Válvula de bola de segmento

¿Qué es una válvula de bola de segmento?

Una válvula de bola de segmento es un tipo de válvula de bola con un segmento de contorno en V en la bola. Las válvulas de bola de segmento son válvulas de control que tienen un buen control, rango y capacidad de cierre. Esta válvula es capaz de producir una alta capacidad y un control de flujo sin obstrucciones. Los fabricantes de válvulas de bola de segmento diseñan la bola con contornos especiales para mejorar la capacidad y la integridad del cierre y la vida útil del sello. Las válvulas de bola de segmento son conocidas por ser económicas y de alto rendimiento. Estas válvulas pueden ser de una gran variedad, desde válvulas pequeñas y ligeras hasta válvulas grandes y pesadas. Las válvulas ligeras son fáciles de montar y manejar. Las válvulas de bola de segmento pesadas se utilizan en entornos difíciles para ofrecer un control optimizado y para aplicaciones de encendido/apagado. Debido a estas características, las válvulas de bola de segmento se utilizan en muchas industrias, como la del papel y la pulpa, la refinería y los servicios petroquímicos, entre otras. Estas válvulas son duraderas y fiables incluso cuando se utilizan en entornos difíciles.

Figura: Válvula de bola de segmento.

Componentes de la válvula de bola de segmento

Algunos de los principales componentes de la válvula de bola de segmento son:

Carcasa de la válvula

Es el componente que se utiliza para albergar todos los componentes internos de la válvula de bola de segmento. Esta pieza se fabrica con materiales rígidos y duros, materiales metálicos revestidos de termoplástico o termoplásticos para proteger los componentes de la válvula. Esta parte también permite que los componentes externos accedan al mecanismo de control para girar la bola y así abrir o cerrar el flujo.

Bola de segmentos

Se trata de una bola contorneada en forma de V. Esta bola de segmento se utiliza como apertura para que el fluido fluya. La bola de segmento proporciona una acción de cizallamiento para producir características de flujo.

Ejes

Los ejes se utilizan para conectar el mecanismo de control de la válvula de bola segmentada para hacer girar la bola segmentada. Los ejes se fabrican con anillos de empaquetadura y juntas tóricas que ayudan a sellar el eje, así como un bonete para evitar fugas. El eje se puede accionar manualmente, mediante un actuador neumático o eléctrico.

Asiento

El asiento se utiliza para proporcionar sellado entre el cuerpo de la válvula de bola de segmento y la bola de segmento.

Juntas de rodamientos

Estas juntas protegen los rodamientos metálicos de la entrada de fluidos.

¿Cómo funciona una válvula de bola de segmento?

Una válvula de bola de segmento es una válvula de bola de un cuarto de vuelta. Su funcionamiento es similar al de una válvula de tapón excéntrico. La válvula tiene ejes que ayudan a ampliar la trayectoria del flujo central. Un eje impulsor se conecta a un lado de la bola y un eje seguidor se conecta al lado opuesto. Cuando el eje impulsor gira, la bola segmentada gira dejando al descubierto el paso del flujo a través de la muesca en V. El uso de la muesca en V mejora un gran rango de flujo de fluido debido a que el área de flujo es pequeña a baja carrera y la carrera máxima permite una gran área de flujo. Las válvulas de bola de segmento pueden tener dos conexiones finales para el cuerpo que son las conexiones con bridas y sin bridas.

Tipos de válvulas de bola de segmento

Válvula de bola de segmento de entrada lateral

La válvula de bola de segmento de entrada lateral es una válvula de alto rendimiento. Esta válvula se fabrica en base a la válvula de bola tipo O. La válvula de bola de entrada lateral ayuda a transportar el medio bifásico sólido-gas y sólido-líquido. Esto significa que esta válvula puede controlar el flujo de sólidos y líquidos o de gases y sólidos convenientemente.

Las características de las válvulas de bola de segmento de entrada lateral son:

• Fácil manejo. Esto se debe a que la válvula de bola de segmento puede alejarse de su asiento sin contacto, por lo que tiene un pequeño par de arranque.
• La válvula de bola de segmento de entrada lateral tiene un cuerpo de válvula de paso recto que hace que mantenga el flujo del medio de forma lineal cuando está totalmente abierta. Esto ayuda a reducir la pérdida de energía en comparación con otras válvulas.
• La válvula de bola de segmento de entrada lateral tiene una estructura de doble excentricidad que hace que la válvula de bola de segmento esté perfectamente sellada y cerrada.
• Cuando la válvula de bola de segmento de entrada lateral está cerrada, su fuerza de cizallamiento puede eliminar las materias extrañas, por lo que es conocida por su rendimiento antiincrustante.

