¿Qué es una válvula mariposa?

Las válvulas de mariposa son válvulas de un cuarto de vuelta muy populares para servicios on-off o modulantes. Son ligeras, ocupan poco espacio en la instalación, tienen un coste menor, funcionan con rapidez y están disponibles con orificios de gran tamaño. La "mariposa" es un disco conectado a una varilla. Cuando la válvula se abre, el disco gira para permitir el paso del fluido. Se cierra cuando la varilla hace girar el disco un cuarto de vuelta hasta una posición perpendicular a la dirección del caudal. En este artículo aprenderá cómo funciona una válvula mariposa, cuáles son los diferentes tipos de válvulas mariposa, qué opciones de accionamiento están disponibles para estas válvulas y más.

Índice de contenidos

• Principio de operación
• Tipos de válvulas de mariposa
• Método de accionamiento
• Cableado de la válvula de mariposa
• Aplicaciones
• Válvula de bola frente a válvula de mariposa
• Preguntas frecuentes

Principio de operación

Las válvulas de mariposa tienen una construcción relativamente sencilla. La figura 2 muestra los principales componentes de una válvula de mariposa, que son el cuerpo, la junta, el disco y el vástago. El disco (E en la figura 2) de una válvula de mariposa se alinea con el centro de la tubería conectada y el vástago (B en la figura 2) se conecta a un actuador o maneta en el exterior de la válvula. En la posición cerrada, el disco es perpendicular al flujo, como se muestra en la figura 2, y sella contra el asiento de la válvula (figura 2 etiquetada D). Una junta tórica (figura 2 etiquetada C) en la empaquetadura del vástago impide las fugas a lo largo del vástago. Cuando el actuador o la maneta giran el vástago de la válvula de mariposa 90°, el disco también gira 90° para quedar paralelo al flujo. La rotación parcial permite estrangular o proporcional el flujo.

Las válvulas de mariposa utilizadas para servicios de modulación pueden tener una característica lineal o de igual porcentaje.

• Linear: Cuando el disco se abre un X%, el caudal está al X% del caudal máximo. Por ejemplo, si el disco se abre 1/3 de vuelta (30 grados), el caudal será el 33,3% del máximo.
• Equal: Existe una relación logarítmica entre el recorrido del disco y el caudal. Por ejemplo, si el disco gira 10 grados y el caudal aumenta de 100 a 170^m3/h, lo que supone un aumento del 70%, la siguiente rotación de 10 grados hará que el caudal aumente de 170 a 289^m3/h, lo que también supone un aumento del 70%. Para las válvulas de mariposa avanzadas, esta relación es posible de 20 a 90 grados (totalmente abiertas).

A continuación se muestra el símbolo de una válvula de mariposa:

Tipos de válvulas de mariposa

Las válvulas de mariposa tienen distintos diseños, cada uno de los cuales sirve para aplicaciones y rangos de presión específicos. Las válvulas de mariposa pueden clasificarse en función de su diseño de cierre de disco, diseño de conexión y método de actuación.

Diseño de cierre de disco

Las válvulas de mariposa pueden ser concéntricas o excéntricas en función de la ubicación del vástago en relación con la línea central del disco y el ángulo de la superficie del asiento de la válvula.

Concéntrico

El diseño más básico de una válvula de mariposa es una válvula de mariposa céntrica o concéntrica. El vástago pasa por la línea central del disco, y el asiento es la periferia del diámetro interior del cuerpo de la válvula (figura 4 a la izquierda). Este diseño de válvula sin desplazamiento se conoce como de asiento elástico porque la estanquidad eficaz depende de la flexibilidad del asiento de goma. Al cerrarse, el disco entra en contacto por primera vez con el asiento a unos 85° durante una rotación de 90°. Las válvulas de mariposa concéntricas son adecuadas para rangos de baja presión.

Excéntrica

El vástago de una válvula de mariposa excéntrica no pasa por la línea central del disco, sino por detrás (en sentido contrario al del flujo), como se ve en la figura 4 (derecha). El vástago de una válvula de mariposa de desplazamiento simple está directamente detrás de la línea central del disco. Este diseño reduce el contacto del disco con la junta antes de que la válvula se cierre completamente. Un menor contacto mejora la vida útil de la válvula.

En una válvula de mariposa de doble desplazamiento o doblemente excéntrica, el vástago está detrás de la línea central del disco con un desplazamiento adicional hacia un lado (figura 5). El diseño de doble excentricidad del vástago reduce el contacto entre el disco y el asiento a los últimos 1-3° del cierre del disco.

