Válvula de bola - Cómo funcionan

Válvula de bola - Cómo funcionan

Vista seccional de la válvula de bola

Figura 1: Vista seccional de la válvula de bola

Una válvula de bola es una válvula de cierre que controla el flujo de un líquido o un gas mediante una bola giratoria con un orificio. Al girar la bola un cuarto de vuelta (90 grados) alrededor de su eje, el medio puede pasar o se bloquea. Se caracterizan por una larga vida útil y proporcionan una estanqueidad fiable a lo largo de su vida útil, incluso cuando la válvula no se utiliza durante mucho tiempo. Por ello, son más populares como válvula de cierre que, por ejemplo, la válvula de compuerta. Para una comparación completa, lea nuestro artículo sobre la válvula de compuerta frente a la de bola. Además, son más resistentes a los medios contaminados que la mayoría de los otros tipos de válvulas. En versiones especiales, las válvulas de bola también se utilizan como válvula de control. Esta aplicación es menos común debido a la precisión relativamente limitada del control del caudal en comparación con otros tipos de válvulas de control. Sin embargo, la válvula también ofrece algunas ventajas en este caso. Por ejemplo, sigue garantizando un sellado fiable, incluso en el caso de medios sucios. La figura 1 muestra una vista en sección de una válvula de bola.

Índice de contenidos

Tipos de válvulas de bola más comunes

Estándar (roscado)

Las válvulas de bola estándar se componen de la carcasa, los asientos, la bola y la palanca para el giro de la bola. Incluyen válvulas con dos, tres y cuatro puertos que pueden ser de rosca hembra o macho o una combinación de ellas. Lasválvulas roscadas son las más comunes y se presentan en muchas variedades: con homologaciones para medios o aplicaciones específicas, miniválvulas de bola, válvulas de bola en ángulo, válvulas de bola ISO-top, con un filtro integrado o un punto de purga y la lista continúa. Tienen una amplia gama de opciones y un gran rango de funcionamiento para la presión y la temperatura.

Para obtener más información sobre una conexión roscada, lea nuestro artículo sobre los tipos de conexión de las válvulas de bola.

Hidráulico

Lasválvulas de bola hidráulicas están especialmente diseñadas para sistemas hidráulicos y de calefacción debido a su alta presión de funcionamiento y a su resistencia al aceite hidráulico y de calefacción. Estas válvulas son de acero o de acero inoxidable. Además de estos materiales, los asientos también hacen que las válvulas hidráulicas sean adecuadas para una alta presión de funcionamiento. Los asientos de estas válvulas están hechos de polioximetileno (POM), que es adecuado para aplicaciones de alta presión y baja temperatura. La presión máxima de funcionamiento de las válvulas de bola hidráulicas supera los 500 bares, mientras que la temperatura máxima llega a los 80°C.

Con bridas

Lasválvulas de bola con bridas se caracterizan por su tipo de conexión. Los puertos se conectan a un sistema de tuberías mediante bridas que suelen estar diseñadas de acuerdo con una norma determinada. Estas válvulas proporcionan un gran caudal ya que suelen tener un diseño de paso total. A la hora de elegir una válvula de bola con brida, además de la presión nominal, hay que comprobar la clase de compresión de la brida, que indica la presión más alta que puede soportar este tipo de conexión. Estas válvulas de bola están diseñadas con dos, tres o cuatro puertos, pueden estar homologadas para medios específicos, tienen un tope ISO y todo lo que puede tener una válvula de cuarto de vuelta estándar. Suelen ser de acero inoxidable, acero o hierro fundido.

Para obtener más información sobre una conexión con bridas, lea nuestro artículo sobre tipos de conexión de válvulas de bola.

