Guía completa de la válvula de globo

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29/07/2022
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Las válvulas de globo se han convertido en un instrumento necesario para controlar el flujo de fluidos. Se utilizan para dos funciones principales, ya que también funcionan como válvulas de cierre. Estas válvulas tienen una amplia gama de aplicaciones en varias industrias, como sistemas de agua, juntas de turbinas y sistemas de fuelóleo.

Sin embargo, el diseño de la válvula de globo provoca una resistencia al flujo del fluido, lo que da lugar a caídas de presión elevadas en el fluido. Por lo tanto, antes de seleccionar una válvula de globo, deben tenerse en cuenta factores como la caída de presión en posiciones dentro de la válvula y el dimensionamiento de la válvula.

En este post se analiza la función de la válvula de globo, sus piezas, los requisitos de instalación y mantenimiento y otros factores que deben tenerse en cuenta antes de comprar una válvula de globo industrial.

¿Qué es una válvula de globo?

Válvulas de globo
Fuente: Pinterest

Las válvulas de globo son válvulas cuyo disco u obturador se mueve en línea recta para permitir, restringir o regular el flujo del medio. El movimiento vertical del disco de la válvula de globo se denomina movimiento lineal, por lo que las válvulas de globo se denominan válvulas de movimiento lineal.

A medida que el disco se desplaza linealmente por la válvula, el asiento de la válvula de globo se abre para alojar los discos. Las válvulas de globo se utilizan principalmente, debido a su diseño, para estrangular y regular el flujo a través de la válvula. Aún así, también pueden utilizarse en los servicios de apertura y cierre de medios totalmente permeables o restrictivos.

Durante el paso por la válvula de globo, el fluido sube por el lado del asiento y contra el disco de la válvula antes de continuar su flujo; esto limpia el disco y reduce la suciedad en el cuerpo de la válvula.

Sin embargo, el caudal y la dirección del fluido se ven alterados y, por tanto, se produce una importante caída de presión a medida que el fluido se desplaza.

Símbolo de la válvula de globo

Símbolo de la válvula de globo
Fuente: HardHat Engineering 

El globo símbolo de válvula está formado por dos triángulos que se encuentran en un punto. Se inserta un círculo sólido en el punto de encuentro de los triángulos, y líneas horizontales sólidas se extienden desde los lados opuestos del triángulo.

Las líneas horizontales muestran que la válvula de globo es una válvula en línea de dos vías que se utiliza para aplicaciones de estrangulación y encendido-apagado.

El símbolo de la válvula de globo utilizado en los diagramas de tuberías e instrumentación (P&ID) es una modificación del símbolo de la válvula, que es el mismo símbolo sin el círculo sólido en el punto de encuentro de los dos triángulos.

Los tres símbolos isométricos del diagrama indican símbolos para soldadura a tope conexiones finales, conexiones finales con brida y conexiones finales con enchufe.

Tipos de válvulas de globo

Las válvulas de globo son de varios tipos y pueden diferenciarse en función del diseño de su cuerpo y de la conexión entre el cuerpo y el bonete.

Basado en el diseño del cuerpo de la válvula

Las válvulas de globo pueden diferenciarse en tres tipos según el diseño de su cuerpo: Válvula de globo con patrón en ángulo, Válvula de globo estándar o con patrón en T y Válvula de globo oblicua o con patrón en Y. 

Válvula de globo patrón estándar (patrón T)

Válvula de globo en T
Fuente: Google

Esta válvula es una válvula de globo industrial. El asiento de la válvula se coloca horizontalmente de modo que el disco se mueva perpendicularmente al flujo a través de las bridas de la tubería. 

En válvula de globo patrón estándar obstruye el flujo en varios lugares del cuerpo de la válvula, lo que provoca una caída de presión elevada durante el paso del fluido. Este patrón ofrece la mayor obstrucción a flujo entre los tres patrones, y también tiene el coeficiente de flujo más bajo.

En Válvula de globo en T se utiliza en casos extremos de estrangulamiento. Por ejemplo, se utilizan en operaciones de plantas de procesamiento en líneas de derivación necesarias alrededor de válvulas de control. También se utilizan en operaciones de regulación de caudal en las que las pérdidas de presión en el fluido no son importantes.

Válvula de globo de escuadra

Válvula de globo de escuadra
Fuente: Dombor

Este patrón es una versión modificada del patrón T. En válvula de globo de escuadra tiene sus extremos en ángulo recto, y el fluido fluye tras una rotación de 90 grados. Válvulas de globo en ángulo tienen un coeficiente de caudal superior al de las válvulas de globo de patrón estándar.

