Guía completa de válvulas de mariposa

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29/07/2022
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Las válvulas de mariposa tienen aplicaciones en diversos ámbitos, como servicios de vacío, operaciones con aire o gas comprimido, servicios de sólidos en suspensión y muchos otros. Ya funcionen como válvulas de control o de cierre, desempeñan un papel fundamental en la mayoría de las operaciones industriales.

Las válvulas de mariposa han sustituido a las válvulas de bola en la industria (especialmente en la petrolera) y se prefieren a las válvulas de compuerta por su función de estrangulación, su funcionamiento sencillo y su facilidad de mantenimiento.

La selección de una válvula de mariposa requiere un conocimiento adecuado de sus tipos y sus funciones en diferentes condiciones, así como otros factores que influyen en la selección de la válvula adecuada.

En este artículo se explica todo lo que necesita saber sobre las válvulas de mariposa, incluida su definición, componentes, funciones y tipos.

¿Qué es una válvula de mariposa? 

Válvula de mariposa
Fuente: Dombor

Una válvula de mariposa es una máquina que hace girar su disco un cuarto de vuelta para permitir o restringir el flujo de medios dentro de los diámetros de grandes tuberías. La válvula de mariposa tiene una varilla y un disco. La varilla pasa a través del disco a un actuador que regula el movimiento del disco, haciéndolo girar paralela o perpendicularmente al flujo del medio.

La válvula de mariposa, como su nombre indica, funciona como una mariposa. Con la varilla de la máquina representando el cuerpo de una mariposa y el disco representando las alas, el movimiento de la válvula refleja el movimiento de una mariposa, con cada ala haciendo una rotación de 90 grados.

Originalmente, el válvulas mariposa se instalaban donde no era necesario un cierre hermético; sin embargo, la fabricación de las válvulas con cierres herméticos de caucho o materiales elásticos permitió que la válvula de mariposa funcionara como válvula de cierre.

Mientras que las válvulas de estrangulación, la mayoría de las válvulas de mariposa funcionan sólo como válvulas de bloqueo. Son funcionales para diversos medios y, debido a su ligereza y bajo coste, se encuentran en varios dispositivos de modulación. Los principales componentes de una válvula de mariposa son el disco, el vástago, el asiento y el cuerpo. 

Símbolo de la válvula de mariposa

Símbolo de la válvula de mariposa
Fuente: HardHat Engineering 

El símbolo de la válvula de mariposa se compone de dos líneas verticales paralelas, con una línea diagonal que se extiende desde la parte superior de la primera línea hasta la parte inferior de la segunda. (Símbolo P&ID)

Las dos líneas horizontales continuas a los lados de las líneas verticales indican que las válvulas de mariposa son válvulas en línea de dos vías que se utilizan para controlar el caudal, ya sea para abrir/cerrar o para estrangular. En el centro de las dos líneas verticales y en el centro de la línea diagonal hay un círculo sólido.

Similar al símbolo de una válvula de globo con dos líneas diagonales que se cruzan, el símbolo de la válvula de mariposa es el único símbolo en el que no se utiliza un triángulo completo. Los símbolos isométricos se utilizan en dibujos isométricos. 

Tipos de válvulas de mariposa

Tipos de válvulas de mariposa varían en función de sus diferentes clasificaciones. Aquí se clasifican en función de sus actuadores de válvula, diseño de conexión y diseño de cierre de disco. 

Clasificación basada en actuadores de válvulas

En función de su método de accionamiento, las válvulas de mariposa pueden dividirse en válvulas de accionamiento manual, que utilizan manivelas o engranajes, y válvulas de accionamiento automático, que funcionan mediante actuadores eléctricos, neumáticos o hidráulicos.

Válvulas de mariposa de accionamiento manual

Válvulas de mariposa de accionamiento manual
Fuente: Pinterest

El accionamiento manual de la válvula de mariposa consiste en utilizar una palanca manual o un engranaje. Esta operación no es costosa y es fácil de realizar.

