen la pérdida de presión, las válvulas angulares cambian la dirección de la tubería y los diseños sellados con fuelle reducen las fugas en el vástago.
La principal limitación de una válvula globo es su caída de presión relativamente alta. Por esta razón, debe seleccionarse cuando el control de flujo es más importante que la resistencia mínima. Un dimensionado adecuado, dirección de flujo, selección de materiales y diseño de actuadores son esenciales para un rendimiento fiable.
Cuando se selecciona, instala y mantiene correctamente, una válvula globo proporciona un método eficaz y controlable para regular y aislar el flujo de fluidos en sistemas industriales de tuberías.
