Respuesta rápida: Válvula de bola vs. válvula de mariposa
Diferencia clave en una sola frase
La principal diferencia entre una válvula de bola y una válvula de mariposa radica en la forma en que cada una controla el flujo. Una válvula de globo utiliza un movimiento lineal del vástago para desplazar un obturador o disco hacia el asiento, lo que la hace más adecuada para la regulación precisa del caudal y la estrangulación. Una válvula de mariposa utiliza un movimiento giratorio de un cuarto de vuelta para girar un disco dentro de la tubería, lo que la hace más compacta y eficiente para servicios de gran caudal, operación rápida y menor caída de presión.
En la selección típica de válvulas industriales, por lo general se opta por una válvula de globo cuando el proceso requiere un control preciso, una estrangulación estable o una regulación de presión. Por lo general, se opta por una válvula de mariposa cuando el proyecto requiere una válvula más liviana, una distancia entre caras más corta, una menor resistencia al flujo, un cierre rápido o una solución práctica para tuberías de mayor diámetro.
La elección correcta no se basa únicamente en el nombre de la válvula. Se debe evaluar en función del medio, el caudal, la presión, la temperatura, la precisión de control requerida, la caída de presión permitida, la expectativa de fugas, el tamaño de la tubería, el diseño del asiento, el método de accionamiento y el acceso para mantenimiento. Una selección incorrecta puede provocar que un circuito de control sea inestable, colocar una válvula innecesariamente restrictiva en una línea de aislamiento de baja pérdida, aumentar la carga de la bomba con el tiempo o generar problemas de mantenimiento que podrían haberse evitado durante la especificación.
Cuando la elección suele favorecer a cada válvula
Elige un válvula de globo cuando el proceso requiere un ajuste controlado en lugar de una simple operación de apertura y cierre. Esto incluye el servicio de estrangulamiento, el control de presión, el equilibrio de flujo, la regulación de vapor, la dosificación de productos químicos, el control de derivación y los servicios en los que la válvula puede permanecer parcialmente abierta durante largos períodos.
Elige un válvula de mariposa Cuando el sistema requiere una válvula compacta para el aislamiento, el manejo de caudales elevados, una baja pérdida de presión, un funcionamiento rápido o tuberías de gran diámetro. Las válvulas de mariposa son comunes en sistemas de agua, agua de enfriamiento, climatización (HVAC), aguas residuales, redes de servicios públicos y muchos servicios industriales generales en los que el espacio, el peso y la caída de presión son factores importantes.
En caso de condiciones de servicio extremas, alta presión diferencial, riesgo de cavitación, medios abrasivos, altas temperaturas o requisitos estrictos de fugas, se deben revisar el diseño de la válvula, el material del asiento, los componentes internos, el patrón del cuerpo, la clase de presión y la hoja de datos antes de establecer la especificación definitiva.
Válvula de bola vs. válvula de mariposa: una comparación rápida
Tabla comparativa de diferencias clave
| Factor de selección | Válvula de globo | Válvula de mariposa | Qué significa esto para la selección |
|---|---|---|---|
| Función principal | Regulación del flujo, estrangulamiento, control de presión y aislamiento cuando así se especifique | Aislamiento, servicio de alto caudal, funcionamiento rápido, regulación limitada o especial según el diseño | Elige la válvula de bola cuando la precisión de control sea el requisito principal; elige la válvula de mariposa cuando el requisito principal sea un sistema de flujo compacto y de baja resistencia. |
| Tipo de moción | Movimiento lineal | Movimiento giratorio de un cuarto de vuelta | Las válvulas de bola ajustan la apertura del asiento de manera gradual; las válvulas de mariposa hacen girar un disco a través de la vía de flujo. |
| Elemento de cierre | El tapón o disco se acerca o se aleja del asiento | Disco que gira dentro del cuerpo de la válvula | El diferente movimiento de cierre genera un comportamiento distinto en cuanto al control y la caída de presión. |
| Recorrido del flujo | Un recorrido más sinuoso por el cuerpo | Trayectoria más directa, en la que el disco permanece en la corriente de flujo | Las válvulas de bola suelen provocar una mayor caída de presión; las válvulas de mariposa suelen provocar una menor caída de presión cuando están completamente abiertas. |
| Limitación | Más potente para una regulación continua y precisa | Es posible en algunos servicios, pero por lo general es menos preciso, a menos que se utilicen un diseño especial y un control específico del actuador | Utilice primero una válvula de globo para una modulación continua y precisa. Utilice una válvula de mariposa para la regulación del caudal solo después de verificar la sensibilidad al ángulo de apertura, el control del actuador y la caída de presión permitida. |
| Precisión de control | En general, mejor | Por lo general, es más bajo para una modulación precisa | Las válvulas de mariposa pueden ser adecuadas para un control aproximado o para sistemas de control diseñados, pero es necesario analizar conjuntamente la válvula, el actuador y las condiciones de servicio. |
| Caída de presión | Normalmente más alto | Por lo general, es más bajo en un servicio de gran caudal con válvula totalmente abierta | La baja caída de presión suele ser el factor determinante a la hora de elegir una válvula de mariposa para aplicaciones de aislamiento o transferencia; en aplicaciones de regulación, una caída de presión controlada puede ser aceptable o incluso necesaria. |
| Cv / capacidad de flujo | A menudo es menor para el mismo tamaño nominal debido a la geometría del cuerpo | A menudo es mayor debido a que la trayectoria del flujo es más abierta | El CV debe verificarse según los datos del fabricante para la carrocería, el acabado, el disco y el estado de la abertura específicos. |
| Tamaño y peso | Por lo general, más pesados y más grandes | Por lo general, más ligeros y compactos | El gran diámetro de las tuberías, el espacio limitado, las restricciones de elevación y las limitaciones en el soporte de las tuberías suelen hacer que la primera opción a considerar sean las válvulas de mariposa. |
