Válvulas de Bola Para Aplicaciones de Alta Presión

Las válvulas de bola de alta presión proporcionan un cierre fiable y eficaz en aplicaciones de alta presión. Estas válvulas están diseñadas con características únicas, como materiales duraderos, construcción robusta y sellado hermético para garantizar un funcionamiento fiable a alta presión. Este artículo analiza las principales características y criterios de selección de las válvulas de bola de alta presión. Lea nuestro artículo sobre válvulas de bola para obtener más información sobre su construcción, funcionamiento y tipos.

Índice de contenidos

• Válvulas de bola de alta presión
• Características de diseño
• Selección de una válvula de bola de alta presión
  • Materiales
  • Estándares
  • Tipos de conexión
  • Clasificación del asiento de válvula

Válvulas de bola de alta presión

Como su nombre indica, una válvula de bola de alta presión funciona a una presión de fluido elevada, aproximadamente 500 - 700 bares (7252 - 10152 psi). Estas válvulas de bola se utilizan en aplicaciones en las que se almacenan grandes volúmenes de fluido y se requiere un control preciso del caudal, como plantas de distribución de agua, industrias químicas y parques acuáticos. Estas válvulas están especialmente diseñadas para soportar un uso continuado en estas severas condiciones. Las válvulas de bola se utilizan ampliamente en aplicaciones de alta presión debido a sus características únicas.

• Las válvulas de bola proporcionan un sellado a prueba de fugas o un cierre hermético a las burbujas, evitando cualquier caída de presión que pueda producirse en caso de fuga.
• Las válvulas de bola de paso total no interfieren con el flujo cuando están abiertas, por lo que la pérdida de presión es mínima.
• La estructura de la bola permite abrir la válvula en sistemas de alta presión, siempre que el actuador esté correctamente dimensionado. La forma de la bola también permite que se mueva suavemente a través del flujo de alta presión, lo que ayuda a que la válvula funcione con eficacia.
• Los sistemas de tuberías de alta presión son propensos a sufrir golpes de ariete. Sin embargo, las válvulas de bola son útiles para minimizarlos.

Características de diseño

• Reducción del tamaño del puerto: La presión nominal de la válvula aumenta cuando el tamaño de la válvula disminuye. Por ejemplo, una válvula de bola más grande con un diámetro de 6 pulgadas puede estar clasificada para una presión de 41 bar (600 psi), mientras que una válvula de bola más pequeña con un diámetro de 2 pulgadas puede estar clasificada para una presión de 103 bar (1500 psi) porque la mayor velocidad del fluido que fluye a través de la válvula más pequeña requiere una clasificación de presión más alta para mantener la presión aguas abajo deseada.
• Materiales resistentes: Las válvulas de bola de alta presión están fabricadas con materiales de alta calidad que soportan presiones y temperaturas extremas. Los materiales más comunes son el acero inoxidable, el titanio y otras aleaciones resistentes a la corrosión.
• Asientos y juntas reforzados: Los asientos y juntas de las válvulas de bola de alta presión están reforzados con materiales como PTFE, grafito o metal para soportar altas presiones y temperaturas sin fugas. Lea nuestra guía de resistencia química para saber más sobre la compatibilidad de los distintos materiales con diversos medios y su rango de temperaturas de trabajo.
• Diseño de calibre completo: Las válvulas de bola de alta presión suelen diseñarse con paso total, lo que significa que el diámetro interno de la válvula es el mismo que el de la tubería a la que está conectada. Esto reduce las restricciones de caudal y minimiza la caída de presión.
• Vástago antiexplosión: El vástago de las válvulas de bola de alta presión está diseñado con una función antiexplosión que impide que el vástago salga de la válvula debido a la alta presión.
• Diseño de doble bloque y sangrado: Algunas válvulas de bola de alta presión están diseñadas con una función de doble bloqueo y purga, que permite aislar el flujo aguas arriba y aguas abajo, y también proporciona un medio para purgar o drenar la cavidad entre las dos juntas.

Selección de una válvula de bola de alta presión

Materiales

• Elija materiales como el acero al carbono y el acero inoxidable 316 para la construcción de la válvula de bola, ya que son resistentes y pueden soportar altas presiones de funcionamiento.
• Para soportar los valores nominales de presión y el par máximo admisible del vástago, utilice materiales como un dúplex u otros materiales de alta resistencia con buenas propiedades elásticas para la bola, los anillos de asiento y el vástago. También puede utilizarse acero al carbono, acero inoxidable u otras aleaciones de bajo contenido.
• Seleccione insertos de asiento termoplásticos como Devlon V, Nylon y PEEK para válvulas de bola de asiento blando por su resistencia al desgaste y su bajo coeficiente de fricción.
• Las juntas de las válvulas de bola de alta presión se fabrican principalmente con elastómeros tóricos, y los requisitos de descompresión antiexplosiva son obligatorios. Como alternativa, también pueden utilizarse retenes labiales de PTFE.

Estándares

Existen varias normas a las que pueden ajustarse las válvulas de bola de alta presión, en función de la aplicación específica y los requisitos del sector. Algunas de las normas más comunes para válvulas de bola de alta presión incluyen:

• API 6D: API 6D especifica los requisitos y procedimientos de ensayo de las válvulas de bola para tuberías utilizadas en la industria del petróleo y el gas. Esta norma cubre válvulas con presiones nominales de hasta 10.000 PSI y temperaturas comprendidas entre -45 °C (-50 °F) y 121 °C (250 °F).
• ASME B16.34: ASME B16.34 cubre los requisitos de diseño, materiales, pruebas e inspección de las válvulas en general, incluidas las válvulas de bola. Esta norma cubre válvulas con presiones nominales de hasta 690 bar (10.000 psi) y temperaturas comprendidas entre -6 °C (-20 °F) y 537 °C (1000 °F).
• ISO 17292: La norma ISO 17292 se refiere a las válvulas de bola metálicas utilizadas en las industrias petrolera, petroquímica y del gas natural. Especifica los requisitos relativos a los materiales, el diseño, la fabricación, los ensayos, la inspección y el marcado de las válvulas. La norma ISO 17292 cubre válvulas con presiones nominales de hasta 10.000 PSI y temperaturas comprendidas entre -29 °C (-20 °F) y 200 °C (392 °F).
• ANSI/FCI 70-2: ANSI/FCI 70-2 cubre los requisitos de prueba e inspección de las válvulas de bola. Esta norma incluye pruebas de estanqueidad del asiento, pruebas hidrostáticas de la carcasa y rendimiento a altas temperaturas.

Tipos de conexión

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

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

Clasificación del asiento de válvula

Un gráfico de presión nominal de asiento de válvula frente a temperatura muestra la presión de funcionamiento segura y los intervalos de temperatura para un material de asiento de válvula específico. El gráfico suele mostrar la presión máxima que puede soportar el asiento de la válvula a diferentes temperaturas manteniendo un cierre hermético. El gráfico de presión-temperatura nominal proporciona información esencial para seleccionar el material de válvula adecuado para una aplicación determinada, garantizando que la válvula pueda funcionar con seguridad y eficacia en las condiciones de funcionamiento previstas.

El gráfico suele determinar la presión máxima que puede soportar un asiento de válvula a una temperatura específica. Por ejemplo, el PTFE trabaja a una presión máxima de 41 bar (600 psi) hasta 121 °C (250 𐩑F) (Figura 2). Si la temperatura de funcionamiento es de 149 °C (300 𐩑F) y la presión máxima permitida es de 41 bar (600 psi), el material puede fallar, provocando fugas, fallos de funcionamiento o daños en la válvula y en el equipo circundante.