Válvula de diafragma

En casi todos los sistemas de tuberías, la válvula contribuye como dispositivo de ingeniería básico.  Estos dispositivos mecánicos/electromecánicos controlan el flujo de los medios y vienen en muchas variantes específicas. Hay muchos fabricantes de válvulas de diafragma que proporcionan la válvula adecuada según sus necesidades. Como este artículo se centra en la válvula de diafragma, podemos analizar qué es, cómo funciona y las distintas formas que existen. Este análisis podría ayudar a determinar si las válvulas de diafragma pueden ser útiles y cómo elegir la versión adecuada para la necesidad. 

Válvula de diafragma

¿Qué es la válvula de diafragma?

Una válvula de diafragma es un tipo especial de válvula de cierre y es de naturaleza bidireccional. Es estructuralmente distinta de las válvulas normales. Como su nombre indica, un diafragma es el elemento de apertura y cierre en una válvula de diafragma que está hecho de un material blando/flexible que es elástico, no corrosivo y no permeable, como el caucho y el plástico, que separa el fluido dentro de la cavidad del cuerpo de la válvula de la cavidad de la tapa y el miembro de accionamiento, lo que evita la contaminación del medio de trabajo y la corrosión de las piezas de funcionamiento.

Para aplicaciones de baja presión, baja temperatura, corrosión y materiales en suspensión, se pueden utilizar válvulas de diafragma. Se benefician de la simplicidad de la construcción, del sellado fuerte y positivo, de la resistencia a la corrosión y de la baja resistencia a los fluidos, y como no hay ningún camino de fuga en la construcción del diseño estas válvulas se consideran a prueba de fugas, esta función hace que la válvula sea inestimable cuando no se puede aceptar la fuga dentro o fuera del dispositivo. Todas estas ventajas hacen que la válvula de diafragma sea popular y adecuada para muchas aplicaciones.

¿Cómo funciona la válvula de diafragma?

El funcionamiento de una válvula de diafragma es tan sencillo como el de una válvula de pinza. Un diafragma elástico y resistente se fija al compresor mediante un perno moldeado de diafragma. Cuando el operario quiere que la válvula se cierre, se presiona y/o gira el actuador y la membrana es forzada hacia el borde de la presa firme, cerrando la válvula.

El compresor se mueve hacia arriba y hacia abajo del vástago de la válvula. Así, al subir el compresor, la membrana se levanta. Al bajar el compresor, la membrana es empujada hacia el fondo curvo o por el vertedero, según el tipo de construcción.

Tipos de válvula de diafragma

Existen principalmente dos diseños sencillos de válvulas de diafragma: de presa y de paso. Estas válvulas funcionan de la misma manera, pero la forma del cuerpo, el diafragma y la aplicación varían. Para que las válvulas de diafragma sean aceptables para usos corrosivos, el interior del cuerpo y las bridas de los extremos deben estar revestidos. Se pueden utilizar varios materiales de revestimiento, en función de los requisitos.

1. Por la estructura del cuerpo:

• Válvula de diafragma de alambre.

Los diseños más comunes disponibles son la válvula de diafragma de tipo vertedero. La configuración de labio elevado/silla para el control de flujo limitado es ideal y se filtra con seguridad gracias a la cubierta sobre el diafragma y el actuador. Este diseño es adecuado para gases y líquidos nocivos o corrosivos, ya que esta cubierta impide toda ruptura de la membrana. Como elemento integrado en el cuerpo de la válvula, se proporciona un vertedero. El vertedero sirve como asiento de la válvula para comprimir la membrana y evitar el oleaje. El cuerpo inclinado suele vaciar naturalmente esta válvula, aunque puede ocurrir en ambas direcciones y con ciertos usos, eso podría no ser deseable. Generalmente, este tipo de válvula de diafragma se fabrica en tamaños grandes. El vertedero elevado disminuye la cantidad de movimiento del diafragma desde la posición completamente abierta hasta la posición completamente cerrada, disminuyendo así la cantidad de esfuerzo y tensión en el diafragma. Para fluidos suaves y homogéneos, la válvula de tipo vertedero se utiliza a menudo, ya que los lodos viscosos y los sedimentos pueden acumularse a ambos lados de la silla. En procesos como el alimentario/químico, el procesamiento de gas, el corrosivo y las aplicaciones de agua, son las más comunes.

Válvula de diafragma de alambre

• Válvula de diafragma de paso recto.La válvula de diafragma de paso recto es similar en apariencia a los tipos de presa; pero, no incluye el típico sillín y en su lugar tiene una vía recta. Por lo general, sus membranas son más compactas y permiten una mayor distancia de paso, ya que hay que tocar el fondo mismo de la válvula. Cuando la válvula de paso recto está abierta, para obtener el máximo flujo en cualquier dirección, la membrana se eleva mucho. Cuando la válvula está cerrada, incluso con material grueso o fibroso en la línea, el diafragma se sella herméticamente para lograr un sellado positivo. Estas válvulas también deben repararse porque, debido a sus membranas más compactas, su vida útil es normalmente más corta que la de los diseños de tipo vertedero. Para lodos, aceites viscosos y otras condiciones, en las que se debe minimizar el bloqueo, se suelen utilizar válvulas de diafragma de paso directo. En la industria de las bebidas, el tipo de válvula de paso total es el más utilizado. Permite la limpieza con cepillo de bolas, sin necesidad de abrir o retirar la válvula de la línea, con vapor o sosa cáustica. También son adecuadas para los regímenes de flujo bidireccional, ya que no hay una silla de montar para evitar la transición brusca de la entrada a la salida.