  • Palanca manual: Con una maneta, la válvula se coloca en posición abierta, parcialmente cerrada o totalmente cerrada. Las válvulas de mariposa pequeñas suelen accionarse de este modo. Las válvulas de husillo alargado pueden accionarse a distancia utilizando un vástago largo.
  • Engranaje: En este funcionamiento, un engranaje aumenta el par pero reduce la velocidad de movimiento. Las válvulas de mariposa que funcionan con el engranaje son un poco más grandes que las que utilizan la palanca manual. 

Las válvulas de mariposa manuales funcionan sin energía. Pero funcionan a baja velocidad y no pueden utilizarse para sistemas de tuberías críticos.

Válvulas de mariposa de accionamiento automático (actuadas)

Válvulas de mariposa de accionamiento automático
Fuente: Pinterest

Las válvulas de mariposa de accionamiento automático pueden controlarse desde ubicaciones remotas. Los actuadores de válvulas permiten controlar válvulas de mayor tamaño. Con capacidad para permanecer abiertas o cerradas si falla el actuador, las válvulas actuadas proporcionan una opción segura y fiable. Las válvulas actuadas incluyen: 

  • Válvulas de mariposa eléctricas: Estas válvulas se accionan a distancia mediante un motor bidireccional. El sistema de válvulas eléctricas utiliza la caja de engranajes que se encuentra en las válvulas de mariposa manuales para aumentar el par. La instalación de estas válvulas de mariposa es sencilla.
  • Válvulas de mariposa neumáticas: Incluyen las válvulas actuadas de simple y doble efecto. Utiliza aire comprimido para mover el pistón, lo que provoca la apertura y el cierre del disco.
  • Válvulas de mariposa hidráulicas: Estas también incluyen válvulas de simple y doble efecto. Utiliza presión hidráulica para mover el pistón y abrir o cerrar la válvula. 

Clasificación basada en el diseño de las conexiones

Se emplean varios métodos para conectar una válvula de mariposa a un sistema de tuberías. Los tipos comunes de válvulas de mariposa basados en su diseño de conexión son: 

Válvula de mariposa tipo wafer 

Válvula de mariposa tipo wafer 1
Fuente: Dombor

Este tipo de válvula ofrece la opción más económica. Al colocarse entre dos bridas de tubería, la válvula de mariposa tipo wafer está diseñado para sellar contra la presión diferencial de flujo bidireccional del gremio. Restringe cualquier flujo hacia atrás en el sistema diseñado para cualquier flujo unidireccional. 

Los pernos se pasan a través de orificios en el cuerpo de los dos lados de las válvulas para conectar las dos bridas de la tubería. El espacio entre las bridas de la tubería y las válvulas se cierra mediante juntas o juntas tóricas en los dos lados de la válvula. 

Válvula de mariposa de orejas

Válvula de mariposa tipo lug
Fuente: Dombor

Con roscas en los lados exteriores del cuerpo de la válvula, la válvula de mariposa tipo Lug permite unir la válvula y las bridas de la tubería con dos pernos a cada lado de la válvula. 

Esta configuración permite la desconexión de un lado del sistema sin afectar al otro lado para un servicio sin salida. Instalación de la válvula de mariposa de orejetas para el servicio sin salida suele producirse a presiones más bajas (75 psi). Aún así, la instalación se produce a una presión más alta (150 psi) cuando la válvula se coloca entre dos bridas de tubería.

Estas válvulas son insensibles a disolventes y productos químicos, y pueden soportar una temperatura de hasta 200 grados centígrados. 

Válvulas de mariposa con bridas

Válvulas de mariposa con bridas
Fuente: Dombor

Tienen bridas en las conexiones de los extremos, lo que facilita su conexión directa con las bridas de las tuberías. Las válvulas de mariposa con bridas se utilizan mejor a altas y bajas temperaturas. Ocho pernos unen el cuerpo de la válvula a las bridas de la tubería. 

