Válvula de tres vías

¿Qué es una válvula de tres vías?

Una válvula de tres vías es una válvula que tiene tres puertos. Estas válvulas se utilizan habitualmente en diferentes aplicaciones para mezclar o desviar fluidos. Cuando se utilizan para mezclar fluidos, dos corrientes de fluido se combinan para formar una corriente de salida. Cuando se utilizan para desviar fluidos, una corriente de fluido se separa en dos corrientes de salida. Una válvula de tres vías se controla según la forma del carrete. Estas válvulas se utilizan principalmente para cambiar la dirección del flujo de fluido. Las válvulas de tres vías son de dos tipos: de puerto en T y de puerto en L. La válvula de puerto en L puede aumentar el flujo en un sentido u otro, así como cerrar el flujo por completo. Por otro lado, una válvula de puerto en T puede realizar la misma tarea de flujo similar a la válvula de puerto en L, pero no cierra el flujo. Las válvulas de tres vías son muy comunes en el mercado, ya que controlan fácilmente las vías de flujo y el cierre del fluido en un solo cuerpo de válvula. Además, estas válvulas son rentables a la hora de dirigir el flujo y cerrar los fluidos. Las válvulas de tres vías se utilizan habitualmente para restringir completamente el flujo, mezclar el flujo y desviarlo. Las válvulas de tres vías se utilizan sobre todo en aplicaciones de alta presión, como el agua de alimentación de las calderas utilizadas en las centrales eléctricas de vapor, el procesamiento de alimentos y la separación de petróleo y gas, entre otras.

Figura: Válvula de tres vías.

¿Cómo funciona una válvula de tres vías?

Dos tipos comunes de válvulas de tres vías son las de tipo L y las de tipo T. El tipo L de la válvula de tres vías también se conoce como válvula de tres vías desviadora. Esta válvula desvía el flujo de un puerto a otro puerto mediante la rotación de la manija (en el caso de la válvula manual) o mediante el uso de un actuador giratorio a 90^o . Si el puerto izquierdo y el puerto inferior se abren primero, un cuarto de vuelta de la válvula en el sentido contrario a las agujas del reloj hace que la válvula de tres vías desvíe el flujo de fluido al puerto de salida. Si se vuelve a girar la manilla o el actuador para hacer un giro de 180^o , se bloquea el flujo del fluido. Además, si se gira para hacer 270^o giro, seguirá bloqueando el flujo de fluido. Cuando la válvula completa 360^o vuelta vuelve a la posición original. Esto hace que el tipo L de la válvula de tres vías tenga dos puertos disponibles a la vez, así como tres opciones de flujo y dos de posición de cierre. El tipo T de la válvula de tres vías es el tipo de mezcla. Esta válvula funciona para mezclar dos flujos desde la entrada. El tipo T puede tener sus tres puertos abiertos al mismo tiempo. Esto ayuda a la válvula a separar el fluido en dos direcciones opuestas. El diseño de una válvula de tres vías de tipo T divide el flujo o hace que el fluido fluya en línea recta.

Figura: Configuraciones de las válvulas de tres vías tipo T y L.

Tipos de válvulas de tres vías

Válvula de tres vías tipo L

Se trata de una válvula de tres vías que se utiliza principalmente para mejorar el flujo de fluido desde un único puerto de entrada a cualquiera de los dos puertos de salida. Este tipo de válvula de tres vías ayuda a desviar el flujo de fluido, por lo que se conocen como válvulas de tres vías desviadoras.

Figura: Configuraciones de válvulas de tres vías tipo L.  

Válvula de tres vías tipo T

El tipo T de una válvula de tres vías se utiliza comúnmente para mezclar dos corrientes de fluido desde la entrada en una corriente hacia el puerto de salida. Estas válvulas también están diseñadas de manera que hacen la desviación de fluidos al igual que el tipo L de la válvula de tres vías. El diseño de la válvula de tres vías tipo T también puede tener flujo de mezcla, flujo de desviación y flujo de fluido directo, dependiendo del movimiento permitido de la manija.

Figura: Configuraciones de válvulas de tres vías de tipo T.

Válvula flotante de tres vías

Es un tipo de válvula de tres vías que utiliza una bola flotante. La bola se mantiene en su posición mediante la compresión de dos asientos. La bola puede girar libremente dentro del cuerpo de la válvula. Una válvula de tres vías flotante es capaz de permitir el cierre bidireccional. Sin embargo, cuando hay una presión elevada aguas arriba, es difícil accionar la válvula.