Debido a la capacidad de las válvulas de globo para manejar el flujo de fluido en baches, se utiliza comúnmente con fluidos de variaciones periódicas y cambios de presión. La válvula de globo de patrón angular ofrece una menor obstrucción al flujo de fluido que las válvulas estándar.

Además, cuando se instalan cerca de los extremos de las tuberías, disminuyen el número de uniones de tuberías necesarias y funcionan como un codo de tubería al cambiar la dirección del flujo de fluido.

Válvulas de globo de diseño oblicuo (en Y)

Válvulas de globo patrón oblicuo Y
Fuente: Dombor 

La válvula de globo de patrón oblicuo, de las tres válvulas de globo, ofrece la menor obstrucción al flujo de fluido. Al obstruir menos el flujo, se reduce la caída de presión del fluido. 

El asiento de la válvula está colocado a 45 grados con respecto al vástago, lo que contribuye al flujo directo del fluido a través de la válvula y a la reducción de la caída de presión del fluido.

En Válvulas de globo en Y no son fácilmente susceptibles a la erosión, incluso después de largos periodos de flujo de fluido. Durante los primeros periodos de funcionamiento, la válvula de globo oblicuo se utiliza para regular el caudal. Su capacidad para limpiarse de lodos cuando funcionan en líneas cerradas les confiere una ventaja sobre algunas otras válvulas.

Basado en la conexión entre el cuerpo y el capó

Los bonetes son componentes del globo terráqueo y válvula de compuerta se coloca en la parte superior del cuerpo de la válvula. El bonete conecta el cuerpo de la válvula al dispositivo de palanca manual o a los actuadores y permite la entrada a los componentes de ajuste de la válvula.

Fabricantes de válvulas industriales desacoplar el bonete del cuerpo para la reparación y el mantenimiento de las válvulas de globo. La conexión entre el cuerpo y el bonete es importante para facilitar el mantenimiento, comprobar la integridad de la junta, seleccionar el tamaño de la válvula, etc. 

A continuación se indican los tipos de válvulas de globo en función de la conexión del bonete al cuerpo de la válvula :

Conexión con bonete atornillado

Válvula de globo con bonete roscado
Fuente: Dombor

En válvula de globo con bonete empernado también se denomina válvula de globo enroscada. Es la conexión más común y económica. El bonete no debe desacoplarse del cuerpo de la válvula con frecuencia, ya que podría dañar las zonas de unión de los tornillos.

Las juntas del bonete de estas válvulas requieren un gran par de apriete para enroscarlas en el cuerpo de la válvula y suelen utilizarse en válvulas de tamaño no muy grande.

Conexión por bonete soldado

En válvula de globo con bonete soldado se crea soldando el bonete al cuerpo de la válvula. El bonete suele soldarse completamente al cuerpo de la válvula cuando está hecho de un material soldable. 

La conexión de bonete soldado puede aplicarse a la mayoría de los tamaños de válvula y es funcional en diferentes condiciones de funcionamiento. 

Sin embargo, una desventaja importante del bonete soldado es que desacoplar la conexión podría dañar el bonete y el cuerpo de la válvula. Por lo tanto, esta conexión de bonete se utiliza en casos en los que el cuerpo de la válvula puede desecharse. 

Válvula de globo con bonete soldado
Fuente: India Mart

Conexión con bonete embridado 

Válvulas de globo con bonete embridado tienen tornillos repartidos por toda la zona de conexión. Los pernos adicionales ayudan a mantener la conexión más apretada y están repartidos más uniformemente que en el válvulas de globo de conexión atornillada. También permite aplicar la conexión de bonete embridado a válvulas de diversos tamaños y condiciones de funcionamiento exigentes.

Sin embargo, para válvulas de mayor tamaño, la conexión embridada puede soldarse para operaciones más seguras.

Válvulas de globo con bonete con bridas
Fuente: India Mart

Anillo de unión Conexión del bonete

En la válvula de globo con bonete de anillo de unión, el bonete está unido al cuerpo de la válvula mediante un anillo de unión. Las áreas de contacto de las juntas en esta conexión del bonete no se ven afectadas por el desenroscado frecuente. Sin embargo, se utiliza en válvulas de tamaño no muy grande.

Válvula de globo con bonete y anillo de unión
Fuente: India Mart

Sello de presión Conexión del bonete

Esta conexión de bonete es la más adecuada para condiciones de alta temperatura y presión. La válvula de globo con bonete de cierre a presión utiliza la presión del fluido para apretar la unión entre el bonete y el cuerpo de la válvula. 

