Válvula de bola cerámica

¿Qué es una válvula de bola cerámica?

Una válvula de bola cerámica es un tipo de válvula de bola que tiene componentes internos hechos de materiales cerámicos. Estos componentes cerámicos incluyen la bola, el asiento y el revestimiento. Una válvula de bola de cerámica tiene su cuerpo hecho de un material metálico como el acero inoxidable o el acero al carbono. El cuerpo metálico se utiliza para proteger el revestimiento cerámico de los daños causados por un choque mecánico o térmico repentino. Una válvula de bola cerámica utiliza una bola con un orificio en su centro por el que fluye el fluido cuando se gira la manilla. Las válvulas de bola de cerámica también pueden ser automáticas mediante el uso de actuadores neumáticos, eléctricos o hidráulicos. Las ventajas de utilizar una válvula de bola cerámica frente a otros materiales como el acero incluyen una menor masa y una gran resistencia al desgaste. Las válvulas de bola de cerámica tienen una excelente resistencia a la corrosión y a la abrasión. Estas propiedades de las válvulas de bola de cerámica se utilizan en aplicaciones severas propensas a la abrasión y la corrosión. Las válvulas de bola de cerámica se utilizan en diversas industrias como la petrolera, la ingeniería química y las plantas de fabricación.

Figura: Válvula de bola cerámica.

Componentes de una válvula de bola cerámica

Mango/actuador

El mando es un componente de una válvula de bola cerámica de accionamiento manual en el que el operario aplica un par de torsión para abrir o cerrar la válvula. El actuador se utiliza en las válvulas de bola cerámica accionadas y proporciona el par necesario para abrir o cerrar la válvula, además de aportar la inteligencia para la automatización.

Cuerpo de la válvula

Es el componente de la válvula de bola cerámica que se utiliza para alojar todas las partes internas de la válvula. El cuerpo de la válvula está hecho de materiales metálicos fuertes como el acero al carbono y el acero inoxidable para proporcionar una alta resistencia mecánica a la válvula para que pueda soportar alta presión y daños por impacto. El cuerpo de la válvula contiene el puerto de entrada y salida de la válvula de bola cerámica.

Vástago

Es el componente de una válvula de bola cerámica que se utiliza para transmitir el par de torsión del mando/actuador a la bola. El vástago conecta el actuador/mango con la bola.

Bola

La bola es el componente de una válvula de bola cerámica encargado de abrir y cerrar el paso del fluido. La bola está conectada a la manilla o al actuador a través del vástago. La bola tiene un orificio en su centro por el que fluye el fluido a través de la válvula cuando está abierta.

Asientos

Estos componentes se colocan entre la bola y el cuerpo de la válvula para soportar la bola y también para evitar la fuga de fluidos.

Recorte

La guarnición se refiere a los componentes internos de la válvula bola cerámica que entran en contacto con el fluido, como los prensaestopas, las juntas tóricas y los asientos.

Embalaje de glándulas

Es el componente de la válvula de bola de cerámica que se utiliza para proporcionar un sello entre el vástago y el cuerpo de la válvula para mejorar el sello hermético al fluido alrededor del conjunto de manija y vástago.

Figura: Componentes de una válvula de bola cerámica.

¿Cómo funciona una válvula de bola cerámica?

 La válvula de bola  cerámica se utiliza para aplicaciones de apertura y cierre del flujo de fluido. La capacidad de una válvula de bola cerámica para abrir y cerrar el flujo de fluido se ve reforzada por el uso de una bola con un orificio en su centro. La bola está conectada a la manija de la válvula o al actuador a través del vástago de la válvula. La bola es responsable de cerrar y abrir el flujo de fluido a través de la válvula. El fluido fluye por la válvula de bola cerámica a través del orificio de la bola. Para poner en marcha una válvula de bola cerámica, la manilla (en el caso de las válvulas de bola cerámica manuales) se gira 90^o grados en sentido contrario a las agujas del reloj. Esto hace que el vástago de la válvula y la bola giren en el mismo ángulo de 90^o grados. Cuando la bola gira en ese ángulo de 90^o hace que el orificio de la bola se alinee con la tubería. Esto hace que el fluido fluya a través de la válvula de bola cerámica y se dice que la válvula está en estado abierto. Para cerrar la válvula de bola cerámica, la manija se gira en el sentido de las agujas del reloj, lo que hace que el orificio de la bola gire y se vuelva perpendicular a la tubería y así la bola bloquea el flujo de fluido. El mismo principio de funcionamiento se emplea en las válvulas de bola cerámica accionadas mediante un actuador. La única diferencia es que la válvula de bola accionada obtiene su par de torsión de un actuador, a diferencia de la válvula de bola cerámica manual que obtiene su par de torsión del operador de la válvula.

Figura: Funcionamiento de una válvula de bola cerámica; válvula abierta (lado izquierdo) y válvula cerrada (lado derecho).

