Válvula de bola de segmento

Una válvula de bola de segmento es un tipo de válvula de bola con un segmento de contorno de muesca en V en la bola. Las válvulas de bola de segmento son válvulas de control que tienen un buen control, rango y capacidad de cierre. Esta válvula es capaz de producir un control de caudal de alta capacidad y sin obstrucciones. Los fabricantes de válvulas de bola de segmento diseñan la bola con contornos especiales para mejorar la capacidad y la integridad del cierre y la vida útil de la junta. Las válvulas de bola de segmento son conocidas por ser económicas y de alto rendimiento. Estas válvulas pueden ser de una gran variedad, desde válvulas pequeñas y ligeras hasta válvulas grandes y pesadas. Las válvulas ligeras son fáciles de montar y manejar. Las válvulas de bola de segmento pesadas se utilizan en entornos difíciles para ofrecer un control optimizado y para aplicaciones de encendido/apagado. Debido a estas características, las válvulas de bola de segmento se utilizan en muchas industrias, como la del papel y la pasta de papel, refinerías y servicios petroquímicos, entre otras. Estas válvulas son duraderas y fiables incluso cuando se utilizan en entornos difíciles. 

Figura: Segmento Fabricante de válvulas de bola

 

Componentes de la válvula de bola de segmento

Algunos de los principales componentes de la válvula de bola de segmento son:

Carcasa de la válvula 

Es el componente que se utiliza para alojar todos los componentes internos de la válvula de bola de segmento. Esta pieza se fabrica utilizando materiales rígidos y duros, materiales metálicos revestidos de termoplástico o termoplásticos para proteger los componentes de la válvula. Esta parte también permite que los componentes externos accedan al mecanismo de control para girar la bola y así abrir o cerrar el flujo.

Bola de segmento 

Se trata de una bola contorneada en forma de V. Esta bola de segmento se utiliza como abertura para que fluya el fluido. La bola de segmento proporciona una acción de cizallamiento para producir características de flujo.

Ejes 

Los ejes se utilizan para conectar el mecanismo de control de la válvula de bola segmentada para hacer girar la bola segmentada. Los ejes están fabricados con anillos de empaquetadura y juntas tóricas que ayudan a sellar el eje, así como un bonete para evitar fugas. El eje puede accionarse manualmente, mediante un actuador neumático o eléctrico.

Asiento 

El asiento se utiliza para proporcionar estanqueidad entre el cuerpo de la válvula de bola de segmento y la bola de segmento.

Juntas de rodamientos

Estas juntas protegen los rodamientos metálicos de la entrada de fluidos.

 

¿Cómo funciona una válvula de bola segmentada? 

Una válvula de bola de segmento es una válvula de bola de un cuarto de vuelta. Su funcionamiento es similar al de una válvula de obturador excéntrico. La válvula tiene ejes que ayudan a ampliar el paso de caudal central. Un eje impulsor se conecta a un lado de la bola y un eje seguidor se conecta al lado opuesto. Cuando el eje motriz gira, la bola segmentada gira dejando al descubierto el paso del caudal a través de la muesca en V. El uso de la muesca en V mejora una amplia gama de flujo de fluido debido a una pequeña área de flujo a baja carrera y la carrera máxima permite una gran área de flujo. Las válvulas de bola de segmento pueden tener dos conexiones finales para el cuerpo que son las conexiones con bridas y sin bridas. 

 

Tipos de válvulas de bola de segmento

Válvula de bola de segmento de entrada lateral 

La válvula de bola de segmento de entrada lateral es una válvula de alto rendimiento. Esta válvula se fabrica basándose en la válvula de bola tipo O. La válvula de bola de entrada lateral ayuda a transportar medios de dos fases sólido-gas y sólido-líquido. Esto significa que esta válvula puede controlar el flujo de sólidos y líquidos o gases y sólidos convenientemente. 

Las características de las válvulas de bola de segmento de entrada lateral son: 

• Funcionamiento sencillo. Esto se debe a que la válvula de bola de segmento se puede alejar de su asiento sin contacto, por lo que su par de arranque es pequeño.
• La válvula de bola de segmento de entrada lateral tiene un cuerpo de válvula de paso recto que hace que mantenga lineal el caudal del medio cuando está totalmente abierta. Esto ayuda a reducir la pérdida de energía en comparación con otras válvulas. 
• La válvula de bola de segmento de entrada lateral tiene una estructura de doble excentricidad que hace que la válvula de bola de segmento quede perfectamente sellada y herméticamente cerrada. 
• Cuando la válvula de bola de segmento de entrada lateral está cerrada, su fuerza de cizallamiento puede eliminar la materia extraña, por lo que es conocida por su rendimiento antiincrustante. 

