Tipos comunes de válvulas de bola

Descripción general de la válvula de bola

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 gas mediante una bola giratoria con un orificio. Al girar la bola un cuarto de vuelta (90 grados) alrededor de su eje, la válvula se abre o se cierra y el medio puede fluir o se bloquea, respectivamente. Las válvulas de bola se caracterizan por una larga vida útil y proporcionan un sellado confiable durante su vida útil, incluso cuando la válvula no se usa durante mucho tiempo. Son más resistentes a los medios contaminados que la mayoría de los otros tipos de válvulas.

Ciertas versiones de válvulas de bola también se utilizan como válvulas de control. Esta aplicación es menos común debido a la precisión relativamente limitada de controlar el caudal en comparación con otros tipos de válvulas de control. Sin embargo, las válvulas de bola ofrecen algunas ventajas aquí. Por ejemplo, aseguran un sellado confiable, incluso si el medio está sucio. La Figura 1 muestra una vista seccional de una válvula de bola.

Tabla de contenidos

¡Vea nuestra selección en línea de válvulas de bola!

Principio de funcionamiento y componentes de la válvula de bola

Diagrama de la válvula de bola: vástago (A), juntas tóricas (B), carcasa (C), bola (D) y asiento (E).

Figura 2: Diagrama de la válvula de bola: vástago (A), juntas tóricas (B), carcasa (C), bola (D) y asiento (E).

Es importante conocer las cinco partes principales de la válvula de bola para entender el principio de funcionamiento de una válvula de bola. El diagrama de la válvula de bola en la Figura 2 muestra estos cinco componentes principales.

  • Vástago de la válvula (A): El vástago de la válvula conecta el actuador (por ejemplo, manija o actuador (eléctrico o neumático)) a la bola.
  • Juntas tóricas (B): Juntas tóricas en el asiento de la válvula ayudan a prevenir fugas.
  • Carcasa (C): La carcasa soporta todos los componentes internos de la válvula y los protege de las condiciones de aplicación y ambientales.
  • Bola (D): La bola tiene un orificio hueco a través del cual puede fluir el fluido cuando la válvula está abierta.
  • Asiento (E): El asiento soporta y sella el componente de la bola.

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 una válvula de bola, el ensamblaje de la carcasa, el diseño de la bola y los tipos de operación impactan su funcionamiento y se discuten a continuación.

Las válvulas de bola son más populares como válvulas de cierre que, por ejemplo, las válvulas de compuerta. Para una comparación completa, lea nuestro artículo válvula de compuerta vs. válvula 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 operan manualmente con una palanca. La palanca está en línea con la tubería cuando la válvula está abierta. En la posición cerrada, el mango es perpendicular a la tubería. La dirección del flujo de la válvula de bola es simplemente desde la entrada hasta la salida para una válvula de 2 vías. Las válvulas de bola operadas manualmente pueden cerrarse rápidamente y, por lo tanto, existe el riesgo de golpe de ariete con medios de flujo rápido. Algunas válvulas de bola están equipadas con una transmisión. Las válvulas de 3 vías tienen un orificio en forma de L o T, lo que afecta la función del circuito (dirección del flujo). Esto se puede ver en la Figura 3. Como resultado, se pueden lograr varias funciones de circuito, como distribuir o mezclar flujos. Una válvula de bola de 90 grados tiene dos puertos que están posicionados en un ángulo de 90 grados.

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 las funciones del circuito para un orificio en T y un orificio en L.

Montaje de la carcasa

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

  • Una pieza: Esta es la variante más económica. Las dos partes que encierran la bola están prensadas o soldadas. Las válvulas no se pueden abrir para limpieza o mantenimiento. Este tipo se utiliza generalmente para aplicaciones de baja exigencia.
  • Dos piezas: Las válvulas de dos piezas se pueden desmontar para limpieza, servicio e inspección. A menudo, las partes están conectadas mediante una conexión roscada. La válvula debe ser completamente removida de la tubería para separar las dos partes.
  • Tres piezas: Las válvulas más caras a menudo tienen tres piezas. Las partes generalmente están sujetas por conexiones de pernos. La ventaja de esta modalidad es que la válvula puede ser mantenida sin remover toda la válvula de la tubería.

