Válvula de mariposa accionada por engranajes

¿Qué es una válvula de mariposa accionada por engranajes?

Se trata de una válvula de mariposa manual que utiliza engranajes para mejorar la multiplicación del par. Las válvulas de mariposa accionadas por engranajes tienen el sistema de engranajes conectado al volante a través de un eje corto. Esto permite que el par aplicado por el operador de la válvula vaya directamente al sistema de engranajes. A continuación, el par se multiplica a través de un sistema de engranajes que facilita la apertura de las válvulas de mariposa que requieren un par elevado. Esto facilita al operador de la válvula la apertura y el cierre del flujo de fluido, incluso cuando la válvula se utiliza en aplicaciones frecuentes y de alto par. Los fabricantes de válvulas de mariposa accionadas por engranajes diseñan este tipo de válvulas para su uso en aplicaciones de apertura y cierre, así como de estrangulación. Las válvulas de mariposa accionadas por engranajes pertenecen a la categoría de válvulas de cuarto de vuelta. Son válvulas que sólo necesitan un giro de 90^o grados del volante para abrirse o cerrarse. Además, estas válvulas necesitan un ligero ángulo para las aplicaciones de estrangulamiento. Las válvulas de mariposa accionadas por engranajes ayudan a ahorrar tiempo al abrir y cerrar el flujo de fluido, a diferencia de otras válvulas, como las de compuerta, que necesitan numerosos giros para abrirse y cerrarse. Los fabricantes de válvulas de mariposa accionadas por engranajes emplean diseños sencillos al fabricar estas válvulas, lo que las hace menos costosas.

Figura: Válvula de mariposa accionada por engranajes.

Componentes de una válvula de mariposa accionada por engranajes

Cuerpo de la válvula

Es el componente de la válvula de mariposa accionada por engranajes que alberga las piezas internas. Esta parte está hecha de materiales metálicos fuertes como hierro dúctil, aleaciones de níquel, acero inoxidable y acero al carbono entre otros materiales. Estos materiales son fuertes y por lo tanto ayudan a hacer un cuerpo de válvula fuerte. La alta resistencia es necesaria ya que hace que la válvula soporte el peso de toda la válvula y esté a salvo de los daños por impacto de la caída de objetos.

Volante

Es el componente que utiliza el operador de la válvula para aplicar el par necesario para abrir o cerrar la válvula. El volante está conectado al sistema de engranajes a través de un eje corto.

Sistema de engranajes/caja de cambios

Se trata de un sistema mecánico compuesto por engranajes que se engranan. Se coloca en la parte superior de la válvula. Estos engranajes están destinados a ayudar a multiplicar el par aplicado en el volante por el operador de la válvula. Este sistema ayuda a que el par necesario para abrir o cerrar la válvula sea mucho menor y, por lo tanto, reduce la carga de trabajo del operador de la válvula.

Vástago

Es un componente del eje utilizado para transmitir el par aplicado por el operador de la válvula al disco de la válvula. El vástago conecta el disco con el sistema de engranajes. Como tal, recibe el par de este sistema de engranajes.

Disco

Es la parte de la válvula de mariposa accionada por engranajes que se utiliza para abrir y cerrar la válvula. El disco recibe su energía del sistema de engranajes a través del vástago.

Asiento

Es el componente que sirve para proporcionar una superficie sobre la que se apoya el disco de la válvula cuando ésta se cierra. Se utilizan dos asientos que trabajan juntos para garantizar que no haya fugas de fluido cuando la válvula se cierra.

Junta

Esta pieza se coloca entre las caras de contacto de la tubería y la válvula para evitar la fuga de fluidos.

Figura: Componentes de una válvula de mariposa accionada por engranajes.

¿Cómo funciona una válvula de mariposa accionada por engranajes?

Una válvula de mariposa accionada por engranajes funciona recibiendo la fuerza del operador de la válvula. El operador aplica la fuerza sobre el volante para accionar la válvula. El volante está conectado a un sistema de engranajes a través de un eje corto. Para abrir la válvula, el operador gira el volante un cuarto de vuelta en sentido contrario a las agujas del reloj. Esto hace que el par (o la fuerza de rotación) aplicado en el volante se transmita al disco de la válvula a través del vástago. De este modo, el disco realiza un ángulo de un cuarto de vuelta en el que se orienta en paralelo al flujo del fluido. En este estado del disco, el fluido fluye a través de la válvula sin obstáculos. Para cerrar el flujo de fluido, el operador de la válvula gira el volante en el sentido de las agujas del reloj. Esto obliga al disco a realizar un giro de 90_o grados y a ponerse perpendicular al flujo de fluido. En este estado, el disco bloquea el flujo de fluido que atraviesa la válvula. Los fabricantes de válvulas de mariposa accionadas por engranajes fabrican estas válvulas para su uso incluso en aplicaciones de estrangulamiento. Sin embargo, el uso de estas válvulas en tales aplicaciones de estrangulamiento se recomienda cuando la caída de presión es baja. Cuando es necesario utilizar la válvula en aplicaciones de estrangulación, el operador de la válvula gira ligeramente el volante para obtener un ángulo de menos de 90^o grados, dependiendo de la cantidad de flujo de fluido que se requiera.