| Velocidad de funcionamiento | Recorrido lineal multigiro o controlado por actuador | Funcionamiento rápido con un cuarto de vuelta | Las válvulas de mariposa suelen ser más fáciles de usar para operaciones rápidas de apertura y cierre. |
| Dirección de costos | A menudo es mayor en los tamaños más grandes y en los diseños de grado de control | A menudo es más bajo en tallas más grandes, pero los diseños especiales pueden aumentar el costo | Compara el costo total de propiedad, no solo el precio de compra. |
| Mantenimiento | Es posible que sea necesario revisar más componentes internos, así como el asiento y los tapizados | La estructura es más sencilla, pero el estado del asiento, el disco, el eje y el sello sigue siendo importante | El costo de mantenimiento depende del servicio, el material, el acceso, la frecuencia de operación y el diseño de la válvula. |
| Previsión de corte | Depende del disco o tapón, el asiento, el acabado y los requisitos de fuga | Depende en gran medida del tipo de asiento, el diseño del desplazamiento y el material de sellado | Especifique el nivel de fuga esperado y el diseño del asiento; no dé por sentado el rendimiento de cierre basándose únicamente en el tipo de válvula. |
| Ajuste estándar | Control de vapor, dosificación de productos químicos, regulación de procesos, control de derivación | Agua de enfriamiento, tuberías de gran diámetro, sistemas de servicios públicos, aislamiento, servicio con baja caída de presión | La selección final debe basarse en las condiciones del servicio, no en una clasificación genérica. |
Qué significa la tabla para la selección de válvulas industriales
La tabla muestra por qué una válvula de globo y una válvula de mariposa rara vez son intercambiables en aplicaciones exigentes. Una válvula de globo crea una restricción controlada dentro del cuerpo de la válvula. Esa restricción es útil cuando la válvula debe regular el flujo o absorber la caída de presión, pero también aumenta la resistencia cuando la válvula está completamente abierta.
Una válvula de mariposa presenta un recorrido de flujo más sencillo y compacto. Incluso cuando está completamente abierta, el disco permanece dentro del paso de la válvula, pero la resistencia total suele ser menor que la de una válvula de globo en aplicaciones similares de gran caudal. Esto hace que las válvulas de mariposa sean una opción atractiva cuando el sistema requiere capacidad de flujo, ahorro de espacio y menor pérdida de presión más que una precisión de control fina.
Por esta razón, la decisión debe plantearse como una disyuntiva de ingeniería:
- ¿Necesitas un control preciso? Empieza por revisar la válvula de bola.
- ¿Necesitas un aislamiento de gran diámetro, compacto y con baja caída de presión? Empieza por revisar la válvula de mariposa.
- ¿Necesitas tanto control como una baja caída de presión? Revisa las condiciones de servicio, el diseño de la válvula, el actuador, la característica de flujo, la caída de presión permitida y los datos del fabricante antes de tomar la decisión final.
Cuando el deber es control o limitación, la caída de presión a través de la válvula puede formar parte de la función de control y debe verificarse como una condición de operación requerida. Cuando la carga es aislamiento de apertura total o transferencia de gran caudal, la resistencia innecesaria puede convertirse en un problema a largo plazo relacionado con la carga de la bomba y los costos operativos.
En qué se diferencian el funcionamiento de las válvulas de bola y las válvulas de mariposa
Válvula de bola: movimiento lineal del obturador o del disco
Una válvula de bola controla el flujo moviendo un obturador o disco en dirección lineal hacia el asiento o alejándolo de él. A medida que se mueve el vástago, cambia la abertura entre el disco y el asiento. Este cambio controlado en el área de flujo permite que la válvula regule el flujo de manera más gradual que muchas válvulas de aislamiento de cuarto de vuelta.
El recorrido interno del cuerpo de una válvula de bola no es un recorrido recto de paso total. El flujo debe pasar a través de un conducto perfilado y rodear el área del asiento. Esta geometría del cuerpo genera resistencia, turbulencia y caída de presión. En aplicaciones de regulación, esa caída de presión puede ser parte de la función de control prevista. Sin embargo, en aplicaciones simples de apertura total, puede convertirse en una pérdida de energía innecesaria.
Las válvulas de bola pueden suministrarse con diferentes modelos de cuerpo y diseños de interior. La caída de presión exacta, el coeficiente de flujo, la característica de control y el rendimiento de cierre dependen del diseño del fabricante, el modelo del cuerpo, el interior, el asiento, la clase de presión y las condiciones de servicio.
Para los lectores que necesiten una explicación más detallada sobre la trayectoria interna del flujo, el control del asiento del disco y el comportamiento de cierre, el NTGD’s Guía sobre el principio de funcionamiento de la válvula de bola ofrece una visión general técnica más específica.
Válvula de mariposa: rotación del disco de un cuarto de vuelta
Una válvula de mariposa controla el flujo mediante un disco montado en un eje. Cuando la válvula está abierta, el disco gira de manera casi paralela a la dirección del flujo. Cuando la válvula está cerrada, el disco gira transversalmente al paso de la válvula para bloquear la trayectoria del flujo. El funcionamiento suele consistir en un movimiento de un cuarto de vuelta, lo que hace que las válvulas de mariposa sean rápidas de operar y fáciles de automatizar.
Debido a que su estructura es compacta y el recorrido del flujo es relativamente directo, la válvula de mariposa se utiliza comúnmente en aplicaciones donde el espacio, el peso y la capacidad de flujo son factores importantes. Esto es especialmente importante en tuberías de mayor diámetro, donde una válvula de globo puede resultar más pesada, más costosa y más difícil de sostener.
Sin embargo, el disco sigue estando dentro de la trayectoria del flujo. Esto significa que una válvula de mariposa no es un dispositivo de resistencia cero. La forma del disco, el ángulo de apertura, el tipo de asiento, el diseño descentrado, la disposición del eje y el tamaño de la válvula influyen en el comportamiento del flujo, la caída de presión, el par y la estabilidad del control.
