Comparación entre válvulas de bola flotantes y montadas en muñones: Diferencias clave de diseño

En los complejos sistemas de tuberías industriales donde fluyen continuamente diversos medios, las válvulas de bola sirven como "guardianes" diligentes, controlando la apertura y el cierre del flujo de medios. Si bien estas válvulas pueden parecer simples a primera vista, contienen sofisticadas variaciones de diseño. Las válvulas de bola flotantes y de muñón (fijas), como dos diseños principales, tienen cada una distintas ventajas en principio, rendimiento y escenarios de aplicación. Este artículo proporciona un análisis en profundidad de estos dos tipos de válvulas de bola, examinando sus principios de funcionamiento, características de diseño y criterios de selección para ayudar a los profesionales a tomar decisiones informadas en aplicaciones prácticas.

Entre los diversos tipos de válvulas, las válvulas de bola destacan por su estructura compacta, durabilidad y funcionamiento rápido, lo que las convierte en componentes indispensables en los sistemas de tuberías industriales. El componente principal de una válvula de bola es una esfera con un orificio pasante (llamado el orificio), que controla el flujo de medios girando 90 grados. Cuando el orificio se alinea con el canal del cuerpo de la válvula, los medios fluyen libremente; cuando se gira a la posición cerrada, el orificio se vuelve perpendicular a la trayectoria del flujo, deteniendo el movimiento de los medios.

Todos los diseños de válvulas de bola se basan en dos asientos para asegurar y sellar la bola. Estos asientos suelen estar hechos de materiales como politetrafluoroetileno (PTFE), que se ajustan firmemente a la superficie de la bola para evitar fugas. Según cómo se asegura la bola, las válvulas de bola se clasifican en dos tipos principales: válvulas de bola flotantes y válvulas de bola de muñón.

Las válvulas de bola flotantes son el tipo más común en los sistemas de tuberías industriales. Su diseño presenta una bola que no está fija dentro del cuerpo de la válvula, sino que "flota". Cuando los asientos comienzan a desgastarse, la presión de los medios empuja la bola contra el asiento aguas abajo, manteniendo un sellado hermético. Este diseño proporciona a las válvulas de bola flotantes excelentes propiedades de autosellado.

A diferencia de los diseños flotantes, las válvulas de bola de muñón tienen sus bolas fijas con cojinetes dentro del cuerpo de la válvula, lo que restringe el movimiento aguas abajo. Para mantener el sellado después del desgaste del asiento, las válvulas de bola de muñón suelen utilizar mecanismos de asiento con resorte. Este diseño las hace más confiables en aplicaciones de alta presión.

Antes de examinar los detalles de la válvula de bola flotante, revisemos los componentes principales de las válvulas de bola:

• Cuerpo de la válvula: La carcasa exterior que contiene los mecanismos de la válvula, normalmente hecha de acero, hierro, latón, bronce o PVC, según las características de los medios, la temperatura y la presión.
• Bola: La esfera giratoria central con un orificio pasante, conectada al cuerpo a través de un vástago.
• Orificio: El orificio central que controla el flujo de medios, cuyo tamaño afecta directamente a las características del flujo.
• Empaquetadura: Sellos flexibles alrededor del vástago que evitan fugas de medios, que requieren resistencia a la corrosión y al calor.
• Asiento: Componentes en forma de anillo entre la bola y el cuerpo que crean sellos, generalmente hechos de materiales termoplásticos como PTFE para autolubricación y resistencia al desgaste.
• Vástago: El eje que conecta la bola a los operadores externos, controlando la rotación para abrir/cerrar.
• Actuador: Dispositivos externos que giran el vástago, incluidos palancas/engranajes manuales o actuadores eléctricos/neumáticos/hidráulicos, seleccionados en función del tamaño de la válvula, la frecuencia de funcionamiento y las necesidades de automatización.

