Válvulas de globo - Una guía completa

Una válvula de globo es un tipo de válvula de control que se utiliza para modular el flujo. Aunque la característica típica de las válvulas de globo es su forma, éstas pueden tener una gran variedad de formas y tamaños, dependiendo de su diseño. Un conocimiento profundo del funcionamiento de una válvula de globo puede ayudar a determinar la solución adecuada para cada aplicación.

Índice de Contenidos

• ¿Qué es una válvula de globo?
• Cómo funciona una válvula de globo
• Variaciones en el diseño de las válvulas de globo
• Válvulas de globo manuales y automáticas
• Comparación de las válvulas de globo con otros tipos de válvulas
• Ventajas y desventajas de las válvulas de globo
• Cómo elegir una válvula de globo para su aplicación
• Preguntas frecuentes sobre las válvulas de globo

¿Qué es una válvula de globo?

Inicialmente caracterizadas por sus cuerpos de válvula de forma esférica, las válvulas de globo utilizan un tapón o disco móvil para controlar el flujo entre las dos cámaras separadas del cuerpo de la válvula. El disco se desplaza en sentido lineal cuando su accionamiento (volante o actuador como el de la figura 1) hace girar el vástago levantando o bajando el obturador o el disco. Esto permite el flujo, modula el flujo o detiene el flujo a través del orificio.

Cómo funciona una válvula de globo

La estructura exterior de una válvula de globo incluye un cuerpo de válvula, un volante y un bonete. Un vástago de válvula roscado o un tornillo se conecta al volante y penetra en el bonete. En el extremo interior del vástago de la válvula hay un disco o tapón, que puede tener diversas formas, según la aplicación.

Hay cinco componentes principales en una válvula de globo: cuerpo de la válvula, bonete, volante, vástago y obturador. El medio fluye hacia el cuerpo de la válvula a través de una entrada y sale del cuerpo de la válvula a través de una salida. El bonete protege los componentes roscados de la válvula y se acopla al cuerpo de la misma. Al girar el volante, el usuario hace girar el vástago roscado, que a su vez sube o baja el tapón. Al elevar el tapón se abre el orificio, permitiendo el flujo del medio, mientras que al bajar el tapón en el asiento de la válvula se sella el orificio, impidiendo el flujo. Como se trata de una válvula multivuelta, el volante debe girarse varias veces para pasar de completamente cerrada a completamente abierta. Sin embargo, una de las principales ventajas de esta válvula es su capacidad para estrangular o modular el flujo dejándola parcialmente abierta.

Las válvulas de globo tienen un inconveniente conocido como pérdida de carga, también llamada pérdida de presión o pérdida por fricción. La pérdida de carga se debe a las turbulencias que se producen al hacer que el medio cambie de dirección dos veces al pasar por él.

La cantidad de pérdida de carga creada por una válvula se mide utilizando el coeficiente L/D, que compara las válvulas con una sección recta de tubería. L significa longitud y D diámetro. Una válvula con L/D=5 crearía la misma pérdida de carga que una tubería con el mismo L/D suponiendo que todo lo demás es igual. Para las válvulas de globo estándar, las rectas tienen un L/D=~340 y una válvula de globo estándar de 90 grados tiene un L/D=~150. También es importante medir el valor Kv y Cv de su válvula.

• Valor Kv: es una indicación del caudal de líquido o gas que pasa por una válvula para un medio y una caída de presión determinados. Kv = Cv / 1.156.
• Valor Cv: es el caudal de agua en galones por minuto a una temperatura de 60 grados Fahrenheit con una caída de presión de 1 psi. Cv = 1,156 x Kv.

Variaciones en el diseño de las válvulas de globo

Las válvulas de globo tienen diversas formas, o variaciones de diseño, para reducir el coeficiente L/D de las válvulas de globo y reducir la cantidad de pérdida de carga. Los tres tipos de válvulas detienen o reducen el flujo de los fluidos de la misma manera, pero cada forma cambia la trayectoria del flujo, afectando a la cantidad de pérdida de carga.

Válvula de globo en T o en Z

El tipo más común de válvula de globo es en forma de T o de Z (figura 3 izquierda). Aunque el "patrón en t" para el perfil de la válvula, "en forma de z" es posiblemente más descriptivo de cómo fluye el fluido a través del dispositivo. En la válvula de globo estándar en forma de Z, el agua cambia de dirección en un patrón que se asemeja a la letra Z. Estas válvulas estándar en forma de Z tienen la mayor pérdida de carga, con un L/D=~340, pero proporcionan una mayor capacidad de estrangulación que las válvulas de globo en forma de Y o de ángulo.

Válvula de globo en Y

Una válvula de globo en forma de Y (figura 3 derecha) es una modificación de una válvula en forma de T. Aunque el flujo de fluido es en línea recta o "patrón z", el bonete y el vástago están colocados en ángulo con respecto al cuerpo de la válvula, formando un perfil de válvula "patrón y". Al alterar la posición del asiento de la válvula, hay una trayectoria de flujo más recta, lo que resulta en una menor pérdida de carga. Las válvulas de globo en forma de Y tienen un coeficiente L/D=~55, pero son menos eficientes en la estrangulación del flujo.

Válvula de globo de ángulo

Una válvula de ángulo puede actuar a la vez como válvula y codo de tubería porque sus orificios de entrada y salida están a 90 grados entre sí. Como sólo hay un cambio en la dirección del fluido, este tipo de válvula de globo reduce la pérdida de carga. El coeficiente de las válvulas de globo de ángulo es L/D=~150.