Lea nuestro artículo sobre válvulas de bola de 1, 2 y 3 piezas para más detalles sobre la construcción y diseño de cada tipo.

Válvulas de bola forjadas

Las válvulas de bola forjadas se crean moldeando las aleaciones y metales mientras aún están en su forma sólida. Los metales y aleaciones se doblan mediante calentamiento o con herramientas industriales de gran tamaño que aplican fuerzas de compresión para doblar los materiales. Las válvulas de bola forjadas son más adecuadas para aplicaciones industriales que requieren altas temperaturas, presiones y otras condiciones severas. Materiales como el latón y el acero inoxidable pueden ser utilizados para construir válvulas de bola forjadas. Durante el proceso de fabricación, el metal (o aleación) se calienta, comprime, dobla y moldea según el diseño de la válvula de bola utilizando una máquina de forja de troqueles.

El troquel ayuda a moldear el metal en una forma específica, mientras que la máquina aplica suficiente presión que fuerza al metal a adoptar la forma adecuada. Para las válvulas de bola de mayor tamaño, es necesario soldar diferentes componentes juntos. Las válvulas también pueden ser recubiertas con revestimientos especializados según necesidades específicas.

Beneficios de las válvulas de bola forjadas
  • Las válvulas de bola forjadas son fuertes y duraderas y pueden ser utilizadas en situaciones particularmente exigentes que implican altas temperaturas y presiones.
  • El proceso de forja reduce la susceptibilidad de la válvula de bola a problemas como porosidad, agrietamiento y contracción.
  • Las válvulas de bola forjadas pueden adaptarse a los cambios de temperatura muy rápidamente; por lo tanto, estas válvulas son adecuadas para operar en múltiples entornos.
  • Bajas necesidades de mantenimiento.

Diseño de bola

El diseño más común es el "diseño 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 con muñón. La bola está soportada en la parte superior e inferior para reducir la carga sobre los asientos de la válvula.

  • Flotante: La mayoría de las válvulas de bola tienen una bola flotante. La bola está soportada por los asientos de la válvula.
  • Muñón: Las válvulas con grandes diámetros y altas presiones de operación (por ejemplo, DN > 100 mm y 30 bar), a menudo incorporan soporte de válvula de bola en su diseño. Específicamente, la bola está soportada en la parte inferior y superior para reducir la carga sobre los anillos de asiento. El par de operación es generalmente menor para las válvulas con muñón.

El orificio a través de la bola puede tener diferentes perfiles, como un orificio completo, orificio reducido o en forma de V.

  • Orificio 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 son aún relativamente pequeñas en comparación con otros tipos de válvulas. Las válvulas de bola de una sola pieza son casi siempre de orificio reducido.
  • Orificio completo: Las válvulas de orificio completo tienen el mismo diámetro de orificio que la tubería. La ventaja es que no hay pérdidas adicionales por fricción y que el sistema es mecánicamente más fácil de limpiar (pigging). La desventaja es que la bola y la carcasa son más grandes que una válvula estándar de cuarto de vuelta con orificio reducido. Por lo tanto, el costo es ligeramente mayor, y para muchas aplicaciones, esto no es necesario. También se llaman válvulas de bola de puerto completo.
  • En forma de V: El orificio en la bola o el asiento de la válvula tiene un perfil en forma de 'V'. Como resultado, el caudal deseado se puede controlar más precisamente al girar la bola. Al optimizar el perfil, se puede aproximar una característica de flujo lineal.

Para aprender más sobre cómo hacer la selección correcta para su aplicación, lea nuestro artículo técnico sobre la selección de válvulas de bola.