La mayoría de las válvulas de bola utilizan diseños flotantes. La bola flotante está soportada por asientos en forma de copa que forman sellos herméticos entre la bola y el cuerpo. La bola permanece suspendida en los medios, sujeta en su lugar por asientos termoplásticos. Estos asientos crean un sellado bidireccional, lo que permite que la bola se mueva libremente y bloquee el flujo de medios en cualquier dirección. Las válvulas flotantes son ligeras, económicas y versátiles, y se utilizan ampliamente en aplicaciones de petróleo, gas, agua, vapor y petroquímicas.

Las válvulas de bola flotantes funcionan a través de un vástago conectado a la parte superior de la bola, girando 90 grados (un cuarto de vuelta). A medida que la bola gira, el orificio se cubre o se expone por la pared del cuerpo de la válvula, controlando el flujo de medios. La conexión vástago-bola es lo suficientemente holgada como para que la presión de los medios empuje la bola contra el asiento aguas abajo al girar, creando un sellado hermético. Sin embargo, en aplicaciones de presión extremadamente baja con desgaste del asiento, es posible que las válvulas flotantes no sellen eficazmente debido a la presión insuficiente. Sin embargo, en la mayoría de las aplicaciones, la presión aguas abajo mantiene el sellado mucho después del desgaste inicial del asiento.

Las válvulas de bola de muñón funcionan de manera similar a los diseños flotantes, pero presentan un segundo vástago opuesto al vástago de funcionamiento que fija la bola. Este segundo vástago y el conjunto de cojinetes se denominan muñón .

A diferencia de las válvulas flotantes, los vástagos de las válvulas de muñón se conectan rígidamente a las bolas, lo que restringe todo movimiento excepto la rotación. Dado que las bolas no "flotan" aguas abajo con la presión de los medios, las válvulas de muñón mantienen un sellado adecuado en ambos lados simultáneamente. Esto resulta especialmente importante para las válvulas multipuerto y las aplicaciones de presión extremadamente baja donde el flujo de medios no puede empujar las bolas contra los asientos.

Las válvulas de muñón funcionan eficazmente tanto en aplicaciones de baja como de alta presión y requieren menos par de funcionamiento que las válvulas flotantes. Sin embargo, los diseñadores de tuberías deben tener en cuenta que los diseños de muñón son generalmente más caros que las alternativas flotantes.

Las válvulas de muñón se encuentran comúnmente en estas industrias:

• Química
• Generación de energía
• Petróleo y gas
• Tuberías
• Procesamiento de hidrocarburos

En ambos tipos de válvulas, los sellos vástago-entorno sufren el mayor desgaste con el tiempo, lo que hace que la empaquetadura de la válvula sea crucial para evitar la fuga de medios. Los diseñadores deben considerar diseños de empaquetadura con resorte para compensar el inevitable desgaste y evitar fugas en el sello del vástago.

Si bien las válvulas de bola flotantes y de muñón funcionan de manera similar en la práctica, los diseñadores de tuberías deben comprender las ventajas y limitaciones de cada tipo. Los proveedores profesionales de válvulas pueden ayudar a determinar el tipo de válvula de bola óptimo en función de aplicaciones y presupuestos específicos.

Para una comprensión más clara de sus diferencias, comparamos las características clave:

Al elegir entre válvulas de bola flotantes y de muñón, considere estos factores:

• Presión de trabajo: Para altas presiones, las válvulas de muñón garantizan un sellado fiable.
• Tamaño de la tubería: Las válvulas de muñón se adaptan mejor a tuberías de gran diámetro debido a los menores requisitos de par.
• Frecuencia de funcionamiento: Las válvulas de muñón ofrecen mayor durabilidad para un funcionamiento frecuente.
• Características de los medios: Los medios corrosivos requieren válvulas con materiales resistentes a la corrosión.
• Presupuesto: Las válvulas flotantes suelen costar menos que las alternativas de muñón.

Tanto las válvulas de bola flotantes como las de muñón tienen distintas ventajas adecuadas para diferentes aplicaciones. Los profesionales deben evaluar las condiciones y los requisitos de trabajo específicos al seleccionar los tipos de válvulas, considerando todos los factores relevantes para tomar decisiones óptimas para sus sistemas.