Figura: Funcionamiento de una válvula de mariposa accionada por engranajes.

Tipos de válvulas de mariposa accionadas por engranajes

Válvula de mariposa de doble brida accionada por engranajes

Se trata de una válvula de mariposa accionada por engranajes diseñada con un par de bridas en los puertos de entrada y salida. La válvula está conectada a dos extremos de tubería con bridas de igual tamaño que la válvula. Se utilizan dos juegos de pernos para mantener unidas la válvula y la tubería, lo que garantiza la ausencia de fugas. Los fabricantes de válvulas de mariposa accionadas por engranajes recomiendan estas válvulas para su uso en aplicaciones de alta presión para que el sistema de tuberías sea económico. Estas válvulas se fabrican con asientos blandos o metálicos, dependiendo del lugar donde se vayan a utilizar. Las válvulas de mariposa de doble brida accionadas por engranajes son más pesadas en comparación con otras válvulas de mariposa. El elevado peso se debe a las bridas metálicas dobles y a los pernos y tuercas utilizados.

Figura: Válvula de mariposa de doble brida accionada por engranajes.

Válvula de mariposa wafer accionada por engranajes

Esta válvula se conecta a la tubería colocándola entre dos bridas de tubería. Las bridas de la tubería y la válvula se conectan mediante pernos largos que se extienden desde un extremo de la tubería hasta el otro extremo a través del cuerpo de la válvula. El fabricante de válvulas de mariposa accionadas por engranajes fabrica estas válvulas con o sin orificios de brida en el cuerpo. Las juntas y los anillos tóricos se colocan en una cara plana de la válvula en los lados de entrada y salida entre las bridas de la tubería para mejorar un sello hermético libre de fugas de fluido. Estas válvulas se encuentran entre las válvulas de mariposa más económicas y baratas. Sin embargo, este tipo de válvula de mariposa accionada por engranajes no puede utilizarse para el aislamiento o el servicio de final de línea. Por ello, hay que cerrar toda la tubería cuando se realiza el mantenimiento de las secciones aguas arriba o aguas abajo de la válvula.

Válvula de mariposa wafer accionada por engranajes.

Válvula de mariposa de orejas accionada por engranajes

Se trata de una válvula de mariposa accionada por engranajes que se monta también entre dos bridas de tubería. La válvula y la tubería se mantienen unidas firmemente mediante el uso de pernos. Los pernos se insertan a través de orejetas roscadas que se hacen alrededor del cuerpo de la válvula. Hay dos conjuntos separados de pernos que se utilizan para sujetar la válvula en cada lado de la misma. Estos pernos sujetan la tubería y la válvula sin necesidad de utilizar tuercas. Esto ayuda a que la válvula sea adecuada para el aislamiento o el uso en un servicio de final de línea. Los fabricantes de válvulas de mariposa accionadas por engranajes diseñan este tipo de válvulas para facilitar el desmontaje de un extremo de la válvula sin interferir en el otro. Por ello, estas válvulas requieren menos tiempo de mantenimiento en comparación con otras válvulas. El reto asociado a estas válvulas es que soportan el peso de la tubería en su cuerpo. Por lo tanto, el cuerpo de la válvula debe ser fuerte, de lo contrario fallará bajo tales cargas de peso.

Figura: Válvula de mariposa de orejas accionada por engranajes.

Válvula de mariposa excéntrica accionada por engranajes

Es una de las válvulas de mariposa más comunes. Este tipo de válvula tiene varios diseños que se caracterizan por el lugar donde pasa el vástago en relación con la línea central del disco. Hay tres tipos de esta válvula que incluyen:

1. Válvula monocéntrica. Es el tipo de válvula mariposa accionada por engranajes en la que el vástago está instalado detrás de la línea central del disco. Los fabricantes de válvulas de mariposa accionadas por engranajes diseñan esta válvula con el objetivo de reducir el contacto entre el disco y la junta antes de que la válvula se cierre por completo. Este diseño ayuda a mejorar la vida útil de la válvula.

1. Válvula de doble excentricidad. Es el tipo de válvula accionada por engranajes en la que el vástago está diseñado para estar detrás del disco con un desplazamiento adicional. Este diseño permite que el disco se ajuste al centro, lo que favorece un cierre hermético contra las fugas de fluido.
2. Válvula de triple excentricidad. Esta válvula es adecuada para su uso en aplicaciones críticas. El fabricante de válvulas de mariposa accionadas por engranajes diseña esta válvula de forma similar al tipo doble, pero con un desplazamiento adicional. El tercer desplazamiento es el eje de contacto entre el asiento y el disco. El asiento utilizado es metálico y cónico, lo que ayuda a reducir el desgaste y mejorar la eficiencia. El asiento metálico ayuda a que esta válvula sea adecuada para aplicaciones de alta temperatura, así como a mejorar el cierre hermético.

