Descripción detallada y guía de selección de válvulas de diafragma

Las válvulas de diafragma utilizan un diafragma elastomérico que interactúa con un asiento para regular o detener completamente el flujo de fluido. La flexibilidad del diafragma le permite moverse hacia arriba o hacia abajo, ajustando la tasa de flujo de fluido en consecuencia, y asegura un sello hermético cuando se cierra contra su asiento. Las válvulas de diafragma son válvulas de movimiento lineal, ideales para controlar el movimiento de fluidos con alta precisión.

Las válvulas de diafragma, también llamadas válvulas de membrana, pueden manejar varios tipos de medios, incluidos líquidos, gases y semisólidos como lodos, incluso con partículas sólidas. Esto es especialmente útil para industrias que trabajan con materiales espesos o duros. Su diseño simple reduce la posibilidad de acumulación de sedimentos y biofilm, importante para industrias limpias como la alimentaria y farmacéutica. También son excelentes para gestionar aguas residuales, demostrando su valor en el cuidado ambiental, como el tratamiento de agua y aguas residuales. Las válvulas de diafragma también se utilizan en industrias como la fabricación de electrónicos y la producción de pulpa y papel.

Partes y diseño de la válvula de diafragma

Como se ve en la Figura 2, una válvula de diafragma tiene los siguientes componentes principales:

• Actuador (A): Una válvula de diafragma manual tiene una rueda de mano para la actuación. Los actuadores neumáticos y eléctricos también pueden usarse en lugar de la rueda de mano para automatización y operación remota.
• Vástago (B): El vástago conecta el actuador con el compresor. El actuador mueve el vástago hacia arriba y hacia abajo, lo que mueve el compresor hacia arriba y hacia abajo.
• Compresor (C): El compresor tiene forma de disco. Conecta el vástago con el diafragma y distribuye la fuerza del vástago para mejorar la estrangulación y el control.
• Diafragma (D): El diafragma es un disco de goma que se eleva para permitir el flujo y se baja al asiento de la válvula para bloquear el flujo.
• Capota (E): La capota se atornilla al cuerpo de la válvula. Protege el vástago de la válvula y el empaque del ambiente. Las capotas en válvulas de diafragma que funcionan correctamente no interactúan con el medio.
• Cuerpo de la válvula (F): El medio que fluye a través de la válvula de diafragma pasa por el cuerpo de la válvula. El volumen del cuerpo de la válvula determina la tasa de flujo de la válvula cuando está completamente abierta.

Operación de la válvula de diafragma

Una válvula de control de diafragma utiliza un diafragma elastomérico o de plástico para controlar el flujo a través de la válvula. Las válvulas de diafragma son válvulas de múltiples vueltas, lo que significa que el vástago debe rotar más de 360° para que la válvula se abra o cierre completamente. Cuando se actúa, el diafragma se mueve hacia o alejándose del asiento de la válvula. La cantidad que el diafragma se levanta del asiento controla la tasa de flujo. Cuando el diafragma se cierra, sus bordes presionan contra los bordes del asiento de la válvula, y el resto del diafragma se deforma. La forma del diafragma, cuando se deforma, encaja perfectamente con la parte inferior del asiento de la válvula y crea un sello hermético.

Tipos de válvulas de diafragma

Las válvulas de diafragma vienen en dos tipos principales: válvulas de diafragma de vertedero y válvulas de diafragma de puerto completo/directo.

Válvulas de diafragma de vertedero

Las válvulas de diafragma de vertedero tienen un distintivo borde elevado o vertedero en el centro del cuerpo de la válvula, contra el cual el diafragma sella para regular o detener el flujo.