Clasificación basada en el diseño del cierre del disco

En este caso, las válvulas de mariposa se diferencian en función de la posición del vástago respecto al disco y del diseño del asiento de la válvula de mariposa. En función de su diseño de cierre del disco, los tipos de válvulas de mariposa son:

Válvulas de mariposa concéntricas

Válvulas de mariposa concéntricas
Fuente: Dombor

En este tipo de válvula de mariposa, el vástago pasa por la línea media del disco y el asiento está diseñado en el cuerpo de la válvula. Se denominan "válvulas de mariposa de desplazamiento cero" porque el disco no se desplaza con respecto al vástago. 

Este diseño de válvula de mariposa depende de la flexibilidad del asiento de goma para sellar la válvula eficazmente. Este diseño de válvula tiene una clasificación de trabajo de baja presión (alcanzando 250psi) y puede manejar temperaturas entre 0 y 400F.

Válvulas de mariposa excéntricas

Válvulas de mariposa excéntricas
Fuente: Dombor

En esta válvula de mariposa, el vástago pasa por detrás del disco y no por su centro. Una válvula de mariposa de desplazamiento simple se produce cuando el vástago se coloca detrás del centro del disco. 

En una válvula de mariposa de doble desplazamiento (también válvula de mariposa de doble excentricidad) hay dos desplazamientos, uno detrás del centro del disco y otro adicional. Asimismo, en una válvula de mariposa de triple offset, hay tres desplazamientos, donde el último desplazamiento es el eje de contacto del asiento. 

Los diseños de válvulas excéntricas (doble offset) también son diseños de válvulas de mariposa de alto rendimiento. Las juntas de las válvulas son resistentes y no se atascan con la acción de cierre. Funcionan a altas presiones y no se destruyen fácilmente. 

Válvula de mariposa Ventajas e inconvenientes

Válvula de mariposa de triple offset
Fuente: Dombor

Una válvula de mariposa es una máquina habitual en fábricas, talleres o lugares que requieren operaciones con tuberías. En estos lugares y para sus usuarios, la válvula de mariposa tiene varias ventajas sobre otras válvulas de función similar y desventajas que las hacen menos eficaces que otras válvulas. Algunas de estas ventajas son: 

Ventajas de las válvulas de mariposa

Eficacia 

Los obreros mecánicos y los operarios de tuberías de los talleres optan por las válvulas de mariposa por su gran eficacia. Estas válvulas requieren poco o ningún esfuerzo por parte de los trabajadores gracias a sus posibilidades de accionamiento. Son fáciles de controlar o ajustar. Al ser ligeras y tener componentes poco complicados, las válvulas de mariposa permiten un mantenimiento sencillo.

Tamaños variados

Los tamaños de las válvulas de mariposa varían en función y aplicación, lo que las convierte en una opción versátil en la industria. La disponibilidad de distintos tamaños de válvula las hace adecuadas para muchas tuberías, independientemente de la tamaño de la tubería

Para requisitos compactos o de gran tamaño, una válvula de mariposa presenta fácilmente una opción para un operador de tuberías.

Funciona en condiciones de baja presión 

Las válvulas de mariposa proporcionan excelentes operaciones de sellado en condiciones de baja presión. Con discos ligeros, las válvulas de mariposa sellan eficazmente a bajas presiones. 

Otras ventajas de las válvulas de mariposa son 

  • Las válvulas de mariposa controlan, restringen y permiten el flujo de medios. Aunque los distintos tipos varían en su método de control del caudal, todas son buenas opciones para regular el caudal.
  • Debido a sus grandes aberturas, las válvulas de mariposa funcionan eficazmente en lodos y fluidos con sólidos en suspensión. 
  • Instalación de válvulas de mariposa se hace a bajo coste y, aunque se instalan fácilmente, tampoco ocupan mucho espacio por su escasa anchura.
  • Requieren menos tiempo que algunas válvulas para abrirse y cerrarse porque son válvulas de cuarto de vuelta y actúan con rapidez.
  • Las caídas de presión creadas por las válvulas de mariposa son pequeñas y, con los asientos adecuados, pueden soportar la corrosión de los productos químicos. 
  • Son muy precisas, lo que las hace preferibles a otras válvulas cuando se aplican en la industria.