Tipos de válvulas de bola de cerámica

Válvula de bola cerámica de dos piezas

Se trata de una válvula de bola cerámica formada por dos piezas del cuerpo encajadas. Una pieza contiene una conexión final y la bola y la otra pieza contiene las partes internas y la otra conexión final. La válvula de bola de cerámica de dos piezas es muy común entre las válvulas de bola de cerámica. Una válvula de bola de cerámica de dos piezas puede ser desmontada para su inspección, limpieza y reparación. Sin embargo, una válvula de bola de cerámica de dos piezas necesita ser removida de la tubería antes de ser desmantelada para su limpieza o reparación.

Válvula de bola cerámica de tres piezas

Se trata de una válvula de bola de cerámica compuesta por tres piezas, es decir, dos partes finales y el cuerpo de la válvula. Las tres piezas de esta válvula de bola de cerámica están conectadas mediante pernos y tuercas. Una válvula de bola de cerámica de tres piezas permite retirar las partes centrales de la válvula, es decir, la bola, los asientos y el vástago, mientras la válvula está conectada a la tubería. Esto ayuda a limpiar los sólidos obstruidos, a sustituir la empaquetadura y los asientos, y a pulir los arañazos de la bola sin necesidad de retirar la válvula de bola cerámica de la tubería. Las válvulas de bola de cerámica de tres piezas son muy caras en comparación con sus homólogas de dos piezas.

Válvula de bola cerámica de tres vías

Se trata de una válvula de bola de cerámica con tres puertos. Las bolas cerámicas de tres vías pueden tener configuraciones en forma de T o de L. Las válvulas de bola cerámica de tres vías se utilizan en las industrias para mezclar o desviar flujos de fluidos. La configuración en forma de L se utiliza para desviar el fluido. En una válvula de bola cerámica en forma de L el fluido de un puerto se desvía hacia uno de los puertos en un ángulo de unos 90^o dirigiéndolo a otra tubería. La válvula de bola cerámica en forma de T puede utilizarse para mezclar o desviar flujos de fluidos. Cuando se utiliza para mezclar corrientes de fluido, la válvula de bola cerámica de tres vías en forma de T utiliza dos corrientes de fluido que se mezclan para formar una corriente de fluido a través del puerto de salida. Cuando la válvula de bola cerámica en forma de T se utiliza para desviar corrientes de fluido de un puerto a dos o uno de los tres puertos, según sea necesario.

Figura: Válvula de bola cerámica de tres vías.

Válvula de bola cerámica de puerto V

Se trata de una válvula de bola cerámica con un orificio de bola en forma de V o asientos de válvula. Las válvulas de bola cerámica con puerto en V ayudan a controlar con precisión el caudal de fluido mediante la rotación de la bola. Las válvulas de bola de cerámica con puerto en V pueden optimizarse para mejorar un flujo de características lineales. La válvula de bola cerámica con puerto en V puede controlar mejor el flujo de fluido en relación con otras válvulas de bola. Esto se debe a que cuando la válvula de bola cerámica se abre, el extremo pequeño del puerto en “V” se abre primero, lo que permite un control estable del flujo de fluido. Una válvula de bola cerámica con puerto en V necesita un diseño fuerte debido a la alta velocidad del fluido que, si no es lo suficientemente fuerte, puede dañar una válvula de bola cerámica estándar. Las válvulas de bola de cerámica con puerto en V que han sido bien diseñadas pueden utilizarse para controlar el flujo de fluido.

Figura: Válvula de bola cerámica de puerto V.

Características de una válvula de bola cerámica

Alta resistencia

Los componentes internos de la válvula de bola cerámica están diseñados y fabricados con materiales cerámicos estructurales de alto rendimiento. El cuerpo y las partes externas de la válvula de bola de cerámica se fabrican con materiales metálicos de alta resistencia que mejoran su resistencia mecánica.

Durable

Las válvulas de bola de cerámica tienen una buena resistencia a la abrasión, a la corrosión y una gran resistencia del cuerpo metálico. En las mismas condiciones de trabajo, la vida útil de una válvula de bola cerámica es de 2 a 4 veces superior a la de otras válvulas resistentes a la corrosión y a la abrasión.

Resistencia a la corrosión

Las válvulas de bola de cerámica tienen características químicas estables para la mayoría de los fluidos de base ácida, lo que las hace excelentes para la resistencia a la corrosión.

Alto valor de dureza

Las válvulas de bola de cerámica, como su nombre indica, están fabricadas con materiales cerámicos conocidos por su gran dureza. Estos materiales cerámicos incluyen la zirconia, que tiene un alto valor de dureza de alrededor de HRA88, que es el segundo después del material más fuerte, el diamante.

Necesita un par de torsión bajo

Las válvulas de bola de cerámica tienen una superficie lisa del asiento y la bola y una característica de autolubricación al abrirse y cerrarse. Esto hace que la resistencia a la apertura y al cierre sea pequeña y, por lo tanto, necesita un par de torsión pequeño para abrirse y cerrarse.

