Resumen de válvulas de control - Válvulas de globo, de asiento inclinado, de diafragma y de disco

Las válvulas de control juegan un papel crucial en la regulación del flujo, la presión y la temperatura en varios procesos industriales. Entre los distintos tipos de válvulas, las de globo, de asiento inclinado, de diafragma y de disco destacan por sus funcionalidades específicas y aplicaciones. Este artículo proporciona una visión general completa de estos cuatro tipos clave de válvulas de control, destacando sus principios de diseño, mecanismos operativos y adecuación para diferentes condiciones de proceso.

Nota: Una válvula de control se utiliza para controlar el medio que pasa a través de ella. Hay numerosos tipos de válvulas que pueden controlar el flujo del medio, pero para el propósito de este artículo solo se discuten las válvulas de globo, de asiento inclinado, de diafragma y de disco, ya que generalmente se refieren dentro de la nomenclatura de "válvulas de control".

Tabla de contenidos

• Válvulas de globo
• Válvulas de asiento inclinado
• Válvulas de diafragma
• Válvulas de disco
• Comparación de válvulas de control

Válvulas de globo

Las válvulas de globo, caracterizadas por su forma de cuerpo esférico, están diseñadas para regular el flujo en una tubería. El mecanismo interno consiste en un elemento tipo disco móvil y un asiento anular estacionario en un cuerpo generalmente esférico. La característica principal de una válvula de globo es su control preciso del flujo. Tiene un vástago de válvula de movimiento lineal que se mueve perpendicular al asiento, que se opera mediante una rueda de mano o un actuador. Este diseño facilita la función de la válvula en iniciar, detener y regular el flujo.

Características principales

• Movimiento lineal: El vástago de una válvula de globo se mueve en una dirección lineal, proporcionando un control preciso sobre la tasa de flujo. Esto es particularmente ventajoso para aplicaciones que requieren un ajuste fino del flujo.
• Capacidad de cierre hermético: Las válvulas de globo son conocidas por sus capacidades superiores de cierre hermético, haciéndolas adecuadas para aplicaciones donde se debe minimizar la fuga.
• Características de regulación: El diseño de la válvula de globo permite excelentes capacidades de regulación. El patrón de flujo y la forma del disco son propicios para cambios graduales en el flujo, reduciendo el riesgo de golpe de ariete.
• Caída de presión: Debido al complejo camino que el fluido debe navegar a través de la válvula, las válvulas de globo inherentemente tienen una mayor caída de presión en comparación con otros tipos de válvulas, lo cual debe considerarse en el diseño del sistema.

Aplicaciones

Las válvulas de globo se utilizan extensamente en aplicaciones que requieren un accionamiento frecuente, una regulación fina y donde la caída de presión a través de la válvula no es un factor crítico. Su capacidad para controlar precisamente el flujo las hace ideales para su uso en:

• Sistemas de agua de enfriamiento donde se necesita regular el flujo.
• Sistemas de aceite combustible donde la integridad de la fuga es de alta importancia.
• Sistemas de agua de alimentación y vapor en plantas de energía donde es necesario un control preciso del flujo.

Ventajas

• Control de precisión: El diseño de las válvulas de globo permite un control preciso del flujo, haciéndolas adecuadas para aplicaciones donde esto es crítico.
• Durabilidad: Las válvulas de globo son robustas y duraderas, capaces de soportar condiciones de alta presión y temperatura.
• Versatilidad: Disponibles en varios materiales, las válvulas de globo pueden usarse para una amplia gama de tipos de fluidos, incluyendo sustancias corrosivas.

Limitaciones

• Mayor caída de presión: El diseño que facilita el control preciso también resulta en una mayor caída de presión a través de la válvula, lo cual puede ser un factor significativo en el diseño del sistema y la eficiencia.
• Multi vuelta: No adecuado para aplicaciones que requieren un cierre rápido debido a la operación de múltiples vueltas
• Costo: Las válvulas de globo pueden ser más caras que otros tipos de válvulas debido a su diseño complejo y los materiales requeridos para su construcción.

Lee nuestra guía de reparación de válvulas de globo para más detalles sobre los pasos involucrados en la instalación de válvulas de globo, reparaciones y la importancia del mantenimiento regular.

Válvulas de asiento inclinado

Válvulas de asiento inclinado se caracterizan por su distintivo cuerpo en forma de Y que permite que el fluido fluya a través de un ángulo, optimizando la tasa de flujo y minimizando la caída de presión a través de la válvula. Típicamente operan usando un actuador neumático que mueve un pistón o diafragma, que a su vez levanta el tapón de la válvula de su asiento. Este diseño es particularmente efectivo para aplicaciones que involucran fluidos viscosos o lodos, ya que el camino de flujo es menos restrictivo en comparación con otros tipos de válvulas.

Características principales

• Altas tasas de flujo: El diseño angular facilita un flujo más suave del fluido, permitiendo tasas de flujo más altas en comparación con otros tipos de válvulas de tamaño similar.
• Durabilidad: Construidas típicamente de acero inoxidable y otros materiales resistentes a la corrosión, las válvulas de asiento inclinado están diseñadas para resistir condiciones operativas severas, incluyendo altas temperaturas y ambientes corrosivos.
• Minimización de obstrucciones: El camino de flujo a través de una válvula de asiento inclinado reduce el riesgo de obstrucciones, haciéndola adecuada para aplicaciones que involucran fluidos con partículas.