Figura: Válvula de mariposa excéntrica accionada por engranajes.

Aplicaciones de las válvulas de mariposa accionadas por engranajes

• Las válvulas de mariposa accionadas por engranajes se utilizan en aplicaciones de refinería de petróleo y de transporte.
• Se utilizan en el suministro de agua y en el tratamiento de aguas residuales.
• Se utilizan en las industrias mineras para controlar el flujo de lodos.
• Las válvulas de mariposa accionadas por engranajes se utilizan en la fabricación de diferentes tipos de productos químicos.
• Se utilizan en aplicaciones de procesamiento de alimentos y bebidas.
• Se utilizan en el control del vapor en aplicaciones de calderas.
• Las válvulas de mariposa accionadas por engranajes se utilizan en las industrias del papel y la pasta de papel.
• Se utilizan en aplicaciones de extinción de incendios.

Ventajas de las válvulas de mariposa accionadas por engranajes

• Las válvulas de mariposa accionadas por engranajes necesitan un par menor para abrirse y cerrarse.
• Funcionan muy rápidamente, ya que necesitan un cuarto de vuelta del volante para abrir y cerrar el paso del fluido.
• Estas válvulas son económicas en comparación con otras válvulas como las de globo.
• Las válvulas de mariposa accionadas por engranajes tienen un diseño sencillo y compacto que las hace resistentes.
• Estas válvulas ocupan un espacio reducido durante la instalación.
• No tienen fugas de líquido.
• Son versátiles porque son aplicables en diferentes aplicaciones industriales.
• Las válvulas de mariposa accionadas por engranajes tienen una baja caída de presión que contribuye a mejorar la eficacia del bombeo.
• Estas válvulas pueden manejar un gran flujo de fluido, así como medios con partículas en suspensión.
• Son fáciles de instalar, limpiar y reparar.
• Pueden utilizarse como válvulas de cierre y de estrangulación.
• Son de pequeño tamaño y ligeros.

Desventajas de las válvulas de mariposa accionadas por engranajes

• La capacidad de estrangulación de la válvula de mariposa accionada por engranajes está limitada a una diferencia de presión baja.
• Estas válvulas sufren asfixia y cavitación.
• Las aplicaciones que implican una alta presión de fluido pueden necesitar mucho par de torsión para abrirse y cerrarse, causando así mucha fatiga.
• Estas válvulas tienen poca capacidad de sellado en comparación con otras válvulas como las de bola.

Solución de problemas de las válvulas de mariposa accionadas por engranajes

La válvula es difícil de abrir/cerrar

• Corrosión en la válvula. Abra la válvula y limpie la corrosión.
• Materiales extraños que interfieren con el movimiento del disco y del vástago. Abra la válvula y retire los materiales extraños.
• El engranaje está seco. Lubrique los engranajes según la recomendación de la válvula de mariposa accionada por el engranaje.

Fuga de fluidos internos

• Las juntas tóricas están dañadas o desgastadas. Sustituya las juntas tóricas.
• Los asientos están dañados. Sustituya los asientos.
• Disco de válvula dañado. Sustituya el disco.

Fuga de fluidos externos

• Pernos sueltos. Apriete los pernos al par requerido por el fabricante de la válvula de mariposa de engranaje.
• Junta desgastada. Sustituya la junta.

Resumen

Las válvulas de mariposa accionadas por engranajes son válvulas manuales con un sistema de engranajes que se utiliza para multiplicar el par aplicado por el operador de la válvula para facilitar su funcionamiento. Estas válvulas funcionan haciendo un cuarto de vuelta en el disco. La capacidad del disco para hacer un cuarto de vuelta se ve reforzada por el par transmitido desde el volante a través del vástago. Una vez que el disco hace un giro en sentido contrario a las agujas del reloj, se vuelve paralelo al flujo de fluido, lo que deja el camino de flujo abierto permitiendo el flujo de fluido a través de la válvula. La válvula se cierra cuando el volante gira en el sentido de las agujas del reloj durante 90^o grados, lo que hace que se vuelva perpendicular al flujo del fluido. Esta orientación bloquea la trayectoria del flujo, por lo que el fluido no puede atravesar la válvula.

Los fabricantes de válvulas de mariposa accionadas por engranajes producen varios tipos de estas válvulas, como las válvulas de mariposa accionadas por engranajes de doble brida, las válvulas de mariposa de oblea accionadas por engranajes, las válvulas de mariposa excéntricas accionadas por engranajes, entre otras. Estas válvulas se utilizan en diversas aplicaciones como el papel y la pasta de papel, el procesamiento de alimentos, las centrales eléctricas de vapor, la minería, los productos químicos, las refinerías de petróleo y el suministro de agua, entre otras. Estas válvulas tienen varias ventajas, entre ellas un funcionamiento rápido, un diseño simple y compacto, más barato y fácil de instalar, reparar y limpiar.