Libre de fugas de líquido

Las válvulas de bola de cerámica utilizan un sellado de contacto superficial entre la bola y el asiento. El contacto de sellado se ve reforzado por la alta precisión de la redondez de la bola, lo que garantiza que pueda producir cero fugas según las normas internacionales.

Aplicaciones de las válvulas de bola de cerámica

• Las válvulas de bola de cerámica se utilizan en las industrias químicas para transferir fluidos como ácidos y lodos de polímeros, entre otros.
• Se utilizan en la producción de productos fertilizantes como el ácido fosfórico, el nitrato de amina y el fosfato, entre otros.
• Las válvulas de bola de cerámica se utilizan en las industrias de fabricación de pasta y papel para controlar el flujo de fluidos como los agentes blanqueadores y las cargas de papel, entre otros.
• Estas válvulas se utilizan en sistemas de drenaje y suministro de agua.
• Se utilizan en la industria alimentaria y de bebidas.
• Las válvulas de bola de cerámica se utilizan en aplicaciones farmacéuticas.

Ventajas de las válvulas de bola de cerámica

• Las válvulas de bola cerámicas son fáciles de manejar.
• Necesitan un pequeño par de torsión para abrirse y cerrarse.
• Son válvulas versátiles.
• Son muy duraderos.
• Son resistentes a la abrasión.
• Las válvulas de bola de cerámica son resistentes a la corrosión.
• Las válvulas de bola de cerámica se pueden inspeccionar, limpiar y reparar.
• Estas válvulas están libres de fugas.
• Tienen una alta resistencia para aplicaciones de alta presión y alta temperatura.

Desventajas de las válvulas de bola de cerámica

• Las válvulas de bola de cerámica se cierran muy rápidamente, lo que puede causar problemas de sobrepresión y martilleo.
• Los componentes de los embellecedores de las válvulas de bola de cerámica tienen una baja tenacidad que los hace susceptibles de sufrir daños.
• Las válvulas de bola cerámicas no son adecuadas para aplicaciones de estrangulamiento.

Solución de problemas de las válvulas de bola de cerámica

Válvula de bola cerámica que pierde líquido al cerrarse

• Bola dañada. Sustituya la bola.
• Asientos dañados. Sustituya los asientos.
• La bola no está completamente cerrada. Compruebe los ajustes de apertura o cierre de la bola.

Movimiento irregular del balón

• Sedimentos entre el asiento y la bola o entre la bola y el cuerpo de la válvula. Limpie el interior de la válvula de bola cerámica y las superficies de sellado y, si es necesario, sustituya los asientos.

Par de torsión muy elevado para abrir o cerrar la válvula de bola cerámica

• Materiales extraños en la válvula. Retire los materiales.
• Alta presión y/o temperatura. Asegúrese de que la válvula funciona para la presión y la temperatura recomendadas.
• Los asientos están dañados. Sustituya los asientos.

Válvula de bola cerámica con funcionamiento ruidoso o golpe de ariete

• El fluido fluye a una velocidad muy alta o el tamaño de la válvula es incorrecto. Asegúrese de que la válvula y los caudales del fluido sean los recomendados por el fabricante de la válvula.

Fuga de vapor

• Tornillo de la tapa del prensaestopas suelto. Apriete el tornillo del prensaestopas.
• Junta del vástago dañada. Sustituya la junta del vástago.

Resumen

Una válvula de bola cerámica es un tipo de válvula de bola que tiene componentes internos que son los asientos, la bola y el revestimiento hechos de materiales cerámicos. La parte externa de la válvula de bola de cerámica está hecha de materiales metálicos resistentes, como el acero inoxidable y el acero al carbono. Los materiales metálicos están destinados a proporcionar una alta resistencia a la alta presión y a la alta temperatura, así como a la resistencia al impacto. Las válvulas de bola de cerámica funcionan utilizando una bola con un orificio en la sección central. El fluido que atraviesa una válvula de bola cerámica fluye a través del orificio de la bola. Las válvulas de bola de cerámica se pueden accionar manualmente o mediante un actuador. Las válvulas de bola de cerámica son de varios tipos que incluyen las válvulas de bola de cerámica de puerto en V, las válvulas de bola de cerámica de dos piezas, la válvula de bola de cerámica de tres piezas y las válvulas de bola de cerámica de tres vías. Las aplicaciones de las válvulas de bola de cerámica incluyen las industrias químicas, la producción de fertilizantes, el drenaje y el suministro de agua, los alimentos y las bebidas, y los productos farmacéuticos, entre otros. Las ventajas de las válvulas de bola de cerámica son que son duraderas, versátiles y rápidas en su funcionamiento, tienen un bajo par de torsión, son resistentes a la abrasión y a la corrosión, no tienen fugas y son reparables.