Guía completa de válvulas de compuerta

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29/07/2022
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La válvula de compuerta es la válvula de cierre más común. A diferencia de válvulas de bolaNo son dispositivos de cuarto de vuelta, sino que se cierran y abren mediante revoluciones del volante. 

Utilizadas en plantas de aguas residuales, centrales eléctricas y sistemas de proceso, el sistema roscado de las válvulas de compuerta les confiere una ventaja sobre el sistema de cuarto de vuelta de las válvulas de bola y válvula de mariposa en grandes aplicaciones.

El fluido que atraviesa las válvulas de compuerta experimenta una caída de presión mínima, ya que las válvulas de compuerta permiten un flujo total a través de su paso cuando están completamente abiertas.

En este post se analizan las funciones, los símbolos, las ventajas y desventajas, los tipos y otras cosas esenciales que debe saber sobre la válvula de compuerta.

¿Qué es una válvula de compuerta?

Válvula de compuerta 1
Fuente: Unsplash

Válvulas de compuerta también pueden denominarse válvulas de esclusa o válvulas de cuchilla. Son válvulas de control que permiten o restringen completamente el flujo de medios. Las válvulas de compuerta utilizan una compuerta plana para cerrar el paso entre las bridas de las tuberías.

Una válvula de compuerta, al ser una válvula de paso total, tiene un diámetro igual al del tubo por el que pasa el fluido. Por tanto, a diferencia de las válvulas de mariposa, las de compuerta minimizan las pérdidas de presión en el fluido cuando están totalmente abiertas. Además, debido a que los diámetros de la tubería y de la válvula son iguales, las válvulas de compuerta permiten el movimiento de cerdos dentro de la tubería para operaciones de limpieza e inspección. 

Mientras que las válvulas de mariposa pueden utilizarse en servicios de regulación de caudal y de cierre, las válvulas de compuerta sólo deben utilizarse en servicios de cierre como válvulas de bloqueo y también para permitir el flujo de fluido. No deben utilizarse para estrangular. 

Por su construcción sencilla y su capacidad para utilizarse en diferentes aplicaciones de baja presión, las válvulas de compuerta son unas de las más comunes en la industria.

Símbolo de válvula de compuerta

Símbolo de válvula de compuerta
Fuente: HardHat Engineering 

La puerta símbolo de válvula se compone de dos triángulos que se encuentran en un punto. Se inserta una línea vertical entre los triángulos, y líneas horizontales sólidas se extienden desde los lados opuestos del triángulo.

La línea vertical indica el funcionamiento de bloqueo de la válvula de compuerta, y las líneas horizontales muestran que la válvula tiene una función de dos vías en aplicaciones de apertura y cierre.

En símbolo de válvula de compuerta utilizada en tuberías y diagramas de instrumentación (P&ID) es una modificación del símbolo de la válvula, que es el símbolo de la válvula de compuerta sin la línea vertical entre los triángulos. 

Los tres símbolos isométricos del diagrama indican los símbolos de las conexiones de los extremos para soldar a tope, los extremos embridados y las conexiones de los extremos de enchufe.

Tipos de válvulas de compuerta

Las válvulas de compuerta pueden clasificarse de tres formas distintas:

En paralelo Vs. Válvulas de compuerta en cuña 

Las válvulas de compuerta se diferencian principalmente en válvulas paralelas y de cuña. Las válvulas de compuerta paralelas cierran el paso mediante una compuerta plana entre dos asientos paralelos. La compuerta se cierra cuando se permite que la presión de la tubería selle el disco para impedir cualquier flujo. Estas válvulas de compuerta suelen funcionar en condiciones con presiones o caídas de presión mínimas.