Desventajas de las válvulas de mariposa

Las válvulas de mariposa tienen muy pocas desventajas, algunas de las cuales son:

  • Una parte del disco de la válvula siempre choca con el flujo, incluso cuando está abierta, lo que provoca cambios de presión a través de la válvula. También existe la posibilidad de que un flujo turbulento impacte contra el disco. 
  • Su función como válvula de mariposa se limita a condiciones de baja presión. 

Funciones de las válvulas de mariposa 

El pequeño tamaño y la sencilla construcción de la válvula de mariposa permiten su aplicación en diferentes sistemas, funcionando a veces como sustituta de otra válvula. 

Función de las válvulas de mariposa en la regulación del caudal (estrangulamiento) como válvulas de control y operaciones de encendido y apagado.

Operaciones On-off

En las operaciones de apertura y cierre, el disco de la válvula de mariposa está completamente abierto o cerrado. En la posición abierta, la válvula requiere una condición de baja presión. Además, hay una pequeña resistencia al flujo cuando la válvula está completamente abierta. 

En la posición abierta, se puede realizar un control sensible del caudal, lo que da lugar a válvulas de mariposa en regulación de gran diámetro.

Regulación del caudal/estrangulamiento

Para manipular correctamente los fluidos, las válvulas de control son esenciales. Antes de elegir una válvula para esta función de un fabricante de válvulas industriales. 

La válvula de mariposa tiene una gran caída de presión en las tuberías, por lo que debe tenerse en cuenta el efecto de la pérdida de presión; también debe considerarse la resistencia del disco de la válvula cuando está cerrado. Deben determinarse los requisitos de caudal, que consisten en el caudal de diseño y la caída de presión máxima.

Piezas de válvulas de mariposa 

Piezas de válvulas de mariposa
Fuente: Research Gate 

Los componentes de la válvula de mariposa son el vástago, el disco, el asiento y el cuerpo de la válvula. Con solo unas pocas piezas, la válvula de mariposa tiene un diseño y una construcción sencillos. 

El cuerpo de la válvula de mariposa

El cuerpo de la válvula aloja las piezas de la válvula y, gracias a su construcción, puede colocarse entre las bridas de las tuberías. Los cuerpos de las válvulas son de dos tipos: tipo oblea y tipo orejeta. 

La diferencia entre los dos tipos de cuerpo es que el cuerpo de la válvula tipo orejeta tiene roscas en la parte exterior de la válvula, que permiten la unión con las bridas de la tubería, mientras que el tipo de cuerpo tipo agua no tiene roscas. En su lugar, se pasan pernos a través del cuerpo de la válvula de tipo agua para permitir la unión con las bridas de la tubería.

El asiento de la válvula de mariposa

Muchas válvulas de mariposa tienen asientos de elastómero. El disco de la válvula se cierra en el asiento. El cierre correcto de la válvula se consigue gracias al ajuste de interferencia entre el borde del disco y el asiento. Cuando el disco se cierra en el asiento, se restringe el flujo.

En las válvulas que no son caras, el El asiento de la válvula de mariposa suele estar diseñado en el cuerpo y, si están dañados, hay que sustituirlos. Pero en las válvulas de precisión, los asientos son reparables.

Vástago y disco de la válvula de mariposa

El vástago de la válvula está compuesto por un diseño de eje de una o dos piezas. Puede unirse al disco de la válvula de dos maneras. El primer método consiste en fijar el vástago al disco mediante los pernos que atraviesan el disco. 

En el segundo método, el vástago es moldeado por el disco mediante flotación para localizar el centro del asiento.

El disco regula el flujo del medio a través de la válvula. El disco de la válvula de mariposa puede diseñarse para adaptarse a operaciones específicas, mejorar el caudal o potenciar las operaciones de sellado. 