Ventilado

Lasválvulas de bola ventiladas tienen un aspecto casi idéntico al de las válvulas de bola estándar de 2 vías en lo que respecta a su diseño. La principal diferencia es que el puerto de salida ventila al ambiente en posición cerrada. Esto se consigue mediante un pequeño orificio que se perfora en la bola y en el cuerpo de la válvula. Cuando la válvula se cierra, los agujeros se alinean con el puerto de salida y liberan la presión. Esto es especialmente útil en los sistemas de aire comprimido donde la despresurización proporciona un entorno de trabajo más seguro. Intuitivamente, estas válvulas parecen válvulas de bola de 2 vías, aunque en realidad son de 3/2 vías debido al pequeño orificio de ventilación.

Principio de funcionamiento de las válvulas de bola

esquema de la válvula de bola

Figura 2: Diagrama de la válvula de bola

Para entender el principio de funcionamiento de una válvula de bola, es importante conocer las 5 partes principales de la válvula de bola y los 2 tipos de funcionamiento diferentes. Los 5 componentes principales pueden verse en el diagrama de la válvula de bola de la figura 2. El vástago de la válvula (1) está conectado a la bola (4) y es de accionamiento manual o automático (eléctrico o neumático). La bola está apoyada y sellada por el asiento de la válvula de bola (5) y sus son juntas tóricas (2) alrededor del vástago de la válvula. Todos están dentro de la carcasa de la válvula (3). La bola tiene un orificio que la atraviesa, como se ve en la vista en sección de la figura 1. Cuando el vástago de la válvula se gira un cuarto de vuelta, el orificio está abierto al flujo permitiendo que el medio fluya a través de él o cerrado para evitar el flujo del medio. La función del circuito de las válvulas, el montaje de la carcasa, el diseño de la bola y los tipos de operación afectan al funcionamiento de las válvulas de bola.

Función del circuito

La válvula puede tener dos, tres o incluso cuatro puertos(2 vías, 3 vías o 4 vías). La gran mayoría de las válvulas de bola son de 2 vías y se accionan manualmente con una palanca. La palanca está en línea con la tubería cuando se abre la válvula. En posición cerrada, la empuñadura está perpendicular al tubo. El sentido del flujo de la válvula de bola es simplemente de la entrada a la salida para una válvula de 2 vías. Las válvulas de bola de accionamiento manual pueden cerrarse rápidamente y, por lo tanto, existe el riesgo de que se produzcan golpes de ariete con medios que fluyen rápidamente. Algunas válvulas de bola están equipadas con una transmisión. Las válvulas de 3 vías tienen un orificio en forma de L o de T, que afectan al funcionamiento del circuito (dirección del flujo). Esto puede verse en la figura 3. Como resultado, se pueden lograr varias funciones del circuito, como la distribución o la mezcla de flujos.

Ejemplo de una válvula de bola de 3 víasfunciones del circuito para un orificio en T y un orificio en L

Figura 3: Ejemplo de una válvula de bola de 3 vías y de las funciones del circuito para un orificio en T y en L.

Montaje de la carcasa

El montaje de la carcasa de la válvula puede dividirse en tres diseños comúnmente utilizados: carcasas de una pieza, de dos piezas y de tres piezas. La diferencia estriba en cómo se monta la válvula y esto afecta a las posibilidades de mantenimiento o reparación. El funcionamiento de las válvulas es el mismo en cada caso.

  • De una sola pieza: Esta es la variante más barata. Las dos partes que encierran la bola están prensadas o soldadas. Las válvulas no pueden abrirse para su limpieza o mantenimiento. Este tipo se utiliza generalmente para aplicaciones poco exigentes.
  • De dos piezas: Las válvulas de dos piezas pueden desmontarse para su limpieza, mantenimiento e inspección. A menudo, las piezas se conectan a través de una conexión roscada. Para separar las dos partes de la válvula hay que desmontarla completamente de la tubería.
  • De tres piezas: Las válvulas más caras suelen tener tres piezas. Las piezas suelen estar sujetas entre sí mediante uniones atornilladas. La ventaja de esta realización es que la válvula puede ser reparada sin necesidad de retirar toda la válvula de la tubería.

