Válvula de Disco - Cómo Funcionan

Las válvulas de disco tienen un disco dentro de la válvula para bloquear completamente o permitir parcialmente el flujo a través del tubo. El término 'válvula de disco' no es un tipo específico de válvula, sino más bien una descripción general para las válvulas que utilizan un disco para controlar el flujo. Estos discos son integrales para el funcionamiento de varios tipos de válvulas, incluidas las válvulas de retención y las válvulas mariposa, donde ayudan a crear un sello hermético a la presión. Las válvulas de disco son versátiles, siendo adecuadas para una amplia gama de aplicaciones, desde alta hasta baja presión, y son particularmente efectivas en líneas de proceso, sistemas de agua caliente y con materiales viscosos o corrosivos. Este artículo discute el funcionamiento, los tipos y las características de diseño de las válvulas de disco.

¿Cómo funcionan las válvulas de disco?

Las válvulas de disco típicamente funcionan utilizando un disco circular montado en un eje central o bisagra. El disco puede moverse para abrir o cerrar el camino del flujo. La rotación del disco se logra típicamente a través de una palanca manual, un operador engranado o un actuador (neumático, eléctrico, hidráulico) dependiendo de los requisitos de la aplicación.

El funcionamiento de una válvula de disco varía dependiendo de la válvula de la que forma parte. Sin embargo, todas las válvulas de disco comparten la característica común de tener el disco como la principal barrera contra la presión. Los discos suelen estar hechos de metales duraderos para soportar tales presiones, y se utilizan diferentes métodos para posicionar el disco en consecuencia. Su funcionamiento depende de sus tipos específicos. En la siguiente sección, veremos los diferentes tipos de válvulas de disco.

Tipos de válvulas de disco

Esta sección discute los tipos comunes de válvulas de disco. Hay muchas más válvulas de disco, cada una adaptada a fabricantes o aplicaciones específicas, dentro de estas categorías generales.

Válvulas mariposa

Válvulas mariposa usan discos para cerrar completamente una tubería y están disponibles en varios diseños. Hay tres tipos principales: válvulas mariposa de cero desplazamiento, doble desplazamiento y triple desplazamiento.

• Las válvulas de cero desplazamiento, o válvulas concéntricas, cuentan con un disco que rota alrededor del eje central del tubo y se utilizan típicamente en condiciones de hasta 13.7 bar y 204 °C para aplicaciones de propósito general.
• Las válvulas de doble desplazamiento, conocidas como válvulas mariposa de alto rendimiento, tienen dos vástagos desplazados que crean una acción de leva para mover el disco de la válvula, permitiéndoles manejar presiones más altas.
• Las válvulas de triple desplazamiento están diseñadas con tres vástagos desplazados, permitiendo un sello sin fricción con el asiento del disco. Esta reducción en la fricción asegura un sello uniforme, haciendo estas válvulas adecuadas para su uso con vapor sobrecalentado o gases y otras aplicaciones de alta demanda a prueba de fugas.

Lea nuestro artículo sobre diseño de válvulas mariposa para más información sobre las diversas opciones de diseño disponibles para válvulas mariposa.

Válvulas de retención de disco

Las válvulas de retención de disco están diseñadas para prevenir el flujo inverso, asegurando que el fluido de proceso fluya solo en la dirección intencionada y no al revés. Estas válvulas pueden cerrarse utilizando varios mecanismos, como un disco inclinable, un mecanismo cargado por resorte o estilo wafer. En cada caso, el disco de la válvula funciona para bloquear cualquier flujo inverso en el tubo. Previenen el flujo inverso en líneas de descarga de bombas, sistemas alimentados por gravedad y protegen equipos contra sobrepresiones. Lea nuestro artículo sobre visión general de válvulas de retención para más información sobre el diseño y funcionamiento de varios tipos de válvulas de retención.

Válvula de disco para control proporcional

El control proporcional en las válvulas de disco permite la regulación precisa de las tasas de flujo a través de la válvula. A diferencia de las válvulas tradicionales de encendido/apagado que están completamente abiertas o cerradas, las válvulas de control proporcional pueden ajustar su apertura a cualquier posición entre completamente abierta y completamente cerrada. Esto permite que la válvula regule el flujo de medios con gran precisión, basado en señales de control externas, típicamente en forma de bucles de corriente de 4-20 mA. Esto es esencial en aplicaciones que requieren ajustes de flujo finamente sintonizados para mantener condiciones de proceso específicas.