Válvula de tres vías forjada

Se trata de una válvula de tres vías fabricada mediante el proceso de forjado. Los fabricantes de válvulas de tres vías forjadas utilizan materiales como aleaciones de acero para fabricar estas válvulas. El proceso de forjado hace que la estructura del grano del material sea más refinada, lo que ayuda a aumentar la resistencia del material de la válvula. Estas válvulas tienen una resistencia muy alta que las hace adecuadas para aplicaciones de alta temperatura y alta presión. Además, al utilizar el método de forjado, estas válvulas son más resistentes a problemas comunes como la contracción, la porosidad y las grietas.

Válvula de tres vías de fundición

Se trata de válvulas de tres vías fabricadas por el método de fundición. Este método emplea metal fundido para fabricar las válvulas. El metal fundido se vierte en un molde de diferentes tamaños y formas. Se deja que el molde se enfríe y se solidifique y, tras el enfriamiento, se fabrica la válvula. Este método de producción de válvulas de tres vías fundidas tiene la ventaja de fabricar válvulas de diseños, formas y tamaños complejos. Este método ayuda a fabricar válvulas con piezas críticas, como las válvulas de tres vías.

Válvulas manuales de tres vías

Se trata de válvulas que funcionan de forma manual mediante el uso de un volante o de una palanca de mano. La palanca mecánica o el volante ayudan a transmitir el par del operador de la válvula al vástago y, finalmente, al mecanismo de apertura y cierre de la válvula.

Válvulas de tres vías accionadas

Son válvulas de tres vías que funcionan mediante un sistema mecánico que proporciona un par de torsión para cerrar/abrir la válvula. La fuente de alimentación de estas válvulas puede ser neumática, hidráulica o eléctrica.

Componentes de las válvulas de tres vías

Cuerpo de la válvula

Es el componente de una válvula de tres vías que se utiliza para alojar las piezas internas de la válvula, como el asiento, la bola y el disco, según el tipo de válvula. El cuerpo de la válvula ayuda a mejorar la resistencia de la válvula. El flujo del medio se controla a través del cuerpo de la válvula. Las tuberías de una válvula de tres vías se conectan a la válvula a través del cuerpo de la misma. El cuerpo de la válvula debe ser muy resistente para ayudar a contener la alta presión y la temperatura asociadas con el flujo de fluidos o medios. La resistencia del cuerpo de la válvula depende del material utilizado. Los materiales metálicos, como el acero, son conocidos por ser muy resistentes en comparación con otros materiales, como el PFTE. El cuerpo de la válvula se fabrica mediante métodos de producción como la fundición o la forja, utilizando materiales como el acero inoxidable, el acero fundido y el acero aleado, entre otros.

Capó

El bonete es otro componente de una válvula de tres vías utilizado para retener la presión. El bonete está conectado al cuerpo para mejorar el cierre hermético de la válvula y evitar la fuga de fluidos. El bonete se monta en el cuerpo de la válvula mediante pernos o tornillos. El bonete atornillado se utiliza sobre todo cuando la válvula de tres vías va a trabajar a una presión muy alta, mientras que el bonete atornillado se utiliza para proporcionar un cierre hermético que impida la fuga de fluidos.

Vástago

El vástago es el componente de una válvula de tres vías que se utiliza para transmitir energía al obturador, disco o bola de la válvula para abrir o cerrar la válvula para el control de fluidos. El vástago recibe la energía del actuador de la válvula, el volante o la palanca. En algunas válvulas de tres vías, como las de globo o compuerta, el vástago emplea un movimiento lineal para cerrar/abrir la válvula. En otras válvulas de tres vías, el vástago utiliza un movimiento rotatorio, como en las válvulas de bola y de obturador, para abrir/cerrar la válvula.

Asiento de la válvula

El asiento de la válvula es la parte que ayuda a sellar el espacio entre el tapón/la bola y el vástago, dependiendo del tipo de válvula de tres vías.

Recorte

El término “guarnición” se refiere a los componentes internos de una válvula de tres vías que entran en contacto con el fluido. Estas piezas de la válvula de tres vías incluyen el asiento, los prensaestopas, el disco, el casquillo, los espaciadores y la bola. Estos componentes son importantes según el tipo de válvula de tres vías, ya que sin ellos la válvula no funcionaría.

