Las válvulas de mariposa de alto rendimiento

Hasta 1950, las válvulas predominantes en la industria eran las válvulas de compuerta lineales de carrera larga para aplicaciones on/off y las válvulas de globo para control. Para superar los problemas inherentes con los diseño de válvulas lineales, que incluían peso y tamaño relativo, fuerza de operación alta y tendencia a la aparición de grietas, se introdujeron los diseños de válvula de mariposa y bola rotatoria. Los años 60 marcaron la introducción de las válvulas de mariposa de alto rendimiento.

En vez de una carrera larga, la válvula rotatoria requiere sólo un cuarto de vuelta del ciclo desde la posición abierto total a la posición completamente cerrada. El diseño compacto propicia una válvula más ligera. La distancia de desplazamiento más corta y la superficie de fricción reducida significa que la válvula rotatoria puede operar con un actuador mucho más pequeño y menos caro, y el paquete de válvula completo puede ser significativamente más pequeño y más ligero para facilitar la instalación. Un área de contacto de superficie en movimiento reducida dentro el cuerpo de la válvula rotatoria hace posible desarrollar una tecnología de sellado de alto rendimiento que puede eliminar las pérdidas internas.

Una válvula de mariposa es una válvula rotatoria que usa un disco como elemento de cierre. Las válvulas de mariposa tienen normalmente diseños más seguros, ajustándose directamente entre las bridas de tuberías. Las válvulas de mariposa pueden ser simétricas o excéntricas (es decir, el vástago es compensado desde el centro del disco).

El concepto de válvulas de mariposa de alto rendimiento fue por primera vez avanzado por el programa espacial de los Estados Unidos en los años 50. Había necesidad de desarrollar una válvula con un cierre ajustado, peso ligero, compacta para el sistema de combustible del cohete Atlas. La válvula usada para este propósito fue de asiento simple, cierre unidireccional con un disco de compensación simple que operaba contra un asiento polimérico. Desde la carrera del espacio lanzó la válvula de alto rendimiento, ha habido muchas mejoras en el rendimiento y rango de aplicabilidad de la válvula de mariposa

Hoy en día, las válvulas de mariposa han probado su resistencia y fiabilidad en un amplio rango de industrias aplicaciones. Están disponibles en tamaño de línea de 2 ½" hasta 72", y rangos de temperaturas que van desde los criogénicos a 815 ºC, y presiones hasta 99 bares. Las válvulas de mariposa se usan en servicios de control y aislamiento, y con medios tales como lechadas, vapor, gases y líquidos.

Diseño del eje y disco

Las válvulas de mariposa de alto rendimiento tienen frecuentemente un diseño doble excéntrico. Primero, el plano de sellado del disco es compensado desde el eje de rotación. Esto proporciona una superficie de sellado circular ininterrumpido que hace posible que un elemento de sellado circular se coloque en la válvula. Puede además quitarse fácilmente de la válvula sin desmontar los elementos de cierre del eje/disco.

Segundo, el eje de rotación del disco se desplaza lateralmente del verdadero centro del disco para eliminar el excesivo apriete cuando la válvula se abre y cierra. El diseño elimina los puntos de desgaste alrededor del disco en la parte superior e inferior del asiento. Cuando se cierra, las levas del disco se ajustan al asiento para crear un sello ajustado de burbuja con un par consistente. La rotación excéntrica tiene un tremendo impacto para extender la duración del rendimiento de la válvula libre de pérdidas.

Diseño de asiento

Ya que el disco en una válvula de mariposa está completamente sostenido por el eje y sus rodamientos, el asiento solamente tiene una función de sellado, no una función de soporte, como es común con la mayoría de los diseños de válvulas de bola. Hay muchos diseños de asiento.

Los asientos de metal, que son populares en Europa, proporcionan un cierre de larga duración, pero no tienen el apriete burbuja. Los servicios que requieren un cierre 100 % ajustado dependen de asientos blandos.

Los asientos de apriete convencional son diseños que no se flexionan y usan dispositivos mecánicos, tales como anillas en O, refuerzos de cable trenzado o resortes metálicos que se deforman cuando el material entra en contacto con el disco. Estos tipos de asiento no compensan bien el desgaste o las diferencias térmicas dentro de la válvula. Tienden también a perder eficacia en el asiento cuando se incrementa la presión en línea.

La flexibilidad de los asientos poliméricos flexibles de una sola pieza (típicamente PTFE) no depende de los resortes de apoyo metálicos o anillas en O. Por lo tanto, pueden estar expuestos a un amplio rango de temperaturas y medios corrosivos. Este diseño consiste en un borde flexible que está energizado por presión para moverse contra el borde exterior del disco, que es un segmento esférico, para crear un asiento bidireccional. El cuerpo y soporte de inserción del asiento en su posición de pantalla previene el flujo, lo protege de la abrasión y erosión y además es apropiado para aplicaciones de alta velocidad.

Para muchas aplicaciones de procesos severos, las válvulas de mariposa se ofrecen con asientos de metal/poliméricos compuestos. Este diseño emplea el asiento de borde flexible energizado por presión en combinación con un portador de metal que ofrece un sellado secundario en caso de incendio, compensación para ciclos térmicos en aplicaciones criogénicas, o sirve como protector con medios que tienden a blindarse o endurecerse en el asiento.

Las válvulas de mariposa se suministran con asientos de diseños especiales para solventar problemas en un amplio rango de aplicaciones e industrias – desde la gasificación de carbón donde la combinación de muy baja presión diferencial, partículas sólidas y altas presiones están presentes, a las aplicaciones de reforming catalítico donde sólidos, abrasivos, finos y altas temperaturas son todo problemas.

Costes más bajos

Las válvulas de mariposa son menos caras que la mayoría de los otros tipos de válvulas. Con actuación, el ratio de coste total del paquete de válvula se reduce incluso más, especialmente en tamaños más grandes. La facilidad de mantenimiento, actuación e instalación también pueden reducir los costes del ciclo de vida total.

Desventajas

La desventaja principal de una válvula de mariposa es que el disco y el eje se sitúan en la trayectoria del agua. Por lo tanto, las válvulas son diseños inapropiados cuando se requiere un flujo completo, o cuando se usa el dispositivo para limpiar las líneas.

En los medios abrasivos las válvulas de mariposa presentan problemas porque erosionan el disco. La operación y cierre del disco en una válvula de mariposa también puede impedirse en medios muy espesos como lechadas. En estos ejemplos, una válvula de bola o guillotina puede proporcionar un rendimiento más efectivo en costes.

En aplicaciones de control, las válvulas de mariposa pueden no proporcionar siempre una caracterización del caudal apropiado para el esquema de control. En estos ejemplos, otros tipos de válvulas, aunque más caras, pueden ser usadas para repetibilidad de control mejorada.

Bibliografía: High-Performance Butterfly Valves. FlowBizVA.com Gateway