Una válvula de mariposa de triple offset (TOV o TOBV) es adecuada para aplicaciones críticas y tiene un diseño similar al de una válvula de mariposa de doble offset. El tercer desplazamiento es el eje de contacto disco-asiento. La superficie del asiento tiene una forma cónica que, unida a la misma forma en el reborde del disco, da como resultado un contacto mínimo antes del cierre completo de la válvula. Una válvula de mariposa de triple offset es más eficaz y sufre menos desgaste. Las válvulas de triple offset suelen estar fabricadas con asientos metálicos para un cierre hermético a las burbujas. Los asientos metálicos hacen que las válvulas de mariposa sean adecuadas para rangos de temperatura más elevados.

Las válvulas de mariposa de alto rendimiento utilizan la presión de la tubería para aumentar la estanqueidad entre el asiento y el borde del disco. Estas válvulas de mariposa tienen una mayor presión nominal y son propensas a un menor desgaste.

Diseño de la conexión

Las válvulas de mariposa pueden conectarse a un sistema de tuberías de diferentes maneras. Las conexiones más comunes son las de tipo oblea, las de tipo orejeta y las de brida.

Wafer-style

La versión más rentable, una válvula de mariposa tipo wafer se intercala entre dos bridas de tubería. Los pernos largos que atraviesan todo el cuerpo de la válvula conectan las bridas de las tuberías. Este tipo de conexión es adecuado para sellar contra presiones diferenciales bidireccionales y evitar el reflujo en sistemas diseñados para flujo universal. Algunas versiones de esta válvula tienen orificios de brida fuera del cuerpo de la válvula (Figura 6 etiquetada A). Juntas, juntas tóricas y caras planas en ambos lados de la válvula se combinan para lograr un sellado eficaz.

Estilo Lug

La válvula de mariposa tipo orejeta tiene insertos roscados (orejetas) fuera del cuerpo de la válvula (Figura 6 etiquetada C). Dos juegos de pernos, sin tuercas, conectan las bridas de los tubos a cada lado de los insertos de los pernos. Este diseño permite la desconexión de un lado sin afectar a la función del otro para un servicio sin salida. Las válvulas de mariposa de orejas utilizadas en servicios sin salida suelen tener una presión nominal inferior. Y, a diferencia de las válvulas de mariposa wafer, las válvulas de orejetas soportan el peso de las tuberías a través del cuerpo de la válvula.

Método de accionamiento

Las válvulas de mariposa pueden accionarse manualmente mediante manivelas y engranajes o automáticamente mediante actuadores eléctricos, neumáticos o hidráulicos. Estos dispositivos permiten la rotación precisa del disco a posiciones que van desde totalmente abierto a totalmente cerrado. A continuación se describen brevemente los distintos tipos de métodos de accionamiento.

Válvula de mariposa manual

Las válvulas de mariposa de accionamiento manual son económicas y fáciles de manejar. Los dos métodos habituales son:

• Palanca de mano: Para las válvulas de mariposa pequeñas es habitual utilizar una palanca manual. La maneta permite bloquear la válvula en posición abierta, parcialmente abierta o cerrada. Un ejemplo puede verse en la Figura 4 (izquierda). Las válvulas de mariposa de vástago prolongado tienen vástagos largos que permiten el accionamiento a distancia de la válvula cuando está bajo tierra o dentro de un foso.
• El equipo: Están diseñados para válvulas de mariposa ligeramente más grandes y utilizan una caja de cambios para aumentar el par motor a costa de una menor velocidad de apertura/cierre. Las válvulas accionadas por engranajes también son autobloqueantes (no pueden accionarse en sentido contrario) y pueden equiparse con indicadores de posición. Un ejemplo puede verse en la Figura 4 (derecha).

Válvula de mariposa accionada

Los actuadores motorizados son un método fiable para controlar válvulas de mariposa desde una ubicación remota. Los actuadores de válvulas de mariposa también permiten accionar rápidamente válvulas de mayor tamaño. Estos actuadores pueden diseñarse para fallo-abierto (permanecen abiertos en caso de fallo del actuador), fallo-cierre (permanecen cerrados en caso de fallo del actuador), y a menudo vienen con un método de accionamiento manual en caso de fallo, como se ve en la Figura 8. A continuación se enumeran los tres tipos de actuadores automáticos:

• Válvula de mariposa eléctrica (motorizada): Utiliza un motor eléctrico para girar el vástago de la válvula de mariposa. Más información sobre actuadores eléctricos.
• Válvula de mariposa neumática: Requiere aire comprimido para mover un pistón o diafragma para abrir/cerrar la válvula, como se ve en la figura 8. Más información sobre actuadores neumáticos.
• Válvula de mariposa hidráulica: Requiere presión hidráulica para mover un pistón o diafragma para abrir/cerrar la válvula.