• El diseño de vertedero minimiza la distancia de viaje del diafragma para lograr un sello completo, reduciendo el estrés y el desgaste del material, lo que lo hace particularmente efectivo para manejar tasas de flujo bajas y altas.
• El diseño tipo vertedero, siendo el más popular, es especialmente adecuado para aplicaciones de estrangulamiento y control de flujo de fluidos a bajas tasas de flujo.
• Emplea un sistema compresor de dos piezas para una regulación precisa del flujo, con el compresor interno levantando una porción central del diafragma en las fases iniciales de viaje del vástago. Este diseño no solo extiende la vida útil del diafragma al requerir menos material, sino que también hace que la válvula de diafragma sea adecuada para aplicaciones de vacío y alta presión.
• Se recomiendan válvulas de diafragma de vertedero para manejar gases, líquidos limpios y homogéneos, e incluso medios corrosivos, peligrosos y abrasivos. Sin embargo, pueden experimentar caídas de presión aumentadas a través de la válvula y son propensas a la acumulación de sedimentos y la formación de gomas por líquidos viscosos en ambos lados del sillin.
• Las ensamblajes de capota en estas válvulas aseguran la seguridad al prevenir la liberación de fluido si el diafragma falla, y su característica de auto-drenaje las hace ideales para aplicaciones de procesamiento de alimentos.

Válvulas de diafragma de puerto completo

Las válvulas de diafragma de puerto completo o directo tienen un asiento de válvula de fondo plano, permitiendo que el fluido fluya en un camino recto con mínima obstrucción.

• El diseño directo se caracteriza por una caída de presión más baja en comparación con las válvulas de vertedero, lo que lo hace más adecuado para aplicaciones de alta tasa de flujo.
• El diafragma en estas válvulas debe ser altamente flexible para sellar contra el fondo plano, lo que lo somete a más desgaste, necesitando reemplazos más frecuentes.
• Las válvulas directas sobresalen en el manejo de medios semisólidos como lodos, lodos y líquidos viscosos, gracias a su camino de flujo sin obstrucciones.
• También son ventajosas para aplicaciones de flujo bidireccional, ya que no hay sillas que impidan la inversión del flujo.

Materiales para válvulas de diafragma

Las válvulas de diafragma están disponibles en varios materiales, lo que las hace adecuadas para múltiples aplicaciones.

• Los materiales típicos para el cuerpo de la válvula de diafragma son PVC, acero inoxidable, latón, bronce y hierro fundido. El material debe resistir el ambiente y los medios que fluyen a través de la válvula. Por ejemplo, el acero inoxidable se elige comúnmente para aplicaciones que requieren condiciones estériles (por ejemplo, alimentos y bebidas).
• El material del diafragma es flexible para que la válvula pueda operar correctamente. Los materiales comúnmente utilizados son EPDM, PTFE, caucho butilo y caucho nitrilo.

Lee nuestro artículo sobre materiales de válvulas de diafragma para más detalles sobre las calificaciones de temperatura y detalles de flexibilidad de varios materiales de válvulas de diafragma.

Criterios de selección

1. Coeficiente de flujo de la válvula: El coeficiente de flujo Cv de una válvula de diafragma es esencial para determinar el tamaño apropiado de una válvula de diafragma necesaria para lograr una tasa de flujo específica de fluido. El coeficiente de flujo de una válvula aumenta a medida que la válvula se abre más y el vástago viaja más lejos. Una válvula de tamaño insuficiente (bajo Cv) restringirá el flujo, perjudicando el rendimiento. Por el contrario, una válvula de tamaño excesivo (alto Cv) desperdicia energía debido a una caída de presión excesiva.
2. Caída de presión: La caída de presión es la reducción de presión desde el lado de entrada de la válvula hasta su lado de salida. Cuando la relación de esta caída de presión a través de la válvula con la caída de presión total del sistema es baja, la tasa de flujo cambia mínimamente hasta que la válvula está completamente cerrada. Por lo tanto, se prefiere una válvula de diafragma que se abre rápidamente o actúa rápidamente.
3. Capacidad de regulación: La capacidad de regulación se refiere a la capacidad de una válvula para controlar el flujo desde su tasa máxima hasta su tasa mínima. Esta característica depende del tamaño y la precisión del actuador, así como del diseño del cuerpo de la válvula, el diafragma y el compresor. Una mayor capacidad de regulación significa que la válvula de diafragma puede manejar un espectro más amplio de tasas de flujo.
4. Medio: Comprender la corrosividad del medio para determinar qué material elegir para el cuerpo de la válvula y el diafragma.
5. Temperatura: Asegurar que el material del diafragma pueda soportar las temperaturas mínimas y máximas de la aplicación.
6. Tasa de flujo: Seleccionar un tamaño y estilo de válvula que pueda proporcionar la tasa de flujo deseada para la aplicación.
   1. Pleno: Baja caída de presión y puede manejar mejor lodos y fluidos viscosos.
   2. Vertedero: Control de flujo más preciso.