  • Las válvulas de guillotina son un tipo común de válvula de compuerta paralela. Utilizan una compuerta de punta afilada para cerrar el paso a fluidos con sólidos en suspensión o lodos. El disco de una válvula de cuchilla se limpia al pasar por los anillos del asiento.
Válvulas de guillotina
Fuente: Dombor
  • Válvulas de compuerta de losa también se conocen como válvulas pasantes. Son válvulas de cierre que incluyen un orificio en su construcción. La compuerta de losa está alineada para evitar turbulencias en el flujo cuando está totalmente abierta. La baja turbulencia se traduce en una pequeña caída de presión y hace que la compuerta de losa sea perfecta para transmitir petróleo crudo. 
Válvulas de compuerta de losa
Fuente: Dombor
  • Las válvulas de compuerta en cuña cierran el paso del fluido mediante una compuerta en forma de cuña. La compuerta en cuña descansa sobre dos asientos inclinados en direcciones opuestas. En esta válvula, las juntas se aprietan por la presión adicional de los asientos en cuña. Las compuertas duran más gracias al menor contacto con los asientos.
Válvula de compuerta de cuña partida
Fuente: Dombor
  • El diseño de la compuerta de cuña partida sella eficazmente debido a su maleabilidad. Además, en los casos en que los asientos inclinados no están alineados correctamente, lo que provoca un mayor contacto con los asientos, la cuña partida no se atasca debido a su maleabilidad. Este diseño de válvula de compuerta funciona eficazmente con fluidos abrasivos.
Válvula de compuerta de cuña partida
Fuente: Indiamart 
Válvula de compuerta de cuña maciza
Fuente: Hecho en China 
  • Las válvulas de compuerta de cuña flexible están disponibles en diferentes formas. Cada una de estas formas ofrece ventajas específicas. Por ejemplo, la compuerta de cuña flexible estrecha tiene una estructura fuerte pero poco maleable, a diferencia de la compuerta más ancha, que es más flexible. Suelen encontrarse en sistemas de vapor.
Válvula de compuerta de cuña flexible
Fuente: Alibaba 

Válvulas de compuerta de asiento metálico frente a las de asiento elástico

La compuerta de la válvula de compuerta de asiento metálico tiene forma de cono y entra en un orificio en la parte inferior de la válvula cuando se cierra, apoyada en asientos inclinados. Las impurezas son una constante en la válvula de asiento metálico debido a su diseño de cierre, lo que provoca el desgaste de la compuerta. 

La válvula de compuerta de asiento metálico se utilizaba antes de fabricar válvulas de compuerta de asiento elástico.

Válvulas de compuerta con asiento de acero inoxidable
Fuente: Dombor

Válvulas de compuerta de asiento elásticoDebido a la base plana de la válvula, permiten el paso de impurezas sin que se almacenen en un orificio como en la válvula de compuerta de asiento metálico. 

El elemento de goma de la compuerta aspira las impurezas al cerrarse, y éstas se limpian al abrirse de nuevo, lo que permite que la compuerta vuelva a su forma normal.

Válvulas de compuerta con vástago ascendente Vs. Válvulas de compuerta de vástago no ascendente

Las válvulas de compuerta de vástago ascendente tienen el vástago fuera del cuerpo de la válvula y se mueven con la compuerta. Cuando la compuerta se mueve hacia arriba, también lo hace el vástago y viceversa. Este movimiento permite controlar el vástago para su mantenimiento. Este diseño es el más adecuado para instalaciones de superficie.

Válvula de compuerta de vástago ascendente
Fuente: Alibaba 

En los diseños sin vástago ascendente, el vástago gira con el movimiento de la compuerta desde el interior del cuerpo de la válvula. Un indicador en la parte superior del vástago muestra la posición de la válvula. Este diseño puede utilizarse en válvulas de compuerta industriales para instalaciones de superficie y subterráneas.

Otros tipos de válvulas de compuerta

Válvula de compuerta de expansión paralela 

Válvula de compuerta de expansión paralela
Fuente: Hecho en China 

Estas válvulas sellan mediante la combinación de dos válvulas de compuerta de losa. Las compuertas de expansión mecánica se sellan eficazmente en los asientos de la compuerta. Se utilizan principalmente en sistemas eléctricos y en la industria petrolera.

Válvula de compuerta Ventajas e inconvenientes 

Cuando se utiliza como válvula de control, la válvula de compuerta puede funcionar eficazmente en varias operaciones industriales. Al igual que otras válvulas de control industriales, la válvula de compuerta tiene ventajas y desventajas. Algunas de sus ventajas son: 

Ventajas 

Mínima resistencia al flujo 

La válvula de compuerta es una válvula de paso total. Por lo tanto, permite el paso fácil del fluido con una resistencia mínima. A diferencia de otras válvulas, cuando está totalmente abierta, el cuerpo de la válvula de compuerta no afecta al movimiento o dirección del flujo. 

