Flujo de válvula antirretorno explicado: Efectos sobre la presión del agua en tuberías

La gestión eficaz del flujo de la válvula antirretorno es crucial para prevenir el reflujo, reducir el consumo de energía y mantener una presión constante en diversos entornos como sistemas HVAC, redes de protección contra incendios y oleoductos. Las válvulas antirretorno logran esto utilizando varios componentes como bisagras, pistones, pantallas, clapetas y bolas, cada uno permitiendo que el fluido se mueva en una dirección mientras previene el reflujo.

El mecanismo de acción, ya sea que implique una clapeta asistida por resorte, un movimiento basado en la gravedad o una bola, juega un papel significativo en cómo la válvula interactúa con el flujo del fluido. Este artículo examina cómo las diferentes formas constructivas e instalaciones de válvulas impactan la presión y el flujo del agua, explorando la relación entre las características de flujo y la caída de presión.

Tabla de contenidos

• Parámetros clave que afectan el rendimiento de la válvula antirretorno
• Consideraciones de presión en diferentes tipos de válvulas antirretorno
• Gráfico de caída de presión de válvula antirretorno
• Preguntas frecuentes

Parámetros clave que afectan el rendimiento de la válvula antirretorno

Dinámica de flujo y presión del agua

La presión del agua es la fuerza ejercida para mover el agua a través de una tubería, generada ya sea naturalmente por gravedad o artificialmente por bombas. El flujo de agua se refiere al volumen de agua que pasa por una tubería en un momento dado. La relación entre flujo y presión está influenciada por varios factores, como el diámetro de la tubería. Una tubería más ancha reduce la resistencia y permite una mayor capacidad de flujo a la misma presión, mientras que caudales más altos típicamente requieren más presión si el diámetro de la tubería no cambia.

Presión de apertura

La presión de apertura de una válvula antirretorno es la presión específica aguas arriba a la que se abre una válvula antirretorno, permitiendo que el fluido pase. Está influenciada por la tensión del resorte en válvulas cargadas por resorte, que determina la fuerza requerida para abrir la válvula, y el peso de la clapeta en válvulas tipo oscilante, que afecta la presión de apertura. Para las válvulas antirretorno de clapeta, la presión de apertura está determinada principalmente por el peso de la clapeta (disco) y su ángulo de instalación. Una válvula antirretorno con presión de apertura ajustable permite a los usuarios establecer la presión a la que se abre la válvula. Típicamente utiliza un mecanismo como un resorte o contrapeso para personalizarla para diferentes sistemas.

Caída de presión

La caída de presión de la válvula antirretorno se ve afectada por:

• Gravedad específica del fluido: Los fluidos más pesados tienen una gravedad específica más alta, lo que aumenta la caída de presión a través de una válvula antirretorno debido a la mayor fuerza requerida para mover el fluido.
• Caudal: Un aumento en el caudal resulta en una mayor caída de presión porque el fluido ejerce más fuerza contra la válvula, requiriendo más energía para mantener el flujo.
• Coeficiente de flujo (Cv): Un coeficiente de flujo (Cv) mayor indica que la válvula permite que pase más fluido con menos resistencia, resultando en una menor caída de presión.

Las válvulas antirretorno de clapeta generalmente tienen una menor caída de presión en comparación con otros tipos de válvulas antirretorno, como las válvulas antirretorno de pistón o las válvulas antirretorno de elevación. Esto se debe a que el diseño de una válvula antirretorno de clapeta permite una trayectoria de flujo más aerodinámica. En una válvula antirretorno de clapeta, el disco se balancea alejándose del asiento de la válvula para permitir el flujo, lo que crea un camino relativamente sin obstrucciones para el fluido. Este diseño minimiza la turbulencia y la resistencia, resultando en una menor caída de presión.

