Control del flujo de fluidos con válvulas de bola

Una válvula de bola es un tipo de válvula de cuarto de vuelta con una bola hueca para controlar el flujo a través de ella. Un giro de 90 grados de la válvula posicionará el orificio de la bola en línea con la dirección del flujo, y lo contrario cerrará completamente la válvula en posición cerrada. En la parte superior de la bola hay un vástago que se extiende hacia el exterior a través de la junta del vástago para conectarse a una manilla manual o a un actuador neumático/eléctrico. Las válvulas de bola suelen utilizarse para el funcionamiento ON/OFF, pero también pueden funcionar como válvulas reguladoras de caudal.

Las válvulas de bola son de tres tipos principales: de puerto estándar, de puerto completo y de puerto en V (para un control preciso del caudal). Son excepcionalmente duraderos y de bajo coste. Mantienen un rendimiento constante tras muchos ciclos de funcionamiento, sellan herméticamente, soportan altas presiones y requieren poco o ningún mantenimiento. El sencillo mecanismo de una válvula de bola y su facilidad de manejo y flexibilidad la hacen popular en aplicaciones industriales con presiones de hasta 1.000 bar (14.500 psi) y temperaturas de hasta 400°C (752°F) . Lea nuestro artículo sobre válvulas de bola para saber más sobre su diseño y funcionamiento...

Regulación de caudal con válvulas de bola

Cuando los parámetros (coste, mantenimiento, precisión, etc.) de las válvulas para el control del flujo se ponen uno al lado del otro, las válvulas de bola suelen ser adecuadas para la mayoría de las aplicaciones. Es bastante habitual utilizar una válvula de bola para el control del caudal porque es una solución rentable y la mayoría de los procesos no requieren una precisión exacta de los caudales. La sencillez de las válvulas de bola y su robustez para el control del caudal las hacen compatibles con aplicaciones domésticas, comerciales e industriales.

La figura 2 muestra diferentes características de flujo de las válvulas de bola en función de su diseño. Como puede ver, las características del flujo cambian según el diseño. Una válvula de bola con puerto en V tiene una curva característica de igual porcentaje (Figura 2 etiquetada B), lo que aumenta la precisión del control del caudal. Una curva característica de igual porcentaje se aproxima a una curva lineal, pero no es del todo una curva lineal, ya que la pendiente del porcentaje de flujo máximo aumenta a medida que la válvula se abre.

Cuando se utiliza en la aplicación adecuada, esta característica de una válvula de bola con puerto en V puede ser ventajosa. Por ejemplo, las válvulas de bola con puerto en V son especialmente útiles cuando la velocidad de cambio de temperatura disminuye al aumentar el caudal (es decir, en procesos de transferencia de calor). 

Las ventajas de las válvulas de bola como válvula de control de flujo

Las válvulas de bola tienen una elevada relación de reducción (relación entre el caudal máximo y el mínimo). Esto significa que una válvula de bola puede regular el caudal en un amplio rango. La rotación de la válvula es consistente y constante sin un efecto de salto (un deslizamiento en el movimiento de la válvula). Esto asegura que una señal de entrada proporcional de un actuador proporcionará caudales consistentes a pequeñas aperturas de válvula. Las válvulas de bola se utilizan habitualmente en aplicaciones de control que requieren caídas de presión moderadas, ya que el orificio de la bola ofrece pocas restricciones de flujo, a diferencia de la mayoría de los demás tipos de válvulas. Las válvulas de bola son útiles en la regulación de caudal de emergencia, ya que su diseño de cuarto de vuelta garantiza un dispositivo de accionamiento rápido. Obtenga más información sobre las ventajas de utilizar una válvula de bola para el control de caudal en nuestro artículo comparativo de válvulas de mariposa y válvulas de bola. 

Otras ventajas de las válvulas de bola como válvula de control de flujo

• Puede funcionar a alta presión y temperatura.
• No hay fugas cuando está completamente cerrado. 
• Tiene un excelente coeficiente de flujo de la válvula en un estado completamente abierto. Un tipo de válvula de bola de paso total tiene las características de flujo de la tubería.
• La superficie de sellado es autolimpiable, por lo que pueden utilizarse con medios poco sucios.
• Tiene un tamaño relativamente menor y un peso más ligero en comparación con otros tipos de válvulas con características de flujo similares.
• Las válvulas de bola se presentan en una amplia gama de tipos de conexión, como bridadas, con tuerca de unión, roscadas, etc. 

Las desventajas de las válvulas de bola como válvula de control de flujo

Cuando se utilizan como válvulas de control modulantes, las válvulas de bola de puerto completo y estándar son excelentes para aplicaciones como el llenado de un depósito de agua y otros controles de flujo en los que los caudales ajustados linealmente no son tan importantes. La apertura del orificio cilíndrico de las válvulas de bola crea una distribución desigual del flujo para cada grado de apertura. A pesar de su versatilidad, las válvulas de bola se caracterizan por su escaso estrangulamiento, especialmente a bajos caudales. Con una apertura de válvula pequeña, la alta velocidad de flujo puede desgastar las piezas de la válvula. Las válvulas de bola tampoco están disponibles para diámetros de tubería mayores o son caras en esos tamaños. Las válvulas de bola están diseñadas principalmente para aplicaciones de encendido/apagado y pueden no proporcionar una regulación precisa del caudal a altas presiones. La apertura o cierre bruscos de la bola pueden provocar picos de presión y fluctuaciones del caudal. En algunos casos, una válvula de bola puede incluso autocerrarse si se utiliza para controlar el caudal a alta presión, lo que puede provocar un aumento de la presión, dañando el equipo aguas abajo o lesionando al personal cercano.

¿Qué es una válvula de bola v-Port?

Una válvula de bola con orificio en V es un tipo de válvula de bola en la que la forma en V caracteriza la abertura de los orificios para el paso del fluido, como se ve en la figura 4. El diseño en forma de V suele estar en la bola, pero también puede estar en el asiento. Esta forma en V permite que el flujo a través de la válvula sea estable para aplicaciones de flujo de control.

¿Cómo funciona la válvula de bola con puerto en V para controlar el caudal?

A medida que la válvula gira desde una posición cerrada, el extremo pequeño de la abertura en "v" permite el flujo de fluido a altas velocidades. El caudal que pasa por la válvula sigue aumentando a un ritmo mayor a medida que la válvula pasa al estado totalmente abierto, en contraste con la válvula de bola de puerto completo y estándar. Los ángulos comunes de la "v" son 15°, 30°, 45°, 60° o 90°.

Las válvulas de bola de puerto en V conservan todas las ventajas de las válvulas de bola de puerto estándar, pero también tienen mejores capacidades de control de caudal. Esta característica adicional hace que se utilicen habitualmente en aplicaciones como: procesamiento de alimentos, agricultura, industria química, procesamiento de residuos, etc. La desventaja de la válvula de bola de puerto en V es la construcción que requiere medidas adicionales para manejar la mayor velocidad del flujo.

Para saber más sobre la selección de la válvula de bola correcta para su operación, lea nuestro artículo técnico de selección de válvulas de bola

Conclusión

La válvula de bola es una solución económica para las aplicaciones de control de caudal en las que la regulación precisa de los caudales no es un requisito. El tipo de válvula de bola de puerto en V ofrece una precisión adicional para el control del caudal, al tiempo que conserva las ventajas de las válvulas de bola de puerto completo y estándar. Si se tienen en cuenta todos los parámetros de selección de válvulas, las válvulas de bola tienen varias características que las convierten en una válvula de uso general mejor que otros tipos de válvulas.