Mejor funcionamiento del sellado

Las válvulas de compuerta realizan mejores operaciones de cierre que la válvula de cierre, que también es una válvula de control. Aunque es más lenta que algunas otras válvulas, la válvula de compuerta ofrece operaciones de apertura y cierre más rápidas que la válvula de cierre.

Las válvulas de compuerta tienen varias aplicaciones

Las válvulas de compuerta pueden funcionar eficazmente con fluidos como aceite, vapor, lodos y fluidos en suspensión. Además, pueden funcionar como válvulas de sistemas de bajo vacío o válvulas de venteo.

Flujo bidireccional

Las válvulas de compuerta no están limitadas a un solo sentido de flujo. Son válvulas direccionales de dos vías y no dependen de la dirección del fluido. Las válvulas de compuerta son buenas para operaciones en las que la dirección del fluido puede cambiar. 

Otras ventajas de las válvulas de compuerta son 

  • Debido a la lentitud de las operaciones de apertura y cierre de las válvulas de compuerta, se evita el golpe de ariete cuando la válvula está cerrada.
  • En las válvulas de compuerta, las impurezas suelen ser arrastradas por el medio que fluye.
  • Las válvulas de compuerta funcionan en condiciones de mayor presión que la válvula de mariposa.
  • Funcionan eficazmente con fluidos de alta viscosidad.
  • Para fabricantes de válvulas industriales, la válvula de compuerta ofrece una construcción sencilla y fácil. Además, son fáciles de instalar y sustituir.
  • Se requiere un pequeño par de torsión para abrir y cerrar el portón.

Desventajas 

Las válvulas de compuerta funcionan lentamente

Las válvulas de compuerta pueden sufrir graves daños si se abren o cierran a medias. Por ello, la compuerta debe introducirse completamente en la zona superior de la válvula cuando está abierta y debe dejarse reposar en el asiento de la válvula cuando está cerrada antes de que fluya el fluido. 

El movimiento desde la zona superior de la válvula hasta la inferior lleva mucho tiempo, lo que provoca el funcionamiento lento de las válvulas de compuerta. Debido a su lento funcionamiento, las válvulas de compuerta no pueden utilizarse para procesos rápidos.

Daños por contacto frecuente con el asiento

La compuerta de la válvula entra en contacto frecuentemente con el asiento de la válvula, lo que puede producir raspaduras en la superficie de la compuerta. Con el tiempo, los rasguños en la superficie dañan la compuerta, lo que reduce su vida útil. Los daños en la superficie de la compuerta no son fáciles de reparar.

Otras desventajas de las válvulas de compuerta son:

  • Son más grandes y, por tanto, requieren más espacio que las válvulas de mariposa.

Funciones de las válvulas de compuerta

Válvulas de compuerta suelen utilizarse en servicios de apertura y cierre, donde funcionan permitiendo o restringiendo el flujo. Para mejorar su eficacia, las válvulas de compuerta no deben utilizarse con regularidad, ya que la fricción frecuente acortaría su vida útil.

Debido a su capacidad para permitir el flujo a través de la tubería con pérdidas de presión mínimas y permitir la fácil operación de los pigs para inspección y limpieza, la válvula de compuerta es una válvula de uso común para bloqueo y aislamiento. 

Sin embargo, las válvulas de compuerta no deben utilizarse para regular el caudal. El contacto constante del fluido con la compuerta provoca daños en el disco y el asiento y acorta invariablemente la vida útil de la válvula.

Tienen una amplia aplicación en la industria que incluye operaciones en refinerías de petróleo, centrales eléctricas, fábricas manufactureras y empresas de producción química. Las válvulas de compuerta funcionan eficazmente en condiciones de alta temperatura y presión.

Piezas de válvulas de compuerta

Piezas de válvulas de compuerta
Fuente: HardHat Engineering

La válvula de compuerta incluye el cuerpo, el volante, el yugo, el bonete, el prensaestopas, el estopín y la compuerta. A continuación se explica cada parte.

Cuerpo de válvula de compuerta

El cuerpo de la válvula es el encargado de alojar el embellecedor de la válvula y permitir el paso del fluido de un extremo a otro de la tubería. Los cuerpos de las válvulas se fabrican con metales aleación de metaleso no metales de diversos tipos. 

También denominados obuses, el cuerpo de la válvula de compuerta puede unirse a las bridas de la tubería mediante extremos a tope, manguitos, obleas o roscados.

El cuerpo de la válvula de compuerta tiene tres diseños diferentes, que dependen de la finalidad de la válvula de compuerta. Los diseños son de paso reducido, paso total y paso transversal.