Válvula de globo con bonete de cierre a presión
Fuente: Exportadores de la India

Válvula de globo Ventajas e inconvenientes 

Las válvulas de globo suelen compararse con las válvulas de compuerta y de bola. Mientras que las válvulas de compuerta y de bola funcionan como válvulas on-off, la válvula de globo funciona como dispositivo de estrangulación en operaciones on-off. Estas son algunas de sus otras ventajas en las operaciones de tuberías:

Ventajas 

Buena capacidad de aceleración 

El movimiento vertical del disco de la válvula hacia el asiento favorece la buena capacidad de estrangulación de la válvula de globo. Al cerrar la válvula, el espacio entre el disco y el asiento se reduce gradualmente en una corta distancia, lo que contribuye a una buena regulación del caudal.

Mantenimiento y estructura 

La válvula de globo tiene una construcción más sencilla que la válvula de compuerta. Con una superficie de sellado y un área de sellado mínima, la válvula de globo reduce los costes de construcción y ahorra material de producción. 

El mantenimiento de la válvula de globo es fácil, y ofrece un mejor proceso de producción porque la válvula ahorra costes y material.

Buen rendimiento de sellado

El deslizamiento entre el asiento de la válvula y las superficies del disco es escaso o nulo, lo que reduce la fricción entre ambas superficies. Por lo tanto, las superficies de sellado experimentan menos desgaste durante un largo periodo y proporcionan buenas operaciones de sellado.

Además, como el asiento y el disco de la válvula no se desgastan con facilidad, la vida útil de la válvula de globo es mayor que la de algunas válvulas.

Otras ventajas de la válvula de globo son

  • La instalación de válvulas de globo no requiere mucha altura, ya que las válvulas tienen una estructura gruesa.
  • Las válvulas de globo ofrecen diferentes modelos y tipos para una mayor selección de válvulas adecuadas.
  • Las válvulas de globo tienen menos fugas en el asiento que las válvulas de compuerta.

Desventajas 

Estas son algunas de las desventajas que se experimentan al utilizar la válvula de globo:

Grandes requisitos de par

La presión del fluido es vencida por el disco de la válvula desde el extremo opuesto, lo que requiere un gran par de torsión para cerrar esta válvula. Además, para levantar la disco de válvula de globo y abrir la válvula, se requiere un gran par de torsión.

Alta resistencia al flujo y pérdidas de presión

Las válvulas de cierre ofrecen la mayor resistencia al flujo. Esta resistencia se produce porque en la válvula hay varias obstrucciones al paso del fluido. La elevada resistencia también provoca pérdidas de alta presión en el fluido.

Dirección de flujo restringida (unidireccional)

Las válvulas de globo restringen el movimiento del caudal a una sola dirección. Los fluidos sólo pueden moverse de abajo arriba o abajo sin cambiar de dirección.

Otras desventajas de las válvulas de globo son:

  • Son difíciles de instalar.
  • Requieren grandes aberturas para la disposición de los discos.
  • Consumen mucha energía y son ruidosas.

Funciones de las válvulas de globo

Función de las válvulas de globo en operaciones de apertura y cierre como válvulas de bloqueo o aislamiento y en operaciones de estrangulación para regular el caudal. Están diseñadas en gran medida para funcionar como reguladoras de caudal, pero también son funcionales cuando están totalmente abiertas o cerradas para restringir el flujo de fluido.

Como resultado de la reducida altura de la válvula de globo en comparación con la válvula de compuerta, el disco de la válvula de globo se desplaza una corta distancia hasta el asiento de la válvula al abrirse o cerrarse. La capacidad de la válvula para reducir gradualmente el espacio entre el asiento de la válvula y el disco la hace adecuada para operaciones de estrangulamiento. 

Además, es menos probable que las válvulas de globo resulten dañadas por el flujo de fluido cuando se encuentran en una posición parcialmente abierta; esto contribuye a su eficacia como dispositivo de estrangulación.

Cuando se utilizan en operaciones de apertura y cierre, el diseño del disco de la válvula de globo se selecciona cuidadosamente para garantizar la fiabilidad del sellado. Las válvulas de movimiento lineal, como las de compuerta, aguja y globo, pueden aplicarse en muchas operaciones con las condiciones adecuadas. 

Piezas de válvulas de globo 

Piezas de válvulas de globo
Fuente: Mechanical Boost

Las partes de la válvula de globo son el accionamiento, el vástago, el disco (obturador), el cuerpo de la válvula, el asiento y el bonete.

Disco de válvula de globo

El disco de la válvula es la parte principal de la válvula de globo responsable de permitir, restringir o controlar el flujo de fluido dentro de la tubería. El disco de la válvula sube o baja como reacción a la rotación del vástago. 