Figura: Válvula de bola de segmento de entrada lateral

Válvula de bola de segmento de entrada superior 

La válvula de bola de segmento de entrada superior es una válvula adecuada para su uso en la industria farmacéutica, química y alimentaria, donde se necesita una limpieza excelente y rápida. Esta válvula de bola de segmento tiene ciertas ventajas que la hacen preferible en industrias que necesitan productos limpios como: 

• Limpieza fácil y rápida de las piezas interiores y de las tuberías sin desmontar la válvula. 
• Sustitución rápida y sencilla de las piezas desgastadas. 
• No tiene piezas de repuesto dentro del cuerpo

 

Características de las válvulas de bola de segmento 

Cuerpo de válvula integrado 

Los fabricantes de válvulas de bola de segmento diseñan las válvulas en un cuerpo de una sola pieza. Esto ayuda a proporcionar una mayor rigidez frente a las fluctuaciones en las cargas de las tuberías. Estas válvulas tienen una estructura de entrada lateral que mejora la rigidez y dificulta las fugas y deformaciones a pesar de la elevada tensión debida al fluido y al par de cierre.

Bola de segmento 

Los fabricantes de válvulas de bola de segmento fabrican la válvula con una bola de segmento de puerto en V. Esto ayuda a proporcionar una amplia gama de capacidades para controlar el flujo de fluido. Esto hace que la válvula sea adecuada para aplicaciones de estrangulación con alta consistencia y servicios de jarabe. El segmento está diseñado de forma que pueda proporcionar un caudal óptimo y su cara esférica con revestimiento duro evita el gripado.

Cojinete autolubricado 

Los diseños de válvulas de bola de segmento A emplean rodamientos dobles en los vástagos inferior y superior de la válvula para proporcionar una buena estabilidad. Esto hace que la superficie de contacto con el vástago sea mayor y mejora el bajo coeficiente de fricción y la alta capacidad de carga, además de reducir el par de funcionamiento.

Asiento de estanqueidad blando y metálico 

Los fabricantes de válvulas de bola de segmento fabrican las válvulas con asientos de PTFE o metálicos. El material depende del medio de flujo previsto. Las caras de sellado de los asientos metálicos se recubren con una aleación dura y resistente, mientras que la superficie de la bola se endurece mediante cromado duro, nitruración por plasma, entre otros. Esto ayuda a aumentar la vida útil de la cara de sellado, así como a mejorar la resistencia a la temperatura. Los asientos de PTFE o RPTFE tienen un excelente rendimiento de sellado, buena resistencia a la corrosión y amplias aplicaciones.

Practicidad económica 

El objetivo de los fabricantes de válvulas de bola de segmento es que estas válvulas sean lo más ligeras posible y que el par del vástago sea pequeño. Estos parámetros críticos de diseño hacen que la válvula pueda instalarse con pequeños actuadores eléctricos o neumáticos, y que sea rentable en relación con las válvulas reguladoras de pequeño tamaño o de otra clase.

 

Selección de válvulas de bola de segmento 

Tipo de operación 

En este caso hay que decidir el tipo de mecanismo que acciona el actuador. El actuador puede ser manual, neumático o eléctrico. El tipo de actuador depende de la fuente de energía disponible, por ejemplo, electricidad o aire comprimido, así como del par requerido. Los actuadores neumáticos proporcionan valores de par elevados, mientras que los eléctricos tienen un coste inicial elevado, pero su coste de funcionamiento es inferior al de los neumáticos.

Material de la carcasa 

La válvula de bola de segmento debe ser tal que el material utilizado para hacer la carcasa sea compatible con el medio que se está controlando. Diferentes materiales tienen diferentes propiedades tales como:

El latón es apto para medios no corrosivos y neutros, duradero, resiste altas temperaturas, no apto para agua salada, ácidos y cloruros.

