Válvula

El cuerpo de la válvula es la carcasa exterior, que contiene la mayor parte o la totalidad de la válvula, y que alberga las piezas internas o componentes internos . La tapa es la parte de la carcasa por donde pasa el vástago (véase más abajo) y que actúa como guía y sello para este. La tapa suele enroscarse o fijarse con pernos al cuerpo de la válvula.

Los cuerpos de las válvulas suelen ser metálicos o de plástico . El latón , el bronce , el bronce de cañón , el hierro fundido , el acero , los aceros aleados y los aceros inoxidables son muy comunes. ^{[ 1 ]} Las aplicaciones de agua de mar, como las plantas desalinizadoras, suelen utilizar válvulas dúplex, así como válvulas superdúplex, debido a sus propiedades de resistencia a la corrosión, especialmente frente al agua de mar caliente. Las válvulas de aleación 20 se utilizan normalmente en plantas de ácido sulfúrico, mientras que las válvulas de monel se utilizan en plantas de ácido fluorhídrico (ácido HF). Las válvulas de hastelloy se utilizan a menudo en aplicaciones de alta temperatura, como las centrales nucleares, mientras que las válvulas de inconel se utilizan a menudo en aplicaciones de hidrógeno. Los cuerpos de plástico se utilizan para presiones y temperaturas relativamente bajas. El PVC , el PP , el PVDF y el nailon reforzado con fibra de vidrio son plásticos comunes utilizados para los cuerpos de las válvulas.

La tapa actúa como cubierta del cuerpo de la válvula. Generalmente se atornilla o se fija al cuerpo de la válvula de forma semipermanente. Durante la fabricación de la válvula, las piezas internas se colocan en el cuerpo y luego se fija la tapa para mantener todo unido en su interior. Para acceder a las piezas internas de una válvula, el usuario retira la tapa, normalmente para realizar tareas de mantenimiento. Muchas válvulas no tienen tapa; por ejemplo, las válvulas de macho no suelen tenerla. Muchas válvulas de bola tampoco la tienen, ya que el cuerpo de la válvula se ensambla de forma diferente, por ejemplo, atornillándolo en el centro.

Los orificios son conductos que permiten el paso del fluido a través de la válvula. Estos orificios están obstruidos por el elemento o disco de la válvula para controlar el flujo. Generalmente, las válvulas tienen dos orificios, pero pueden tener hasta 20. La válvula casi siempre se conecta a tuberías u otros componentes a través de sus orificios. Los métodos de conexión incluyen roscas , racores de compresión , pegamento , cemento , bridas o soldadura .

Una maneta se utiliza para controlar manualmente una válvula desde fuera del cuerpo de la válvula. Las válvulas de control automático a menudo no tienen maneta, pero algunas pueden tener una (o algo similar) para anular manualmente el control automático, como una válvula de retención . Un actuador es un mecanismo o dispositivo para controlar una válvula de forma automática o remota desde fuera del cuerpo. Algunas válvulas no tienen ni maneta ni actuador porque se controlan automáticamente desde dentro; por ejemplo, las válvulas de retención y las válvulas de alivio pueden no tener ninguno.

Un disco , también conocido como elemento de válvula, es una obstrucción móvil dentro del cuerpo fijo que restringe de forma ajustable el flujo a través de la válvula. Aunque tradicionalmente tienen forma de disco, los discos vienen en diversas formas. Dependiendo del tipo de válvula, un disco puede moverse linealmente dentro de una válvula, o girar sobre el vástago (como en una válvula de mariposa ), o girar sobre una bisagra o muñón (como en una válvula de retención). Una bola es un elemento de válvula redondo con uno o más conductos entre puertos que la atraviesan. Al girar la bola, el flujo puede dirigirse entre diferentes puertos. Las válvulas de bola utilizan rotores esféricos con un orificio cilíndrico perforado como paso de fluido. Las válvulas de tapón utilizan rotores cilíndricos o cónicos llamados tapones. También son posibles otras formas redondas para los rotores en las válvulas de rotor, siempre que el rotor pueda girar dentro del cuerpo de la válvula. Sin embargo, no todos los discos redondos o esféricos son rotores; Por ejemplo, una válvula de retención de bola utiliza la bola para bloquear el flujo inverso, pero no es un rotor porque el funcionamiento de la válvula no implica la rotación de la bola.

El asiento es la superficie interior del cuerpo que entra en contacto con el disco para formar un sello hermético. En discos que se mueven linealmente o giran sobre una bisagra o muñón, el disco entra en contacto con el asiento solo cuando la válvula está cerrada. En discos que giran, el asiento siempre está en contacto con el disco, pero el área de contacto cambia a medida que el disco gira. El asiento siempre permanece fijo con respecto al cuerpo.

Los asientos se clasifican según estén integrados directamente en la carrocería o estén fabricados con un material diferente:

• Los asientos duros son parte integral del cuerpo de la válvula. Casi todas las válvulas metálicas con asientos duros tienen una pequeña cantidad de fugas .
• Los asientos blandos se instalan en el cuerpo de la válvula y están fabricados con materiales más blandos como PTFE o diversos elastómeros como NBR , EPDM o FKM, dependiendo de la temperatura máxima de funcionamiento .

Una válvula cerrada con asiento blando es mucho menos propensa a tener fugas, mientras que las válvulas con asiento duro son más duraderas. Las válvulas de compuerta, globo y retención suelen tener asiento duro, mientras que las de mariposa, bola, tapón y diafragma suelen tener asiento blando.

El vástago transmite el movimiento desde la manivela o el dispositivo de control al disco. Normalmente, el vástago atraviesa la cubierta , si esta está presente. En algunos casos, el vástago y el disco pueden estar integrados en una sola pieza, o bien el vástago y la manivela se integran en una sola pieza.