En los proyectos en los que la válvula de mariposa utilice una conexión con brida atornillada, la Guía de selección de válvulas de mariposa con bridas se pueden revisar junto con el asiento, el espacio libre del disco, la clase de presión y los requisitos del actuador.
Por qué el tipo de movimiento modifica el comportamiento del control de flujo
La diferencia entre el movimiento lineal y el movimiento rotatorio influye directamente en la selección de la válvula.
Una válvula de bola modifica la apertura del flujo en el asiento de manera más controlada. Esto facilita su uso para ajustes precisos, especialmente cuando el proceso requiere un control estable en un rango de posiciones de la válvula.
Una válvula de mariposa regula el flujo mediante la rotación de un disco dentro de la tubería. En ciertos ángulos de apertura, pequeños cambios en la posición del disco pueden provocar cambios más significativos en el flujo. Esto puede dificultar el control preciso, a menos que la válvula, el actuador y el sistema de control estén diseñados específicamente para esa aplicación.
Esto no significa que las válvulas de mariposa no puedan utilizarse para la regulación de caudal. Significa que la aplicación debe analizarse cuidadosamente. Para el aislamiento básico y el servicio de caudales elevados, una válvula de mariposa puede ser la opción más eficiente. Para la regulación continua y precisa, una válvula de globo suele ser la mejor opción inicial. En la práctica, el control de asiento lineal es más fácil de evaluar para una modulación estable, mientras que el control de disco giratorio suele ser más adecuado para un funcionamiento rápido y un flujo de baja resistencia, a menos que el conjunto de la válvula de mariposa esté diseñado específicamente para servicio de modulación.
El siguiente video ofrece una visión general de los tipos de válvulas más comunes, incluidas las válvulas de globo y las válvulas de mariposa, y puede ayudar a los lectores a comprender por qué el movimiento lineal y el movimiento de cuarto de vuelta del disco dan lugar a un comportamiento de control diferente.
Precisión de control y limitación de flujo
Por qué se suelen preferir las válvulas de bola para el control preciso del flujo
Por lo general, se prefiere una válvula de bola para la regulación del caudal, ya que su obturador o disco se desplaza hacia el asiento siguiendo una trayectoria lineal controlada. Esto le da a la válvula una relación más predecible entre el recorrido del vástago y el ajuste del caudal. En sistemas de proceso en los que la válvula puede permanecer parcialmente abierta, este comportamiento de control suele ser más importante que una baja caída de presión en posición totalmente abierta.
El estrangulamiento mediante válvulas de bola es común en aplicaciones como:
- regulación del flujo de vapor;
- equilibrio del agua de proceso;
- dosificación de productos químicos;
- control de derivación;
- reducción de la presión;
- control de flujo en tuberías de diámetro pequeño o mediano;
- aplicaciones en las que una modulación estable es más importante que una pérdida mínima de energía.
La contrapartida es que una válvula de globo suele generar mayor resistencia que una válvula de mariposa. Esto no siempre es una desventaja. En aplicaciones de control, puede ser necesario que haya una caída de presión controlada a través de la válvula. La clave es asegurarse de que la válvula se seleccione para la función de control específica, y no simplemente se instale por el hecho de que se denomine válvula de globo.
¿Se puede usar una válvula de mariposa para regular el flujo?
Una válvula de mariposa se puede utilizar para regular el caudal en algunas aplicaciones, especialmente cuando el control requerido no es extremadamente preciso y la caída de presión es relativamente moderada. Las válvulas de mariposa de alto rendimiento, las válvulas de mariposa de triple desplazamiento, los diseños especiales de disco y los actuadores adecuados pueden ampliar el rango de control utilizable en ciertas aplicaciones.
Sin embargo, una válvula de mariposa no debe considerarse un sustituto directo de una válvula de globo en todas las aplicaciones de regulación de caudal. Cuando está parcialmente abierta, el disco puede generar turbulencias, una distribución desigual del flujo, vibraciones, ruido, variaciones en el par de giro o inestabilidad en el control. Estos riesgos dependen del caudal, la caída de presión, el medio, el tamaño de la válvula, el diseño del disco, la selección del actuador y las condiciones de instalación.
Cuando se considera el uso de una válvula de mariposa para regular el flujo, esto Cv de la válvula de mariposa según la posición de apertura Esta referencia ayuda a explicar por qué se deben verificar el ángulo de apertura y los datos del fabricante antes del uso final.
No se debe dar por sentado que una válvula de mariposa estándar sea adecuada para una modulación continua de alta precisión, altas presiones diferenciales, riesgo de flashing o cavitación, estrangulamiento a baja apertura durante largos períodos o control de procesos críticos. En aplicaciones de estrangulamiento inadecuadas, el resultado puede ser vibración, ruido, desgaste acelerado del asiento, tensión en el eje o en la empaquetadura, respuesta inestable del proceso y mantenimiento no planificado.
Para una regulación aproximada, el equilibrio o una modulación no crítica, una válvula de mariposa puede ser una opción aceptable. Para un control continuo preciso, una presión diferencial elevada, estrangulamiento severo, evaporación instantánea, cavitación o estabilidad crítica del proceso, la revisión del diseño debe ser más estricta.
Límites de estrangulamiento, alta presión diferencial y revisión de diseños especiales
La selección se vuelve más delicada cuando la presión diferencial es alta. Una válvula utilizada para la regulación del flujo debe controlar el flujo sin provocar ruido, vibración, erosión, cavitación, daño a los asientos o un funcionamiento inestable inaceptables.
Antes de utilizar una válvula de mariposa para regular el flujo, verifique lo siguiente:
- si la válvula está diseñada para servicio de modulación;
- el caudal mínimo, normal y máximo previsto;
- la caída de presión a través de la válvula en diferentes posiciones;
- compatibilidad entre el material del disco y el del asiento;
- margen de par del actuador;
- precisión de control requerida;
- frecuencia de funcionamiento prevista;
- si la válvula permanecerá parcialmente abierta durante largos períodos.