El acero inoxidable es resistente a los productos químicos, a la abrasión y a las altas temperaturas, pero no a los cloruros, los ácidos clorhídricos, la lejía y el bromo.

El material de PVC es bueno para fluidos corrosivos como ácidos, agua salada, bases y disolventes orgánicos. Sin embargo, no es resistente a los hidrocarburos clorados y aromáticos. La resistencia a la temperatura y a la presión del PVC es inferior a la del latón y el acero inoxidable.

Presión nominal 

La válvula de bola de segmento seleccionada debe ser capaz de soportar la presión máxima y mínima del fluido durante su funcionamiento. La presión nominal de la válvula de bola de segmento vendrá determinada por el material utilizado para fabricar la carcasa. Los materiales resistentes, como el acero inoxidable, pueden soportar altas presiones en comparación con el material de PVC.

Temperaturas de trabajo 

Los distintos materiales de las válvulas de bola de segmento pueden soportar distintos niveles de temperatura, desde los valores mínimos hasta los máximos. El rango de temperatura de la válvula de bola de segmento viene determinado por el material de la junta y la carcasa. El material de latón puede soportar temperaturas de entre 20 °C y 60 °C, el material de acero inoxidable puede soportar temperaturas de entre -40 °C y 220 °C, mientras que la válvula de bola de segmento de PVC puede soportar temperaturas de entre -10 °C y 60 °C.

Normas y homologaciones 

Dependiendo del uso de la válvula de bola de segmento, es posible que los fabricantes de válvulas tengan que seguir determinadas normas de los organismos reguladores. Esto suele ser necesario para las válvulas que se van a utilizar en agua potable, productos alimentarios, productos farmacéuticos o gas.

 

Actuadores de válvulas de bola de segmento 

La válvula de bola de segmento puede utilizar diferentes tipos de actuadores para abrirse y cerrarse. Los tipos de actuadores que pueden utilizar estas válvulas incluyen actuadores manuales, neumáticos y eléctricos.

Actuador manual de válvula de bola de segmento 

Se trata de un actuador de válvula de bola de segmento accionado por la mano humana. Este tipo de actuador tiene una manivela en la que el operario aplica un par de torsión para girar la manivela y girar así el mecanismo de la válvula para abrirla o cerrarla.

Actuador neumático de piñón y cremallera 

Los actuadores neumáticos de piñón y cremallera son actuadores utilizados en válvulas de bola de segmento para abrir, girar y cerrar la válvula según sea necesario. Estos actuadores convierten la energía del aire comprimido mediante cilindros neumáticos en movimiento rotatorio oscilante. Estos actuadores requieren gas seco, limpio, y los procesos para proporcionar por una estación central de aire comprimido.

Actuador eléctrico

Estos actuadores se utilizan en válvulas de bola de segmento para controlar el cierre y la apertura de la válvula. Estos actuadores pueden proporcionar movimiento rotativo o lineal. Como su nombre indica, estos actuadores utilizan electricidad para mejorar su trabajo. El par para abrir/cerrar la válvula se transmite utilizando un eje para abrir o cerrar la válvula.

 

Aplicaciones de las válvulas de bola de segmento

• Se utiliza para controlar el flujo en las industrias del papel y la pasta de papel. 
• Controlar el flujo de productos químicos en las plantas químicas. 
• Se utilizan en las plantas de tratamiento de aguas residuales, ya que pueden trabajar sobre partículas sólidas. 
• Industrias eléctricas para controlar el flujo de fluidos de calefacción y refrigeración. 
• Industrias petrolíferas, ya que pueden soportar productos inflamables. 
• Industrias farmacéuticas para regular el flujo de compuestos de producción. 
• Industrias alimentarias por su facilidad de limpieza y mantenimiento.

 

Ventajas de las válvulas de bola de segmento 

• Alta eficacia. 
• Estas válvulas tienen un diseño sencillo. 
• Peso y volumen reducidos. 
• Fácil de desmontar y reparar. 
• Tener un cierre perfecto. 
• Pueden proporcionar bajas caídas de presión y altos caudales. 
• Se abre y se cierra rápidamente.
• Fácil de limpiar.

 

Desventajas de las válvulas de bola de segmento 

• Las cavidades alrededor del asiento tienden a causar obstrucciones. 
• Cuando se utiliza en partículas sólidas puede erosionarse y, por tanto, empezar a perder líquido y fallar.