Eje de válvula de mariposa 

El eje de la válvula está conectado al disco de la válvula para garantizar la transmisión del par desde una ubicación remota. El eje y el disco están unidos por un cubo que se crea en la parte superior del disco. El extremo del eje se inserta en el cubo y forma una conexión entre el disco y el eje.

¿Cómo funciona la válvula de mariposa?

Las válvulas de mariposa tienen distintos principios de funcionamiento debido a sus diferentes clasificaciones y tipos. Las válvulas de mariposa manuales, que comprenden las válvulas de palanca manual y de engranaje, funcionan de una forma que suele ser adecuada para válvulas pequeñas. Por el contrario, las válvulas de mariposa accionadas suelen ser adecuadas para válvulas de mayor tamaño.

Las válvulas de mariposa accionadas mediante palancas manuales funcionan con un mecanismo de bloqueo que controla el vástago para permitir y restringir el flujo a través del disco. El accionamiento por palanca manual es sencillo, pero inadecuado para válvulas de gran tamaño.

Las válvulas de mariposa accionadas por engranaje funcionan mediante una rueda accionada a mano que controla el vástago para permitir y restringir el flujo a través del disco. El accionamiento por rueda dentada es adecuado para válvulas de mayor tamaño que las accionadas por palanca manual. Las operaciones de engranaje y palanca manual son las formas más comunes de operar las válvulas de mariposa.

Los métodos de actuación (eléctrico, neumático e hidráulico) utilizan energía en sus operaciones. Las válvulas de mariposa de gran diámetro requieren operaciones automatizadas para controlar el flujo del medio a través del disco. Se diseñan válvulas específicas para cumplir los requisitos de montaje de los actuadores a fin de garantizar el correcto funcionamiento de las válvulas de mariposa actuadas. 

Las válvulas de mariposa que funcionan como moduladores pueden construirse en forma lineal o de igual porcentaje.

Instalación y mantenimiento de válvulas de mariposa 

Instalación

A continuación se indican algunas prácticas que deben tenerse en cuenta antes de instalar válvulas de mariposa.

  • Debe dejarse espacio para que el disco se abra cuando se instala directamente en una bomba. Esto puede hacerse con un espaciador de tubería.
  • Para instalar la válvula, la brida debe estar a temperatura ambiente.
  • Aunque las válvulas pueden instalarse de cualquier forma, planas o verticales, es aconsejable instalarlas de forma vertical. Las válvulas más grandes requieren una colocación vertical para disminuir el peso del actuador o de la caja de engranajes. 
  • Para las válvulas más pequeñas, como las válvulas de mariposa accionadas por palanca manual, puede funcionar cualquier orientación de instalación. 
  • Los trabajos de soldadura deben completarse antes de la instalación de la válvula de mariposa.
  • Los lodos y residuos de la tubería deben lavarse antes de instalar las válvulas.
  • La brida y la válvula deben estar correctamente alineadas para que el disco pueda abrirse y cerrarse sin bloqueos.
  • Deben comprobarse los materiales de los componentes de la válvula de mariposa para asegurarse de que no se han producido daños durante el transporte o el almacenamiento.
  • La presión nominal de la válvula debe ajustarse a los requisitos.
  • Las partes de las bridas de los tubos que entran en contacto con las válvulas deben estar limpias y sin residuos.
  • La válvula de mariposa debe probarse antes de atornillar las bridas para evitar que el disco se enganche en la tubería.

Mantenimiento 

A continuación se indican algunas prácticas esenciales para garantizar que la válvula de mariposa funcione eficazmente y dure más tiempo.

  • La presión en las tuberías debe liberarse antes de iniciar el mantenimiento de las válvulas de mariposa.
  • La válvula debe lubricarse regularmente si las operaciones se realizan en una atmósfera seca.
  • La válvula debe ponerse en ciclo regularmente cuando no se utilice.
  • El proceso de desmontaje de la válvula debe realizarse a la inversa de la instalación.

¿Qué hay que tener en cuenta antes de comprar una válvula de mariposa?