Válvula de diafragma de paso recto

2. Por actuador.
   Para decidir qué tipo de actuación para cerrar y abrir la válvula se debe utilizar; esto depende de la fuerza del flujo y la estructura más amplia de la que la válvula es un componente. Los tipos de actuación son: manual, solenoide eléctrico, neumático, térmico, hidráulico y los más modernos actuadores del mecanismo de control.

Ventajas de la válvula de diafragma:

• Las válvulas de diafragma para el servicio de estrangulación también pueden utilizarse. Gracias a la amplia zona de cierre a lo largo del banco, las características de estrangulación son las de una válvula de apertura rápida.
• Una válvula de diafragma de tipo vertedero es adecuada para regular pequeños caudales.
• Ofrecen una gran resistencia química gracias a la gama de revestimientos disponibles.
• Las válvulas de diafragma son especialmente idóneas para el tratamiento de aceites corrosivos libres de contaminación, lodos fibrosos, fluidos tóxicos u otros fluidos.
• La función de trabajo de una válvula de diafragma no está expuesta a los medios del interior de la tubería. Para no interferir con el mecanismo de trabajo, los fluidos pegajosos o viscosos no pueden entrar en el bonete.
• Muchos fluidos que podrían obstruir, erosionar o estropear las piezas de funcionamiento de cualquier otro tipo de válvula pasarán por la válvula de diafragma sin causar ningún problema. A la inversa, no se puede permitir que los lubricantes utilizados por el mecanismo de trabajo contaminen el fluido que se maneja.
• No hay glándulas de empaquetado que deban ser protegidas y no hay posibilidad de que el vástago tenga fugas en las válvulas.

Desventajas de la válvula de diafragma:

• El vertedero impedirá el vaciado completo de la tubería.
• Las temperaturas y presiones de trabajo del material de la membrana son reducidas. Las presiones suelen estar limitadas a 200 psi y las temperaturas hasta 400 F (204 C).
• El diafragma también puede disminuir la presión hidrostática.
• El diafragma puede sufrir corrosión cuando se utiliza mucho en servicios de estrangulamiento extremos que contienen impurezas.
• Las válvulas de diafragma están limitadas a tamaños pequeños, normalmente de 1⁄2 a 12 NPS (DN 15 a 300).

Guía de selección de válvulas de diafragma. 

Las válvulas de diafragma no tienen un diseño específico para la industria; por lo tanto, determinar la válvula correcta para su aplicación podría ser complicado. Esta parte incluirá algunas descripciones cruciales de los criterios que deben definirse. Tenga en cuenta que esta lista no es exhaustiva, pero al menos debería guiar a los ingenieros o a un fabricante de válvulas de diafragma en la dirección correcta.

• Tamaño de la válvula: Dado que estas válvulas se utilizan en aplicaciones de estrangulamiento, su tamaño tiene importantes efectos sobre el fluido. En primer lugar, hay que calcular la cantidad deseada de fluido de proceso a través del dispositivo para determinar el tamaño correcto de la válvula. Esto implica conocer el caudal del fluido, su gravedad/viscosidad particular y el caudal óptimo. En segundo lugar, hay que medir las temperaturas y presiones de entrada y salida óptimas, así como el potencial deseado de la válvula y las fuerzas que necesitaría para obstruir el flujo. A continuación, se puede calcular la relación correcta entre el diámetro interior y el exterior de su válvula mediante el uso de tablas.
• Rango de caída de presión: ¿Cuál es la reducción óptima de la presión a través de la válvula? Asegúrese de que este valor está definido o, si no está seguro, elija un porcentaje suficientemente grande para ajustar el flujo de fluido. A continuación, decida las presiones que encuentra la válvula durante el funcionamiento del dispositivo para poder elegir una válvula que soporte todo el rango.
• Actuación necesaria: Utilizando la parte anterior, prediga qué tipo de diafragma sería más útil para su fluido de proceso. A continuación, decida si el cuerpo y el vástago se revelarán al medio o si estos componentes deben estar aislados.
• Extremos de conexión: Determine la relación entre la válvula y su sistema; esto puede adoptar la forma de rosca básica, juntas soldadas, bridas y/u otros procedimientos de selección específicos de la aplicación. A continuación, evalúe las propiedades óptimas del material de la válvula, de modo que el flujo de fluido no afecte negativamente al funcionamiento de la válvula. Por ejemplo, los fluidos altamente corrosivos necesitan materiales que no se deterioren en condiciones cáusticas, como el acero inoxidable, el bronce y otros metales. Por último, decida todas las demás características, como la unidad, las indicaciones de ubicación, las medidas de seguridad, etc., para que su válvula funcione mejor en su proyecto.