Válvula de disco Burkert 3285

La Burkert 3285 es una válvula de disco controladora de proceso integrada proporcional avanzada, diseñada para ofrecer control preciso sobre el flujo de medios mediante el uso de un controlador PID integrado. Este controlador ajusta el flujo basado en señales de entrada externas de 4-20 mA, asegurando una regulación precisa adaptada a requisitos específicos. El diseño de la válvula presenta dos discos de cerámica de óxido: uno estacionario con un orificio y un disco rotativo que también contiene un orificio. Ajustando la rotación del disco móvil, la alineación de estos orificios puede ser controlada finamente, permitiendo que la apertura de la válvula se ajuste desde completamente abierta a proporcionalmente cerrada. Este mecanismo proporciona un control excepcional sobre la tasa de flujo, asegurando una regulación de flujo eficiente y precisa.

Válvula de disco sanitaria

Las válvulas sanitarias, aunque funcionalmente similares a otras válvulas de disco, están específicamente diseñadas para mantener condiciones estériles para el fluido procesado. El disco en estas válvulas a menudo es redondeado para facilitar un flujo suave del producto. Comúnmente construidas de materiales inertes como el acero inoxidable, estas válvulas son ideales para su uso con productos lácteos, farmacéuticos, bebidas, aceites de cocina y otras sustancias relacionadas con alimentos o químicos. La válvula de disco, cuando se utiliza como válvula sanitaria, es particularmente favorecida por su versatilidad en manejar diferentes viscosidades y lodos, así como por proporcionar capacidades de cierre efectivas para tales aplicaciones.

Consideraciones de diseño

Diseño del disco

• Material: La selección del material del disco depende del servicio previsto y las características del fluido. Los materiales comunes incluyen:
  • Metales: Hierro fundido, acero inoxidable (varias calidades para resistencia a la temperatura y corrosión), aleaciones exóticas para aplicaciones de alta presión o corrosivas.
  • Plásticos: PVC, CPVC, PP (Polipropileno) para medios de baja presión, no corrosivos.
  • Revestimientos: Revestimientos suaves o resistentes (por ejemplo, PTFE - Teflón) pueden usarse para una mejor sellado o compatibilidad con fluidos específicos.
• Forma: La forma del disco puede influir en las características de flujo y la caída de presión a través de la válvula. Las formas comunes incluyen:
  • Circular: La más común, proporciona un buen cierre y control de flujo.
  • Excéntrica: Ofrece un mejor cierre y reduce el desgaste en las superficies de sellado.
  • Mariposa: Principalmente utilizada para aplicaciones de encendido/apagado, ofrece un diseño de baja caída de presión.

Diseño del asiento

• Material: Consideraciones similares al material del disco, asegurando compatibilidad y resistencia al desgaste.
• Mecanismo de sellado: El diseño del asiento y su interacción con el disco determina la efectividad del sellado. Los tipos comunes incluyen:
  • Asiento blando: Utiliza una junta compresible o material elastomérico para un cierre hermético. Adecuado para aplicaciones de baja presión.
  • Asiento metálico: Proporciona un sello más robusto para aplicaciones de alta presión. Puede requerir lapeado (frotar el asiento metálico y el disco juntos con una pasta abrasiva para eliminar imperfecciones) para un sellado óptimo.

Diseño del cuerpo

• Material: El material del cuerpo se elige en base a la clasificación de presión, los requisitos de temperatura y la compatibilidad con el fluido que fluye. Los materiales comunes incluyen hierro fundido, hierro dúctil, acero inoxidable y acero de aleación.
• Estilo de brida o wafer: El estilo del cuerpo dicta cómo se conecta la válvula al sistema de tuberías. Las válvulas con bridas tienen caras elevadas con agujeros para tornillos para una conexión directa con las bridas en las tuberías. Las válvulas estilo wafer se ajustan entre las bridas de las tuberías y se aseguran con tornillos a través del cuerpo.
• Diseño del puerto: El tamaño y la configuración de los puertos de entrada y salida (bore completo o reducido) impactan en las características de flujo y la caída de presión.