Consideraciones de presión en diferentes tipos de válvulas antirretorno

Válvulas antirretorno de clapeta

Las válvulas antirretorno de clapeta están diseñadas principalmente para instalaciones horizontales. Estas válvulas sobresalen en situaciones de baja presión debido a su mínimo requerimiento de fuerza para abrirse, caracterizado por una baja presión de apertura.

• Instalaciones verticales:
  • Flujo ascendente: Cuando se instala verticalmente con flujo ascendente, el disco puede cerrarse de golpe cuando el flujo se detiene, causando golpe de ariete, lo que puede dañar el sistema.
  • Flujo descendente: En instalaciones verticales con flujo descendente, la gravedad mantiene el disco abierto, impidiendo que la válvula se cierre y detenga el reflujo, fallando así en su función principal.
• Instalaciones horizontales: En instalaciones horizontales, la fuerza gravitacional actúa perpendicular a la dirección del flujo. La válvula depende principalmente del peso del disco para cerrarse, y la presión requerida para abrir la válvula es generalmente menor en comparación con las instalaciones verticales de flujo ascendente. Esta orientación se prefiere a menudo para aplicaciones donde se necesita un flujo constante sin caídas de presión significativas. En esta orientación, la gravedad no ayuda a cerrar la válvula, por lo que el disco depende únicamente de la inversión del flujo para cerrarse. Esto puede llevar a un cierre más pronunciado si el flujo se invierte rápidamente.

Lea nuestro artículo sobre la guía de instalación de válvulas antirretorno para obtener más detalles sobre la posición y el proceso de instalación de las válvulas antirretorno.

Válvulas antirretorno con resorte

Las válvulas antirretorno con resorte, también conocidas como "válvulas antirretorno silenciosas", utilizan un mecanismo de resorte para ayudar en el cierre del disco de la válvula. Esta forma constructiva permite un cierre más controlado y gradual, minimizando los picos de presión y el ruido asociados con el golpe de ariete que pueden ocurrir con las válvulas antirretorno de clapeta.

• El mecanismo de resorte resulta en una presión de apertura más alta en comparación con las válvulas antirretorno de clapeta, proporcionando una resistencia superior al reflujo. Esta característica es particularmente beneficiosa en sistemas con condiciones de presión fluctuantes o propensos a efectos de golpe de ariete.
• Estas válvulas se pueden instalar eficazmente en posición horizontal, vertical o en cualquier ángulo inclinado. Esto las hace adecuadas para una amplia gama de configuraciones de sistemas.

Lea nuestro artículo sobre válvula antirretorno de clapeta vs. de resorte para obtener más información sobre cómo estos dos tipos de válvulas difieren en forma constructiva, operación y adecuación para diversas aplicaciones.

Válvulas antirretorno de bola y tipo Y

• Válvulas antirretorno de bola: Las válvulas antirretorno de bola utilizan una bola esférica para prevenir el reflujo. Aunque son simples y confiables, pueden crear más turbulencia y resistencia en el camino del flujo, lo que lleva a una mayor caída de presión en comparación con otros diseños.
• Válvulas antirretorno tipo Y: El diseño del cuerpo en forma de Y de estas válvulas proporciona un camino de flujo más aerodinámico, reduciendo la turbulencia y la caída de presión. Esta forma constructiva permite mejores características de flujo que las válvulas antirretorno de bola. Además, las válvulas antirretorno tipo Y típicamente tienen características de cierre más suaves, lo que significa que pueden cerrarse más suavemente, reduciendo el riesgo de golpe de ariete.

Gráfico de caída de presión de válvula antirretorno

Nota: Los gráficos de caída de presión ofrecen una guía inicial útil para la selección de válvulas, pero asumen condiciones ideales. Factores del mundo real como las propiedades del fluido, la construcción de la válvula y la dinámica del sistema pueden afectar el rendimiento. Para aplicaciones críticas, consulte al fabricante para obtener cálculos precisos adaptados a condiciones específicas.