El movimiento transmitido por el vástago puede ser una fuerza lineal , un par de torsión o una combinación de ambos (válvula angular con pasador de reactor de par y conjunto de cubo). La válvula y el vástago pueden estar roscados de manera que el vástago se pueda enroscar o desenroscar girándolo en una u otra dirección, moviendo así el disco hacia adelante o hacia atrás dentro del cuerpo. A menudo se utiliza una empaquetadura entre el vástago y la tapa para mantener el sellado. Algunas válvulas no tienen control externo y no necesitan vástago, como la mayoría de las válvulas de retención.

Las válvulas cuyo disco se encuentra entre el asiento y el vástago, y donde el vástago se mueve hacia el interior de la válvula para cerrarla, se denominan de asiento normal o de asiento frontal . Las válvulas cuyo asiento se encuentra entre el disco y el vástago, y donde el vástago se mueve hacia el exterior de la válvula para cerrarla, se denominan de asiento inverso o de asiento posterior . Estos términos no se aplican a las válvulas sin vástago ni a las que utilizan rotores.

Las juntas son los sellos mecánicos, o empaquetaduras, que se utilizan para evitar fugas de gas o fluidos en las válvulas.

Las bolas de válvula también se utilizan en aplicaciones de alta presión, servicio pesado y alta tolerancia . Suelen estar fabricadas de acero inoxidable, titanio , estelita , Hastelloy, latón o níquel . También pueden fabricarse con diferentes tipos de plástico, como ABS , PVC, PP o PVDF.

Muchas válvulas incorporan un resorte para la precarga, que normalmente desplaza el disco a una posición predeterminada, pero permite que el control lo reposicione. Las válvulas de alivio suelen usar un resorte para mantener la válvula cerrada, pero permiten que una presión excesiva la abra, venciendo la resistencia del resorte. Generalmente se utilizan resortes helicoidales . Los materiales típicos para los resortes incluyen acero galvanizado , acero inoxidable y, para aplicaciones de alta temperatura, Inconel X750.

The internal elements of a valve are collectively referred to as a valve's trim. According to API Standards 600, "Steel Gate Valve-Flanged and Butt-welding Ends, Bolted Bonnets", the trim consists of stem, seating surface in the body, gate seating surface, bushing or a deposited weld for the backseat and stem hole guide, and small internal parts that normally contact the service fluid, excluding the pin that is used to make a stem-to-gate connection (this pin shall be made of an austenitic stainless steel material).

Operating positions for two-port valves can be either shut (closed) so that no flow at all goes through, fully open for maximum flow, or sometimes partially open to any degree in between. Many valves are not designed to precisely control intermediate degree of flow; such valves are considered to be either open or shut. Some valves are specially designed to regulate varying amounts of flow. Such valves have been called by various names such as regulating, throttling, metering, or needle valves. For example, needle valves have elongated conically tapered discs and matching seats for fine flow control. For some valves, there may be a mechanism to indicate by how much the valve is open, but in many cases other indications of flow rate are used, such as separate flow meters.

In plants with remote-controlled process operation, such as oil refineries and petrochemical plants, some two-way valves can be designated as normally closed (NC) or normally open (NO) during regular operation. Examples of normally closed valves are sampling valves, which are only opened while a sample is taken. Other examples of normally closed valves are emergency shutdown valves, which are kept open when the system is in operation and will automatically shut by taking away the power supply. This happens when there is a problem with a unit or a section of a fluid system such as a leak in order to isolate the problem from the rest of the system. Examples of normally-open valves are purge-gas supply valves or emergency-relief valves. When there is a problem these valves open (by switching them 'off') causing the unit to be flushed and emptied.

Aunque muchas válvulas bidireccionales permiten el flujo en ambas direcciones entre los dos puertos, en una aplicación específica se espera que el flujo se dirija desde un puerto aguas arriba hacia el otro puerto aguas abajo . Los reguladores de presión son variantes de válvulas que controlan el flujo para mantener una presión determinada aguas abajo, si es posible. Se utilizan frecuentemente para controlar el flujo de gas desde una bombona . Un regulador de contrapresión es una variante de válvula que controla el flujo para mantener una presión determinada aguas arriba, si es posible.

Las válvulas de tres puertos cumplen diversas funciones. A continuación, se enumeran algunas de ellas.

Las válvulas de bola de tres vías cuentan con conductos de fluido en forma de T o de L dentro del rotor. La válvula en T permite conectar una entrada a una o ambas salidas, o bien conectar ambas. La válvula en L permite desconectar ambas entradas o conectar una sola, pero no ambas, a una salida.

Las válvulas de lanzadera conectan automáticamente la entrada de mayor presión con la salida, impidiendo (en algunas configuraciones) el flujo de una entrada a la otra.

Las válvulas mezcladoras monomando producen una mezcla variable de agua caliente y fría a un caudal variable, controlada mediante una sola manilla.

Las válvulas mezcladoras termostáticas mezclan agua caliente y fría para producir una temperatura constante en presencia de presiones y temperaturas variables en los dos puertos de entrada.

Una válvula de cuatro vías es una válvula cuyo cuerpo tiene cuatro vías igualmente espaciadas alrededor del cuerpo y cuyo disco tiene dos conductos para conectar vías adyacentes. Se acciona mediante dos posiciones.

Se puede utilizar para aislar y, simultáneamente, derivar un cilindro de muestreo instalado en una línea de agua presurizada. Es útil para tomar una muestra de fluido sin afectar la presión de un sistema hidráulico y para evitar la desgasificación (sin fugas, sin pérdida de gas ni entrada de aire, sin contaminación externa).