Figura: Válvula de bola de segmento de entrada lateral.

Válvula de bola de segmento de entrada superior

La válvula de bola de segmento de entrada superior es una válvula adecuada para su uso en la industria farmacéutica, química y alimentaria, donde se necesita una limpieza excelente y rápida. Esta válvula de bola de segmento tiene ciertas ventajas que la hacen preferible en industrias que necesitan productos limpios como:

• Limpieza fácil y rápida de las piezas interiores y de las tuberías sin necesidad de desmontar la válvula.
• Sustitución rápida y sencilla de las piezas desgastadas.
• No tiene piezas de repuesto dentro del cuerpo

Características de las válvulas de bola de segmento

Cuerpo de la válvula integrado

Los fabricantes de válvulas de bola de segmento diseñan las válvulas en un cuerpo de una sola pieza. Esto ayuda a proporcionar una mayor rigidez frente a las fluctuaciones de las cargas de las tuberías. Estas válvulas tienen una estructura de entrada lateral que mejora la rigidez y dificulta las fugas y deformaciones a pesar de los elevados esfuerzos debidos al fluido y al par de cierre.

Pelota de segmento

Los fabricantes de válvulas de bola de segmento fabrican la válvula con una bola de segmento de puerto en V. Esto ayuda a proporcionar una amplia gama de habilidades para controlar el flujo de fluido. Esto hace que la válvula sea adecuada para aplicaciones de estrangulamiento con alta consistencia y servicios de jarabe. El segmento está diseñado para que pueda proporcionar un flujo óptimo y su cara esférica con revestimiento duro evita el gripado.

Rodamiento autolubricado

Los diseños de las válvulas de bola de un segmento emplean rodamientos dobles en los vástagos inferior y superior de la válvula para proporcionar una buena estabilidad. Esto hace que la superficie de contacto con el vástago sea mayor y mejora el bajo coeficiente de fricción y la alta capacidad de carga, además de reducir el par de funcionamiento.

Asiento de sellado blando y metálico

Los fabricantes de válvulas de bola de segmento fabrican las válvulas con asientos de PTFE o metálicos. El material depende del medio de flujo previsto. Las caras de sellado de los asientos metálicos se recubren con una aleación dura y resistente, mientras que la superficie de la bola se endurece mediante el cromado duro y la nitruración por plasma, entre otros. Esto ayuda a aumentar la vida útil de la cara de sellado, así como a mejorar la resistencia a la temperatura. Los asientos hechos de PTFE o RPTFE tienen un excelente rendimiento de sellado, tienen buena resistencia a la corrosión y son de amplia aplicación.

Practicidad económica

Los fabricantes de válvulas de bola de segmento intentan que estas válvulas sean lo más ligeras posible y que tengan un par de vástago pequeño. Estos parámetros críticos de diseño hacen que la válvula pueda instalarse con pequeños actuadores eléctricos o neumáticos, y que sea rentable en relación con las válvulas de regulación de pequeño tamaño o de otra clase.

Selección de válvulas de bola de segmento

Tipo de operación

En este caso hay que decidir el tipo de mecanismo que acciona el actuador. El actuador puede ser manual, neumático o eléctrico. El tipo de actuador depende de la fuente de energía disponible, por ejemplo, electricidad o aire comprimido, así como del par requerido. Los actuadores neumáticos proporcionan valores de par elevados, mientras que los eléctricos tienen un coste inicial elevado, pero su coste de funcionamiento es inferior al de los neumáticos.

Material de la carcasa

La válvula de bola de segmento debe ser tal que el material utilizado para hacer la carcasa sea compatible con el medio que se controla. Diferentes materiales tienen diferentes propiedades como:

El latón es adecuado para medios no corrosivos y neutros, duradero, resiste altas temperaturas, no es adecuado para agua salada, ácidos y cloruros.

El acero inoxidable es resistente a los productos químicos, a la abrasión y a las altas temperaturas, pero no es bueno para los cloruros, los ácidos clorhídricos, la lejía y el bromo.