 

Resolución de problemas de la válvula de bola de segmento 

Fuga de la empaquetadura del prensaestopas 

• Tuercas prensaestopas sueltas. Apriete las tuercas prensaestopas sueltas. 
• Empaquetadura desgastada. Sustituya la empaquetadura. 
• El vástago está corroído o rayado. Limpie el vástago o sustitúyalo, así como la empaquetadura del prensaestopas. 
• El prensaestopas está corroído. Límpielo y sustituya la empaquetadura del prensaestopas. La válvula de bola de segmento puede sustituirse si presenta un exceso de corrosión. 

Fugas en la junta de la placa inferior 

• Tuercas flojas. Apriete las tuercas. 
• La junta está dañada. Sustituya la junta. 
• Corrosión/daños en la zona de la junta. Limpie la corrosión o sustituya la placa y el cuerpo en función del nivel de daños.

Fuga de líquido a través del orificio 

• El segmento no está en la posición de cierre total. Fije el recorrido límite de cierre en el actuador. 
• Desalineación entre el asiento y el segmento. Afloje la empaquetadura para centrar el segmento. Asegúrese de volver a apretar la empaquetadura después de la alineación para que tenga suficiente par de apriete. 
• Medios atrapados o solidificados. Limpiar el muelle del asiento y las superficies de sellado. 
• Asiento de la junta dañado. Sustituya las juntas dañadas. 
• El segmento o el asiento están dañados. Sustitúyalo según sea necesario. 

Par de la válvula de bola de segmento alto 

• Tuercas prensaestopas demasiado apretadas. Reduzca el par de apriete de las tuercas prensaestopas a los niveles recomendados por el fabricante de la válvula de bola de segmento.
• Accionar el segmento en sentido inverso desenganchándolo del asiento. Hacer perder el retenedor de la camisa para volver a engranar el asiento y el segmento en posición cerrada. Aumentar el par de retención de la camisa una vez alineados el segmento y el asiento. 
• Actuador/operador desalineado con el vástago de la válvula. Afloje las fijaciones y modifique la base de montaje para que quede paralela y asegúrese de que el actuador esté centrado. Apriete los tornillos. 
• Rodamiento dañado. Sustitúyalo. 
• Segmento o asiento dañado. Reemplace según sea necesario. 
• Medios acumulados o solidificados. Retire el medio de la cavidad de la válvula, el asiento, el segmento y limpie las superficies de sellado. 
• La válvula de bola de segmento se instaló con la orientación incorrecta. La válvula debe instalarse de acuerdo con la etiqueta indicadora de caudal. 

 

Resumen 

Una válvula de bola de segmento es una válvula de bola que realiza un cuarto de vuelta para abrir/cerrar el paso del fluido. Esta válvula tiene un segmento de bola esférica hueca soportado por un cojinete y un eje en el lado del actuador de la válvula. El otro extremo de esta válvula tiene un cojinete y un poste. La bola segmentada gira alrededor de un pivote para hacer un sello único continuo aguas arriba en posición cerrada. La estanqueidad de esta válvula de bola segmentada se obtiene mediante un elastómero flexible o un anillo de asiento flexible que presiona contra el segmento esférico. El cuerpo de las válvulas de bola de segmento está fabricado con materiales resistentes, principalmente acero inoxidable, con una construcción sin bridas o con bridas.

Las válvulas de bola de segmento pueden clasificarse en válvulas de bola de segmento de entrada lateral y válvulas de bola de segmento de entrada superior. Estas válvulas emplean un diseño y una tecnología que las ayudan a funcionar incluso en fluidos viscosos y lodos. Estas válvulas se utilizan en muchas industrias, como la petroquímica, farmacéutica, alimentaria, de tratamiento de aguas residuales y química, entre otras. Las válvulas de bola segmentadas tienen muchas aplicaciones debido a sus magníficas características como facilidad de limpieza, facilidad de reparación y mantenimiento, diseño sencillo, tamaño y peso reducidos, resistencia a la corrosión y alta resistencia para soportar lodos. Los parámetros importantes que hay que tener en cuenta al comprar una válvula de bola de segmento son el tipo de actuador, la presión nominal, las temperaturas de trabajo, los materiales de la carcasa, las normas y las homologaciones.