Normas ISO para válvulas de mariposa accionadas

• ISO 5211: ISO 5211 es una norma internacional que especifica los requisitos para la fijación de actuadores de fracción de vuelta (con o sin reductor) a válvulas industriales. La norma ISO 5211 especifica las dimensiones de las bridas y de los componentes de accionamiento de los actuadores de fracción de vuelta necesarias para fijarlos a los componentes accionados, junto con los valores de referencia de los pares para interfaces y acoplamientos. Para más información sobre ISO 5211, lea nuestro artículo sobre ISO 5211.
• ISO 5752: La norma ISO 5752 para válvulas de mariposa especifica la serie básica de dimensiones cara a cara y centro a cara para válvulas de mariposa metálicas de dos vías.
• ISO 10631: La norma ISO 10631 especifica los requisitos generales de diseño, materiales (por ejemplo, acero, hierro fundido, hierro dúctil, aleación de cobre), presiones/temperaturas nominales y ensayos para válvulas de mariposa con cuerpo metálico para su uso en sistemas de tuberías embridadas o soldadas a tope.
• ISO 16136: La norma ISO 16136 especifica los requisitos para el diseño, las características funcionales y la fabricación de válvulas de mariposa de materiales termoplásticos destinadas al servicio de aislamiento y control, su conexión al sistema de tuberías, los materiales del cuerpo y su presión/temperatura nominal entre - 40 °C y + 120 °C, para una vida útil de 25 años, y también especifica sus ensayos.

Cableado de la válvula de mariposa

Una válvula de mariposa accionada eléctricamente tiene dos posibilidades de cableado:

• Actuadores de control de 2 puntos: Los tres cables en los actuadores de control de 2 puntos son para +, - y un cable de control. El cable de control tiene que estar alimentado para abrir la válvula y sin alimentación para cerrarla o viceversa. Esta función es especialmente útil si la válvula está situada a distancia. La válvula permanece en la última posición si no se suministra corriente a toda la unidad.
• Actuadores de control de 3 puntos: Los cuatro cables de los actuadores de control de 3 puntos son para +, - y dos cables de control. Las dos señales de control pueden cerrar o abrir la válvula en función de cuál esté alimentada. El mando de 3 puntos permite paradas intermedias (parcialmente abierto). Los dos cables de control no deben accionarse al mismo tiempo, de lo contrario el actuador podría resultar dañado.

Aplicaciones

Las válvulas de mariposa se utilizan en diversas industrias y aplicaciones como la farmacéutica, química y petrolera, alimentaria, suministro de agua, tratamiento de aguas residuales, protección contra incendios, suministro de gas, manipulación de combustibles y accesorios sanitarios. Las válvulas de mariposa para agua se utilizan como válvulas de control en tuberías para cerrar el paso del agua. Estas válvulas están disponibles en tamaños enormes y son adecuadas para manipular lodos y líquidos con cantidades relativamente grandes de sólidos a bajas presiones. Las válvulas de mariposa de acero inoxidable se utilizan en aplicaciones ambientales corrosivas y marinas, ya que el material es muy duradero y resistente a la corrosión.

Válvula de bola frente a válvula de mariposa

Normalmente, una válvula de mariposa con características similares a una válvula de bola es más barata, más fácil de instalar y ocupa menos espacio. Sin embargo, debido al disco de las válvulas de mariposa, no se pueden desarmar para su limpieza. Las válvulas de bola son ventajosas para aplicaciones de alta presión y pequeño diámetro, ya que se adaptan mejor a diferencias de presión más elevadas y provocan una caída de presión mínima sobre la válvula. Las válvulas de mariposa tienen un diseño relativamente sencillo, con menos piezas móviles y menos bolsas/trampas para el fluido. Por lo tanto, son más fáciles de reparar y más baratos de mantener. Para diámetros de tubería pequeños, una válvula de bola suele adaptarse mejor al par y al coste. Las ventajas de par y coste de las válvulas de mariposa aparecen a partir de DN 50. Lea nuestro artículo sobre válvulas de bola frente a válvulas de mariposa para obtener una comparación detallada entre ambos tipos de válvulas.

Preguntas frecuentes

¿Para qué sirve una válvula de mariposa?

Las válvulas de mariposa se utilizan para el control on-off o modulado de fluidos.

¿Se puede utilizar una válvula de mariposa para el gas?

Sí, las válvulas de mariposa pueden utilizarse para líquidos y gases, pero no para sólidos a granel.

¿Cuál es la ventaja de una válvula de mariposa?

Las válvulas de mariposa son ligeras y se pueden utilizar tanto para el control de fluidos on-off como modulado.