Materiales de Válvulas de Globo

Seleccionar el material correcto para las válvulas de globo juega un papel crucial en su rendimiento y adecuación para aplicaciones específicas. Al entender las propiedades y beneficios de diferentes materiales, se pueden seleccionar válvulas de globo que no solo cumplan con los requisitos operativos de sus sistemas sino que también ofrezcan longevidad y fiabilidad. Las válvulas de globo ofrecen una gama de combinaciones de materiales diseñadas para satisfacer requisitos específicos, como la rentabilidad, resistencia a la corrosión o rendimiento sostenido bajo condiciones de alta presión.

Tabla de contenidos

• Materiales del cuerpo de la válvula de globo
• Materiales del vástago, asiento y disco
• Desgaste y erosión
• Sellado y fugas
• Especificaciones y estándares de materiales para válvulas de globo
• Consideraciones de diseño

Materiales del cuerpo de la válvula de globo

El cuerpo de la válvula, la estructura primaria de la válvula de globo, está sujeto a las presiones internas del sistema y debe ser lo suficientemente robusto para resistir el entorno operativo. Los materiales para el cuerpo de la válvula se seleccionan en base a factores como la resistencia, la resistencia a la corrosión y el costo:

• Acero al carbono: Una opción popular para aplicaciones industriales debido a su robustez y rentabilidad. El acero al carbono ofrece un buen equilibrio entre durabilidad y precio, lo que lo hace adecuado para una amplia gama de aplicaciones de válvulas de globo donde la resistencia extrema a la corrosión no es una preocupación primaria. El material es adecuado para temperaturas y presiones moderadas a altas, típicamente hasta 800°F (427°C) y 1980 psi (136 bar), dependiendo de la calidad específica.
• Hierro fundido: Utilizado en aplicaciones menos exigentes, el hierro fundido proporciona una resistencia adecuada para condiciones de presión y temperatura más bajas. Su menor costo lo hace una opción atractiva para sistemas donde el costo es un factor significativo. El hierro fundido generalmente es adecuado para temperaturas de hasta 450°F (232°C) y presiones de hasta 250 psi (17.2 bar).
• Acero inoxidable: Elegido para entornos donde la resistencia a la corrosión es primordial. El acero inoxidable es ideal para aplicaciones que involucran medios agresivos o en industrias como la de procesamiento de alimentos y farmacéutica, donde la limpieza y la no reactividad son cruciales. El acero inoxidable puede manejar temperaturas de hasta 1000°F (538°C) y presiones de hasta 3000 psi (207 bar), dependiendo de la aleación.
• PVC: Las válvulas de globo de PVC ofrecen una excelente resistencia a la corrosión, son ligeras y rentables para manejar materiales corrosivos. Sin embargo, no son adecuadas para aplicaciones de alta temperatura o alta presión. Además, tienen una resistencia mecánica y estabilidad térmica más bajas en comparación con los metales. El PVC es adecuado para temperaturas de hasta 140°F (60°C) y presiones de hasta 232 psi (16 bar).
• Acero forjado: Las válvulas de globo de acero forjado son ideales para aplicaciones de alta presión y alta temperatura debido a su resistencia y durabilidad superiores. El proceso de forjado resulta en una estructura de material más densa y uniforme, ofreciendo propiedades mecánicas mejoradas y resistencia al impacto y la fatiga térmica. El acero forjado es capaz de soportar temperaturas de hasta 1050°F (566°C) y presiones que superan los 6000 psi (414 bar), dependiendo de la calidad.

Lea nuestra guía de resistencia química para obtener más información sobre la compatibilidad de los materiales con varios medios.

Materiales del vástago, asiento y disco

El vástago y el disco son partes móviles críticas de una válvula de globo, responsables del control real del flujo de fluido. La selección de materiales para estos componentes es esencial para asegurar la integridad funcional y la longevidad de la válvula.

• Materiales del vástago: Típicamente hechos de acero inoxidable, el vástago debe resistir la corrosión y el desgaste, especialmente ya que está en constante movimiento contra el material de empaquetadura para prevenir fugas. La resistencia del acero inoxidable al agarrotamiento y la incautación bajo estas condiciones lo convierte en una elección ideal.
• Materiales del asiento: El asiento y el disco entran en contacto directo con el fluido y deben estar hechos de materiales que puedan resistir las propiedades del fluido, incluyendo la corrosividad y la abrasividad.
  • PTFE (Teflón): Excelente resistencia química, baja fricción, bueno para fluidos no abrasivos.
  • RTFE (PTFE Reforzado): Mejora la resistencia al desgaste en comparación con el PTFE virgen para fluidos ligeramente abrasivos.
  • Metal: Diversas calidades de acero inoxidable o bronce ofrecen buena resistencia al desgaste y capacidades a altas temperaturas para aplicaciones de válvulas de globo más severas.
• Materiales del disco: Las válvulas de globo ofrecen varios diseños de disco:
  • Disco tipo tapón: Ofrece la máxima resistencia a la erosión con su diseño largo y cónico, lo que lo hace adecuado para aplicaciones donde la erosión es una preocupación. El acero inoxidable se utiliza ampliamente para discos tipo tapón, ofreciendo una excelente resistencia a la erosión debido a su durabilidad y resistencia a la corrosión.
  • Disco de composición: Cuenta con un asiento plano para una estrangulación moderada pero no se recomienda para aplicaciones de alta presión debido a su superficie no aerodinámica. El latón o bronce proporciona un buen equilibrio entre costo y rendimiento para discos de composición.
  • Disco tipo bola (convencional): Proporciona un área de contacto delgada que permite un buen asiento y una estrangulación moderada. La cerámica se utiliza a menudo para hacer discos tipo bola.