El material de PVC es bueno para fluidos corrosivos como ácidos, agua salada, bases y disolventes orgánicos. Sin embargo, no es resistente a los hidrocarburos clorados y aromáticos. La resistencia a la temperatura y a la presión del PVC es inferior a la del latón y el acero inoxidable.

Presión nominal

La válvula de bola de segmento seleccionada debe ser capaz de soportar la presión máxima y mínima del fluido durante su funcionamiento. La presión nominal de la válvula de bola de segmento vendrá determinada por el material utilizado para fabricar la carcasa. Los materiales resistentes, como el acero inoxidable, pueden soportar una presión elevada en comparación con el material de PVC.

Temperaturas de trabajo

Los diferentes materiales de las válvulas de bola de segmento pueden soportar diferentes niveles de temperatura, desde los valores mínimos hasta los máximos. El rango de temperatura de la válvula de bola de segmento viene determinado por el material de la junta y la carcasa. El material de latón puede soportar temperaturas en el rango de 20°C a 60°C, el material de acero inoxidable puede soportar temperaturas en el rango de -40°C a 220°C, mientras que la válvula de bola de segmento de PVC puede soportar temperaturas entre -10°C y 60°C.

Normas y homologaciones

Dependiendo del uso de la válvula de bola de segmento, los fabricantes de válvulas pueden tener que seguir ciertas normas de los organismos reguladores. Esto suele ser necesario para las válvulas que se van a utilizar en agua potable, productos alimentarios, productos farmacéuticos o gas.

Actuadores de válvulas de bola de segmento

La válvula de bola de segmento puede utilizar diferentes tipos de actuadores para abrir y cerrar. Los tipos de actuadores que pueden utilizar estas válvulas incluyen actuadores manuales, neumáticos y eléctricos.

Actuador de válvula de bola de segmento manual

Se trata de un actuador de válvula de bola de segmento que es accionado por una mano humana. Este tipo de actuador tiene una manivela en la que el operario aplica un par de torsión para girar la manivela y, por tanto, girar el mecanismo de la válvula para abrirla o cerrarla.

Actuador neumático de cremallera

Los actuadores neumáticos de cremallera son actuadores utilizados en válvulas de bola de segmento para abrir, girar y cerrar la válvula según sea necesario. Estos actuadores convierten la energía del aire comprimido mediante el uso de cilindros neumáticos en movimiento rotativo oscilante. Estos actuadores requieren un gas seco, limpio y procesado para ser suministrado por una estación central de aire comprimido.

Actuador eléctrico

Estos actuadores se utilizan en válvulas de bola de segmento para controlar el cierre y la apertura de la válvula. Estos actuadores pueden proporcionar un movimiento rotativo o lineal. Como su nombre indica, estos actuadores utilizan la electricidad para mejorar su trabajo. El par de torsión para abrir/cerrar la válvula se transmite utilizando un eje para abrir o cerrar la válvula.

Aplicaciones de las válvulas de bola de segmento

• Las válvulas de bola de segmento se utilizan para controlar el flujo en las industrias del papel y la pulpa.
• Estas válvulas se utilizan para controlar el flujo de productos químicos en las plantas químicas.
• Se utilizan en las plantas de tratamiento de aguas residuales, ya que pueden actuar sobre las partículas sólidas.
• Se utilizan en las industrias energéticas para controlar el flujo de los fluidos de calefacción y refrigeración.
• Se utilizan en las industrias petroleras, ya que pueden soportar productos inflamables.
• Las válvulas de bola de segmento se utilizan en las industrias farmacéuticas para regular el flujo de los compuestos de producción.
• Se utilizan en las industrias alimentarias por su facilidad de limpieza y mantenimiento.

Ventajas de las válvulas de bola de segmento

• Las válvulas de bola de segmento tienen una alta eficiencia.
• Estas válvulas tienen un diseño sencillo.
• El diseño de las válvulas de bola de segmento las hace de pequeño peso y volumen.
• Estas válvulas son fáciles de desmontar y reparar.
• El diseño de las válvulas de bola de segmento hace que tengan un sellado perfecto.
• Pueden proporcionar una baja caída de presión y altos caudales.
• La válvula de bola del segmento se abre y se cierra rápidamente.
• Estas válvulas son fáciles de limpiar.

