Válvula de diafragma

¿Qué es la válvula de diafragma?

Una válvula de diafragma es un tipo especial de válvula de cierre y es bidireccional por naturaleza. Estructuralmente es distinta de las válvulas normales. Como su nombre indica, un diafragma es el elemento de apertura y cierre en una válvula de diafragma que está hecho de un material blando/flexible que es elástico, no corrosivo, material no permeable como el caucho y el plástico, que separa el fluido dentro de la cavidad del cuerpo de la válvula de la cavidad de la tapa y el miembro de accionamiento que evita la contaminación del medio de trabajo y la corrosión de las piezas de funcionamiento.

Para aplicaciones de baja presión, baja temperatura, corrosivos y materiales en suspensión, se pueden utilizar válvulas de diafragma. Se benefician de la simplicidad de la construcción, el sellado fuerte y positivo, la resistencia a la corrosión y la baja resistencia a los fluidos, y como no hay ningún camino de fuga en la construcción del diseño estas válvulas consideradas a prueba de fugas, esta función hace que la válvula sea inestimable cuando no se puede aceptar la fuga dentro o fuera del dispositivo. Todas estas ventajas hacen que la válvula de diafragma sea popular y adecuada para muchas aplicaciones.

¿Cómo funciona la válvula de diafragma?

El funcionamiento de una válvula de diafragma es tan sencillo como el de una válvula de pinza. Una membrana elástica y resistente se fija al compresor mediante un espárrago moldeado de membrana. Cuando el operario desea que la válvula se cierre, se presiona y/o gira el actuador y la membrana es forzada hacia el borde de la presa firme, cerrando la válvula.

El compresor se desplaza hacia arriba y hacia abajo por el vástago de la válvula. De este modo, a medida que se eleva el compresor, se eleva el diafragma. Al bajar el compresor, el diafragma es empujado hacia el fondo curvado o hacia el vertedero, dependiendo del tipo de construcción.

Tipos de válvula de diafragma

Existen principalmente dos diseños sencillos de válvulas de diafragma: de presa y de paso recto. Estas válvulas funcionan de la misma manera, pero la forma de su cuerpo, el diafragma y su aplicación varían. Para que las válvulas de diafragma sean aceptables para usos corrosivos, el interior del cuerpo y las bridas de los extremos deben estar revestidos. Se pueden utilizar diversos materiales de revestimiento, en función de los requisitos.

1. Por estructura corporal:

• Válvula de diafragma de alambre.

Los diseños más comunes disponibles son la válvula de diafragma de tipo vertedero. La configuración de labio elevado/silla para el control de caudal limitado es ideal y se filtra con seguridad gracias a la cubierta sobre el diafragma y el actuador. Este diseño es adecuado para gases y líquidos nocivos o corrosivos, ya que esta cubierta impide toda rotura de la membrana. Como elemento integrado en el cuerpo de la válvula se suministra un vertedero. El vertedero sirve como asiento de la válvula para comprimir la membrana y evitar el oleaje. El cuerpo inclinado a menudo drena de forma natural esta válvula, aunque puede ocurrir en ambas direcciones y con ciertos usos, que podría no ser deseable. Generalmente, este tipo de válvula de diafragma se fabrica en tamaños grandes. El vertedero elevado disminuye la cantidad de movimiento del diafragma desde la posición completamente abierta hasta la posición completamente cerrada, disminuyendo así la cantidad de tensión y esfuerzo en el diafragma. Para fluidos suaves y homogéneos, se suele utilizar la válvula de vertedero, ya que los lodos viscosos y los sedimentos pueden acumularse a ambos lados del asiento. En procesos como el alimentario/químico, procesamiento de gases, corrosivos y aplicaciones de agua, son las más comunes.

Válvula de diafragma de alambre

• Válvula de diafragma de paso recto.

La válvula de diafragma de paso recto es similar en apariencia a los tipos de presa; pero, no incluye el típico asiento y, en su lugar, tiene una vía recta. Normalmente, sus membranas son más compactas y permiten un paso más largo, ya que hay que tocar la parte inferior de la válvula. Cuando la válvula de paso recto está abierta, para obtener el máximo caudal aerodinámico en cualquier dirección, la membrana se eleva mucho. Cuando la válvula está cerrada, incluso con material grueso o fibroso en la línea, el diafragma cierra herméticamente para un sellado positivo. Estas válvulas también deben repararse porque, debido a sus membranas más compactas, su vida útil suele ser más corta que la de los diseños de tipo vertedero. Para lodos, aceites viscosos y otras condiciones en las que debe minimizarse el bloqueo, suelen utilizarse válvulas de diafragma de paso recto. En la industria de las bebidas, la válvula de paso total es la más utilizada. Permite la limpieza con cepillo de bolas, sin abrir ni retirar la válvula de la línea, con vapor o sosa cáustica. También son adecuadas para regímenes de flujo bidireccionales, ya que no hay asiento para evitar la transición brusca de la entrada a la salida.