Normalmente, en las válvulas de globo de hierro fundido, el disco y el anillo de asiento a menudo están hechos de bronce, mientras que en aplicaciones más exigentes que involucran cuerpos de válvula de acero al carbono o acero inoxidable, el material de recorte suele ser acero inoxidable. Lea nuestra guía de resistencia química para obtener más detalles sobre la compatibilidad de varios materiales con diferentes medios.

Desgaste y erosión

• Materiales de revestimiento duro: En aplicaciones donde las válvulas de globo están expuestas a alta velocidad o medios abrasivos, se aplican materiales de revestimiento duro como Stellite a las superficies del disco y el asiento. Esto mejora significativamente la resistencia al desgaste, extendiendo la vida útil de la válvula en condiciones exigentes.
• Resistencia a la erosión: La resistencia a la erosión es crítica para las válvulas de globo en servicio de vapor, donde la velocidad del vapor puede causar una degradación rápida del material. Seleccionar materiales con alta resistencia a la erosión como acero inoxidable endurecido, stellite y aleaciones de níquel asegura la durabilidad y eficiencia operativa de la válvula.

Sellado y fugas

• Materiales de asiento suave: Para aplicaciones que requieren un cierre hermético, las válvulas de globo utilizan materiales de asiento suave como el PTFE. Estos materiales ofrecen capacidades de sellado superiores a bajas temperaturas, lo que los hace ideales para aplicaciones de control de flujo precisas donde se debe minimizar la fuga.
• Estándares de emisión: La selección de materiales en las válvulas de globo también aborda preocupaciones ambientales, particularmente en minimizar las emisiones fugitivas. Cumplir con estándares como ISO 15848 o API 622 es esencial, con ciertos materiales que ofrecen tasas de fuga reducidas y un mejor rendimiento ambiental.

Especificaciones y estándares de materiales para válvulas de globo

• Estándares ASTM y ASME: Los materiales utilizados en la construcción de válvulas de globo están sujetos a estándares rigurosos para asegurar que cumplen con las propiedades mecánicas y químicas requeridas para una operación segura y eficiente. ASTM International proporciona especificaciones para la composición y propiedades de los materiales, mientras que los estándares de ASME, particularmente ASME B16.34, detallan la aplicación de estos materiales en el diseño de válvulas, incluyendo clasificaciones de presión y temperatura. La adherencia a estos estándares garantiza que las válvulas de globo puedan soportar las demandas de sus aplicaciones previstas.
• Cumplimiento con NACE MR0175/ISO 15156: Para válvulas de globo utilizadas en aplicaciones de petróleo y gas, especialmente donde están presentes condiciones de servicio agresivo, los materiales deben cumplir con NACE MR0175/ISO 15156. Este estándar aborda la selección de materiales resistentes a la fisuración por tensión de sulfuro en ambientes corrosivos, asegurando la longevidad y fiabilidad de las válvulas en condiciones duras.
• Válvulas de globo libres de plomo: Esencial para adherirse a los estándares de seguridad sanitaria y ambiental en sistemas de agua potable, las válvulas de globo libres de plomo están hechas de materiales que cumplen con regulaciones estrictas de contenido de plomo. El Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI) y la Fundación Nacional de Saneamiento (NSF), particularmente a través de los estándares NSF/ANSI 61 y NSF/ANSI 372, establecen los criterios para componentes de sistemas de agua libres de plomo.

Consideraciones de diseño

Las válvulas de globo pueden presentar un diseño de asiento único con un disco que se mueve dentro y fuera del camino del flujo o un diseño de doble asiento que reduce la carga hidráulica en cada disco, beneficioso para válvulas más grandes o aquellas bajo alta presión. Además, la elección entre un diseño convencional, donde el medio de proceso contacta directamente con el disco, y un diseño guiado por jaula, que aísla el disco de la presión y la deflexión, depende de los requisitos específicos de la aplicación. Sin embargo, los diseños guiados por jaula no son adecuados para medios viscosos debido al riesgo de obstrucción. Los diseños guiados por jaula exigen materiales que puedan soportar dinámicas de flujo rápidas y turbulencias sin degradarse, como el acero inoxidable o Hastelloy.