Diseño de la bola

El diseño más común es el de "bola flotante". La bola está suspendida en el medio y se mantiene en su lugar por dos anillos de sellado. Algunas válvulas de alta calidad tienen un diseño de bola de muñón. La bola se apoya en la parte superior e inferior para reducir la carga en los asientos de la válvula.

  • Flotante: La mayoría de las válvulas de bola tienen una bola flotante. La bola se apoya en los asientos de la válvula.
  • Trunnion: Las válvulas con grandes diámetros y altas presiones de funcionamiento (por ejemplo DN >100mm y 30 bar) suelen tener un diseño de muñón. La bola se apoya en la parte inferior y superior para reducir la carga en los anillos del asiento. El par de funcionamiento suele ser menor en las válvulas de muñón.

El orificio que atraviesa la bola puede tener diferentes perfiles, como un orificio completo, un orificio reducido o una forma de V.

  • Agujero reducido: La mayoría de las válvulas de bola tienen un orificio reducido. Como resultado, la válvula introduce pérdidas por fricción en el sistema. Estas pérdidas siguen siendo relativamente pequeñas en comparación con otros tipos de válvulas. Las válvulas de bola de una pieza son casi siempre de paso reducido.
  • Orificio completo: Las válvulas de paso total tienen el mismo diámetro interior que la tubería. La ventaja es que no hay pérdidas por fricción adicionales y que el sistema es mecánicamente más fácil de limpiar (pigging). El inconveniente es que la bola y la carcasa son más grandes que una válvula de cuarto de vuelta de diámetro reducido estándar. El coste es, por tanto, ligeramente superior, y para muchas aplicaciones no es necesario. También se denominan válvulas de bola de puerto completo.
  • En forma de V: El orificio de la bola o del asiento de la válvula tiene un perfil en forma de "V". Como resultado, el caudal deseado puede controlarse con mayor precisión mediante la rotación de la bola. Optimizando el perfil, se puede llegar a una característica de flujo lineal.

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

Mango de la válvula de bola

La manija está conectada al vástago de la válvula (Figura 2 número 1) y es capaz de girar la válvula desde la posición abierta o cerrada (90 grados). Si se instala correctamente, la válvula estará abierta cuando la manija esté paralela a la tubería y cerrada cuando la manija esté perpendicular a la tubería. Tomar nota de la dirección de la manilla es importante para saber visualmente si la válvula está abierta o cerrada. Existen otros tipos de manillas para válvulas de bola, como las manillas con cerradura o los volantes para válvulas de bola. Funcionan como su nombre indica. Si tiene una válvula de bola más grande o necesita un par de torsión adicional para abrir o cerrar la válvula, puede ser necesaria una extensión de la manija de la válvula de bola. Si su manilla se rompe, está mal colocada o está convirtiendo una válvula de bola automática en una manual, puede comprar recambios de manillas para válvulas de bola.

Válvulas de bola automáticas

Válvulas de bola neumáticasVálvulas de bola eléctricas

Figura 4: Válvula de bola neumática (izquierda) y eléctrica (derecha)

En lugar de una operación manual de la manija para encender o apagar la válvula, algunas válvulas pueden estar equipadas con un actuador eléctrico o neumático como se ve en la Figura 4. Se conectan directamente al vástago de la válvula (Figura 2 número 1) y son capaces de girarlo un cuarto de vuelta. La conexión de brida más común entre la válvula y el actuador es la norma ISO 5211. La figura 5 muestra un ejemplo de una tapa ISO 5211 lista para ser conectada a un actuador. Al utilizar un actuador, puede controlar su válvula de bola a distancia o a través de un controlador para que pueda utilizarse como cierre automático. Una válvula de bola accionada por resorte, también llamada cargada por resorte, utiliza un resorte para abrir/cerrar la válvula en un escenario de apagado y un actuador para mantenerla en la posición de apertura/cierre. Se utilizan para aplicaciones de conservación de energía o por razones de seguridad.