Antes de utilizar una válvula de bola para regular el flujo, comprueba también lo siguiente:
- caída de presión e impacto energético;
- idoneidad del acabado;
- riesgo de erosión o cavitación;
- límites de temperatura y presión;
- requisito de fuerza del actuador;
- si el diseño del cuerpo cumple con la pérdida de presión permitida.
El tipo de válvula puede indicar una dirección inicial, pero la decisión final debe verificarse según las especificaciones del proyecto y los datos del fabricante.
Caída de presión y eficiencia de flujo
¿Por qué las válvulas de bola suelen generar una mayor caída de presión?
Una válvula de bola suele generar una mayor caída de presión porque el fluido debe pasar por un recorrido interno del cuerpo más restrictivo. El flujo cambia de dirección alrededor de la zona del asiento y del obturador, lo que aumenta la resistencia en comparación con un recorrido de flujo más directo.
Esta caída de presión es una de las razones por las que las válvulas de globo se utilizan ampliamente para el control del flujo. La válvula está diseñada para crear una restricción controlable. Cuando la aplicación requiere regulación, esta restricción ayuda a la válvula a ajustar el flujo. Si una válvula de globo se utiliza únicamente para un aislamiento simple de tipo «on-off», esa misma restricción interna puede convertirse en una pérdida de energía continua e innecesaria y aumentar la carga sobre el sistema de bombeo.
La caída de presión a través de una válvula de globo depende de:
- patrón corporal;
- diseño de molduras;
- tamaño de la válvula;
- posición inicial;
- caudal;
- densidad y viscosidad del fluido;
- presión y temperatura;
- tuberías de entrada y de salida;
- Datos del currículum del fabricante.
Si el diseño de la carrocería ya es un aspecto clave del proyecto, el Comparación entre válvulas de globo con diseño en T y en Y puede ayudar a explicar por qué las diferentes geometrías del cuerpo de las válvulas de bola pueden generar diferentes pérdidas de presión.
Por esta razón, una válvula de bola no debe seleccionarse únicamente en función del diámetro nominal de la tubería. Durante la especificación, se deben verificar la caída de presión permitida y la capacidad de flujo requerida.
¿Por qué las válvulas de mariposa suelen presentar una menor caída de presión en aplicaciones de gran caudal?
Una válvula de mariposa suele presentar una caída de presión menor que una válvula de globo cuando está completamente abierta en aplicaciones de gran caudal. El cuerpo es más corto y la trayectoria del flujo es más directa. Aunque el disco permanece dentro del paso de la válvula, la obstrucción total suele ser menor que la restricción interna de una válvula de globo.
Por eso, las válvulas de mariposa suelen elegirse para:
- tuberías de agua de gran diámetro;
- sistemas de agua de enfriamiento;
- tuberías de servicios públicos;
- aislamiento de la descarga de la bomba;
- servicios de aguas residuales y servicios industriales en general;
- aplicaciones en las que se debe limitar la pérdida de energía;
- sistemas en los que el espacio de instalación y el peso de las válvulas son factores clave.
Una menor caída de presión puede reducir la carga de la bomba y mejorar la eficiencia del flujo. Sin embargo, la válvula debe seguir cumpliendo con los requisitos de cierre, presión, temperatura, material y asiento. Una válvula de baja caída de presión no es automáticamente la válvula adecuada si el proceso requiere un control preciso.
Cv, posición de apertura y condiciones de apertura total frente a condiciones de estrangulamiento
El Cv es uno de los valores que se utilizan para comparar la capacidad de flujo de una válvula. En general, un valor de Cv más alto indica que una válvula puede permitir un mayor flujo con una caída de presión determinada. Sin embargo, el valor de Cv debe obtenerse de los datos del fabricante, y no deducirse únicamente a partir del tipo de válvula.
| Factor de caída de presión | Válvula de globo | Válvula de mariposa | Nota de selección |
|---|---|---|---|
| Resistencia a plena apertura | Por lo general, es más alto debido a la vía interna del cuerpo | Por lo general, es menor debido a su cuerpo compacto y a la trayectoria directa del flujo | Importante para la eficiencia energética y el servicio de gran caudal. |
| Comportamiento de limitación de ancho de banda | Por lo general, es más estable para una regulación precisa | Puede ser menos lineal y más sensible al ángulo de apertura | Es importante para la precisión del control y la estabilidad del proceso. |
| Cv / capacidad de flujo | Se debe verificar según el tamaño, el patrón del cuerpo y los detalles decorativos | Se debe verificar según el tamaño, el diseño del disco y el ángulo de apertura | No utilices suposiciones genéricas para el dimensionamiento final. |
| Repercusiones energéticas | Una mayor caída de presión puede aumentar el costo del bombeo si no es necesaria para el control | Una menor caída de presión puede reducir la pérdida de energía en aplicaciones adecuadas | El análisis de costos debe incluir los gastos operativos (OPEX), no solo el costo de compra de las válvulas. |
| La mejor opción | Función de control, regulación de presión, estrangulamiento preciso | Aislamiento de gran caudal, compacto y de bajas pérdidas, o control aproximado | La decisión final depende de las funciones del servicio. |
Para un análisis basado en casos concretos sobre el Cv, la selección de válvulas de derivación y la relación entre el comportamiento de las válvulas de globo y las de mariposa, consulta esto Estudio de caso sobre la selección de válvulas de derivación.
Se debe verificar el cuerpo de la válvula para determinar con exactitud el patrón del cuerpo, el acabado o el diseño del disco, la posición de apertura y las condiciones de funcionamiento, utilizando los datos del fabricante. Una comparación genérica de los tipos de válvulas resulta útil para la selección inicial, pero no sustituye al dimensionamiento final ni a la revisión de las especificaciones.