Válvula de diafragma de paso recto

2. Por actuador.

• Para decidir qué tipo de actuación para cerrar y abrir la válvula se debe utilizar; esto depende de la fuerza del flujo y de la estructura más amplia de la que la válvula es un componente. Los tipos de accionamiento son manual, solenoide eléctrico, neumático, térmico, hidráulico y los más modernos actuadores del mecanismo de control.

Ventajas de la válvula de diafragma:

• También pueden utilizarse válvulas de diafragma para el servicio de estrangulación. Gracias a la amplia zona de cierre a lo largo del banco, las características de estrangulación son las de una válvula de apertura rápida.
• Una válvula de diafragma de tipo vertedero es adecuada para regular pequeños caudales.
• Ofrecen una gran resistencia química gracias a la gama de revestimientos disponibles.
• Las válvulas de diafragma son especialmente idóneas para el tratamiento de aceites corrosivos libres de contaminación, lodos fibrosos, fluidos tóxicos u otros fluidos.
• El funcionamiento de una válvula de diafragma no está expuesto a los medios del interior de la tubería. Para estropear el mecanismo de trabajo, los fluidos pegajosos o viscosos no pueden entrar en el bonete.
• Muchos fluidos que podrían obstruir, erosionar o estropear las piezas operativas de cualquier otro tipo de válvula se moverán a través de la válvula de diafragma sin causar ningún problema. Por el contrario, no se puede permitir que los lubricantes utilizados por el mecanismo de trabajo contaminen el fluido que se está manejando.
• No hay prensaestopas que proteger ni posibilidad de fugas del vástago en las válvulas.

Desventajas de la válvula de diafragma:

• El vertedero impedirá que la tubería drene completamente.
• Las temperaturas y presiones de trabajo del material del diafragma son reducidas. Las presiones suelen limitarse a 200 psi y las temperaturas hasta 400 F (204 C).
• El diafragma también puede disminuir la presión hidrostática.
• El diafragma puede sufrir corrosión cuando se utiliza mucho en servicios de estrangulamiento extremos que contienen impurezas.
• Las válvulas de diafragma se limitan a tamaños pequeños, normalmente de 1⁄2 a 12 NPS (DN 15 a 300).

Guía de selección de válvulas de diafragma. 

Las válvulas de diafragma no tienen un diseño específico para el sector, por lo que determinar la válvula correcta para su aplicación puede resultar complicado. Esta parte incluiría algunas descripciones cruciales de los criterios que deben definirse. Tenga en cuenta que esta lista no es exhaustiva, pero al menos debería orientar a los ingenieros o a un fabricante de válvulas de diafragma en la dirección correcta.

• Tamaño de la válvula: Dado que estas válvulas se utilizan en aplicaciones de estrangulación, su tamaño tiene importantes efectos sobre el fluido. En primer lugar, hay que calcular la cantidad deseada de fluido de proceso a través del dispositivo para determinar el tamaño correcto de la válvula. Esto implica conocer el caudal del fluido, su gravedad/viscosidad particular y el caudal óptimo. En segundo lugar, medir las temperaturas y presiones de entrada/salida óptimas, así como el potencial deseado de la válvula y las fuerzas que necesitaría para obstruir el flujo. A continuación, se puede calcular la relación correcta entre el diámetro interior y exterior de la válvula utilizando tablas.
• Rango de caída de presión: ¿Cuál es la reducción óptima de la presión a través de la válvula? Asegúrese de que este valor está definido o, si no está seguro, elija un porcentaje suficientemente grande para ajustar el caudal de fluido. A continuación, decida las presiones que encuentra la válvula durante el funcionamiento del dispositivo para poder elegir una válvula que soporte todo el rango.
• Actuación requerida: Utilizando la parte anterior, prediga qué tipo de diafragma sería más útil para su fluido de proceso. A continuación, decida si el cuerpo y el vástago se revelarán al medio o si estos componentes deben aislarse.
• Extremos de conexión: Determine la relación entre la válvula y su sistema; esto puede adoptar la forma de rosca básica, uniones soldadas, bridas y/u otros procedimientos de selección específicos de la aplicación. A continuación, evalúe las propiedades óptimas de los materiales de la válvula para que el flujo de fluido no afecte negativamente a su funcionamiento. Por ejemplo, los fluidos altamente corrosivos necesitan materiales que no se descompongan en condiciones cáusticas, como el acero inoxidable, el bronce y otros metales. Por último, decida todas las demás características, como la unidad, las indicaciones de ubicación, las medidas de seguridad, etc. para que su válvula funcione mejor en su proyecto.