Aplicaciones

Las válvulas de asiento inclinado son versátiles y pueden usarse en una amplia gama de aplicaciones. Su alta tasa de flujo y resistencia a obstrucciones las hacen particularmente adecuadas para:

• control de vapor en procesos de esterilización, donde su capacidad para manejar altas temperaturas es crucial
• controlar fluidos viscosos o lodos en las industrias química y de procesamiento de alimentos, donde el camino de flujo suave reduce el riesgo de obstrucciones

Ventajas

• Alta tasa de flujo: El diseño de las válvulas de asiento inclinado permite un control eficiente del flujo, incluso en sistemas con altas tasas de flujo y medios viscosos.
• Larga vida útil: Alta vida útil, convirtiéndolas en una alternativa de larga duración a las válvulas de bola
• Bajo mantenimiento: La simplicidad del diseño y la durabilidad de los materiales utilizados en la construcción contribuyen a requerimientos de mantenimiento más bajos.
• Versatilidad: Adecuadas para una amplia gama de temperaturas y fluidos, incluyendo vapor, agua, gases y productos químicos. Además, las válvulas de asiento inclinado exhiben resistencia a obstrucciones, haciéndolas una excelente elección para aplicaciones propensas a la acumulación de materia particulada.

Limitaciones

• Control de precisión limitado: Aunque las válvulas de asiento inclinado ofrecen un control eficiente del flujo, pueden no proporcionar el mismo nivel de precisión que las válvulas de globo en aplicaciones que requieren una regulación fina.
• Actuación: Al ser típicamente operadas neumáticamente, el requisito de un suministro de aire comprimido puede ser una limitación en entornos donde esto no está fácilmente disponible.

Válvulas de diafragma

Válvulas de diafragma consisten en un cuerpo de válvula con dos o más puertos, un diafragma y un "weir" o silla sobre la cual el diafragma presiona para cerrar la válvula. El diafragma es un elemento flexible, sensible a la presión, que transmite fuerza para abrir, cerrar o modular la válvula. Este diseño aísla el mecanismo de la válvula y el medio que fluye, haciéndolo ideal para manejar sustancias corrosivas, gases y fluidos de procesos biofarmacéuticos donde la pureza y la prevención de contaminación son críticas.

Características principales

• Aislamiento del fluido: El diafragma separa efectivamente el fluido del mecanismo operativo de la válvula, minimizando el riesgo de fugas y contaminación.
• Resistencia a la corrosión: Con la selección apropiada de materiales del diafragma (por ejemplo, EPDM, PTFE), las válvulas de diafragma pueden manejar una amplia gama de fluidos corrosivos.
• Aplicaciones sanitarias: El diseño de la válvula, sin hendiduras ni puntos muertos, la hace adecuada para aplicaciones sanitarias, ya que puede ser fácilmente limpiada o esterilizada en su lugar (CIP/SIP).

Aplicaciones

Las válvulas de diafragma se utilizan extensamente en industrias donde la higiene y la pureza son primordiales, así como en aplicaciones que involucran fluidos corrosivos o cargados de partículas:

• Procesamiento químico: Para controlar el flujo de gases y líquidos corrosivos, donde la compatibilidad de materiales y la prevención de fugas son cruciales.
• Farmacéuticas y bioprocesamiento: En sistemas que requieren condiciones estériles, como la fermentación y preparación de medios, donde la limpieza de la válvula y el riesgo mínimo de contaminación son esenciales.
• Tratamiento de agua: Para manejar cloro y otros desinfectantes en plantas de tratamiento de agua, donde la resistencia a la corrosión y la fiabilidad son necesarias.

Ventajas

• Diseño a prueba de fugas: El sello ajustado formado por el diafragma asegura un alto nivel de protección contra fugas, mejorando la seguridad y la integridad del proceso.
• Resistencia a la corrosión: Las válvulas de diafragma pueden ser construidas o revestidas con materiales resistentes a la corrosión, haciéndolas ideales para manejar químicos agresivos.
• Mínima contaminación: El diseño de las vál válvulas de diafragma asegura que el fluido de proceso esté completamente aislado del mecanismo de la válvula, reduciendo el riesgo de contaminación.
• Bajo mantenimiento: La ausencia de empaquetaduras o cajas de empaquetadura reduce las necesidades de mantenimiento y el riesgo de fugas.

Limitaciones

• Límites de temperatura y presión: Las válvulas de diafragma generalmente no son adecuadas para aplicaciones de alta temperatura y alta presión debido a las limitaciones del material del diafragma.
• Capacidad de regulación: Aunque capaces de regular, pueden no ofrecer el mismo nivel de control preciso que las válvulas de globo, especialmente bajo condiciones de presión variables.