Los discos de las válvulas de globo se diseñan de tres formas: Diseño de disco de obturador, Diseño de disco de composición y Diseño de disco de bola.

Diseños de disco de válvula de globo
Fuente: Mechanical Boost

Diseño del disco del tapón

Estos discos tienen un extremo que se estrecha hasta una superficie plana. Son mejores para su uso en regulación de caudal que el disco de bola y composición.

Diseño del disco de composición

Los discos de composición son adecuados para sistemas de agua porque apenas se erosionan. Tienen una superficie más ancha que el disco de tapón y bola y son sustituibles.

Diseño de disco esférico

Este diseño se utiliza sobre todo para operaciones de encendido y apagado. Tiene un extremo inferior más estrecho y suele utilizarse en condiciones de baja presión y temperatura. 

Asiento de válvula de globo

El asiento de la válvula es la superficie de sellado del disco. Está hecho para alojar el disco de la válvula cuando desciende para cerrar la válvula. El asiento de la válvula de globo se puede hacer con el cuerpo de la válvula o atornillado. El disco de la válvula conecta con el asiento en ángulo recto, lo que da como resultado un sellado más fiable.

Un globo válvula volver El asiento es el punto de sellado del vástago y el bonete por encima del disco. Impide que la presión del medio llegue a la empaquetadura de la válvula, ya que el disco de la válvula descansa sobre él cuando está totalmente abierto.

Vástago de válvula de globo

El vástago conecta el disco con el actuador de la válvula. Suele estar unido al bonete, y el disco puede conectarse al vástago de dos formas: deslizándose sobre el vástago o enroscándose en él.

Para una acción más rápida, el vástago de válvula de globo está diseñado para permitir que el disco se mueva en la dirección del fluido al cerrarse.

Cuerpo de válvula de globo 

Esta parte de la válvula de globo protege los componentes internos de la máquina. La válvula de globo está diseñada para tener una construcción de cuerpo simple pero sólida.

Actuador de válvula de globo 

El actuador de la válvula hace girar el vástago, que controla el movimiento del disco de la válvula. La apertura y el cierre de la válvula vienen determinados en primer lugar por el actuador. El actuador de la válvula de globo se clasifica en dos tipos en función de los requisitos de las válvulas. Los tipos son:

  • Actuadores manuales: Consisten en utilizar volantes o manivelas para controlar la potencia.
  • Actuadores automáticos: Consisten en utilizar sistemas eléctricos, neumáticos o hidráulicos para controlar el vástago.

Bonete de válvula de globo

Los bonete son componentes de la válvula de globo que se colocan encima del cuerpo de la válvula. El vástago roscado atraviesa el bonete a través de un orificio, y el bonete conecta el cuerpo de la válvula con el dispositivo de palanca manual o los actuadores.

¿Cómo funciona la válvula de globo?

Flujo de fluido en válvula de globo
Fuente: Blog Materiales del proyecto

La función de la válvula de globo es permitir, restringir o controlar el flujo de medios a través de la tubería de una zona a otra. Para ello, la válvula de globo utiliza un disco de válvula y un asiento de válvula.

El asiento de la válvula de globo está situado en paralelo y en el centro de la tubería. Al girar el volante o accionar el actuador automáticamente, el vástago de la válvula gira y el disco de la válvula se mueve. 

Para las operaciones de apertura y cierre, el disco de la válvula de globo, controlado por el vástago, se baja completamente para sellar con el asiento de la válvula y bloquear así el flujo de fluido, o se eleva completamente para permitir el flujo de fluido. Cuando el disco de la válvula se eleva completamente, el flujo de fluido alcanza su velocidad máxima, y cuando se baja completamente, el flujo de fluido se cierra por completo.

En las operaciones de estrangulamiento, el disco no se eleva totalmente y el caudal de fluido se produce en proporción directa a la elevación del disco de la válvula.

Instalación y mantenimiento de válvulas de globo

Instalación 

La instalación correcta de las válvulas de globo disminuye el desgaste prematuro y garantiza el funcionamiento correcto de las válvulas. La instalación vertical de las válvulas de globo y la eliminación de residuos dentro de la válvula son algunas de las prácticas de instalación adecuadas. Otras son:

  • Las zonas internas de la válvula deben limpiarse de fluidos antes de la instalación.
  • La carga de la válvula debe soportarse, ya que las abrazaderas de tubería sobre la válvula pueden dañarla.
  • Debe preverse espacio suficiente para la instalación de la válvula.
  • Cuando se trabaja con uniones embridadas o pernos, éstos deben apretarse en diagonal.
  • Compruebe los pernos aumentando la presión dentro de la válvula. También se aumenta la presión de la válvula para confirmar la fiabilidad de la junta.
  • Se deben comprobar los materiales de los componentes de la válvula de globo para asegurarse de que no se han producido daños durante el transporte o almacenamiento de los componentes.
  • 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.