¿Dónde se utiliza la válvula de diafragma?

Una válvula de diafragma es barata, eficaz y se presenta en una gran variedad de diseños, por lo que puede utilizarse en muchas aplicaciones. Algunas de las industrias en las que se puede utilizar son:

• Plantas de tratamiento de aguas.
• Industria farmacéutica.
• Plantas de procesamiento de alimentos.
• Centrales eléctricas.
• Servicios de vacío.
• Aplicaciones propensas a la corrosión.

Cómo instalar una válvula de diafragma.

• Retire todo el material de embalaje de la válvula. Antes de la instalación, compruebe si hay contaminantes u objetos extraños en la tubería y, si es necesario, límpiela.
• La válvula puede instalarse en cualquier lugar. Se debe tener cuidado de proporcionar entrada a la válvula desde ambas direcciones para el servicio. Cuando la válvula se monte en campo abierto, deberá asegurarse contra los impactos directos de la intemperie en el emplazamiento.
• Durante la instalación de la válvula, el espacio entre las bridas de la tubería debe ser de al menos 20 mm por encima de toda la longitud de la válvula, para no afectar a las bandas de funcionamiento y permitir la instalación de las juntas. Dado que las juntas de las bridas se recomiendan con juntas de goma reforzadas con acero, esto es fundamental para las bridas deslizantes.
• Las contrabridas de las tuberías deben ser planoparalelas y concéntricas. Los pernos de enlace deben fijarse de forma similar en sentido transversal (sin tensión).
• La tubería no debe elevarse hasta la válvula por ningún medio. Para medios corrosivos, deben utilizarse juntas planas conforme a DIN 2690.

Mantenimiento de la válvula de diafragma:

• Todas las tuberías de alta presión deben estar bajadas y protegidas contra una nueva puesta en marcha antes de iniciar los trabajos de mantenimiento. Una vez finalizados los trabajos de reparación, deberá comprobarse la estanqueidad y la hermeticidad de ambas conexiones.
• Las válvulas de diafragma no suelen necesitar mantenimiento. El engrasador situado en el cuello de la tapa debe lubricarse a intervalos frecuentes.
• Inspección: Averigüe el estado exterior de la válvula. Limpie y parchee el revestimiento si es necesario. Compruebe la estanqueidad de los contactos de la tubería, por ejemplo, las bridas. Compruebe el buen funcionamiento de la válvula. Conmute manualmente toda la carrera. Comprobar la estanqueidad al final de la junta: ajustar la válvula en posición cerrada. Compruebe la disminución de presión aguas abajo y aguas arriba de la válvula.
• El diafragma de elastómero debe ser observado mientras se almacena: el espacio de almacenamiento debe ser frío, seco y adecuadamente ventilado. Debe conservarse una temperatura ambiente de entre +20 0 C y-10 0 C. Cuando se calienta el espacio de almacenamiento, los radiadores y los desagües deben estar protegidos de los recipientes de almacenamiento. La distancia entre el calefactor y los productos almacenados debe ser de al menos 1 m. Humedad relativa aproximada. 65% tiene un efecto beneficioso sobre los diafragmas conservados. El diafragma no debe exponerse a la luz del día. Los disolventes, aceites y lubricantes no deben empaquetarse junto con diafragmas del elastómero. Separe los diafragmas almacenados nuevos de los almacenados durante más tiempo. A menudo, utilice primero los diafragmas conservados durante más tiempo.
• Limpieza del diafragma: Los artículos de goma deben lavarse con agua caliente. Después de un tiempo de almacenamiento de 6 a 8 meses, se aconseja limpiar y enjuagar con agua antes de la instalación con un disolvente de carbonato sódico al 1,5%. Los diafragmas limpios no pueden ser secados por el calentador.
• Desenrosque la tapa de los tornillos en cruz y levante la parte superior del cuerpo. El adhesivo entre la brida de la tapa del cuerpo y el diafragma puede separarse yendo hacia adelante y hacia atrás. Si resulta difícil retirar la parte superior, se puede empujar la válvula en la dirección de cierre mediante un volante, lo que levanta la tapa y permite retirar la válvula junto con el diafragma.
• Desbloquee el diafragma girando el componente de presión en el sentido de las agujas del reloj. Retire la protección de la tubería (manguera de goma) del nuevo diafragma. Atornille el diafragma con el tornillo de diafragma completamente en la pieza de presión.

Resumen: 

Como hemos comentado anteriormente, la válvula de diafragma es adecuada para muchas aplicaciones, ya que es sencilla, rentable y requiere muy poco mantenimiento. Este artículo le guiará brevemente sobre la válvula de diafragma.