Antes de seleccionar una válvula para comprar, hay que tener en cuenta varios factores. Las válvulas de mariposa están disponibles en diferentes tamaños, tipos de material, presiones nominales, normas y diseños. Por lo tanto, la selección de la válvula de mariposa adecuada para una operación debe basarse en estos factores. 

A continuación, explicamos cómo influyen algunos de estos factores en la selección de una válvula de mariposa.

Materiales de las válvulas de mariposa

Acero inoxidable

Fabricado con hierro, níquel y cromo, el acero inoxidable es insensible a la oxidación. Se evita que los rasguños y arañazos dañen el cuerpo de la válvula porque el elemento de cromo del acero inoxidable evita la oxidación formando una capa preventiva con el oxígeno.

PVC

La mayoría de las válvulas de mariposa se fabrican con PVC. Las válvulas de mariposa fabricadas con material de PVC no se utilizan en condiciones de alta presión. Estas válvulas, aunque ligeras, tienen construcciones sólidas y duraderas.

Hierro fundido

El material de hierro fundido también se utiliza habitualmente en la fabricación de válvulas de mariposa. Con una construcción sólida y una durabilidad probada, estas válvulas funcionan eficazmente en diferentes condiciones. Dentro de la familia de los metales, el hierro es una opción económica para fabricar válvulas de mariposa.

Normas para válvulas de mariposa

Para industrias petroquímicas y aplicaciones de tuberías, las siguientes especificaciones cubren las dimensiones y tolerancias de las válvulas de mariposa: 

  • API 609, 
  • ASME B16.34 (presión y temperatura nominales), 
  • API 598 (pruebas), 
  • ASME B16.5 y 
  • ASME B16.47 (extremos embridados) y 
  • ASME B16.25 

Otras válvulas de mariposa industriales se diseñan con estas especificaciones: 

  • MSS SP-67
  • BS EN 593
  • ISO 5752
  • MSS SP-68
  • AWWA C504
  • API 609

Diseño de válvulas de mariposa 

Los diseños de las válvulas de mariposa se han explicado anteriormente, pero se enumerarán aquí: 

Tamaños de las válvulas de mariposa

El tamaño de la válvula es un factor importante a tener en cuenta al seleccionar una válvula de mariposa. Al seleccionar el tamaño de la válvula, debe tener en cuenta los siguientes aspectos: 

  • el tipo de medio que controlará la válvula, ya que la gravedad específica y la viscosidad afectan al caudal del medio,
  • Presión y temperatura máximas de entrada y 
  • Caída de presión máxima con carga máxima,
  • Capacidad máxima 
  • Caída de presión máxima contra la que se cerrará la válvula.

Presión de trabajo de la válvula de mariposa

Las condiciones de funcionamiento de las válvulas de mariposa se miden de dos maneras: Presión nominal del cuerpo y presión nominal de cierre.

Presión nominal del cuerpo

Esto explica la presión que ejerce el vástago de válvula de mariposa y el cuerpo pueden soportar sin romperse. Las clasificaciones varían según el fabricante. Algunas clasificaciones comunes son: 

  • WOG: Es la presión nominal de las válvulas a temperatura ambiente.
  • Presión de trabajo en frío (Cold Working Pressure, CWP): Se trata de una presión nominal para válvulas entre -20 y -100F.
  • Presión nominal (PN): Esta es una clasificación PSI que algunos fabricantes incluyen.

Presión de cierre

Es el diferencial máximo a través del disco que puede soportar la válvula frente a la rotura nominal del asiento.

Conclusión

En este artículo se analiza todo lo que necesita saber sobre la válvula de mariposa, incluida su función, sus piezas, los requisitos de instalación y mantenimiento, y lo que debe tener en cuenta antes de comprar una válvula de mariposa industrial.

La válvula Dombor es un fabricante de válvulas de mariposa que ofrece soluciones de válvulas de alta calidad para adaptarse a los requisitos del mercado. Con nuestros 20 años de experiencia en fabricación, somos especialistas en crear tipos de válvulas que funcionan en cualquier entorno. Así que póngase en contacto con hoy mismo.

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