Actuación:

1. Manual: Económica y control directo de la posición del diafragma.
2. Neumática: Requiere aire comprimido y proporciona un tiempo de respuesta rápido.
3. Eléctrica: Requiere electricidad y proporciona una precisión muy alta.

Ventajas de las válvulas de diafragma

1. Operación sin fugas: El diafragma proporciona un sello efectivo entre el cuerpo de la válvula y el vástago, reduciendo significativamente el riesgo de fugas. Esto es particularmente beneficioso en aplicaciones donde las fugas podrían ser peligrosas o costosas.
2. Control de contaminación: Dado que el medio solo contacta el cuerpo de la válvula y el diafragma, hay un riesgo reducido de contaminación. El diseño minimiza las áreas donde podrían acumularse sedimentos o biofilms, haciendo estas válvulas extremadamente limpias y adecuadas para aplicaciones que requieren altos niveles de higiene.
3. Excelente control de flujo: Las válvulas de diafragma ofrecen un control de flujo preciso a través de una amplia gama de tasas de flujo, lo que las hace adecuadas para aplicaciones de estrangulamiento.
4. Adecuadas para medios agresivos: Estas válvulas son particularmente efectivas para medios corrosivos, viscosos y abrasivos, incluidos lodos, debido a su diseño robusto y selección de materiales.
5. Mantenimiento simple: El diafragma es fácilmente reemplazable sin necesidad de retirar la válvula de la tubería, facilitando el mantenimiento sencillo y reduciendo el tiempo de inactividad.

Lee nuestro artículo sobre aplicaciones de válvulas de diafragma para más detalles sobre las diversas aplicaciones de las válvulas de diafragma.

Desventajas de las válvulas de diafragma

1. Limitaciones de presión y temperatura: Los materiales del diafragma pueden limitar la capacidad de la válvula para operar bajo altas temperaturas y presiones, haciéndolas inadecuadas para ciertas aplicaciones.
2. Desgaste y deterioro del diafragma: El diafragma es susceptible al desgaste, requiriendo mantenimiento o reemplazo más frecuente en comparación con algunos otros tipos de válvulas. Además, el uso extensivo en aplicaciones de estrangulamiento severo puede llevar a la erosión del diafragma, afectando el rendimiento y la longevidad de la válvula.
3. Actuación más lenta: Las válvulas de diafragma típicamente tienen tiempos de respuesta más lentos debido a su operación de múltiples vueltas, lo que puede no ser ideal para aplicaciones que requieren una actuación rápida.
4. Temperaturas y presiones moderadas de la tubería: Estas válvulas son más adecuadas para condiciones moderadas, ya que temperaturas y presiones extremas pueden exceder las capacidades del diafragma.
5. Limitaciones con altas presiones hidrostáticas: El diseño del diafragma puede restringir su uso en sistemas con altas presiones hidrostáticas, limitando potencialmente su alcance de aplicación.
6. Problemas de drenaje: El vertedero de la válvula puede prevenir el drenaje completo del sistema de tuberías, lo cual podría ser una desventaja significativa en ciertas aplicaciones que requieren un drenaje completo del sistema.

Preguntas frecuentes

¿Cuáles son las aplicaciones principales de las válvulas de diafragma de 3 vías?

Las válvulas de diafragma de 3 vías se utilizan en aplicaciones de control de fluidos, mezclando o desviando caminos de flujo en industrias farmacéuticas, alimentarias y biotecnológicas.

¿Qué material se utiliza comúnmente para los asientos de válvulas de diafragma y por qué?

PTFE o EPDM son comunes para los asientos de válvulas de diafragma debido a su resistencia química y adecuación para aplicaciones sanitarias.