Válvulas de globo manuales y automáticas

El accionamiento manual de las válvulas de globo es muy común, pero su uso principal consiste en controlar el flujo, por lo que son excelentes candidatos para la automatización. En el funcionamiento manual de la válvula, el giro del volante de la válvula eleva o baja el vástago roscado de la válvula, pero el volante puede sustituirse por un sistema automatizado que utilice un actuador neumático o eléctrico.

La selección del mejor tipo de actuador para cualquier aplicación depende de si se dispone de aire comprimido o de energía eléctrica para alimentar el actuador, así como del tamaño de la válvula, el entorno de la instalación, las características de funcionamiento (seguridad, vida útil, ciclo de trabajo, velocidad de actuación, par de arranque, necesidad de accionamiento manual) y el coste.

Comparación de las válvulas de globo con otros tipos de válvulas

Otras válvulas multivueltas/de movimiento lineal y válvulas de cuarto de vuelta/rotativas son clasificaciones de válvulas comunes que son comparables a una válvula de globo. Su propósito y función determinan cómo se utilizan en diferentes aplicaciones.

Válvulas multivueltas/de movimiento lineal

Las válvulas de globo pertenecen a la clasificación de válvulas multivueltas/de movimiento lineal porque utilizan un vástago roscado multivueltas para mover el disco de la válvula en dirección lineal. Una válvula de compuerta también utiliza un volante multivuelta para mover el obturador de la válvula en dirección lineal, pero una válvula de compuerta tiene un flujo recto. El vástago de una válvula de compuerta baja un tapón u obstrucción que bloquea el camino del flujo o permite el flujo sin requerir que el medio cambie de dirección. En consecuencia, las válvulas de compuerta tienen una pérdida de carga mucho menor (L/D=~8) cuando están totalmente abiertas, pero no deberían utilizarse para regular el caudal debido al drástico aumento de la pérdida de carga y al mayor desgaste de la compuerta y el asiento de la válvula.

Válvulas de cuarto de vuelta/rotativas

A diferencia de las válvulas de globo y las válvulas de compuerta, las válvulas de cuarto de vuelta/rotativas se abren y cierran mediante un movimiento lateral en lugar de lineal. En lugar de un volante, una válvula rotativa utiliza un mango de llave, que se mueve sólo un cuarto de vuelta (90 grados) para abrir o cerrar la válvula. La válvula de corte de un conducto de gas es un ejemplo común de este tipo de válvula, diseñada para una función rápida de encendido y apagado.

Dos tipos comunes de válvulas de cuarto de vuelta/rotativas son las válvulas de bola y las válvulas de mariposa, que difieren en lo que se utiliza para obstruir el flujo. Las válvulas de bola utilizan una esfera, o bola, con un orificio perforado, que permite el flujo cuando el orificio es paralelo a la dirección del flujo y lo bloquea cuando está en posición perpendicular. Una válvula de mariposa utiliza una placa fina para bloquear el flujo cuando su superficie es perpendicular a la dirección del flujo o permitir el flujo cuando es paralela. Las válvulas de cuarto de vuelta/rotativas tienen una pérdida de carga muy baja (L/D=~3), pero casi no ofrecen capacidad de estrangulación.

Ventajas y desventajas de las válvulas de globo

Las válvulas de globo tienen varias ventajas claras sobre otros tipos de válvulas, como:

• Apagado
• Estrangulamiento
• Fácil de mantener
• Sustitución de discos y recambio de asientos

Las desventajas de las válvulas de globo son:

• Pérdida de carga (puede reducirse con una válvula de globo en forma de Y o una válvula de globo en ángulo)
• Requieren una mayor fuerza para asentar la válvula (los actuadores automatizados pueden proporcionar ayuda)
• Demasiado lento para un cierre rápido

Cómo elegir una válvula de globo para su aplicación

Las válvulas de globo ofrecen la solución ideal en aplicaciones en las que es necesario modular el caudal, pero no hay preocupación por la cantidad de pérdida de presión, como:

• Sistemas de agua de refrigeración
• Sistemas de combustible
• Sistemas de alimentación de agua y productos químicos
• Ventilaciones y drenajes de la caldera y del vapor principal
• Sistema de aceite lubricante de la turbina
• Aplicaciones de drenaje y recorte en sistemas de rociadores (no como válvulas de control en sistemas de rociadores contra incendios, donde la presión es muy importante)

Criterios de selección

Los criterios necesarios para seleccionar la válvula de globo adecuada para una aplicación incluyen:

• Elija el diseño que satisfaga las necesidades de pérdida de carga y configuración del sistema.
• Seleccione el material de carcasa adecuado para coordinarlo con el sistema.
• Elija los materiales de sellado y las conexiones adecuadas.
• Seleccione un actuador manual o automatizado para satisfacer las necesidades de un sistema.
• Garantizar el tamaño adecuado para cumplir con los requisitos del sistema.

Preguntas frecuentes sobre las válvulas de globo

¿Qué es una válvula de globo?

La válvula de globo afecta al cierre o regula el flujo mediante un disco con fondo plano o convexo que se baja sobre un asiento horizontal a juego situado en el centro de la válvula.

¿Cómo funciona una válvula de globo?

La elevación del disco de la válvula mediante un vástago roscado unido a un volante abre la válvula, permitiendo el paso del fluido.

¿Para qué se utilizan las válvulas de globo?

Las válvulas de globo se utilizan principalmente para el servicio de encendido/apagado de fluidos, así como para aplicaciones de estrangulación de flujo.

¿Se puede automatizar una válvula de globo?

Como válvulas de control, son excelentes candidatas para la automatización. Las opciones de automatización incluyen pistones neumáticos, así como actuadores rotativos de diafragma o eléctricos que actúan directamente sobre el vástago para mover el disco de la válvula.