Un gráfico de caída de presión para una válvula antirretorno es una representación gráfica diseñada específicamente para cada tipo de válvula antirretorno que ilustra cómo cambia la presión en un sistema de fluidos al pasar por la válvula. Muestra esta información para varios caudales y tamaños de válvula. El gráfico en la Figura 2 muestra la relación entre el caudal y la caída de presión para varios tamaños de la válvula antirretorno en particular.

• Correlación tamaño-rendimiento: Los tamaños de válvula más grandes permiten caudales significativamente más altos con la misma caída de presión. Esto significa que seleccionar un tamaño de válvula más grande puede reducir las pérdidas de presión del sistema cuando se requieren altos caudales. Con una caída de presión de 1 psi, una válvula de 6" permite un flujo de ~700 GPM, mientras que una válvula de 12" permite ~4000 GPM.
• Relación no lineal: Las escalas logarítmicas revelan que la relación entre la caída de presión y el caudal no es lineal. A medida que aumenta la caída de presión, el caudal aumenta a una tasa decreciente, lo que sugiere rendimientos decrecientes en la capacidad de flujo a medida que aumenta la caída de presión. Para una válvula de 10", aumentar la caída de presión de 1 a 2 psi (aumento del 100%) eleva el flujo de ~2500 a ~4000 GPM (aumento del 60%), no un aumento proporcional del 100%.
• Rango operativo: Cada tamaño de válvula tiene un amplio rango operativo, capaz de manejar caudales desde muy bajos hasta muy altos, dependiendo de la caída de presión permitida. Esto implica flexibilidad en la aplicación de la válvula en diversas condiciones del sistema. Una válvula de 8" puede manejar flujos desde ~1000 GPM con una caída de 0.3 psi hasta ~6000 GPM con una caída de 10 psi.
• Sensibilidad a la caída de presión: Las válvulas más pequeñas muestran curvas más pronunciadas, lo que indica que son más sensibles a los cambios de presión. Un pequeño aumento en la caída de presión puede resultar en un aumento relativo mayor en el caudal para válvulas más pequeñas en comparación con las más grandes.
• Consideraciones de diseño del sistema: El gráfico implica que es crucial equilibrar cuidadosamente la selección del tamaño de la válvula contra las caídas de presión aceptables. Sobredimensionar una válvula puede reducir la caída de presión pero podría llevar a costos innecesarios, mientras que subdimensionar podría resultar en pérdidas de presión excesivas. Para lograr un flujo de 5,000 GPM, se puede usar una válvula de 10" con una caída de presión aproximada de 3 psi, o una válvula de 14" con una caída de presión aproximada de 1 psi.

Preguntas frecuentes

¿Cuáles son los síntomas de una válvula antirretorno defectuosa?

Los síntomas de una válvula antirretorno defectuosa incluyen golpe de ariete, flujo inverso, ruidos inusuales y fluctuaciones en la presión del sistema.

¿Se puede reducir la presión del agua cerrando la válvula?

Cerrar una válvula puede reducir el flujo pero no la presión, y puede causar acumulación de presión aguas arriba.

¿Dónde instalar una válvula antirretorno en una bomba de agua?

Instale una válvula antirretorno en el lado de descarga de una bomba de agua para prevenir el reflujo hacia la bomba.

¿Qué podría causar que una válvula antirretorno no deje pasar el agua?

Una válvula antirretorno puede no dejar pasar el agua debido a un bloqueo por escombros o un disco de válvula atascado, lo cual se puede resolver limpiando o reemplazando la válvula.

¿Cuáles son las aplicaciones de las válvulas antirretorno de baja presión y alta presión?

Las válvulas antirretorno de baja presión se utilizan principalmente en sistemas de tratamiento de agua y aguas residuales, y las válvulas antirretorno de alta presión, como las válvulas antirretorno de pistón, son ideales para industrias como la del petróleo y gas.