Actuador

Un actuador es el componente de una válvula de tres vías que proporciona un mecanismo y energía para operar la válvula. El actuador está conectado al vástago y al disco de la válvula. El actuador puede ser manual, con un volante, un engranaje, una palanca o una cadena, o estar accionado por un motor eléctrico o por fluido neumático o hidráulico.

Características de las válvulas de tres vías

• Las válvulas de tres vías pueden cerrarse o abrirse sin fricción.
• Las válvulas de tres vías emplean un diseño de entrada superior para facilitar la inspección y el mantenimiento.
• Estas válvulas necesitan un par de torsión bajo para funcionar con una manivela pequeña.
• Las válvulas de tres vías son autolimpiables.
• Las válvulas de tres vías tienen un diseño de sellado de cuña.
• Las válvulas de tres vías pueden desviar el flujo de fluido.
• Las válvulas de tres vías pueden mezclar fluidos a diferentes temperaturas y presiones en una sola corriente.
• Las válvulas de tres vías tienen un ajuste equilibrado capaz de mejorar el alto flujo de fluido.
• Las válvulas de tres vías pueden cortar el flujo de fluido.

Selección/compra y dimensionamiento de válvulas de tres vías

La selección de una válvula de tres vías depende de ciertos parámetros/factores que se comentan a continuación.

Fluido que se controla

Diferentes fluidos tienen diferentes propiedades químicas, como ser corrosivos, como los ácidos. Estos fluidos deben funcionar con una válvula de tres vías que sea resistente a la corrosión. Si la válvula utilizada no resiste la corrosión, sus componentes internos que entran en contacto con el fluido pueden corroerse fácilmente y, en consecuencia, destruir la válvula.

Presión máxima

Esta es la presión más alta que se espera que experimente la válvula de tres vías. La presión es una consideración muy importante, ya que es uno de los parámetros que puede dañar fácilmente una válvula y provocar fugas. Si la válvula utilizada no puede soportar la presión máxima, el cuerpo de la válvula puede resultar dañado. Además, un exceso de presión puede provocar una fuga de fluido. Algunos fluidos son muy destructivos y la fuga de estos fluidos al medio ambiente puede llevar a la organización que utiliza esa válvula a ser procesada.

Temperatura máxima

Es necesario conocer la temperatura de trabajo antes de comprar/seleccionar la válvula de tres vías. Una válvula de tres vías puede funcionar mejor si la válvula está fabricada con materiales que puedan soportar la temperatura de trabajo. Los materiales como el PFTE tienen temperaturas bajas en comparación con los materiales metálicos como el hierro fundido y el acero inoxidable. Por lo tanto, una válvula cuyas partes internas están hechas de bajas temperaturas, como el PFTE y otros plásticos o caucho, sólo debe utilizarse donde la temperatura máxima no derrita o dañe los materiales. Si la temperatura es alta, provocará una distorsión térmica en el material y, por tanto, causará daños en la válvula.

Actuador

El tipo de actuador afecta a la válvula de tres vías en diferentes dimensiones. Algunos actuadores son baratos como el actuador neumático que utiliza aire comprimido. Otros actuadores como el volante manual son los más baratos ya que no tienen costes de funcionamiento como los actuadores eléctricos. El actuador eléctrico es barato de instalar pero sus costes de funcionamiento son altos. Algunos actuadores como los neumáticos, hidráulicos y eléctricos pueden ser automatizados o semiautomatizados para reducir el trabajo manual.

Aplicaciones de las válvulas de tres vías

• Las válvulas de tres vías se utilizan en el tratamiento del agua.
• Las válvulas de tres vías se utilizan en el procesamiento de alimentos y bebidas.
• Las válvulas de tres vías se utilizan en la industria farmacéutica.
• Las válvulas de tres vías se utilizan en el procesamiento del gas natural.
• Se utilizan en la separación del aire.
• Estas válvulas se utilizan en el tratamiento del agua.
• Las válvulas de tres vías se utilizan en calefacción, ventilación y aire acondicionado.
• Se utilizan en el procesamiento de la madera.