Válvula de bola ISO-top

Figura 5: Válvula de bola ISO-top

Hay varias formas de controlar el actuador:

  • Un control de 2 puntos (también llamado circuito de apertura y cierre o de encendido y apagado) utiliza un cable de control además de los cables de alimentación. Una vez que el cable de control recibe energía, la válvula se abre eléctricamente. Si el cable de control no recibe energía, la válvula se cierra (eléctricamente o por medio de un resorte).
  • Un control de 3 puntos utiliza dos cables de control: uno para girar la bola en sentido contrario a las agujas del reloj, y otro para girar la bola en sentido de las agujas del reloj. En función de la aplicación, se puede elegir el control más adecuado.

Algunos actuadores eléctricos también pueden proporcionar un control de modulación, que posicionará la válvula de bola entre 0-100% abierta/cerrada. Para más información sobre el funcionamiento automático, lea nuestro artículo sobre la instalación de válvulas de bola de accionamiento eléctrico.

Materiales de la carcasa de la válvula de bola

Los materiales más comunes de las carcasas son el latón, el acero inoxidable y el PVC (cloruro de polivinilo). La bola suele ser de acero cromado, latón cromado, acero inoxidable o PVC. Los asientos suelen ser de teflón, pero también pueden ser de otros materiales sintéticos o metales. Puede encontrar más información sobre este tema en la página: resistencia química de los materiales.

Válvula de bola de latón

El latón tiene la mayor cuota de mercado (figura 6). El latón es una aleación de cobre y zinc y tiene buenas propiedades mecánicas. Las válvulas de latón se utilizan para el agua (potable), el gas, el aceite, el aire y muchos otros medios. Las soluciones de cloruro (por ejemplo, el agua de mar) o el agua desmineralizada pueden causar deszincificación. La deszincificación es una forma de corrosión en la que se elimina el zinc de la aleación. Esto crea una estructura porosa con una resistencia mecánica muy reducida. Una carcasa de latón es ideal para una válvula de bola de aire. Vea nuestras válvulas de bola de latón de 2 vías o de 3 vías manuales.

Válvula de bola de latón

Figura 6: Válvula de bola de latón

Válvula de Bola de Acero Inoxidable

El acero inoxidable se utiliza para medios corrosivos y entornos agresivos (figura 7). Por ello, suelen utilizarse en agua de mar, piscinas, instalaciones de ósmosis, con altas temperaturas y muchos productos químicos. La mayoría de los aceros inoxidables son austeníticos. Los tipos 304 y 316 son los más comunes, el 316 tiene la mejor resistencia a la corrosión. el 304 se denomina a veces 18/8 por el 18% de cromo y el 8% de níquel. el 316 tiene un 18% de cromo y un 10% de níquel (18/10). Las válvulas de acero inoxidable suelen requerir un par de maniobra mayor que, por ejemplo, las de latón o PVC. Esto debe tenerse en cuenta cuando una válvula de acero inoxidable se acciona mediante un actuador eléctrico o neumático. Vea nuestras válvulas de bola manuales de acero inoxidable de 2 vías o las válvulas de bola de acero inoxidable de 3 vías.

Válvula de bola de acero inoxidable

Figura 7: Válvula de bola de acero inoxidable

Válvula de bola de PVC

ElPVC suele tener un precio más bajo (excepto en el caso de las válvulas ISO-top) y se utiliza ampliamente en el riego, el suministro de agua y el drenaje o los medios corrosivos (Figura 8). PVC significa cloruro de polivinilo. El PVC es resistente a la mayoría de las soluciones salinas, ácidos, bases y disolventes orgánicos. El PVC no es adecuado para temperaturas superiores a 60 °C, y tampoco es resistente a los hidrocarburos aromáticos y clorados. El PVC no es tan resistente como el latón o el acero inoxidable, por lo que las válvulas de bola de PVC tienen una presión nominal inferior. Puede leer un artículo más detallado sobre las válvulas de bola de PVC aquí.