Bonete de válvula de compuerta

En capó de las válvulas de compuerta funciona principalmente como tapa y soporte de otras partes de la válvula, como el disco, el vástago y los actuadores. Además, en la válvula de compuerta, el bonete permite una abertura para el vástago.

El capó de la válvula de compuerta se une al cuerpo mediante roscas, pernos o soldadura. Algunos capós de válvula están diseñados para fusionarse con el cuerpo (válvulas sin capó), y los capós suelen fabricarse en el mismo material que el cuerpo de la válvula. 

Embellecedor de válvula de compuerta

En guarnición de válvula de compuerta comprende el disco de la válvula, el manguito del prensaestopas, las empaquetaduras del prensaestopas, el asiento trasero, el vástago de la válvula y el asiento de la válvula. Son piezas que están en contacto con el fluido. Las piezas de ajuste de la válvula controlan su funcionamiento.

Vástago de válvula

El vástago es responsable del control del disco. Cuando el vástago gira, transmite este movimiento al disco levantándolo o dejándolo caer. El vástago de la válvula de compuerta está unido al actuador (a veces a través del yugo) o a la máquina de manipulación manual en el extremo superior y al disco de la válvula en el otro extremo para facilitar el control.

Asiento de válvula

El asiento de la válvula de compuerta es un punto de apoyo para el disco de la válvula al que está sellado. Mientras que algunas válvulas tienen un solo asiento, la válvula de compuerta tiene dos asientos, uno en cada extremo de las bridas de la tubería. Si el disco y el asiento de la válvula no están bien sellados, pueden producirse fugas en la válvula.

Asiento trasero de la válvula

El asiento trasero de la válvula de compuerta mantiene el vástago en la posición de válvula abierta. También impide que el fluido suba a la cámara de empaquetadura y a la superficie. 

Disco de válvula 

El disco de la válvula de compuerta es la parte de la válvula que realiza la función de permitir o restringir el flujo a través de la tubería. Impide que la presión del fluido se desplace de un extremo a otro. El disco descansa sobre el asiento de la válvula al que está sellado.

Prensaestopas, manguito y yugo

Los prensaestopas evitan las fugas del vástago y suelen estar en un prensaestopas. Los manguitos del prensaestopas mantienen las empaquetaduras del prensaestopas en la caja.

El yugo conecta el actuador al vástago. A veces se fusionan con el bonete para fabricar varios diseños de válvulas. El yugo también se denomina brazo.

¿Cómo funciona la válvula de compuerta?

El funcionamiento de la válvula de compuerta es en muchos aspectos similar al de la mayoría de las válvulas. El volante o actuador se controla para hacer girar el vástago, que controla la compuerta. En el caso del volante manual, el volante gira en varias revoluciones antes de que la válvula de compuerta pueda abrirse totalmente desde una posición cerrada o cerrarse totalmente desde una posición abierta. 

El control mediante el actuador es más sencillo, ya que no requiere la presencia de ningún usuario en el lugar, sólo debe haber un sistema de actuador (neumático o eléctrico) in situ. Al elevar la compuerta a una posición totalmente abierta, la válvula permite que el medio fluya por la tubería sin obstrucciones.

El cierre y sellado de la tubería al asiento de la válvula retiene la presión del caudal y restringe el flujo del medio más allá de la compuerta. El caudal del medio experimenta un cambio errático a medida que se cierra la válvula de compuerta, lo que da lugar a una relación impredecible entre la válvula y el caudal de fluido.

La presión del fluido y el caudal contra la compuerta desgastan el asiento y la compuerta. Las válvulas de compuerta no deben utilizarse para regular el caudal, ya que el caudal constante acelera el deterioro de la compuerta y el asiento.