Para conocer la relación básica entre el Cv, el caudal y la caída de presión, consulta esto Coeficiente de caudal Cv de referencia antes de utilizar los datos del fabricante para determinar el tamaño definitivo.
Una regla útil es distinguir entre dos cuestiones diferentes:
- ¿Cuál es la caída de presión cuando la válvula está completamente abierta?
Esto es importante para la eficiencia del flujo, la carga de la bomba y el costo de operación. - ¿Qué caída de presión se requiere para el control?
Esto es importante para el control de caudal, la regulación de presión y el funcionamiento estable del proceso.
La válvula con la menor caída de presión no siempre es la mejor válvula de control. Si la función es el control, analice primero la caída de presión controlable, la estabilidad y el diseño del trim. Si la función es el aislamiento o la transferencia de caudales elevados, analice primero la baja resistencia, la eficiencia energética y la facilidad de instalación.
Tamaño, peso, espacio y costo
Consideraciones sobre las tuberías de gran diámetro
En tuberías de mayor diámetro, las válvulas de mariposa suelen resultar más prácticas que las válvulas de globo, ya que, por lo general, son más ligeras, más cortas y más fáciles de instalar en espacios reducidos. Una válvula de globo de gran tamaño puede requerir más soporte estructural, más espacio para su instalación y una mayor fuerza de operación o capacidad del actuador.
Esto no significa que las válvulas de bola nunca se utilicen en tamaños más grandes. Significa que el proyecto debe tener una razón de peso relacionada con el control o el proceso para elegir una. Si la aplicación consiste principalmente en aislamiento o flujo de baja resistencia, una válvula de mariposa suele ofrecer una disposición más práctica.
A la hora de elegir un diámetro grande, se debe tener en cuenta lo siguiente:
- espacio disponible para reuniones presenciales;
- el soporte de la tubería y el peso de la válvula;
- acceso al actuador;
- acceso para mantenimiento;
- método de elevación e instalación;
- caída de presión admisible;
- rendimiento de cierre requerido;
- par o fuerza de trabajo.
Inversión en capital (CAPEX), espacio de instalación y requisitos de soporte
El costo no debe reducirse únicamente al precio de compra. La selección de una válvula afecta a varios niveles de costo:
| Capa de costos | Consideraciones sobre las válvulas de bola | Consideraciones sobre las válvulas de mariposa |
|---|---|---|
| Costo inicial de la válvula | Podría ser mayor, especialmente en tamaños más grandes o en diseños de grado de control | A menudo son más económicos en tallas más grandes, pero los diseños de alto rendimiento pueden aumentar el costo |
| Espacio de instalación | Por lo general, requiere más espacio debido a la forma de la carrocería y a la disposición de los actuadores | Por lo general, más compactos |
| Soporte para tuberías | Un peso mayor puede requerir un soporte más resistente | Un peso menor podría reducir la carga de apoyo |
| Accionamiento | El uso de un actuador lineal o un sistema multigiro puede aumentar el costo | El accionamiento de un cuarto de vuelta suele ser más sencillo |
| Puesta en servicio | El servicio de control puede requerir una configuración más detallada y la verificación de un rango de funcionamiento estable | El servicio de aislamiento suele ser más sencillo, pero el uso de la modulación sigue requiriendo control y una revisión del par motor |
| Repuestos / mantenimiento | Es posible que sea necesario revisar con más detalle los acabados, los asientos y el relleno | Los sellos de asiento, de disco y de eje, así como el par del actuador, siguen siendo importantes, especialmente en los tamaños grandes |
Para un comprador, el costo inicial más bajo de una válvula no siempre se traduce en el costo más bajo del proyecto. Si la válvula provoca una pérdida de presión innecesaria, un control inestable, dificultades de mantenimiento o un daño prematuro en el asiento, el costo total de propiedad puede aumentar.
OPEX: Pérdida de energía, mantenimiento y tiempo de inactividad
El costo operativo está estrechamente relacionado con la caída de presión, la estabilidad del control y la frecuencia de mantenimiento. Una válvula de globo, necesaria para un control preciso, puede justificar su mayor caída de presión. Una válvula de globo utilizada únicamente para el aislamiento en posición totalmente abierta puede generar un desperdicio de energía en un sistema en el que una válvula de menor resistencia podría cumplir esa función.
Una válvula de mariposa puede reducir la pérdida de presión en la aplicación adecuada, pero si se utiliza para una regulación inadecuada, el sistema puede sufrir un flujo inestable, vibraciones, desgaste de los asientos o un control deficiente. La regulación continua, el aislamiento a plena apertura durante largos períodos y los ciclos frecuentes generan diversos riesgos de gastos operativos (OPEX). Elegir un tipo de válvula incorrecto puede convertir un aparente ahorro en el costo de compra en pérdidas de energía, trabajos de mantenimiento, problemas con el actuador o tiempo de inactividad a lo largo de la vida útil.
Una comparación práctica de costos debería incluir:
- costo de compra;
- mano de obra de instalación;
- peso y soporte de la válvula;
- costo del actuador;
- caída de presión prevista;
- energía de bombeo;
- acceso para mantenimiento;
- riesgo de interrupción del servicio;
- disponibilidad de repuestos;
- vida útil en el medio real.
Sellado, mantenimiento y límites de servicio
Las expectativas de cierre dependen del asiento y del diseño
El rendimiento de cierre depende del diseño del asiento, la estructura de sellado, la clase de presión, la temperatura, el medio, la frecuencia de ciclo y los requisitos de fugas. No es correcto afirmar que un tipo de válvula siempre sella mejor que otro.