Diseño del eje y los rodamientos

• El material del eje necesita ser lo suficientemente fuerte para manejar el torque operativo y asegurar una rotación suave del disco. El acero inoxidable es una elección común.
• Los rodamientos soportan el eje y minimizan la fricción durante la operación. Dependiendo de la aplicación, los rodamientos pueden ser lubricados o auto-lubricantes.

Criterios de selección

• Tamaño de la válvula: Identifique el diámetro del tubo que se conecta a la válvula y sale de ella. Esto ayuda a seleccionar el tamaño de válvula adecuado, el tipo de válvula de disco necesario, las tasas de flujo necesarias y las fuerzas que la válvula debe soportar. Considere las dimensiones externas de la válvula para asegurarse de que encaje en el espacio disponible sin causar restricciones espaciales.
• Rango de presión y temperatura: Comprenda las presiones y temperaturas de trabajo de los fluidos de proceso. Las válvulas de disco están clasificadas por presión basadas en su diseño (por ejemplo, concéntrico vs. doble desplazamiento) y uso previsto, por lo que conocer el rango de presión operativa es esencial para reducir sus opciones. Si se involucran altas temperaturas (por ejemplo, con vapores sobrecalentados o químicos calientes), asegúrese de que la válvula esté clasificada para tales condiciones.
• Tipo de actuador: Las válvulas de disco pueden ser operadas por volantes manuales, actuadores eléctricos, actuadores neumáticos o actuadores hidráulicos. La selección de un actuador depende de la precisión de control requerida, la velocidad de operación, las fuentes de energía disponibles y las consideraciones ambientales. Los actuadores eléctricos se adaptan para control preciso, neumáticos para respuesta rápida y hidráulicos para aplicaciones de alta fuerza.
• Tipo de conexión y material: Las clasificaciones de presión requeridas deciden el tipo de conexiones de tubería necesarias. Las opciones incluyen conexiones roscadas, remachadas, de brida, y soldadas, siendo las roscadas adecuadas para presiones más bajas y las de brida o soldadas para presiones más altas. Elija el material más apropiado para la válvula, considerando los fluidos de proceso. Por ejemplo, las válvulas sanitarias a menudo usan acero inoxidable para evitar interacciones químicas con los fluidos.

Aplicaciones

Las válvulas de disco se utilizan en una amplia gama de industrias debido a su versatilidad y fiabilidad. Aquí hay algunas aplicaciones clave donde las válvulas de disco juegan un papel esencial:

• Sistemas de agua caliente: Las válvulas de disco se utilizan para controlar el flujo y la temperatura del agua caliente, asegurando un funcionamiento eficiente y seguridad en entornos residenciales, comerciales e industriales.
• Sistemas de fabricación farmacéutica: En la industria farmacéutica, mantener la esterilidad y un control preciso sobre las condiciones del proceso es crucial. Las válvulas de disco, especialmente aquellas diseñadas para condiciones sanitarias, se utilizan para controlar el flujo de líquidos y gases sin contaminarlos.
• Plantas de procesamiento de alimentos/químicos: Similar a la farmacéutica, las industrias de alimentos y químicos requieren válvulas que puedan manejar diversas viscosidades y mantener la pureza. Las válvulas de disco son elegidas por su capacidad para proporcionar un sello hermético y resistir la corrosión de sustancias agresivas.
• Aplicaciones de alta presión: Las válvulas de disco están diseñadas para soportar altas presiones, haciéndolas adecuadas para aplicaciones donde controlar el flujo bajo tales condiciones es necesario, incluyendo oleoductos y gasoductos, instalaciones de tratamiento de agua y plantas de energía.
• Cervecerías: La industria cervecera se beneficia del uso de válvulas de disco en varias etapas de producción, desde controlar el flujo de ingredientes hasta gestionar el proceso de fermentación. Su durabilidad y facilidad de limpieza las hacen ideales para estas aplicaciones.
• Aplicaciones corrosivas: Las válvulas de disco fabricadas con materiales como el acero inoxidable pueden resistir la corrosión de productos químicos agresivos, haciéndolas adecuadas para su uso en entornos donde se procesan sustancias corrosivas.