Manija 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 manija es importante para saber visualmente si la válvula de bola está abierta o cerrada. Hay tipos adicionales de manijas de válvula de bola, como manijas bloqueables o volantes de válvula de bola. Estas operan como sus nombres lo sugieren. Si tiene una válvula de bola más grande o necesita torque adicional para abrir o cerrar la válvula, puede ser necesario un extensor de manija de válvula de bola. Si su manija se rompe, está mal colocada o está convirtiendo una válvula de bola automática en una manual, puede comprar manijas de repuesto para válvulas de bola.

Válvulas de bola ventiladas

Las válvulas de bola ventiladas se ven casi iguales a las válvulas de bola estándar de 2 vías en cuanto a su diseño. La principal diferencia es que el puerto de salida ventila al ambiente en la posición cerrada. Esto se logra mediante un pequeño orificio que se perfora en la bola y en el cuerpo de la válvula. Cuando la válvula se cierra, los orificios se alinean con el puerto de salida y liberan la presión. Esto es especialmente útil en sistemas de aire comprimido donde la despresurización proporciona un entorno de trabajo más seguro. Intuitivamente, estas válvulas parecen válvulas de bola de 2 vías, pero en realidad son de 3/2 vías debido al pequeño orificio para ventilación.

Válvulas de bola automáticas

En lugar de una operación manual de la manija para abrir o cerrar la válvula, algunas válvulas pueden equiparse 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 4 muestra un ejemplo de una parte superior ISO 5211 lista para conectarse a un actuador. Al usar un actuador, puede controlar su válvula de bola de forma remota o a través de un controlador para que pueda usarse como un cierre automático. Una válvula de bola accionada por resorte, también llamada válvula de resorte o válvula de bola de retorno por resorte, utiliza un resorte para abrir/cerrar la válvula en un escenario sin energía y un actuador para mantener la válvula de bola en la posición de encendido/apagado. Estas se utilizan para aplicaciones de conservación de energía o por razones de a prueba de fallos.

Válvula de bola neumática de 3 víasVálvula de bola eléctricaVálvula de bola ISO top

Figura 4: Válvula de bola neumática (izquierda), válvula de bola eléctrica (centro), válvula de bola ISO-top (derecha).

Existen varias formas de controlar un actuador eléctrico:

  • Un control de 2 puntos (también llamado circuito Abierto-Cerrado o Encendido-Apagado) utiliza un cable de control además de los cables de alimentación. Una vez que el cable de control está energizado, la válvula se abre eléctricamente. Si el cable de control no tiene energía, la válvula se cierra (eléctricamente o mediante un resorte).
  • Un control de 3 puntos utiliza dos cables de control: uno para girar la bola en sentido antihorario y otro para girar la bola en sentido horario. Dependiendo de la aplicación, se puede elegir el control más adecuado.

Ciertos actuadores eléctricos también pueden proporcionar control de modulación, que posicionará la válvula de bola entre 0-100% abierta/cerrada. Para más información sobre la operación automática, lea nuestro artículo sobre la instalación de válvulas de bola operadas eléctricamente.

Materiales de la carcasa de la válvula de bola

Los materiales de carcasa más comunes son latón, acero inoxidable y PVC (Cloruro de Polivinilo). La bola generalmente está hecha de acero cromado, latón cromado, acero inoxidable o PVC. Los asientos a menudo están hechos de teflón, pero también podrían estar hechos de otros materiales sintéticos o metales. Lea nuestra resistencia química de los materiales para más información.

Válvula de bola de latón

El latón tiene la mayor cuota de mercado (Figura 5). El latón es una aleación de cobre y zinc y tiene buenas propiedades mecánicas. Las válvulas de latón se utilizan para agua (potable), gas, aceite, aire y muchos otros medios. Las soluciones de cloruro (por ejemplo, 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 o una válvula de bola para fontanería. Vea nuestro manual de válvulas de bola de latón de 2 vías o válvulas de bola de latón de 3 vías.

Válvula de bola de latón.

Figura 5: Válvula de bola de latón.