Instalación y mantenimiento de válvulas de compuerta

Instalación de válvulas de compuerta 

La instalación de las válvulas de compuerta debe realizarse correctamente para aumentar su vida útil y garantizar su correcto funcionamiento. A continuación se indican algunas prácticas de instalación que deben seguirse al instalar válvulas de compuerta: 

  • Instalación de la válvula de compuerta, la brida debe estar a temperatura ambiente.
  • Aunque las válvulas pueden instalarse de cualquier forma, planas o verticales, es aconsejable instalarlas de forma vertical para facilitar el acceso con la rueda de mano. 
  • Asegúrese de que durante la instalación, las bridas de la tubería estén espaciadas de forma que haya espacio suficiente para insertar o retirar la válvula durante el mantenimiento.
  • Los trabajos de soldadura deben completarse antes de la instalación de la válvula de compuerta.
  • Los lodos y residuos de la tubería deben lavarse antes de instalar las válvulas.
  • La brida y la válvula deben estar correctamente alineadas, y debe comprobarse que la tubería soporta el peso de la válvula.
  • Hay que comprobar los materiales de las piezas de la válvula de compuerta para asegurarse de que no han sufrido daños durante el transporte o el almacenamiento.
  • Los pernos que conectan la válvula a las tuberías deben estar bien apretados y la presión debe distribuirse por igual.
  • Las partes de las bridas de los tubos que entran en contacto con las válvulas deben estar limpias y sin residuos.
  • La válvula de compuerta debe probarse después de atornillarla para asegurarse de que es estable en su posición.

Mantenimiento 

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

  • La presión en las tuberías debe liberarse antes de mantenimiento de las válvulas de compuerta commence.
  • La presión en las tuberías o válvulas debe liberarse antes de iniciar el mantenimiento.
  • El disco de la válvula de compuerta debe sustituirse desde la parte superior retirando el bonete y el vástago antes de sustituir el disco.
  • 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 tener en cuenta antes de comprar una válvula de compuerta

Al seleccionar una válvula de compuerta adecuada para funcionar en condiciones específicas, hay que tener en cuenta factores como el material, el tamaño y el diseño adecuados. Estos son algunos factores que hay que tener en cuenta al comprar una válvula de compuerta:

Materiales 

Los materiales utilizados para la fabricación de válvulas de compuerta varían en función de las condiciones específicas. Los materiales comunes son hierro fundido, acero al carbono fundido, acero inoxidable, hierro dúctil, metal de cañón, bronce, aleaciones de acero, acero inoxidable y acero forjado. 

Los criterios clave de selección del material a utilizar son el servicio del fluido y la temperatura de diseño. A continuación se indican algunos materiales utilizados en la creación de la válvula de compuerta:

Cuerpo de válvula

  • Acero al carbono fundido según ASTM A216 Gr. WCB.
  • Acero inoxidable según ASTM A351 Gr. CF8/8M/3/3M
  • ASTM A351 Gr. CN 7M

Juntas

  • Anillo plano de fibra de amianto comprimida
  • Anillo plano de grafito y amianto
  • SS 304/316/304L/316L enrollado en espiral con relleno de PTFE/CAF/Grafoil.

Embellecedores / Piezas de trabajo internas

Grados de material

A continuación se indican algunas calidades comunes de material de corte utilizadas en la producción de válvulas de compuerta

  • AISI 410 (SS 410 - Acero al Cr. 13%)
  • AISI 304
  • AISI 316
  • AISI 304L
  • AISI 316L
  • Aleación Hast B/C
  • ASTM A351 Gr, CN 7M
  • Con asiento de cara dura de estelita y cara de cuña

Los materiales de corte se agrupan y se les asigna un número de corte o un número de combinación. En el cuadro siguiente, el material para un asiento de válvula de compuerta, disco, vástago y asiento trasero se especifican con un número de acabado.

A partir de esta tabla, se puede hacer un pedido por el número de corte. No será necesario especificar ningún material para un pedido del guarnición de válvula de compuerta. Este gráfico se ajusta a la especificación API 600.

Tabla de recortes
Fuente: HardHat Engineering

Prensaestopas

  • Anillo moldeado de grafito (Frafoil).
  • Cuerda de grafito y amianto.
  • Grafoil trenzado de Inconel con inhibidor de corrosión

Códigos y normas aplicables 

A continuación se indican los códigos y normas que se utilizan en el diseño y la selección de válvulas de compuerta:

Pruebas de presión

API 598

Presión Temperatura nominal 

API B16.34

Cara a cara

ANSI B16.10

Extremo soldado por encastre

ANSI B16.25 y B16.11

Extremo atornillado

ANSI B 1.20.1 (BSP/NPT)

Conclusión

En este post se ha tratado todo lo que necesita saber sobre la válvula de compuerta, incluida su función, piezas, requisitos de instalación y mantenimiento, y lo que debe tener en cuenta antes de comprar una válvula de compuerta industrial.

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