Mantenimiento 

Mantenimiento de válvulas de globo aumenta su vida útil y garantiza que funcionen en condiciones óptimas. Estas son algunas prácticas de mantenimiento que permiten que las válvulas de globo duren más:

  • La válvula debe inspeccionarse periódicamente para garantizar que las fugas se detectan y reparan con rapidez.
  • La válvula debe ponerse en ciclo regularmente cuando no se utilice.
  • Si es necesario ajustar la empaquetadura, los tornillos del prensaestopas deben apretarse con cuidado, ya que un apriete excesivo puede dañar los prensaestopas. (el prensaestopas mantiene la empaquetadura en un prensaestopas) 

Qué tener en cuenta antes de comprar válvulas de globo

Las válvulas de globo se seleccionan en función de su adecuación a condiciones como la temperatura, la presión, el tipo de fluido, etc. Por lo tanto, la selección de la válvula de globo adecuada se basa en el tamaño de la válvula, el tipo de material, la presión nominal, la norma y el diseño de la válvula, para seleccionar la válvula de globo adecuada.

Material

Para fabricar válvulas de globo se utilizan diversos materiales, como hierro fundido, acero y plásticos, debido a su aplicación en la mayoría de las industrias. La selección de una válvula de globo adecuada requiere conocer las cualidades de los medios que atraviesan la válvula.

Las válvulas de globo fabricadas con acero inoxidable suelen utilizarse para condiciones de alta temperatura, ya que son resistentes al agarrotamiento y la corrosión por frotamiento. Se debe consultar a los fabricantes para conocer la válvula de globo específica para diferentes condiciones.

Diseño

Los diseños de las válvulas de globo se clasifican en dos tipos: Diseño del cuerpo de la válvula y Diseño del disco. El diseño del cuerpo de la válvula de globo incluye el patrón estándar, el patrón en ángulo y el patrón oblicuo. 

La válvula de patrón estándar ofrece la mayor obstrucción al flujo, lo que provoca una mayor caída de presión del fluido en esta válvula, mientras que la válvula de patrón oblicuo es adecuada para fluidos con flujo baboso. Las válvulas con patrón oblicuo son poco susceptibles a la erosión. (Estos patrones se han explicado detalladamente en Tipos de cuerpos de válvulas de globo)

El diseño del disco de la válvula de globo incluye el disco de composición, el disco de obturador y el disco de bola. El disco de composición es el más adecuado para operaciones en sistemas de agua, mientras que los discos de obturador tienen la mejor regulación de caudal de los tres diseños. El disco de bola es apropiado para condiciones de baja temperatura y presión. (Estos también se han tratado anteriormente en el apartado de piezas de válvulas de globo).

Tamaños de válvulas 

El dimensionado de las válvulas es esencial para las válvulas de estrangulamiento, ya que los tamaños determinan cómo fluye el fluido a través de la válvula. Seleccionar el tamaño de la válvula de globo requiere investigación y conocimiento de los requisitos. Normalmente, el fabricante dimensiona la válvula para un comprador. El dimensionado de una válvula de globo es diferente para cada una de sus funciones.

Como válvula de mariposa, el tamaño de la válvula de globo es importante para calcular la caída de presión en posiciones específicas de la válvula.

Mientras funciona en operaciones de encendido y apagado, la caída de presión no se controla ya que el funciones de la válvula de globo para permitir o restringir el paso del fluido. Sin embargo, un tamaño de válvula más pequeño puede restringir el caudal, pero es una opción más económica que los tamaños de válvula más grandes.

Normas

A continuación se indican algunas normas importantes utilizadas en las industrias petroquímicas para la válvula de globo:

  • BS 1873: válvulas de acero fundido
  • API 603: válvulas de acero inoxidable
  • API 602/BS 5352: válvulas de acero forjado
  • API 598 y BS EN 12266-1: ensayo de válvulas
  • ASME B16.10: dimensiones cara a cara para válvulas
  • ASME B16.5 y ASME B16.47: conexiones embridadas
  • ASME B16.25: diseño de conexiones soldadas a tope

Conclusión

En este post se ha analizado la función de la válvula de globo, sus piezas, los requisitos de instalación y mantenimiento, y los factores a tener en cuenta antes de comprar una válvula de globo industrial.

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