Válvula de bola de acero inoxidable

El acero inoxidable se utiliza para medios corrosivos y entornos agresivos (Figura 6). Por lo tanto, se utilizan a menudo en agua de mar, piscinas, instalaciones de ósmosis, con altas temperaturas y muchos productos químicos. La mayoría del acero inoxidable es austenítico. Tipo 304 y 316 son los más comunes, 316 tiene la mejor resistencia a la corrosión. 304 a veces se denomina 18/8 debido a su 18% de cromo y 8% de níquel. 316 tiene 18% de cromo y 10% de níquel (18/10). Las válvulas de acero inoxidable generalmente requieren un par de operación más alto que, por ejemplo, las válvulas de latón o PVC. Esto debe tenerse en cuenta cuando una válvula de acero inoxidable es operada por un actuador eléctrico o neumático. Consulte nuestro manual válvulas de bola de acero inoxidable de 2 vías o válvulas de bola de acero inoxidable de 3 vías.

Válvula de bola de acero inoxidable.

Figura 6: Válvula de bola de acero inoxidable.

Válvula de bola de PVC

El PVC a menudo tiene un precio más bajo (excepto para las válvulas ISO-top) y se utiliza ampliamente en riego, suministro de agua y drenaje o medios corrosivos (Figura 7). 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 hidrocarburos aromáticos y clorados. El PVC no es tan fuerte como el latón o el acero inoxidable, por lo tanto, las válvulas de bola de PVC tienen una clasificación de presión más baja. Lea nuestro artículo sobre válvulas de bola de PVC para obtener más información sobre este tipo de válvula.

Válvula de bola de PVC.

Figura 7: Válvula de bola de PVC.

Válvula de bola de latón vs acero inoxidable vs PVC

Material Ventajas Desventajas
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 alto, a menudo se necesita más par para girar la bola
PVC Rentable, no propenso a la corrosión Vida útil más corta, rangos de presión y temperatura limitados

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

Sellos y juntas tóricas

La mayoría de los asientos de válvula están hechos de PTFE (Teflón). PTFE significa Politetrafluoroetileno. 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 muestra fluencia, lo que puede causar un deterioro del sellado con el tiempo. Además, el PTFE tiene un coeficiente de expansión térmica bastante alto. Una solución para este problema es usar un resorte para aplicar presión constante sobre el sello de Teflón, como por ejemplo un resorte de copa. Otros materiales de sellado populares son el PTFE 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 usar materiales blandos, por ejemplo, con temperaturas muy altas, se utilizan asientos de válvula de metal o cerámica.

Válvulas de bola de alta presión

Válvula de bola de alta presión.

Figura 8: Válvula de bola de alta presión.

Como su nombre lo sugiere, una válvula de bola de alta presión funciona bajo alta presión de fluido, aproximadamente 500-700 bares. Cuando el tamaño de la válvula aumenta, reduce la presión que puede manejar, y viceversa. Estas válvulas son altamente duraderas y se utilizan en sistemas de tuberías con conexiones a la misma carga de presión. Las válvulas de bola de alta presión de tipo manual se pueden operar girando la palanca 90 grados. Las válvulas de bola de alta presión motorizadas se operan mediante una señal eléctrica. Materiales como el acero al carbono y el acero inoxidable 316 se utilizan para la construcción de la válvula. Se deben usar materiales altamente resistentes como el dúplex para construir partes de la válvula como el vástago, la bola y los anillos de asiento. Esto ayuda a soportar las altas calificaciones de presión de la válvula y el par máximo permitido del vástago del actuador.

Las válvulas de bola de alta presión están disponibles en los siguientes tipos de conexión:

  • Rosca paralela de tubería estándar británica (BSPP)
  • Rosca de tubería nacional (NPT)
  • Tipo de compresión (DIN 2353/ISO 8434-1)
  • Extremo de soldadura

Las válvulas de bola de alta presión se utilizan en aquellos sectores donde el fluido se almacena en grandes cantidades y se usa según sus necesidades, como parques acuáticos, plantas de distribución de agua e industrias químicas.