Las válvulas de globo pueden proporcionar un cierre controlado contra un asiento y pueden ser adecuadas para muchas tareas de aislamiento y control cuando se especifican correctamente. Las válvulas de mariposa también pueden proporcionar un cierre hermético en muchas aplicaciones cuando el diseño del asiento y el desplazamiento se adaptan a la aplicación. Por ejemplo, las válvulas de mariposa con asiento blando pueden ser adecuadas para muchas aplicaciones limpias y de baja temperatura que requieren un cierre hermético, mientras que las válvulas de mariposa con asiento metálico o de alto rendimiento, así como los componentes internos de las válvulas de globo, deben evaluarse en función de la temperatura, la presión, el fluido, los ciclos de funcionamiento y las expectativas de fugas.
Para ambos tipos de válvulas, se debe indicar el nivel de fuga esperado en las especificaciones del proyecto. Si la aplicación requiere un cierre hermético, altas temperaturas, fluidos abrasivos, vacío, fluidos peligrosos o ciclos frecuentes, se debe confirmar el diseño del asiento y los requisitos de prueba o de fuga aplicables antes de la compra.
Acceso para mantenimiento y facilidad de mantenimiento
Las válvulas de bola suelen tener más componentes internos de control, como el obturador o disco, el asiento, el vástago, la empaquetadura y el conjunto interno. Esto puede hacer que el mantenimiento sea más minucioso, pero también puede ofrecer opciones de reparación y ajuste del conjunto interno, dependiendo del diseño.
Las válvulas de mariposa suelen tener una construcción más sencilla y menos componentes internos importantes. Esto puede facilitar su manejo, especialmente en tamaños más grandes. Sin embargo, el disco, el eje, el asiento, el revestimiento y los sellos siguen siendo elementos fundamentales. Si el asiento se daña o el sello del eje presenta fugas, el acceso para el mantenimiento y las piezas de repuesto siguen siendo importantes.
La revisión de mantenimiento debe incluir:
- acceso alrededor de la válvula;
- si la válvula se puede desmontar sin necesidad de realizar modificaciones importantes en las tuberías;
- método de reemplazo de asientos;
- mantenimiento de las empaquetaduras o de los sellos del eje;
- acceso al actuador;
- frecuencia de funcionamiento;
- limpieza de los soportes;
- piezas de repuesto y documentación.
Límites de medios, sólidos, temperatura y presión
El medio puede afectar la selección. Los fluidos limpios, el vapor, el gas, los medios corrosivos, las suspensiones, los medios viscosos y los fluidos con sólidos en suspensión no se comportan de la misma manera.
Una válvula de bola podría no ser la opción ideal si el fluido contiene sólidos pesados que puedan acumularse alrededor de los conductos internos o dañar los componentes internos. Aunque una válvula de mariposa puede ofrecer una mayor apertura en la trayectoria del flujo, las áreas del borde del disco, el asiento, el revestimiento y el eje pueden verse afectadas por fluidos abrasivos o corrosivos.
Las altas temperaturas y la alta presión también afectan el material del asiento y el diseño de la válvula. Un asiento blando que funciona bien en aplicaciones de agua podría no ser adecuado para aplicaciones a altas temperaturas. Un asiento metálico puede soportar condiciones más severas, pero puede presentar diferentes niveles de fuga. Estos límites deben verificarse durante la solicitud de cotización y la revisión de las especificaciones.
Cuándo elegir una válvula de bola o una válvula de mariposa
Elige una válvula de bola si…
Elige una válvula de bola cuando el servicio requiera una regulación controlada más que una caída de presión mínima.
| Condiciones del servicio | Dirección de selección | ¿Por qué? |
|---|---|---|
| Se requiere un control preciso del acelerador | Válvula de globo | El movimiento lineal y el control del asiento suelen ofrecer una mejor modulación. |
| El flujo debe ajustarse con frecuencia | Válvula de globo | La válvula está diseñada para posiciones de apertura controladas. |
| La reducción de la presión forma parte del proceso | Válvula de globo | Es posible que se requiera una mayor caída de presión para el control. |
| Es necesario regular el vapor o el proceso | Válvula de globo | A menudo, un control estable es más importante que un tamaño compacto. |
| Los calibres de línea pequeños o medianos requieren control | Válvula de globo | Las desventajas en cuanto a tamaño y costo pueden ser aceptables a cambio de un mejor control. |
| La válvula permanecerá parcialmente abierta | Válvula de globo | Las válvulas de bola suelen ser más adecuadas para la regulación continua del flujo. |
Una válvula de bola no es necesariamente la mejor opción para todas las aplicaciones. Debe seleccionarse cuando realmente se necesite su ventaja en cuanto al control.
Elige una válvula de mariposa si…
Elija una válvula de mariposa cuando la aplicación requiera un diseño compacto, un funcionamiento rápido y una menor pérdida de presión, más que una modulación precisa.
| Condiciones del servicio | Dirección de selección | ¿Por qué? |
|---|---|---|
| Tuberías de gran diámetro | Válvula de mariposa | El diseño compacto para uso presencial y su peso más ligero son ventajas prácticas. |
| Es importante que la caída de presión sea baja | Válvula de mariposa | La resistencia con la válvula completamente abierta suele ser menor que la de una válvula de globo. |
| Se requiere una operación rápida de apertura y cierre | Válvula de mariposa | El funcionamiento con un cuarto de vuelta es rápido y sencillo. |
| Las plazas son limitadas | Válvula de mariposa | Su diseño compacto ayuda a reducir el espacio necesario para la instalación. |
| Servicio general de aislamiento | Válvula de mariposa | Adecuado cuando el control preciso del acelerador no es la función principal. |
| Agua de servicio, agua de refrigeración o servicio similar | Válvula de mariposa | A menudo resulta práctico para sistemas de gran caudal y baja resistencia. |
De todos modos, se debe revisar una válvula de mariposa en cuanto al diseño del asiento, la presión nominal, la temperatura, el par de apriete, la compatibilidad con los fluidos y el nivel de fugas esperado.
