Las ventajas de la cima

Jul 06, 2023

Existen varios tipos de diseños de válvulas que se pueden utilizar en aplicaciones exigentes, peligrosas y corrosivas. Sin embargo, hay argumentos a favor de los beneficios inherentes de un diseño de entrada superior en aplicaciones de servicios severos. Si bien los diseños de válvulas de bola de entrada superior ofrecen naturalmente el beneficio de la reparabilidad en línea, esta es solo una de las ventajas que se obtienen con este estilo de válvula. Las válvulas de bola de entrada superior ofrecen una tecnología de asiento diseñada. Esto es diferente del sello de válvula de bola flotante tradicional común en otros tipos de diseños. Esta es una de las diferencias de diseño más importantes entre los diseños de válvulas de bola de asiento blando. El diseño de entrada superior también minimiza los posibles puntos de fuga a la atmósfera. Esta es una preocupación principal al considerar las emisiones fugitivas y los gases o vapores.

Con la introducción de válvulas de bola de entrada superior, se pueden minimizar muchos de los inconvenientes y problemas de confiabilidad que experimentan las instalaciones industriales. Estas válvulas, fáciles de mantener, son resistentes y efectivas para operar de manera segura en servicios severos como amoníaco, ácido fluorhídrico, cloro, óxido de etileno, fosgeno, oxígeno y muchas otras aplicaciones.

Hay cuatro diseños de válvulas de bola comunes que incluyen válvulas de entrada por el extremo, válvulas de cuerpo dividido (de dos piezas), válvulas de tres piezas y válvulas de entrada superior. Como todas las comparaciones, cada una de estas opciones tiene ventajas y desventajas. La pregunta que los usuarios deben responder es: "¿Qué atributos de un diseño de válvula de bola determinado son los más importantes para la aplicación?" Para los usuarios con aplicaciones de servicio severas, el cierre confiable, la reducción de las emisiones fugitivas y la facilidad y velocidad del mantenimiento en línea suelen estar en la parte superior de la lista.

La válvula de entrada final es popular debido a su diseño compacto de un solo cuerpo que evita que se apliquen tensiones en la tubería al sello crítico de bola y asiento. Las válvulas de entrada final utilizan un diseño en el que la bola y los asientos se insertan y retiran por el extremo de la válvula. Un inconveniente de este diseño es que el usuario debe retirar la válvula de la tubería para realizarle mantenimiento. Si las roscas de la pieza del extremo están corroídas, la extracción de la pieza del extremo y el eventual reemplazo de la bola y los asientos pueden resultar difíciles.

Los asientos de una válvula de entrada terminal son como los diseños de dos y tres piezas, que están empaquetados en el cuerpo de la válvula y tendrán una presión continua sobre los asientos, lo que provocará problemas de flujo en frío. Como las válvulas de entrada por el extremo generalmente solo están disponibles en extremos bridados, las válvulas de entrada por la parte superior ofrecen más versatilidad con las diferentes configuraciones de los extremos.

Similar a la válvula de entrada final es la válvula de cuerpo dividido (de dos piezas). Las válvulas de bola de cuerpo dividido utilizan un diseño de cuerpo de dos piezas que se separa para reemplazar la bola y los asientos. Normalmente se utiliza para aplicaciones de servicio general y es común para válvulas de mayor diámetro. Es más fácil manipular las mitades del cuerpo de la válvula durante el mantenimiento de rutina en comparación con el cuerpo de una sola pieza. Sin embargo, la conexión bridada en el centro del cuerpo de la válvula agrega un punto potencial de fuga y está sujeta a las tensiones del sistema de tuberías. Al igual que las otras configuraciones de válvulas de bola donde los asientos están bajo carga constante, los problemas de flujo en frío ocurrirán más rápidamente, lo que provocará fugas prematuras en los asientos. Por lo general, estas válvulas se suministran solo con extremos bridados, lo que limita las configuraciones de conexión de los extremos y no se pueden reparar en línea.

El diseño de válvula de bola más común y económico en la industria actual es la válvula de bola de tres piezas. Las válvulas de tres piezas utilizan un diseño de cuerpo de tres piezas que permite que la sección central gire hacia afuera aflojando un perno y quitando los otros sujetadores, permitiendo así reemplazar los asientos y la bola en línea. Una ventaja de este diseño se obtiene cuando se consideran tuberías atornilladas y soldadas.

Desafortunadamente, este tipo de válvula generalmente requiere su desmontaje antes de soldar o el reemplazo de los sellos del cuerpo (sellos falsos) después de soldar. En válvulas de entrada superior específicas, se pueden soldar en su lugar sin necesidad de retirar o reemplazar los asientos y la junta del casquete. Esto evita que un usuario rechace la prueba de aceptación de fábrica realizada por el OEM y ahorra tiempo y dinero en costos de instalación. Al igual que el diseño de entrada por el extremo y de cuerpo dividido, los asientos de las válvulas de bola de tres piezas están bajo carga constante. Como tal, los problemas de flujo en frío ocurrirán más rápidamente y provocarán fugas prematuras en el asiento. Este diseño de válvula tiene inherentemente un mayor riesgo de fuga atmosférica. Hay dos posibles puntos de fuga en el cuerpo que deben mantenerse. Al igual que el diseño de cuerpo dividido, las tensiones en el sistema de tuberías se aplican directamente a los sujetadores del cuerpo, lo que a su vez afecta la confiabilidad de los sellos del cuerpo. Es fundamental que se mantengan los pares de torsión de los sujetadores del cuerpo en este diseño para evitar una fuga involuntaria a la atmósfera.