Válvula de bola de PVC

Figura 8: Válvula de bola de PVC

Válvula de bola de latón vs acero inoxidable vs PVC

Material Ventajas Disadvantages
Latón Duradero, adecuado para la mayoría de las aplicaciones Sensible a la deszincificación
Acero inoxidable Muy resistente a la abrasión, inerte, resistente a la corrosión Precio más elevado, a menudo se necesita más par de torsión para hacer girar la bola
PVC Rentable, no es propenso a la corrosión Vida útil más corta, rangos de presión y temperatura limitados

Para comparar los usos de una válvula de bola y una válvula de mariposa, lea nuestro artículo de comparación de válvulas de mariposa y de bola.

Sellos y juntas tóricas

La mayoría de los asientos de válvulas están hechos de PTFE (teflón). PTFE son las siglas de PolyTetraFluorEthylene. Este material tiene una muy buena resistencia química y un alto punto de fusión (~327°C). Además, el coeficiente de fricción es extremadamente bajo. Una pequeña desventaja del PTFE es que el material presenta fluencia, lo que puede provocar un deterioro de la estanqueidad con el paso del tiempo. Además, el PTFE tiene un coeficiente de dilatación térmica bastante elevado. Una solución para este problema es utilizar un muelle para aplicar una presión constante sobre la junta de teflón, como por ejemplo un muelle de copa. Otros materiales de sellado populares son el PTFE forzado y la poliamida (nylon). Cuanto más duro sea el material del asiento de la válvula, más difícil será mantener un sellado adecuado. Para algunas aplicaciones en las que no es posible utilizar materiales blandos, por ejemplo con temperaturas muy elevadas, se utilizan asientos de válvula metálicos o cerámicos.

Homologaciones:

Para determinadas aplicaciones, se desea o se exige una autorización. Elagua potable y el gas son los más comunes. La elección de una válvula de bola certificada garantiza que el producto cumple importantes requisitos de seguridad.

Agua potable

Estas válvulas de bola son aptas para aplicaciones de agua potable y cuentan con la aprobación WRAS, KIWA o DVGW. Si se utilizan con un depósito de agua, suelen funcionar en conexión con un interruptor de flotador para controlar el nivel de agua.

Homologaciones comunes de válvulas de bola para agua potable DVGW, KIWA, WRAS

Figura 9: Homologaciones comunes de válvulas de bola para agua potable (DVGW, KIWA, WRAS)

Gas

Estas válvulas de bola están homologadas para aparatos de gas.

Homologaciones comunes de válvulas de bola para gas DVGW, GASTEC, EN-331

Figura 10: Homologaciones comunes de válvulas de bola para gas (DVGW, GASTEC, EN-331)

PREGUNTAS FRECUENTES

¿Cuándo se abre una válvula de bola?

Una válvula de bola está abierta cuando la manilla está en línea con la tubería y cerrada cuando la válvula está perpendicular a la tubería. Sólo hay que girarlas 90 grados.

¿Qué es una válvula de bola?

Una válvula de bola es una válvula de cerrar que controla el flujo de un líquido o un gas mediante una bola giratoria con un orificio. Pueden accionarse mediante una manivela o automatizarse con un actuador eléctrico o neumático.

¿Cómo se instala una válvula de bola?

Atornille la entrada y la salida de la válvula de bola en su conjunto roscado. Asegúrese de que la manija está instalada correctamente (el paralelo está abierto) antes de la instalación.

¿Pueden fallar las válvulas de bola?

Sí, una válvula de bola puede fallar. Los tipos de fallos más comunes son una junta dañada (la válvula no sella al 100%) o la entrada de residuos en la válvula (la válvula no se mueve).

¿Para qué sirve una válvula de bola?

Una válvula de bola puede utilizarse como válvula de cierre y como válvula de control tanto para líquidos como para gases. En el caso de una válvula de control, el orificio suele tener forma de V.