Ventajas de las válvulas de tres vías

• Las válvulas de tres vías son de baja resistencia al fluido.
• Estas válvulas son ligeras, de diseño sencillo y de bajo volumen.
• Las válvulas de tres vías tienen una estanqueidad fiable.
• Las válvulas de tres vías tienen un funcionamiento cómodo, ya que pueden cerrarse o abrirse rápidamente.
• Son convenientes para el mantenimiento debido a su diseño simple.
• Estas válvulas tienen una amplia gama de aplicaciones.
• Las válvulas de tres vías son resistentes a la corrosión.
• Las válvulas de tres vías tienen un amplio rango de temperaturas de funcionamiento.
• Estas válvulas tienen un amplio rango de presión de funcionamiento.
• Estas válvulas pueden funcionar con actuadores manuales, neumáticos, hidráulicos o eléctricos.
• Las válvulas de tres vías son rentables en relación con el trabajo que pueden realizar.

Desventajas de las válvulas de tres vías

• Las válvulas de tres vías suelen tener un peso elevado en relación con otras válvulas.
• El coste de fabricación de las válvulas de tres vías suele ser más elevado que el de otras válvulas debido a su mecanismo de funcionamiento.
• Las válvulas de tres vías tienen una gran caída de presión.

Solución de problemas de las válvulas de tres vías

Fuga de la válvula de tres vías

• Asientos dañados. Sustituya los asientos.
• Superficie de la bola dañada. Sustituya la bola.
• Cierre incompleto de la válvula. Compruebe los ajustes de cierre/apertura y los límites.
• El capó está suelto. Apriete las tuercas o tornillos del capó.

Movimiento irregular del balón

• Suciedad entre los asientos y la bola. Enjuague el interior de la válvula varias veces para eliminar la suciedad.

El par de la válvula es muy alto

• Asiento dañado. Sustituya el asiento.
• Temperatura o presión excesivas. Asegúrese de que las condiciones de trabajo son las recomendadas por el fabricante de la válvula de tres vías.
• Suciedad entre los asientos y la bola. Enjuague el interior de la válvula para eliminar la suciedad.

Fuga del tallo

• Tuercas del vástago flojas. Apriete las tuercas del vástago.
• Juntas del vástago dañadas. Sustituir las juntas o sellar con grasa selladora.
• Superficies de sellado dañadas. Sustituir la superficie de sellado.
• Daños mecánicos en el vástago. Sustituya el vástago.

Fuga en la junta del cuerpo

• Junta dañada. Sustituya las juntas.
• Exceso de carga de la tubería. Compruebe la arquitectura de la tubería es recomendado por el fabricante de la válvula de tres vías.
• Exceso de temperatura o presión. Compruebe que la temperatura/presión de trabajo es la recomendada por el fabricante de la válvula de tres vías.

Exceso de ruido de la válvula de tres vías 

• Tamaño incorrecto de la válvula. Asegúrese de que el tamaño de la válvula coincida con la tubería y la carga.
• Apertura incompleta. Ens ure los ajustes y límites de apertura/cierre.

Resumen

Las válvulas de tres vías son válvulas que tienen tres puertos. Estos puertos ayudan a las válvulas de tres vías a mejorar el flujo variable en el sistema de tuberías. Estas válvulas se utilizan para conectar/desconectar, desviar y mezclar fluidos en los sistemas de tuberías. Cuando se utilizan como válvulas mezcladoras, estas válvulas combinan dos corrientes de fluido para formar una sola corriente de fluido. Cuando se utilizan como válvulas de desvío de tres vías, una corriente de fluido se separa en dos corrientes de fluido. Hay varios tipos de válvulas de tres vías, pero los dos tipos principales son la de tipo L y la de tipo T. La válvula de tipo L se utiliza para desviar el fluido. La válvula de tipo T se utiliza para mezclar y cerrar el flujo de fluido. Las válvulas de tres vías se utilizan en muchas aplicaciones, como el desvío de agua en el agua de alimentación en centrales eléctricas de vapor, farmacéuticas, separación de petróleo y gas, tratamiento de aguas, procesamiento de alimentos, entre otras. Las características comunes de las válvulas de tres vías son un diseño sencillo y ligero, autolimpieza y una amplia gama de temperaturas y presiones. Al seleccionar una válvula de tres vías es importante tener en cuenta aspectos como la temperatura de funcionamiento, la naturaleza del fluido, la presión nominal y el tipo de actuador.