¿Dónde se utiliza la válvula de diafragma?

Una válvula de diafragma es barata, efectiva y viene en una variedad de diseños, debido a esto puede ser usada en muchas aplicaciones. Algunas de las industrias en las que se puede utilizar son

• Plantas de tratamiento de agua.
• Industria farmacéutica.
• Plantas de procesamiento de alimentos.
• Plantas de energía.
• Servicios de vacío.
• Aplicaciones propensas a la corrosión.

Cómo instalar una válvula de diafragma.

• Retire todo el material de embalaje de la válvula. Antes de la instalación, compruebe que la tubería no presenta contaminantes ni objetos extraños y, si es necesario, límpiela.
• La válvula puede instalarse en cualquier lugar de montaje. Se debe tener cuidado de proporcionar la entrada a la válvula desde ambas direcciones para el servicio. Cuando la válvula se monte en campo abierto, debe estar asegurada contra el impacto directo de la intemperie en el sitio.
• Durante el montaje de la válvula, la separación entre las bridas de la tubería debe ser de al menos 20 mm por encima de toda la longitud de la válvula, para no afectar a las bandas de funcionamiento y permitir la instalación de las juntas. En el caso de las bridas deslizantes, se recomienda utilizar juntas de goma reforzadas con acero.
• Las contrabridas de las tuberías deben ser planoparalelas y concéntricas. Los pernos de enlace deben fijarse de forma similar en sentido transversal (sin tensión).
• La tubería no debe elevarse hasta la válvula por ningún medio. En caso de medios corrosivos, deben utilizarse juntas planas de acuerdo con la norma DIN 2690.

Mantenimiento de la válvula de diafragma:

• Antes de iniciar los trabajos de mantenimiento, todas las tuberías de alta presión deben estar bajadas y protegidas contra una nueva puesta en marcha. Tras la finalización de los trabajos de reparación, se debe comprobar la estanqueidad y la hermeticidad de ambas conexiones.
• Las válvulas de diafragma no suelen necesitar mantenimiento. El tipo de boquilla de lubricación en el cuello de la cubierta debe lubricarse a intervalos frecuentes.
• Inspección: Averigüe el estado exterior de la válvula. Limpie y parchee el revestimiento si es necesario. Compruebe la estanqueidad de los contactos de la tubería, por ejemplo, las bridas. Compruebe el buen funcionamiento de la válvula. Conmute manualmente toda la carrera. Comprobar la estanqueidad al final de la junta: ajustar la válvula en posición cerrada. Comprobar la disminución de la presión aguas abajo y aguas arriba de la válvula.
• La membrana de elastómero debe ser observada mientras se almacena: el espacio de almacenamiento debe ser frío, seco y adecuadamente ventilado. Debe conservarse una temperatura ambiente de entre +20 0 C y 10 0 C. Cuando se calienta el espacio de almacenamiento, los radiadores y los desagües deben estar protegidos de los contenedores de almacenamiento. La distancia entre el calentador y los productos almacenados debe ser de al menos 1 m. Humedad relativa aproximada. El 65% tiene un efecto beneficioso sobre los diafragmas conservados. El diafragma no debe estar expuesto a la luz del día. Los disolventes, aceites y lubricantes no deben ser empaquetados junto con los diafragmas del elastómero. Separe los diafragmas nuevos almacenados de los diafragmas conservados durante más tiempo. A menudo, utilice primero los diafragmas conservados durante más tiempo.
• Limpieza del diafragma: Los artículos de goma deben ser lavados con agua caliente. Después de un tiempo de almacenamiento de 6 a 8 meses, se aconseja limpiar y enjuagar con agua antes de la instalación con un disolvente de carbonato sódico al 1,5 por ciento. Los diafragmas limpios no pueden ser secados por el calentador.
• Desenrosque la tapa de los tornillos en sentido transversal y levante la parte superior del cuerpo. El adhesivo entre la brida de la tapa del cuerpo y el diafragma se puede separar yendo hacia adelante y hacia atrás. Si resulta difícil retirar la parte superior, se puede empujar la válvula en la dirección de cierre mediante un volante, que levanta la tapa y permite retirar la válvula junto con el diafragma.
• Desbloquear el diafragma girando el componente de presión en el sentido de las agujas del reloj. Retirar la protección de la tubería (manguera de goma) del nuevo diafragma. Atornille el diafragma con el tornillo de diafragma completamente en la pieza de presión.

Resumen:

Como hemos comentado anteriormente, la válvula de diafragma es adecuada para muchas aplicaciones, ya que es sencilla, rentable y tiene muy poco mantenimiento. Este artículo le orienta brevemente sobre la válvula de diafragma.