Revisar cuidadosamente antes de la especificación final
Algunos servicios requieren un análisis más detallado antes de elegir cualquiera de los dos tipos de válvula:
| Condición de la reseña | Por qué es importante |
|---|---|
| Alta presión diferencial | Puede aumentar el ruido, la vibración, la cavitación, la erosión, la carga del actuador o provocar un control inestable. |
| Limitación crítica | Es posible que se requiera un conjunto interno de válvula de bola o un diseño de válvula de grado de control. |
| Requisito estricto de estanqueidad | Antes de la compra, se debe confirmar el diseño del asiento y las previsiones de fugas. |
| Servicio con abrasivos o lodos | Se debe evaluar el desgaste de los embellecedores, los discos, los asientos, los revestimientos y la carrocería. |
| Alta temperatura | Los materiales de los asientos, el relleno, la carrocería y los detalles decorativos deben ser compatibles. |
| Alto par de accionamiento | Se deben verificar el método de operación y el margen de seguridad. |
| Espacio de instalación limitado | La distancia entre caras, el espacio libre entre el volante y el actuador, el acceso para la elevación y el acceso para el mantenimiento son factores importantes. |
| Ciclismo frecuente | Se debe revisar el desgaste de los asientos, el desgaste de las juntas, el sellado del eje y la vida útil del actuador. |
Un proceso práctico de selección comienza con el tipo de válvula, pero no termina ahí. Si no se verifican estas condiciones, el proyecto podría enfrentar inestabilidad en el control, pérdidas excesivas de energía, daños en el asiento o en el conjunto interno, sobrecarga del actuador o paros no programados. Se debe utilizar la lista de verificación para la solicitud de cotización (RFQ) que se presenta a continuación para confirmar los datos de servicio antes de la selección final de la válvula.
Lista de verificación para la solicitud de cotización antes de la selección final de la válvula
Procesar los datos para confirmar
Antes de solicitar una cotización o decidir el tipo de válvula, prepara las condiciones del proceso. Esto ayuda a evitar elegir una válvula que parezca adecuada en una comparación general, pero que falle en el sistema real.
Para un proceso de selección más amplio basado en tipos de válvulas antes de la solicitud de cotización, utilice el sistema de NTGD Guía de selección de válvulas industriales junto con la lista de verificación específica para cada servicio que se presenta a continuación.
| Datos de la solicitud de cotización | Por qué es importante |
|---|---|
| Medio | Determina el material, el asiento, el acabado y la resistencia a la corrosión. |
| Caudal | Influye en el tamaño de la válvula, el Cv y la caída de presión. |
| Presión de funcionamiento | Determina la clase de presión y el diseño del cuerpo. |
| Temperatura de funcionamiento | Afecta a los materiales de los asientos, el relleno, la carrocería y los acabados. |
| Diámetro de la tubería | Influye en el tipo de válvula, el peso, el costo y el espacio de instalación. |
| Precisión de control requerida | Determina si se debe revisar el diseño de la válvula de bola o de la válvula de mariposa de grado de control. |
| Caída de presión admisible | Es fundamental para la carga de la bomba, el ciclo de trabajo y la eficiencia del flujo. |
| Riesgo de contenido sólido o de lodo | Afecta el desgaste, las obstrucciones y el daño a las válvulas. |
| Expectativa de fuga | Establece los requisitos de diseño y cierre de las válvulas de asiento. |
| Frecuencia de funcionamiento | Influye en el desgaste de los asientos, la selección de los actuadores y el mantenimiento. |
Datos sobre el diseño y el funcionamiento de las válvulas que deben confirmarse
Una vez que los datos del proceso estén claros, confirma los requisitos específicos de la válvula.
| Datos de la válvula | Por qué es importante |
|---|---|
| Tipo de válvula | Confirma si se está revisando una válvula de bola o una válvula de mariposa. |
| Material de la carrocería | Debe adaptarse a las condiciones de presión, temperatura y corrosión. |
| Material del asiento | Controla el apagado, el rango de temperatura y la compatibilidad con los medios. |
| Material del borde / disco / tapón | Influye en la erosión, la corrosión y el comportamiento de control. |
| Conexión final | Debe cumplir con las especificaciones de las tuberías. |
| Presión nominal | Debe cumplir con los requisitos de presión y temperatura del proyecto. |
| Método de accionamiento | El funcionamiento manual, por engranajes, eléctrico, neumático o hidráulico influye en el control y el costo. |
| Requisito de control | Debe quedar claro si se trata de un funcionamiento de encendido-apagado, de regulación o de modulación. |
| Orientación de la instalación | Se deben seguir las instrucciones del fabricante y el trazado de las tuberías. |
| Requisitos de inspección y pruebas | Debe ajustarse a las especificaciones del proyecto y a las normas aplicables. |
| Cantidad y cronograma del proyecto | Ayuda a confirmar la planificación de la producción y la entrega. |
| Requisitos de documentación | Es posible que el proyecto requiera una ficha técnica, un plano, un certificado de materiales o un informe de pruebas. |
Esta lista de verificación es especialmente importante al comparar las opciones de válvulas de bola y válvulas de mariposa para un mismo servicio. Es posible que un tipo de válvula inadecuado se ajuste al tamaño de la tubería, pero no cumpla con los requisitos de funcionamiento.
PREGUNTAS FRECUENTES
¿Cuál es la principal diferencia entre una válvula de bola y una válvula de mariposa?
Una válvula de bola utiliza el movimiento lineal de un obturador o disco contra un asiento, por lo que es más adecuada para el control de caudal. Una válvula de mariposa utiliza la rotación de un disco de un cuarto de vuelta, por lo que es más rápida de operar, más compacta y, por lo general, más adecuada para aplicaciones de gran caudal y baja caída de presión.
¿Qué válvula tiene menor caída de presión?