Válvulas de disco

La operación de las válvulas de disco implica un disco circular montado en un eje central o bisagra. Este disco puede girar para abrir o cerrar el camino de flujo. Este diseño permite un control de flujo rápido y eficiente con una mínima caída de presión a través de la válvula.

Características principales

• Compactas y ligeras: El diseño aerodinámico de las válvulas de disco las hace significativamente más pequeñas y ligeras que otros tipos de válvulas, como las de globo o compuerta, facilitando la instalación y el mantenimiento en aplicaciones con limitaciones de espacio.
• Operación rápida: La operación de cuarto de vuelta de las válvulas de disco permite una apertura y cierre rápidos, lo cual es beneficioso en aplicaciones que requieren un cese rápido del flujo o donde las condiciones de flujo cambian frecuentemente.
• Versatilidad: Disponibles en una amplia gama de materiales para el disco y los sellos, las válvulas de disco pueden usarse con una variedad de fluidos, incluyendo agua, productos químicos y gases.

Aplicaciones

Las válvulas de disco son versátiles y pueden usarse en un amplio espectro de aplicaciones, aunque son particularmente favorecidas en los siguientes escenarios:

• Tratamiento de agua y aguas residuales: Para controlar el flujo en sistemas de distribución de agua, incluyendo estaciones de bombeo y unidades de filtración, donde su rápida operación y durabilidad son ventajosas.
• Sistemas HVAC: En sistemas HVAC, donde su tamaño compacto y facilidad de operación facilitan el control eficiente del flujo de aire y agua.
• Aplicaciones industriales ligeras: Para manejar gases y líquidos en procesos de fabricación, especialmente donde el espacio es limitado y se requiere una operación rápida de la válvula.

Ventajas

• Costo-efectividad: Las válvulas de disco generalmente son menos costosas que otros tipos de válvulas, haciéndolas una opción rentable para muchas aplicaciones.
• Baja caída de presión: El camino de flujo directo cuando la válvula está abierta resulta en una mínima caída de presión, mejorando la eficiencia del sistema.
• Facilidad de mantenimiento: El diseño simple y el mínimo número de partes móviles reducen los requisitos de mantenimiento y el tiempo de inactividad.

Limitaciones

• Sellado: Aunque las válvulas de disco pueden proporcionar un sello ajustado, lograr un sello sin fugas es más desafiante en comparación con algunos otros tipos de válvulas, particularmente en aplicaciones de alta presión.
• Desgaste: Los componentes, especialmente los sellos, pueden desgastarse más rápidamente en aplicaciones de alto ciclo, impactando la longevidad y el rendimiento de la válvula.

Comparación de válvulas de control

Tabla 1: Comparación de tipos de válvulas de control

Característica	Válvulas de globo	Válvulas de asiento inclinado	Válvulas de diafragma	Válvulas de disco
Diseño	Cuerpo esférico con un disco móvil y asiento estacionario	Cuerpo en forma de Y con un actuador neumático y asiento inclinado	Cuerpo de válvula con un diafragma flexible que separa el flujo del mecanismo	Diseño compacto con un elemento de cierre en forma de disco montado en una varilla
Operación	Movimiento lineal del vástago de la válvula para un control preciso	Actuación neumática para un control eficiente del flujo	Diafragma flexible operado manualmente o por actuación para el control del flujo	Operación de cuarto de vuelta para una apertura y cierre rápidos
Características principales	Control preciso del flujo, capacidad de cierre hermético	Altas tasas de flujo, mínima obstrucción	Aislamiento del fluido, resistencia a la corrosión, adecuado para aplicaciones sanitarias	Compactas y ligeras, operación rápida, versátiles
Ventajas	Excelente regulación y control, duraderas	Control eficiente del flujo con bajo mantenimiento, bueno para fluidos viscosos	Diseño a prueba de fugas, bajo mantenimiento, bueno para aplicaciones corrosivas y sanitarias	Costo-efectivas, baja caída de presión, fácil mantenimiento
Limitaciones	Mayor caída de presión, más costosas	Control de precisión limitado, requiere aire comprimido	Limitadas a aplicaciones de baja presión y temperatura, control menos preciso	Desafíos para lograr un sello sin fugas, potencial de desgaste en aplicaciones de alto ciclo
Aplicaciones típicas	Aplicaciones que requieren accionamiento frecuente y regulación fina, como sistemas de agua de enfriamiento y sistemas de aceite combustible	Aplicaciones de alta tasa de flujo y control de vapor, como en procesamiento químico y de alimentos	Procesamiento químico, farmacéuticas, tratamiento de agua, donde la pureza y resistencia a la corrosión son cruciales	Tratamiento de agua y aguas residuales, sistemas HVAC, aplicaciones industriales ligeras para gases y líquidos
Compatibilidad de materiales	Disponibles en varios materiales para diferentes tipos de fluidos	Generalmente acero inoxidable para resistencia a la corrosión	Variety of body and diaphragm materials for specific process requirements	Amplia gama de materiales para disco y sellos para adaptarse a varios fluidos
Caída de presión	Mayor debido al diseño	Menor en comparación con las válvulas de globo	Baja, adecuada para aplicaciones sensibles a la caída de presión	Mínima cuando está completamente abierta