Válvulas de bola hidráulicas

Las válvulas de bola hidráulicas están especialmente diseñadas para sistemas hidráulicos y de calefacción debido a su alta calificación de presión de operación y resistencia al aceite hidráulico y de calefacción. Estas válvulas están hechas de acero o acero inoxidable. Además de estos materiales, los asientos también hacen que las válvulas hidráulicas sean adecuadas para alta presión de operación. 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 operación de las válvulas de bola hidráulicas supera los 500 bares, mientras que la temperatura máxima alcanza los 80 °C.

Tipos de conexión de válvulas de bola

Las válvulas de bola se pueden conectar a las tuberías de varias maneras, lo que las hace versátiles para diversas aplicaciones. Estos son sus tipos de conexión comunes:

  • Estándar (roscado): Las válvulas de bola estándar consisten en la carcasa, los asientos, la bola y la palanca para la rotación de la bola. Incluyen válvulas con dos, tres y cuatro puertos que pueden tener rosca hembra o rosca macho, o una combinación de ambas. Para más información sobre una conexión roscada, lea nuestro artículo sobre tipos de conexión de válvulas de bola.
  • Bridadas: Los puertos están conectados a un sistema de tuberías a través de bridas que generalmente están diseñadas de acuerdo con un cierto estándar. Estas válvulas proporcionan un alto caudal ya que típicamente tienen un diseño de paso total.

Aprobaciones

Para ciertas aplicaciones, se desean o requieren aprobaciones. Agua potable y gas son las más comunes. Elegir una válvula de bola certificada asegura que el producto cumpla con importantes requisitos de seguridad.

Agua potable

Estas válvulas de bola son adecuadas para aplicaciones de agua potable y tienen una aprobación WRAS, KIWA o DVGW. Si se utilizan con un tanque de almacenamiento de agua, a menudo funcionan en conexión con un interruptor flotante para monitorear el nivel del agua. Además, la característica de cierre de la válvula de bola de agua asegura un medio rápido y seguro para detener el flujo de agua cuando sea necesario.

Aprobaciones comunes de válvulas de bola para agua potable (DVGW, KIWA, WRAS).

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

Gas

Estas válvulas de bola están aprobadas para aparatos de gas.

Aprobaciones comunes de válvulas de bola para gas (DVGW, GASTEC, EN-331).

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

Preguntas Frecuentes

¿Cuándo está abierta una válvula de bola?

Una válvula de bola está abierta cuando la manija está en línea con la tubería y cerrada cuando la válvula está perpendicular a la tubería. Solo necesita ser girada 90 grados.

¿Qué es una válvula de bola?

Una válvula de bola es una válvula de cierre que controla el flujo de un líquido o gas mediante una bola giratoria que tiene un orificio. Pueden ser operadas por una manija o automatizadas con un actuador eléctrico o neumático.

¿Cómo instalar una válvula de bola?

Atornille la entrada y salida de la válvula de bola en su ensamblaje roscado. Asegúrese de que la manija esté instalada correctamente (paralela es abierta) antes de la instalación.

¿Pueden fallar las válvulas de bola?

Sí, una válvula de bola puede fallar. Los tipos comunes de fallos son un sello dañado (la válvula no sella al 100%) o la entrada de escombros en la válvula (la válvula no se mueve).

¿Para qué se puede usar una válvula de bola?

Una válvula de bola se puede usar tanto como una válvula de cierre como una válvula de control para líquidos y gases. En el caso de una válvula de control, el orificio generalmente se hace en forma de V.

¿Qué es una válvula forjada?

Las válvulas de bola forjadas se crean dando forma a las aleaciones y metales en su forma sólida. Los metales y aleaciones se doblan mediante calentamiento o con herramientas de tamaño industrial que aplican fuerzas de compresión para doblar los materiales.

¡Vea nuestra selección en línea de válvulas de bola!