Una válvula de mariposa suele presentar una caída de presión menor que una válvula de paso cuando está completamente abierta, especialmente en aplicaciones de gran caudal. Una válvula de paso suele generar una mayor caída de presión debido a que el paso del flujo es más restrictivo. La caída de presión real sigue dependiendo del tamaño de la válvula, el diseño del cuerpo, la posición de apertura, el caudal y los datos de Cv del fabricante.
¿Es mejor una válvula de bola para regular el flujo?
Para muchas aplicaciones industriales que requieren una modulación continua y un control estable del flujo, una válvula de globo suele ser la mejor opción inicial a considerar. Su movimiento lineal permite un ajuste más controlado en el asiento. Sin embargo, en casos de alta presión diferencial, riesgo de cavitación, evaporación instantánea, erosión o condiciones de servicio severas, es necesario revisar el diseño y los componentes internos.
¿Se puede usar una válvula de mariposa para regular el flujo?
Sí, una válvula de mariposa puede utilizarse para la regulación del caudal en algunas aplicaciones, siempre y cuando la precisión de control requerida y la caída de presión sean aceptables. Se debe analizar cuidadosamente su estabilidad en apertura parcial, el control del actuador, el par, el desgaste del asiento, la vibración y las condiciones del fluido. No se debe dar por sentado que pueda sustituir a una válvula de globo en servicios críticos de control continuo.
¿Cuándo debo elegir una válvula de bola en lugar de una válvula de mariposa?
Elija una válvula de bola cuando la aplicación requiera un control preciso del flujo, estrangulamiento frecuente, regulación de presión, modulación estable o una caída de presión controlada. Suele ser la mejor opción para el control de procesos, la regulación de vapor, la dosificación de productos químicos y las líneas de control pequeñas o medianas.
¿Cuándo debo optar por una válvula de mariposa en lugar de una válvula de globo?
Elija una válvula de mariposa cuando la aplicación requiera una instalación compacta, un funcionamiento rápido, una menor caída de presión, una gran capacidad de flujo o una válvula práctica para tuberías de mayor diámetro. Suele ser adecuada para agua, agua de enfriamiento, líneas de servicios públicos, aguas residuales y aplicaciones generales de aislamiento.
¿Es una válvula de bola más cara que una válvula de mariposa?
Una válvula de bola suele ser más cara que una válvula de mariposa en tamaños más grandes, ya que por lo general es más pesada, más larga y más compleja. Sin embargo, el costo depende de la clase de presión, el material, el diseño del asiento, los componentes internos, el actuador y los requisitos de servicio. La mejor comparación es el costo total de propiedad, que incluye la caída de presión, el consumo de energía, el mantenimiento y el tiempo de inactividad.
¿En qué se diferencia una válvula de compuerta de las válvulas de globo y de mariposa?
Una válvula de compuerta se utiliza principalmente para el aislamiento total (totalmente abierta o totalmente cerrada) con baja resistencia al flujo. Normalmente no se elige para la regulación precisa del flujo. Este artículo se centra en la elección entre válvulas de globo y válvulas de mariposa; las comparaciones con las válvulas de compuerta deben analizarse por separado cuando el proyecto requiera elegir entre varios tipos de válvulas.
Para conocer ese límite específico, consulta el documento de NTGD Comparación entre la válvula de compuerta y la válvula de globo antes de ampliar la decisión a una revisión de tres válvulas.
Conclusión
Tanto las válvulas de globo como las válvulas de mariposa se utilizan en sistemas de tuberías industriales, pero resuelven problemas de selección distintos. Una válvula de globo suele ser la mejor opción inicial cuando la aplicación requiere un estrangulamiento preciso, una regulación estable o una caída de presión controlada. Una válvula de mariposa suele ser la mejor opción inicial cuando la aplicación requiere una baja caída de presión, una instalación compacta, un funcionamiento rápido y un servicio práctico en diámetros grandes.
La diferencia clave no es solo la forma de la válvula. Se trata de la relación entre el control del flujo, la caída de presión, el espacio, el costo, el mantenimiento y las condiciones de servicio. Una válvula de globo puede ofrecer un mejor control, pero por lo general genera más resistencia. Una válvula de mariposa puede reducir el peso y la pérdida de presión, pero es posible que no brinde la misma estabilidad de regulación a menos que el diseño se elija específicamente para esa función.
A modo de resumen práctico para la selección: considere primero una válvula de bola cuando el proceso requiera un control preciso o una regulación de presión; considere primero una válvula de mariposa cuando la línea necesite un manejo del flujo compacto y de baja resistencia; utilice la lista de verificación de la solicitud de cotización cuando el servicio implique una caída de presión elevada, requisitos estrictos de fugas, altas temperaturas, lodos, ciclos frecuentes o requisitos de control inciertos.
La selección correcta debe confirmarse con los datos del proyecto, incluyendo el fluido, la presión, la temperatura, el caudal, el diámetro de la tubería, la caída de presión admisible, la precisión de control requerida, la previsión de fugas, el material del asiento, el sistema de accionamiento y las condiciones de instalación.
Soporte técnico para aplicaciones y especificaciones
Si está comparando opciones de válvulas de bola y válvulas de mariposa para un proyecto industrial, prepare los datos de servicio antes de tomar la decisión final. NTGD Valve puede analizar el tipo de válvula, el tamaño, la presión nominal, el material, el diseño del asiento, el método de accionamiento y las condiciones de aplicación, basándose en los requisitos de su solicitud de cotización.
If the first review points toward globe valve regulation duty, the flange globe valve product page can support the next specification check for body material, pressure rating, end connection and operation requirements.
Complete operating data helps the engineering review focus on the correct valve fit rather than only the valve name. It can also reduce the risk of selecting a valve that fits the pipe but fails the control, pressure drop, shutoff, or maintenance requirement.
For a faster technical review, provide the medium, pressure, temperature, pipe size, flow rate, required control accuracy, allowable pressure drop, end connection, operation method, and any leakage or documentation requirements.