Desventajas de las válvulas de bola de segmento

• Las cavidades alrededor del asiento tienden a causar obstrucción.
• Cuando se utiliza en partículas sólidas puede erosionarse y, por tanto, empezar a perder líquido y fallar.

Solución de problemas de la válvula de bola del segmento

Fuga de la empaquetadura del prensaestopas

• Tuercas del prensaestopas sueltas. Apriete las tuercas del prensaestopas sueltas.
• Empaquetadura del prensaestopas desgastada. Sustituya la empaquetadura del prensaestopas.
• El vástago está corroído o rayado. Limpie el vástago o sustitúyalo, así como la empaquetadura del prensaestopas.
• El prensaestopas está corroído. Límpielo y sustituya la empaquetadura. La válvula de bola del segmento puede ser reemplazada si tiene exceso de corrosión.

Fugas en la junta de la placa inferior

• Tuercas sueltas. Apriete las tuercas.
• La junta está dañada. Sustituya la junta.
• Corrosión/daño en la zona de la junta. Limpie la corrosión o sustituya la placa y el cuerpo en función del nivel de daños.

Fuga de líquido a través del orificio

• El segmento no está en la posición de cierre total. Fije el recorrido del límite de cierre en el actuador.
• Desalineación entre el asiento y el segmento. Afloje la empaquetadura para centrar el segmento. Asegúrese de volver a apretar la empaquetadura después de la alineación para que tenga suficiente par de apriete.
• Medios atrapados o solidificados. Limpiar el muelle del asiento y las superficies de sellado.
• Asiento de la junta dañado. Sustituya las juntas dañadas.
• El segmento o el asiento están dañados. Sustitúyalo según sea necesario.

Par de la válvula de bola de alto segmento

• Tuercas del prensaestopas demasiado apretadas. Reduzca el par de apriete de las tuercas prensaestopas a los niveles recomendados por el fabricante de la válvula de bola de segmento.
• Accionar el segmento en sentido inverso desenganchándolo del asiento. Hacer perder el retenedor de la camisa para volver a encajar el asiento y el segmento en posición cerrada. Aumentar el par de retención de la camisa después de que el segmento y el asiento estén alineados.
• Actuador/operador desalineado con el vástago de la válvula. Afloje los tornillos y modifique la base de montaje para que esté paralela y asegúrese de que el actuador esté centrado. Apriete los tornillos.
• Rodamiento dañado. Sustitúyalo.
• Segmento o asiento dañado. Reemplace según sea necesario.
• Medios acumulados o solidificados. Retire el medio de la cavidad de la válvula, el asiento, el segmento y limpie las superficies de sellado.
• La válvula de bola del segmento se instaló con una orientación incorrecta. La válvula debe instalarse de acuerdo con la etiqueta del indicador de flujo.

Resumen

Una válvula de bola de segmento es una válvula de bola que realiza un cuarto de vuelta para abrir/cerrar el flujo de fluido. Esta válvula tiene un segmento de bola esférica hueca soportado por un cojinete y un eje en el lado del actuador de la válvula. El otro extremo de esta válvula tiene un cojinete y un poste. La bola segmentada gira alrededor de un pivote para hacer un sello continuo y único aguas arriba en posición cerrada. La estanqueidad de esta válvula de bola de segmento se obtiene mediante un elastómero flexible o anillo de asiento flexible que presiona contra el segmento esférico. El cuerpo de las válvulas de bola de segmento está fabricado con materiales resistentes, principalmente acero inoxidable, con una construcción sin bridas o con bridas. Las válvulas de bola de segmento pueden clasificarse como válvulas de bola de segmento de entrada lateral y válvulas de bola de segmento de entrada superior. Estas válvulas emplean un diseño y una tecnología que les ayuda a trabajar incluso en fluidos viscosos y lodos. Estas válvulas se utilizan en muchas industrias, como la petroquímica, la farmacéutica, la alimentaria, la de tratamiento de aguas residuales y la química, entre otras. Las válvulas de bola segmentadas tienen muchas aplicaciones debido a sus magníficas características, como la facilidad de limpieza, la facilidad de reparación y mantenimiento, el diseño sencillo, el tamaño y el peso reducidos, la resistencia a la corrosión y la alta resistencia para soportar lodos. Los parámetros importantes que hay que tener en cuenta al comprar una válvula de bola de segmento son el tipo de actuador, la presión nominal, las temperaturas de trabajo, los materiales de la carcasa, las normas y las homologaciones.