Finalmente, está la válvula de bola de entrada superior, que ha sido diseñada para aplicaciones de servicio severo y ofrece cierre confiable, cumplimiento de emisiones fugitivas y facilidad de mantenimiento en línea. Al igual que la entrada final, la entrada superior se beneficia de un diseño compacto y unibody que evita que se apliquen tensiones de tubería a la bola crítica y al sello del asiento. A diferencia de los otros diseños, la característica de entrada superior crea la capacidad de mantener la válvula en línea sin quitarla del sistema de tuberías. El diseño de entrada superior utiliza un capó superior que permite un acceso rápido a la bola y los asientos y el propio capó alberga el vástago y los sellos del vástago. El acto de quitar el capó da acceso a todos los componentes que necesitan mantenimiento. Además, las tensiones de las tuberías no afectan los sujetadores del capó que mantienen el sello crítico entre el cuerpo y la junta del capó. Esto facilita el mantenimiento de un sello de junta confiable y minimiza el riesgo de una fuga atmosférica entre el cuerpo de la válvula y el sello del casquete.

El concepto de diseños de capó modulares o intercambiables también es una característica de las válvulas de bola de entrada superior. El diseño de entrada superior permite al usuario convertir o actualizar fácilmente de un estilo de sistema de empaque (bonete) a otro sin tener que comprar una válvula nueva. Con las numerosas opciones de diseño de casquete disponibles en las válvulas de entrada superior, la selección del casquete se puede adaptar a los parámetros operativos específicos de la aplicación. Esto simplifica la actualización de un diseño de capó estándar a un capó de servicio extendido o severo. Se ofrecen mejoras al casquete para permitir el uso de extensiones del vástago en aplicaciones que requieren el uso de aislamiento en el sistema de tuberías o para aplicaciones de servicio severo que requieren sellos de vástago especializados, como sellos de vástago con anillo en V, que se usan comúnmente para cumplir con los estándares de emisiones fugitivas en la industria, como la Organización Internacional de Normalización (ISO) 15848 y el Instituto Americano del Petróleo (API) 622.

Las válvulas de bola de entrada final, de cuerpo dividido y de tres piezas utilizan tecnología de asiento convencional. Con esta tecnología, se ejerce una presión constante sobre la pelota tanto en la posición abierta como cerrada. El tiempo, la temperatura y la presión harán que el frío fluya por los asientos más rápidamente. El resultado con el tiempo es una disminución de la estabilidad dimensional de los asientos, lo que puede afectar en gran medida al cierre. Las válvulas de bola flotante convencionales también dependen de la presión de la línea para empujar la bola hacia el asiento aguas abajo. Esta dependencia de la presión de la línea para sellar puede convertirse en un problema en condiciones de baja presión o baja caída de presión. En particular, a medida que los asientos se desgastan, el cierre se ve comprometido y se requiere una mayor presión para asentar la bola y mantener un cierre hermético.

Las válvulas de bola de entrada superior requieren un espacio libre para que la bola y el asiento se instalen en los soportes del asiento del cuerpo de la válvula. Básicamente, existen dos métodos para lograr esto. La tecnología de asiento más común utilizada por los fabricantes de válvulas de bola de entrada superior es el diseño de asiento en cuña. Al igual que una válvula de tapón, los asientos están encajados en un cuerpo cónico y mantenidos en su lugar mediante un resorte. Al igual que la válvula de tapón, este tipo de asiento da como resultado un sello confiable, pero con una mayor carga sobre los asientos y un mayor par de operación. La ventaja es un sello hermético en el asiento aguas arriba y aguas abajo, independientemente de la presión de la línea.

Hay un diseño alternativo de bola/asiento para permitir el montaje de válvulas de entrada superior y aumentar la vida útil del asiento y minimizar el par de operación. La geometría entre la interfaz bola/asiento se puede cambiar de modo que haya un espacio libre cuando la bola esté en la posición abierta y una acción de leva contra los asientos cuando la bola gire a la posición cerrada. Este diseño de bola comprime mecánicamente los asientos aguas arriba y aguas abajo para crear un sello hermético y confiable independiente de la presión de la línea. Dos beneficios de este método son que se reducen los requisitos de torque de operación y el sello positivo de la acción de leva permite que la válvula selle de manera confiable a bajas presiones. Se ha demostrado que este diseño cumple y supera los estándares de cierre de asientos de la industria, como API 598 y el Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI)/Instituto de Control de Fluidos (FCI) 70-2. Debido a que este diseño solo aplica presión a los asientos cuando la válvula está en la posición cerrada, no es necesario cargar los asientos continuamente. Por lo tanto, la vida útil del asiento para este diseño es la más favorable en comparación con la tecnología de asiento de válvula de bola convencional.

Si bien los diferentes diseños de válvulas tienen ventajas y desventajas, las ventajas de las válvulas de bola de entrada superior se han diseñado para satisfacer las necesidades de aplicaciones de servicio severas. Su facilidad de mantenimiento en línea, cierre hermético confiable y cumplimiento de emisiones fugitivas son ideales para aplicaciones críticas. Esto permite a los usuarios centrarse menos en el mantenimiento de las válvulas y concentrar tiempo y esfuerzo en mejorar su eficiencia operativa.

Nang Chau es gerente de productos global en ITT Engineered Valves LLC. Tiene más de 18 años de experiencia en la industria del manejo de fluidos con énfasis en bombas, válvulas y tecnología de sellado.

Tim Cassel es ingeniero de producto en ITT Engineered Valves LLC. Tiene una licenciatura en ingeniería mecánica de la Universidad Estatal de Pensilvania. Para obtener más información, visite itt.com.